This research was supported by the German Federal Ministry of Research and Education to Project Management Julich (PtJ). The authors thank Mr. Ulf L&#252;der, for technical support in the biochar laboratory. The authors are also thankful to Ms. Maria Sanchez, and Mr. Jonas Nekat for their volunteer activities in the biogas, and analytical laboratory, respectively. Marcel Schmidt and Antje Schmidt are also acknowledged for their valuable efforts on videography and editing.

1. الهضم اللاهوائي من القمح سترو ملاحظة: للحصول على الهضم اللاهوائي في 39 مفاعلات L عنك، استخدم 5-65 مم طويل القطع الخام قش القمح كعلف. محتوى المادة الجافة العضوية من المواد الخام في هذه التجربة خاصة وكان 85.9٪ وكانت نسبة الألياف الخام 46.3٪. مصنوعة المفاعلات عنك من الفولاذ المقاوم للصدأ مع إطار التفتيش مصنوعة من زجاج الاكريليك. يتم الجمع بين اثنين 30 L اللاهوائية تصفية (AF) مع كل مفاعل عنك L 39. يتم بناؤها في AFS من زجاج الاكريليك شفافة. وترد التخطيطي للأنظمة المفاعل في الشكل (2) والتصميم المعماري وصفها في أماكن أخرى 4. وترد تفاصيل عن بتلقيح وبدء تشغيل المفاعلات في أماكن أخرى 5. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملء كل AF مع 325 على شكل برميل ناقلات البولي ايثيلين بيوفيلم. ملاحظة: ناقلات بيوفيلم المستخدمة لديها مساحة 305 م 2 / م 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين مضخات المياه لتوزيعها عملية السائلفي كل المفاعلات أليف الاعتدال وحرارة لمعدل التدفق من 1.15 لتر / ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين الحمامات التدفئة إلى مستوى درجة حرارة المفاعل المطلوب، و37 ° C للأليف الاعتدال و 55 درجة مئوية لمدة المفاعل حرارة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للتغذية اليومية للمفاعلات عنك، تزن 120 غ FM من قش القمح (= 99.5 غرام VS) لكل مفاعل لتحقيق معدل التحميل العضوية من 2.5 غرام VS / L · اليوم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مفتوحة عنك &#39;أنبوب التغذية وإزالة الطابع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> صب قش القمح في أنبوب التغذية قطري ودفعها إلى أسفل المفاعل بمساعدة الطابع التغذية. من هناك، سوف القشة تطفو حتى ضد غربال وتشكل السرير الحالة الصلبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف سطح الختم للتأكد، فمن gastight ثم قم بإغلاق أنبوب التغذية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سيتم تشغيل المضخات بشكل مستمر، ونقل 1.2 لتر / ساعة عملية الخمور من خلال نظام مفاعل (عنك وAF). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس تدفق الغاز الحيوي بشكل مستمر باستخدام طبل من نوع بفرضها الغازالتمرير وتخزينها في كيس الغاز 20 L. ملاحظة: تأكد خروج من كيس الغاز إلى محلل الغاز الحيوي. في محلل الغاز الحيوي، ويتم قياس CH 4، H 2 S، O 2، CO 2، وH 2. لأول مرة الغاز الحيوي لديها لتمرير 3 مرشحات مختلفة لإزالة الرطوبة، والمركبات السامة الأخرى التي هي ضارة للكاشف. يحتاج المحلل إلى أن معايرة مرة واحدة في الأسبوع لمدة دقيقة التركيب الغاز الحيوي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس التركيب الغاز الحيوي بشكل منتظم باستخدام الغاز الحيوي محلل الصناعية. ملاحظة: محلل الغاز الحيوي يمكن قياس الغاز الحيوي فقط عندما يكون كيس الغاز الحيوي هو ما لا يقل عن نصف كامل. لقياس التركيب الغاز الحيوي، وصمام في كيس الغاز يحتاج إلى فتح وانتظر التركيب الغاز الحيوي ثابت (يستغرق حوالي 20-30 ثانية). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لعملية الرقابة، وقياس درجة الحموضة ودرجة الحرارة على الانترنت باستخدام تثبيت الرقم الهيدروجيني متر ومقياس الحرارة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة حوالي 3 كيلو من digestate (80-90٪ الرطب) مرة واحدة في الأسبوع، والتي تعطي الوقت الاحتفاظ المواد الصلبة (SRT) سو 2-3 أسابيع. استخدام هذا digestate مثل الأعلاف لعملية HTC. الغاز الحيوي ينتج بعد ذلك يكفي لقذف أي هواء وتهيئة الظروف اللاهوائية في غضون ساعات قليلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل الخمور العملية وdigestate على أساس أسبوعي لخصائصها الكيميائية (درجة الحموضة، والمفوضية الأوروبية، TS، VS، والأحماض الدهنية، CHNS، والأمونيا، والعناصر النزرة، والألياف الخام). </li></ol> 2. الحرارية المائية التفحيم من القمح سترو Digestate ملاحظة: للحصول على المياه الساخنة الكربنة من digestate من الخطوة 1، أثارت ل18 L دفعة ويستخدم المفاعل. يتم تنفيذ السيطرة وتوقيت العملية عن طريق التحكم مفاعل 4848 والبرنامج SpecView 32 849، التي تعمل على جهاز الكمبيوتر. في البرنامج، ودرجة حرارة المفاعل، ودرجة الحرارة سترة التدفئة، والضغط، ومعدل التحريك يمكن أن تظهر. وعلاوة على ذلك، فإن برنامج للمعلمات العملية (بدء درجات الحرارة، ضبط درجة الحرارة، ومعدل التدفئة، ومعدل التحريك) يمكن تعيين كل التجارب HTC. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزن 2.5 كجممن digestate القش باستخدام ميزان مع دقة 0.1 غرام ونقل إلى وعاء المفاعل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الرصيد ذاته لقياس 10 كجم المياه ماكياج، وسكبه في وعاء المفاعل كذلك. هذا وسوف تحافظ digestate، ونسبة المياه 01:04. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل أن يغلق بالهواء المضغوط، وإثارة يدويا محتوى المفاعل لمنع انسداد المروحة النمام. إغلاق المفاعل وضمان الحصول عليها من خلال تشديد بالعرض البراغي مع قوة من 50 نيوتن متر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين رد فعل من جانب منحدر نقع التالية: </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصل درجة الحرارة بداية 30 درجة مئوية في 15 دقيقة من درجة حرارة الغرفة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الوقت التدفئة لدرجة حرارة التفاعل من 230 ° C هو 100 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عقد درجة حرارة التفاعل النهائي لمدة 6 ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 6 ساعة من عقد الوقت، تبريد المفاعل 15 ساعة لمن 230 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يقلب محتوى المفاعل في 30 دورة في الدقيقة في جميع مراحل عملية HTC كاملة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف النمام بعد مرحلة التبريد وعنحث الغاز في كيس الغاز 20 L. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأكد من يمر الغاز من خلال فخ المكثفات فضلا عن فلتر الكربون المنشط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخزين الغاز لمزيد من التحليل. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد أخذ العينات الغاز، واستنزاف الطين من السفينة إلى حاوية من خلال ارتفاع في درجة الحرارة، وارتفاع ضغط صمام الكرة ومن ثم تحديد ذلك من خلال شبكة مع حجم المسام من حوالي 0.5 ملم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جمع السائل والفارغة من الفحم النباتي HTC أنتجت لتحديد كمية المنتجة HTC شار مقارنة سيطة. </li></ol> 3. تحليل عنصري من الخام، Digestate، وHTC الفحم النباتي من القمح سترو ملاحظة: للحصول على أي تحليل الوقود الصلب، وغالبا ما يتم استخدام محلل أو محلل CHONS عنصري. التركيب العنصري الذري للكربون والهيدروجين، والأكسجين، والنيتروجين، والكبريت ويمكن الحصول عليها من هذا التحليل. من CHONS، يمكن للمرء أن تقدير قيمة التدفئة أو أعلى قيمة الطاقة من الوقود. علاوة على ذلك، سوف محتوى الكبريت الذرية الهندية أيضايأكلون نوعية الوقود. في هذه الدراسة، سيتم استخدام محلل عنصري لتحديد قيمة الوقود من الفحم النباتي HTC، قش القمح الخام وdigestate. كما محلل يسمح فقط حجم العينة صغير جدا، وتحليل كل عينة ثلاث مرات على الأقل لأفضل التكاثر. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في مقلاة العينة (القصدير، 6 × 6 × 12 ملم)، ويزن 30 ملغ من التنغستن (VI) باستخدام أكسيد التوازن محددة في الحزمة الأولي. ملاحظة: إن دقة هذا التوازن هو عادة 1 ميكروغرام. أكسيد التنغستن (VI) يعمل كمحفز في محلل عنصري. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تزن 5-10 ملغ من العينة الجافة ووضعها في نفس العينة عموم، ومزجها، والتفاف عليه. يجب أن تكون ملفوفة حجم العينة عموم حوالي 2 × 2 × 5 مم 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع العينات في الاوتوماتيكى. لاحظ موقف كل عينة واستخدام حامض السلفونيك في هذا التحليل الأولي كمرجع </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء البرنامج فاريو في الكمبيوتر متصلا محلل عنصري، وتحديد الشروط، وتدفق عينات الغاز، ودرجات حرارة من2 أفران (2 الأفران هي في 1،150 و 850 درجة مئوية، على التوالي). ثم، وتحديد أسماء العينة وفقا لمواقف autosampling. بدء تشغيل البرنامج. الجهاز يعمل تلقائيا، ويؤدي التحليل، ويخزن النتائج في الكمبيوتر. ملاحظة: عنصري CHNS هي إخراج محلل عنصري وعادة ما يتم الإبلاغ مباشرة على شاشة الكمبيوتر. </li></ol>

<ol>
	<li>Edenhofer, O., Pichs-Madruga, R., Sokona, Y., Seyboth, K., Arvizu, D., Bruckner, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation- Summary for Policy Makers. , (2011).</li><li>Karlsson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustainable+Bioenergy:+A+Framework+for+Decision+Maker.">Sustainable Bioenergy: A Framework for Decision Maker.</a> UN-Energy report. , (2007).</li><li>Eastman, J. A., Ferguson, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solubilization+of+particulate+organic-carbon+during+the+acid+phase+of+anaerobic-digestion.">Solubilization of particulate organic-carbon during the acid phase of anaerobic-digestion.</a> Journal of Water Pollution Control Federation. 53, 352-366 (1981).</li><li>Mumme, J., Linke, B., Toelle, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+upflow+anaerobic+solid+state+(UASS)+reactor.">Novel upflow anaerobic solid state (UASS) reactor.</a> Bioresource Technology. 101, 592-599 (2010).</li><li>Pohl, M., Mumme, J., Heeg, K., Nettmann, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-+and+mesophilic+anaerobic+digestion+of+wheat+straw+by+the+upflow+anaerobic+solid-state+(UASS)+process.">Thermo- and mesophilic anaerobic digestion of wheat straw by the upflow anaerobic solid-state (UASS) process.</a> Bioresource Technology. 124, 321-327 (2012).</li><li>J Mumme, ., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+carbonization+of+anaerobically+digested+maize+silage.">Hydrothermal carbonization of anaerobically digested maize silage.</a> Bioresource Technology. 102, 9255-9260 (2011).</li><li>Funke, A., Ziegler, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+carbonization+of+biomass:+A+summary+and+discussion+of+chemical+mechanisms+for+process+engineering.">Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering.</a> Biofuels Bioprod Bioref. 4, 160-177 (2010).</li><li>Yan, W., Hastings, J. T., Acharjee, T. C., Coronella, C. J., Vasquez, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+and+energy+balance+of+wet+torrefaction+of+lignocellulosic+biomass.">Mass and energy balance of wet torrefaction of lignocellulosic biomass.</a> Energy Fuels. 24, 4738-4742 (2010).</li><li>Bandura, A., Lvov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ionization+constant+of+water+over+wide+range+of+temperature+and+density.">The ionization constant of water over wide range of temperature and density.</a> Journal of Physical Chemistry. 35, 793-800 (2006).</li><li>Tal Reza, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reaction+kinetics+and+particle+size+effect+on+hydrothermal+carbonization+of+loblolly+pine.">Reaction kinetics and particle size effect on hydrothermal carbonization of loblolly pine.</a> Bioresource Technology. , 139161-139169 (2013).</li><li>Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Hoekman, S. K., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Carbonization:+Reaction+chemistry+and+water+balance.">Hydrothermal Carbonization: Reaction chemistry and water balance.</a> Biomass Conv. Bioref. , (2013).</li><li>Reza, M. T., Lynam, J. G., Vasquez, V. R., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pelletization+of+biochar+from+hydrothermally+carbonized+wood.">Pelletization of biochar from hydrothermally carbonized wood.</a> Environmental Progress &amp; Sustainable Energy. 31 (2), 225-234 (2012).</li><li>Acharjee, T. C., Coronella, C. J., Vasquez, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+thermal+pretreatment+on+equilibrium+moisture+content+of+lignocellulosic+biomass.">Effect of thermal pretreatment on equilibrium moisture content of lignocellulosic biomass.</a> Bioresource Tech. 102, 4849-4854 (2011).</li><li>Escala, M., Zumbuhl, T., Koller, C. h., Junge, R., Krebs, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+carbonization+as+an+enegry-efficient+alternative+to+establish+drying+technologies+for+sewage+sludge:+A+feasibility+study+on+a+laboratory+scale.">Hydrothermal carbonization as an enegry-efficient alternative to establish drying technologies for sewage sludge: A feasibility study on a laboratory scale.</a> Energy Fuels. 27 (1), 454-460 (2012).</li><li>Berge, N., Ro, K., Mao, J., Flora, J., Chappell, M., Bae, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Carbonization+of+Municipal+Waste+Streams.">Hydrothermal Carbonization of Municipal Waste Streams.</a> Environmental Science &amp; Technology. 45 (13), 5696-5703 (2011).</li><li>Hoekman, S., Broch, A., Robbins, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Carbonization+(HTC)+of+Lignocellulosic+Biomass.">Hydrothermal Carbonization (HTC) of Lignocellulosic Biomass.</a> Energy Fuels. 25, 1802-1810 (2011).</li><li>Reza, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+carbonization+for+energy+and+crop+production.">Hydrothermal carbonization for energy and crop production.</a> Applied Bioenergy. 1, 11-28 (2014).</li><li>Reza, M. T., Becker, W., Sachsenheimer, K., Mumme, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+Carbonization+(HTC):+Near+Infrared+spectroscopy+and+Partial+Least-Squares+Regression+for+determination+of+Selective+Components+in+HTC+Solid+and+Liquid+Products+Derived+from+Maize+Silage.">Hydrothermal Carbonization (HTC): Near Infrared spectroscopy and Partial Least-Squares Regression for determination of Selective Components in HTC Solid and Liquid Products Derived from Maize Silage.</a> Bioresource Technology. 161, 91-101 (2014).</li><li>Hoffmann, J., Rudra, S., Toor, S. S., Nielsen, J. B. H., Rosendahl, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conceptual+design+of+an+integrated+hydrothermal+liquefaction+and+biogas+plant+for+sustainable+bioenergy+production.">Conceptual design of an integrated hydrothermal liquefaction and biogas plant for sustainable bioenergy production.</a> Bioresource Technology. 129, 402-410 (2013).</li><li>Wirth, B., Mumme, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+Digestion+of+Waste+Water+from+Hydrothermal+Carbonization+of+Corn+Silage.">Anaerobic Digestion of Waste Water from Hydrothermal Carbonization of Corn Silage.</a> Applied Bioenergy. 1, 1-10 (2013).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=VDI+Department+of+Energy+Conversion+and+Application.+VDI+4630+Fermentation+of+organic+materials+-+Characterisation+of+the+substrate,+sampling,+collection+of+material+data,+fermentation+tests.">VDI Department of Energy Conversion and Application. VDI 4630 Fermentation of organic materials - Characterisation of the substrate, sampling, collection of material data, fermentation tests.</a> Verein Deutscher Ingenieure (VDI), VDI-Society Energy and Environment. 56, (2006).</li><li>Rehl, T., M&#252;ller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Life+cycle+assessment+of+biogas+digestate+processing+technologies.">Life cycle assessment of biogas digestate processing technologies.</a> Resources. Conserv. Recycling. 56, 92-104 (2011).</li><li>Pohl, M., Heeg, K., Mumme, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anaerobic+digestion+of+wheat+straw+-+performance+of+continuous+solid-state+digestion.">Anaerobic digestion of wheat straw - performance of continuous solid-state digestion.</a> Bioresource Technology. 146, 408-415 (2013).</li><li>Funke, A., Mumme, J., Koon, M., Diakite, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cascaded+production+of+biogas+and+hydrochar+from+wheat+straw:+energetic+potential+and+recovery+of+carbon+and+plant+nutrients.">Cascaded production of biogas and hydrochar from wheat straw: energetic potential and recovery of carbon and plant nutrients.</a> Biomass Bioenergy. 58, 229-237 (2013).</li><li>Reza, M. T., Uddin, M. H., Lynam, J. G., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+pellet+from+HTC+and+torrefied+biochar+blend.">Engineered pellet from HTC and torrefied biochar blend.</a> Biomass Bioenergy. 49, 86-94 (2013).</li><li>Funke, A., Ziegler, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+carbonization+of+biomass:+A+literature+survey+focusing+on+its+technical+application+and+prospects.">Hydrothermal carbonization of biomass: A literature survey focusing on its technical application and prospects.</a> 17th European Biomass Conference and Exhibition. , (2009).</li><li>B Wirth, ., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrothermal+carbonization:+influence+of+plant+capacity,+feedstock+choice+and+location+on+product+cost.">Hydrothermal carbonization: influence of plant capacity, feedstock choice and location on product cost.</a> Proceedings of the 19th European Biomass Conference and Exhibition. , (2011).</li><li>Peterson, A. A., Vogel, F., Lachance, R. P., Fr&#246;ling, M., Antal, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermochemical+biofuel+production+in+hydrothermal+media:+A+review+of+sub-+and+supercritical+water+technologies.">Thermochemical biofuel production in hydrothermal media: A review of sub- and supercritical water technologies.</a> Energ Environ Sci. 1, 32-65 (2008).</li><li>Lynam, J. G., Reza, M. T., Vasquez, V. R., Coronella, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+salt+addition+on+hydrothermal+carbonization+of+lignocellulosic+biomass.">Effect of salt addition on hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass.</a> Fuel. 99, 271-273 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

المفاعلات عنك قادرون على تخفيف أوجه القصور التي نوقشت في المقدمة. ومع ذلك، هناك مجال كبير للتحسين. نظام التغذية وسحب digestate لا تزال اليدوي. نظام عنك تواجه مشاكل التعامل مع المواد الأولية أكبر من 60 ملم. يعمل النظام بشكل أفضل مع المواد الأولية ليفية لأنها تطفو في جميع أنحاء السائل، ولكن المواد الأولية الأخرى مثل روث الحيوانات وحمأة قد لا يحبذ نظام عنك. تم تصميم نظام عنك في مثل هذه الطريقة أن الخمور عملية يدور من المفاعل لAF إلى المفاعل مرة أخرى. ومع ذلك، وقد ثبت حتى 2-5٪ الصلبة في السائل تعميم لتكون إشكالية، لأنها تودع في AF أو منع دخول الأنابيب وتعيق الدورة الدموية السائل. التحليل الكيميائي السائل العملية مهمة، حيث أن إنتاج الأحماض الدهنية الحرة والنيتروجين يمكن تغيير النظام الميكروبية الناتجة في إنتاج الغاز الحيوي غير معهود. نظام عنك قوية، ويمكن تشغيل أكثر من 200 يوما دون أن تظهر أي significaالإقليم الشمالي المشاكل. ربط الأنابيب من المضخات لمفاعلات لAFS يجب أن تستبدل كل شهر البديلة. مستوى المياه في بالحمام المائي يحتاج إلى أن يتم التحقق على أساس أسبوعي وتعبئتها إذا لزم الأمر. HTC من digestate الرطب هو فعالة جدا لمعالجة النفايات فضلا عن إنتاج الوقود الحيوي الصلب. كما سيتم تسهيل dewateribility المنتج الصلبة عن طريق عملية HTC كما هو مبين في الشكل 7. ومع ذلك، HTC من digestate يحتاج إلى أن يقوم في أقرب وقت ممكن، ويفضل في نفس اليوم الذي يتم إزالة digestate. خلاف ذلك، فإن digestate يبدأ مهينة بيولوجيا، والتي ليست مواتية لHTC. كما HTC هو درجة حرارة عالية (200-260 ° C)، وارتفاع ضغط العملية (20-50 بار)، اتخاذ الاحتياطات اللازمة في جميع أنحاء الداخلي HTC مهم جدا. ويتم فحص جميع التوصيلات مرة واحدة في الشهر على الأقل للتأكد من أنها هي الغاز محكم. السائل عملية HTC لديها تركيز أعلى من فورفورال، 5-HMF، والفينول المشتركmpounds، والتي تصنف على أنها المواد السامة. لذلك، فمن المستحسن استخدام قناع الوجه والقفازات أثناء التعامل مع عملية HTC السائل، وخصوصا عندما ينضب عملية HTC الخمور من السفينة المفاعل إلى حاوية أخرى. على الرغم من HTC لديها العديد من المزايا للتعامل مع المواد الخام الرطب مثل digestate، فإنه لا يزال عملية دفعية. في تقييم الاقتصادي، وسوف عملية دفعة HTC يكون من الصعب تبرير. وبالتالي تحتاج إلى مزيد من البحث لتسهيل عملية مستمرة من HTC. تحليل العناصر هو وسيلة فعالة لركائز صلبة متجانسة، ولكن ليس لركائز غير المتجانسة. الوقود الحيوي الصلب عادة ما يكون غير متجانسة وعنصري محلل يسمح فقط 5-10 ملغ من حجم العينة، فمن المستحسن لأداء لا يقل عن ثلاثة مكررات واستخدام متوسط. قيود أخرى من تحليل العناصر وقياس ركائز متينة مع الرماد عالية. تحليل عنصري قياس فقط CHONS، وليس غير العضوي وغيرها. لذلك، تحليل العناصر من الرماد عالية ركائز صلبة قد لا صeveal تركيزات CHONS الفعلية. إعداد العينات في تحليل العناصر أمر حيوي، كما يحتاج عينة أن تكون ملفوفة على وجه التحديد، وإلا سيكون هناك عدم تناسق في التحليلات. ويمكن تقدير قيمة الوقود من الوقود الصلب من CHONS، ولكن من المستحسن استخدام المسعر قنبلة دقيقة لتحديد قيمة الوقود. تم إنتاج حوالي 92-161 L من غاز الميثان لكل كيلوغرام من المتطايرة الصلبة في الأعلاف. بلغ مجموع صلبة أو العضوية المتطايرة الصلبة من قش القمح الجافة 86.9٪. digestate الجافة لديه أقل من الأوكسجين والهيدروجين تركيز الذرية، والذي هو مؤشر آخر على تدهور السكريات وتدهور سكر بسيط أثناء عملية الهضم اللاهوائي 22،23. وعلاوة على ذلك، وانخفاض H، O وزيادة تركيزات HHV من digestate 24. HHV من digestate الجافة أعلى 22٪ من المواد الأولية الخام الجافة. ويتم الحصول على نتائج مماثلة مع تحليل إحصائي مفصل من قبل بول وآخرون 23. Digestates من الهضم اللاهوائي يحتوي على 80-90٪ ماء 6. هذه هي ماء والماء لا بد جزئيا في الخلايا الميكروبية أو النباتية. باعتباره نتيجة نزح المياه أو تجفيف digestates مرهقة والطاقة مكثفة جدا. على سبيل المثال، 2 كيلو من digestate الجافة يربط 8 كجم من الماء (80٪ الرطب)، الأمر الذي يتطلب 20.7 MJ الحرارة لتجف digestate. وعلاوة على ذلك، فإنه يميل إلى الحيوي تتحلل بسرعة نسبيا في الظروف المحيطة، ويفقد المغذيات النباتية، ويطلق غازات الدفيئة (غازات الدفيئة) الانبعاثات مثل N 2 O CH 4 و. لذلك، على الرغم من إمكانات الطاقة العالي، digestate جديدة لا يمكن استخدامها مباشرة كوقود صلب. فإنه بحاجة إلى أن تجفف مباشرة بعد عملية الهضم 20. من الجدول رقم 1، فإنه يمكن أن تظهر أن digestate الجافة يحتوي على نسبة الكربون ذرية مماثلة من القش الخام، وأنها تشبه بصريا قبل وبعد عملية الهضم اللاهوائي (الشكل 6). هذا يشير إلى أن اللجنين ومرصع اللجنين السليلوزوغير المتفاعل في الغالب. ومع ذلك، فإن العائد كتلة من 63٪ لاحظت، وهذا يعني معالجة القش هو أخف 37٪ من القش الخام الجافة. تركيز عنصري الكربون مماثلة وقعت لا يعني الكربنة خلال الهضم اللاهوائي 22. كما هو مبين في الشكل 7، الفحم النباتي من HTC digestate (حرارة) مستقرة جدا وناعمة. بسبب الزيادة الكبيرة في للا مائية، فإنه يمكن أن يغرق حرفيا في الماء لمدة أشهر من دون بنية الفيزيائية والكيميائية تتأثر 12،25. وللا مائية كما يعزز نزح المياه من HTC الفحم النباتي 14. هيكل القش ليس ملحوظ في الفحم النباتي HTC بعد الآن، مما يعني أن السليلوز قد تم رد فعل. ويلاحظ وجود الكربنة كبيرة في HTC الفحم النباتي جنبا إلى جنب مع الحد من الأكسجين الذري. هذا هو دليل آخر على السليلوز يجري رد فعل بدلا من اللجنين. تركيز الكربون الذري في اللجنين هو أعلى بكثير من السليلوز 24-29. نتيجة، HTC biochع لديه HHV من 29.6 إم جي / كيلوغرام، والتي هي أعلى 61٪ من القش الخام وارتفاع 32٪ من digestate الجافة، على التوالي. HHV من HTC المصنعة من القش هو 28.8 إم جي / كيلوغرام، والذي هو أيضا مماثلة لتلك التي من HTC المصنعة digestate القش (29.6 إم جي / كيلوغرام). ومع ذلك، العائد الشامل هو أعلى 40.7٪ في HTC القش من ذلك من HTC digestate مقارنة مع المواد الأولية الخام. ونتيجة لذلك، إذا 1 كجم من القش الخام (18.4 MJ) ومتفحمة المياه الحارة، وسوف HTC الفحم النباتي من القش لديها القدرة على 11.0 MJ. خلاف ذلك، إذا تم تطبيق نفس المبلغ لم وHTC، ما مجموعه 13.2 MJ الطاقة الحيوية، في أشكال biomethane (5.2 MJ) والفحم النباتي من HTC digestate (8.0 MJ)، يمكن أن تنتج (الشكل 8). أيضا، الطور السائل من عملية عنك هو السماد السائل المحتملة. علاوة على ذلك، HTC الفحم النباتي قد تنطوي على إمكانات أعلى على قيمة عالية استخدام المواد أو يستعمل مثل التعديل التربة. لنقطة تنحية الكربون أو دورة الكربون نظر، واستخدام مواد من HTC الفحم النباتي هو اجدى أن إنتاج الطاقة. &lt;/ ع&gt; الهضم اللاهوائي جنبا إلى جنب مع الكربنة الحرارية المائية يمكن أن تسفر عن مزيد من الطاقة الحيوية من العمليات الفردية. ومع ذلك، هناك حاجة إلى تصميم تتالي لتحسين الكفاءة. توازن الطاقة الإجمالية، تليها تقييم الاقتصادي، مطلوب للتحقق من صحة هذه العملية. وينبغي أن تشمل الأبحاث المستقبلية استخدام HTC الخمور وبعد العلاج (الكيميائي أو البيولوجي) من HTC الفحم النباتي. أيضا، سوف تكون هناك حاجة إلى أتمتة كلا النظامين HTC عنك و. وقد أجريت هذه الدراسة على استخدام عنك المختبر على نطاق ومفاعل HTC، ولكن على نطاق والمتابعة للعملية يكون من الضروري إذا كانت العملية أن يكون تجاريا.

العثور على مصادر الطاقة المتجددة والمستدامة هي الشواغل الرئيسية في قطاع الطاقة في العالم. في الآونة الأخيرة، وذكرت الأمم المتحدة أن يتوقع من مصادر الطاقة المتجددة ما يصل إلى 1 77٪ من الطاقة في العالم في عام 2050. الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية مثل القش، الأعشاب، قشر الأرز، الذرة الكيزان ليس لديهم نزاعات مع الغذاء مقابل الوقود القضية. وعلاوة على ذلك، والكتلة الحيوية وربما كان مصدر الطاقة المتجددة فقط مع الكربون الهيكلي، بالمقارنة مع غيرها من مصادر الطاقة المتجددة مثل الرياح والطاقة الشمسية، والماء 2. ومع ذلك، والتعامل مع الخصائص، وانخفاض الكثافة الظاهرية، الرماد عالية، وانخفاض محتوى الطاقة تعيق استخدام الكتلة الحيوية لإنتاج الطاقة اللجنوسليلوزية 2. الهضم اللاهوائي (AD) هو واحد من الأمثلة على إنتاج الطاقة الحيوية من نفايات الكتلة الحيوية 3 بشكل عام، هناك أربع خطوات تدهور تنطوي في الهضم اللاهوائي كما هو مبين في الشكل 1 4 </suع&gt;. في ثلاث خطوات الأولى متتالية، يتم تحويل السكريات من الكتلة الحيوية إلى الأحماض العضوية. في الخطوة الأخيرة، والكائنات ميثان إنتاج biomethane. م التقليدي هو الوقت والطاقة المستهلكة العملية. والتقليب المستمر يقلل من الاقتصاد الكلي للم، وخاصة بالنسبة للم من الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية. رواية upflow اللاهوائية الحالة الصلبة (عنك) مفاعل لديه القدرة على التغلب على أوجه القصور وذكرت (الشكل 2) 4. عفوية فصل الصلبة والسائلة هي واحدة من مزايا كبيرة من عنك، منذ صمم يسهل الغاز الحيوي فقاعات لرفع المخلفات الصلبة غير المتفاعل صعودا 5. هذا القضاء على استخدام النمام، وبالتالي يقلل من استهلاك الطاقة في الموقع. علاوة على ذلك، تداول السائل يضمن توزيع الكائنات الحية الدقيقة ونواتج الأيض في جميع أنحاء المفاعل وكذلك 5. بالمقارنة مع الوقود الحيوي الصلب، والغاز الحيوي هو أسهل في التعامل معها، ويترك بقايا ضئيلة أو معدومة. في الواقع، فإن كثافة الطاقة المحددةالغاز الحيوي هو أعلى عدة مرات الكتلة الحيوية الخام 4. ومع ذلك، AD تفضل السكريات البسيطة مثل النشا، والأحماض الدهنية، وهيميسيلولوز 1. نتيجة، السليلوز، والخشبين، جزء كبير من الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية ليفية مثل قش القمح، يبقى بمثابة digestate الصلبة بعد 5 م. وعلى الرغم من إنتاج الغاز الحيوي يختلف من المواد الخام، ونوع من الكائنات الحية الدقيقة، درجة حرارة التفاعل، وفترة رد الفعل، وعادة ما تنتج كمية كبيرة من digestate. بينما يستخدم الغاز الحيوي لتوليد الطاقة، وعادة ما تكون مخزنة digestates (تصل إلى 90٪ من المياه) في تخمير بقايا مستودع لجمع ما تبقى من انبعاثات غاز الميثان. بعد ذلك يتم تجفيفها وهذه تنتشر على الأراضي الزراعية لتحسين خصوبة التربة وقدرتها على الاحتفاظ بالمياه. ارتفاع محتوى غير العضوية غالبا ما تعيق digestate مباشرة للحصول على الوقود، وكميات عالية من الخبث قد تآكل المعدات 6. الكربنة الحرارية المائية (HTC) هو عملية العلاج الحراري الرطب صمم خصيصا ل. المواد الأولية، حيث يتم تسخين الكتلة الحيوية (مع 80-90٪ ماء) تصل إلى 200-260 درجة مئوية في ضغط التشبع بالمياه وعقد لمدة 0.5-6 ساعة (الشكل 3) 7،8 دون الحرجة المياه لديه الحد الأقصى للمنتج الأيونية في 200 - 260 درجة مئوية، وهو ما يعني المياه في ظل هذه الظروف هو رد الفعل ويتصرف على انه حامض معتدل وقاعدة خفيفة في وقت واحد 9. هيميسيلولوز، جنبا إلى جنب مع الإستخراجية الأخرى، تتحلل حول 180-200 درجة مئوية، في حين السليلوز يتفاعل حوالي 220-230 درجة مئوية، ويتفاعل اللجنين في درجة حرارة مرتفعة نسبيا (&gt; 250 درجة مئوية)، ولكن بوتيرة أبطأ بكثير من السليلوز وهيميسيلولوز 10. بسبب الجفاف ونزع الكربوكسيل كبيرة، نتائج HTC المنتج الصلبة اسمه HTC الفحم النباتي، مع العائد الشامل (HTC الجافة الفحم النباتي / الأعلاف الجافة) من 40-80٪، والمشروبات الكحولية التي تحتوي على الأحماض الكربوكسيلية ومشتقاتها الفيوران والمواد الفينولية، ومونومرات السكر، و 5 - 10٪ CO 2 المنتجات الغازية الغنية 11. خلال HTC، والأكسجين التي تحتوي على المواد الطيارة بشكل ملحوظخفضت وبالتالي ترك الغنية بالكربون الصلبة. الفحم النباتي HTC هو أيضا مستقرة، مسعور، وتفتيت مقارنة الخام المواد الخام رطبة 12،13. بسبب خصائصه مسعور، dewateribility من HTC الفحم النباتي يزيد عدة مرات مقارنة digestate الخام أو حتى الكتلة الحيوية الخام. 14-18 وعلاوة على ذلك، الفحم النباتي HTC لديها قيم وقود مماثلة لالليغنيت الفحم 16،17. ومع ذلك، السليلوز واللجنين تتحلل جزئيا في البيئة HTC 18. الآن هيميسيلولوز والسليلوز في الكتلة الحيوية والغاز الحيوي خلال المساهمة في م، في حين السليلوز واللجنين المساهمة في الغالب إلى صلب HTC الفحم النباتي 4،5. وبالتالي، فإن الجمع بين AD-HTC يمكن أن يحتمل زيادة الغلة الطاقة الحيوية بشكل عام. هوفمان وآخرون محاكاة تركيبة مشابهة ولكن باستخدام م وHTL (تسييل المائية) بدلا من AD-HTC 19. HTL هو طريقة شائعة لتسييل جزء الكتلة الحيوية والمنتجات السائلة له قيمة عالية في استهلاك الوقود [43.1 MJ / كغ]. ومع ذلك، HTL REQUIRES الضغط العالي جدا (250 بار) مقارنة HTC (10-50 بار)، وهو ما يعني تثبيت عالية وتكاليف التشغيل من HTC. مرة أخرى، تسلسل مزيج من م وHTC يمكن التشكيك كما يرث وآخرون. ذكرت مؤخرا م من عملية HTC السائل 20. ومع ذلك، وم فعالة يعتمد على تركيز السكر في المواد الأولية. السكريات في عملية HTC السائل، التي تنتج أثناء التحلل، وغالبا ما تتحلل بسرعة تحت الماء دون الحرجة. هذا هو السبب في م قبل HTC هو أكثر ملاءمة من حيث الطاقة الحيوية. ومع ذلك، يمكن م من عملية إنتاج الطاقة الحيوية السائلة HTC إضافية، وفي هذه الحالة، فإن تسلسل مزيج يكون AD-HTC-AD. وكان الهدف من العمل لتقييم تكامل العمليات وم HTC لإنتاج الطاقة الحيوية (الشكل 3). تم تقييم إمكانات إنتاج الغاز الحيوي للحرارة وم أليف الاعتدال من مفاعل عنك في عملية مستمرة لأكثر من 200 يوما. في وقت لاحق، و إنتاج الفحم النباتي HTCوقد درس أيضا مدمج digestate. تم تنفيذ توازن الكتلة والطاقة من تتالي AD-HTC الخروج وبالمقارنة مع العمليات الفردية.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="715">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:247px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:151px;">Company</td>
			<td style="width:151px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">UASS reactor</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:167px;">Patented design</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Weighing machine</td>
			<td style="width:151px;">KERN</td>
			<td style="width:151px;">440-55N</td>
			<td style="width:167px;">0.2 g precision</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:247px;">Biofilm carrier</td>
			<td style="width:151px;">RVT Process Equipment GmbH, Germany</td>
			<td style="width:151px;">Bioflow 40</td>
			<td style="width:167px;">Establish 305&#160; m2/m3</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:247px;">Heating bath</td>
			<td style="width:151px;">Lauda-Konigshofen, Germany</td>
			<td style="width:151px;">Lauda Ecoline 011</td>
			<td style="width:167px;">Ensure mesophilic and thermophilic temperature</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Recirculation pump</td>
			<td style="width:151px;">Heidolph pumpdrive</td>
			<td style="width:151px;">5201</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:247px;">Wheat straw</td>
			<td style="width:151px;">Dittmannsdorfer Milch GmbH, Germany</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:167px;">5-65 mm length</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Biogas analyzer</td>
			<td style="width:151px;">Pronova, Germany</td>
			<td style="width:151px;">SSM 6000</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Gas meter</td>
			<td style="width:151px;">Ritter, Germany</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:167px;">Drum type</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Process parameters</td>
			<td style="width:151px;">Mettler, Toledo, USA</td>
			<td style="width:151px;">InPro 4260</td>
			<td style="width:167px;">Online</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:247px;">HTC reactor</td>
			<td style="width:151px;">Parr instrument, Moline, IL, USA</td>
			<td style="width:151px;">Parr 4555</td>
			<td style="width:167px;">5 gallon volume</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:247px;">HTC Temperature controller</td>
			<td style="width:151px;">Parr instrument, IL, USA</td>
			<td style="width:151px;">4848</td>
			<td style="width:167px;">K type thermocouple</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Weighing machine</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:151px;">KERN FKB</td>
			<td style="width:167px;">0.1g precision&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:247px;">Heating system</td>
			<td style="width:151px;">Parr</td>
			<td style="width:151px;">A1600EEE</td>
			<td style="width:167px;">Band heater, 2 &#176;C min-1</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:247px;">Software</td>
			<td style="width:151px;">SpecView</td>
			<td style="width:151px;">32849</td>
			<td style="width:167px;">Digital monitoring and programming interface</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;"></td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Catalyst</td>
			<td style="width:151px;"></td>
			<td style="width:151px;">Tungsten (VI) oxide</td>
			<td style="width:167px;">Elemental analyzer</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Weighing machine</td>
			<td style="width:151px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:151px;">SN-1128123281</td>
			<td style="width:167px;">Precision 1 &#181;g</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:247px;">Sample pan</td>
			<td style="width:151px;">Elemental Analyssystem GmbH</td>
			<td style="width:151px;">Tin (Sn) 6x6x12 mm pan</td>
			<td style="width:167px;">Elemental analysis</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:247px;">Drying oven</td>
			<td style="width:151px;">Binder GmbH, Germany</td>
			<td style="width:151px;">FP 115</td>
			<td style="width:167px;">105 oC oven</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:247px;">Elemental analyzer</td>
			<td style="width:151px;">Vario</td>
			<td style="width:151px;">EL III</td>
			<td style="width:167px;">CHNS analyzer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluation of integrated anaerobic digestion and hydrothermal carbonization for bioenergy production

الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية هي واحدة من مصادر الطاقة المتجددة الأكثر وفرة غير مستغلة حتى الآن. كل من الهضم اللاهوائي (AD) والكربنة الحرارية المائية (HTC) وتكنولوجيات إنتاج الطاقة الحيوية من الكتلة الحيوية واعدة من حيث الغاز الحيوي والفحم النباتي HTC، على التوالي. في هذه الدراسة، يقترح الجمع بين م وHTC لزيادة إنتاج الطاقة الحيوية بشكل عام. تم هضمها لا هوائيا القمح من القش في رواية upflow مفاعل الحالة الصلبة اللاهوائية (عنك) في كل أليف الاعتدال (37 ° C) وحرارة (55 درجة مئوية) الظروف. الرطب هضمها من حرارة م تم متفحمة المياه الحارة في 230 درجة مئوية لمدة 6 ساعة لإنتاج الفحم النباتي HTC. في درجة حرارة حرارة، ونظام عنك ينتج في المتوسط ​​165 L CH4 / كغ VS (VS: المواد الصلبة المتطايرة) و121 L CH4 / كغ VS أليف الاعتدال في م خلال عملية مستمرة من 200 يوما. وفي الوقت نفسه، كان 43.4 غرام من الفحم النباتي HTC مع 29.6 إم جي / كيلوغرام dry_biochar OBTained من HTC من 1 كجم digestate (على أساس جاف) من أليف الاعتدال م. الجمع بين م واتش تي سي، في هذا مجموعة معينة من التجربة تسفر 13.2 MJ من الطاقة لكل 1 كجم من قش القمح الجافة، وهو أعلى بنسبة 20٪ على الأقل من HTC وحده وارتفاع 60.2٪ من م فقط.

الهضم اللاهوائي وكشفت التجارب أن نظام الغاز الحيوي عنك قادر على الاستفادة من 38٪ و 50٪ من إمكانات تشكيل الميثان في أليف الاعتدال (37 ° C) وحرارة (55 درجة مئوية) عملية، على التوالي. في حرارة م، ونظام عنك ينتج في المتوسط ​​165 L CH4 / كغ VS (VS: المواد الصلبة المتطايرة) و121 L CH4 / كغ VS أليف الاعتدال في م ل200 يوما من التشغيل المستمر (الشكل 4). وقد حسبت هذه القيم الأداء من التحليل الكمي والنوعي للغاز الحيوي تتعلق أساسا المواد الأولية الجافة. تم تحديد إمكانات biomethane لقش القمح (VDI التالية التوجيهي 4630) ليكون 304.3 L CH4 / كغ VS لحرارة و244.2 L CH4 / كغ VS لعملية أليف الاعتدال، على التوالي، وقدم في الشكل 50؛ 21. من حيث الجودة، والغاز الحيوي التي تنتجها عنك الواردة بين 41٪ و 61٪ من غاز الميثان (الشكل 5). HTC من digestate ويبين الشكل 6 القش الجاف، digestate الجافة المستمدة من القش التي كتبها م، وHTC الفحم النباتي المستمدة من digestate الجافة من قبل HTC. digestate جاف يشبه القش الجاف، والذي هو أكثر قتامة فقط قليلا في اللون. لهذا العمل، واعتبرت digestate من ظروف حرارة لHTC. كما هو مبين في الجدول رقم 1، 63٪ من مجموع كتلة يبقى في digestate (الجدول 1). HTC الجافة الفحم النباتي أخف من القش الخام الجافة، وربما يرجع ذلك إلى تدهور مونومرات والبوليمرات بسيطة عن طريق الكائنات الدقيقة المحبة للحرارة أثناء م. ويبين الشكل 7 سلوك مسعور، ونعومة HTC الفحم النباتي. خلال HTC، ويتم تدمير الهياكل البلورية ليفية وتنتج كاليفورنيا لينة غير متبلور-rbon الغنية HTC الفحم النباتي 16،17،28. يمكن أن ينظر إليه من الجدول 1 أن العائد كتلة digestate والقش الخام المستمدة الفحم النباتي HTC هي 43.4٪، 38.3٪ وعلى التوالي. المنتج الصلبة، HTC الفحم النباتي هو مسعور جدا 12؛ فإنه يمكن البقاء على اتصال مع الماء لفترة طويلة 13. كما أنها لينة جدا، لأنه يتطلب بالكاد أي ضغط لتدمير ذلك. لصناعة الفحم إلى الطاقة، والحفاظ على ليونة من المواد الخام مهم جدا، لأن ذلك يمكن القضاء على الخطوات تحطيم توسعية. تحليل العناصر من تركيب عناصر الواردة في الجدول 1، فإنه يمكن ملاحظة أن الكربون والهيدروجين عنصر لا تزال هي نفسها في جميع أنحاء الصلبة الهضم اللاهوائي. زيادات الكربون عنصري الهيدروجين والنقصان خلال HTC. معظم النيتروجين عنصري يبقى في صلب منذ يتم زيادة محتوى النيتروجين عنصري خلال كل من الهضم<html> د العمليات HTC. منذ الكبريت في قش القمح هو تتبع، لا يتم عرض تركيز الكبريت في النتائج. تم حساب محتوى الاكسجين من خلال طرح عنصري C، H، N ومن 100٪ وقدمت أيضا في الجدول رقم 1، على افتراض يتكون كمادة وسيطة من CHONS فقط. انخفض تركيز الأكسجين بشكل كبير خلال HTC، في حين أنها لا تزال مماثلة أثناء عملية الهضم. <img alt="الشكل 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig1highres.jpg" width="500" /> الشكل 1. مفهوم الأساسية وخطوات عملية الهضم اللاهوائي. يصف هذا الرقم المفاهيم الأساسية لعملية الهضم اللاهوائي. في هذا الشكل، وتعرض أربع خطوات عامة (التحلل، acedogenesis، acetogenesis، وتوليد الميثان) من الهضم اللاهوائي g2highres.jpg &quot;العرض =&quot; 500 &quot;/&gt; الشكل 2: رسم تخطيطي لمفاعل عنك نطاق المختبر لعملية الهضم اللاهوائي هذا هو التخطيطي للنظام مفاعل عنك. هنا يتم عرض المفاعل عنك ومرشح اللاهوائية (AF) متصلة بواسطة تيار السائل، حيث الأحماض الدهنية التي تنتج في المفاعل عنك حان لAF ويتم إنتاج غاز الميثان. من الجزء السفلي من AF، يوجه تيار السائل آخر لعنك، حيث الكائنات الحية الدقيقة تسير من AF إلى مفاعل عنك. <img alt="الرقم 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig3highres.jpg" width="500" /> الرقم 3. (أعلى) مفهوم HTC الكتلة الحيوية اللجنوسليلوزية، (القاع) مفهوم التكامل الهضم اللاهوائي وHTC * سيكون رد فعل جزئيا السليلوز 24. في هذا المخطط كتلة، فإنه يمكن ملاحظة أن مكونات ألياف مختلفة تتلامس مع الماء دون الحرجة ويتم تحويلها إلى الفحم النباتي HTC (Cنوع OAL). <img alt="الرقم 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig4highres.jpg" width="500" /> الشكل 4. إنتاج غاز الميثان من مفاعل عنك في كل الظروف حرارة وأليف الاعتدال مع مرشح اللاهوائية. هذه هي النتائج التجريبية من مفاعل عنك ل210 أيام من العملية لكلا ظروف حرارة وأليف الاعتدال. المحور X هو أيام من العملية، في حين أن المحور Y هو العائد الميثان (CH4 L / كغ VS) مقارنة المتطايرة الصلبة (VS). <img alt="الرقم 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig5highres.jpg" width="500" /> الرقم 5. جزء الميثان من الغاز الحيوي من مفاعل عنك في كل الظروف حرارة وأليف الاعتدال، وهذه هي النتائج التجريبية من مفاعل عنك ل210 أيام من العملية تحت كلا من حرارةشروط أليف الاعتدال د. المحور X هو أيام من العملية، في حين Y-المحور هو جزء الميثان (٪) في الغاز الحيوي. القيم المعطاة هي متوسطات من التكرارات. <img alt="الرقم 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig6highres.jpg" width="500" /> الرقم 6. (من اليسار إلى اليمين) القش الجاف القمح وجافة digestate قش القمح، والفحم النباتي HTC digestate من قش القمح. هذه هي الصورة في الوقت الحقيقي من ولايات مختلفة من قش القمح. هنا في هذا الرقم، وتأثير الهضم اللاهوائي (AD) وHTC يمكن أن تكون مرئية. هيكل الألياف لا تزال واضحة في digestate، في حين يصبح مساحيق بعد HTC. <img alt="الرقم 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig7highres.jpg" width="500" /> الرقم 7. للا مائية من الفحم النباتي HTC (يسار)، تفتيت الفحم النباتي من HTC (يمين) </قوي&gt;. هذا هو مرة أخرى الصورة في الوقت الحقيقي من للا مائية وتفتيت الفحم النباتي من HTC. في الصورة الأولى، غرقت الفحم النباتي HTC تحت الماء، في حين يتم عرض الصور المقبلين حالة من الفحم النباتي قبل وبعد سحق الثابت. <img alt="الرقم 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig8highres.jpg" width="500" /> الرقم 8. (أعلى) الطاقة الحيوية المحتملة من قبل الهضم اللاهوائي (م) من 1 كيلو من قش القمح الخام و(القاع) قدرة الطاقة الحيوية من خلال دمج AD-HTC من 1 كيلو من قش القمح الجافة، وهذا هو الرقم لتقييم ضرورة الجمع المفاهيم. ويبين الرسم البياني كتلة مقدار الطاقة يتم استخراج من قبل م وHTC من المواد الخام. <img alt="الجدول 1" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/51734/51734table1v2.jpg" width="700" /> الجدول 1. تحليل عنصري، سموV، العائد الشامل، وتحليل الألياف من القش الخام القمح، digestate (حرارة)، والمقابلة HTC الفحم النباتي. يتم احتساب HHV من تكوين CHNS كما هو مبين في الأدب 18،24. هو الجدول 1 النتائج التجريبية من تحليل العناصر، والعائد الشامل بعد م وHTC. يتم قياس اللجنين والسليلوز وهيميسيلولوز التي كتبها فان سست تحليل الألياف [12]. ملاحظة: لا يتم تحليل غ <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51734/51734table1.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الجدول.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production at JoVE.com

Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

واستخدمت رواية Upflow اللاهوائية الحالة الصلبة (عنك) مفاعل لإنتاج الغاز الحيوي من المواد الأولية ليفية. تم متفحمة Digestate من مفاعل عنك المياه الحارة في HTC الفحم النباتي في مفاعل دفعة المضغوط. تم تطبيق التكامل بين المفهومين الطاقة الحيوية في هذه الدراسة لزيادة إنتاج الطاقة الحيوية بشكل عام.

تقييم الهضم اللاهوائي المتكاملة والتفحيم الحرارية المائية لإنتاج الطاقة الحيوية

Lignocellulosic biomass is one of the most abundant yet underutilized renewable energy resources. Both anaerobic digestion (AD) and hydrothermal ...

evaluation-integrated-anaerobic-digestion-hydrothermal-carbonization

Research

JoVE Journal

Environment

25.3K Views.  Leibniz Institute for Agricultural Engineering.  واستخدمت رواية Upflow اللاهوائية الحالة الصلبة (عنك) مفاعل لإنتاج الغاز الحيوي من المواد الأولية ليفية. تم متفحمة Digestate من مفاعل عنك المياه الحارة في HTC الفحم النباتي في مفاعل دفعة المضغوط. تم تطبيق التكامل بين المفهومين الطاقة الحيوية في هذه ?...

Video: Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Integrated Field Lysimetry and Porewater Sampling for Evaluation of Chemical Mobility in Soils and Established Vegetation

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals is often not well understood. Here we demonstrate an integrated field lysimetry and porewater sampling method for evaluating the mobility of chemicals applied to soils and established vegetation. Lysimeters, open columns made of metal or plastic, are driven into bareground or vegetated soils. Porewater samplers, which are commercially available and use vacuum to collect percolating soil water, are installed at predetermined depths within the lysimeters. At prearranged times following chemical application to experimental plots, porewater is collected, and lysimeters, containing soil and vegetation, are exhumed. By analyzing chemical concentrations in the lysimeter soil, vegetation, and porewater, downward leaching rates, soil retention capacities, and plant uptake for the chemical of interest may be quantified. Because field lysimetry and porewater sampling are conducted under natural environmental conditions and with minimal soil disturbance, derived results project real-case scenarios and provide valuable information for chemical management. As chemicals are increasingly applied to land worldwide, the described techniques may be utilized to determine whether applied chemicals pose adverse effects to human health or the environment.

Field lysimetry and porewater sampling allow researchers to evaluate the fate of chemicals applied to soils and established vegetation. The goal of this protocol is to demonstrate how to install required instrumentation and collect samples for chemical analysis during integrated field lysimetry and porewater sampling experiments.

Lysimetry متكاملة الميدانية وأخذ العينات Porewater لتقييم التنقل الكيميائية في التربة والغطاء النباتي تأسست

Potentially toxic chemicals are routinely applied to land to meet growing demands on waste management and food production, but the fate of these chemicals ...

A Gusseted Thermogradient Table to Control Soil Temperatures for Evaluating Plant Growth and Monitoring Soil Processes

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a series of incubators. A temperature gradient is passively established across the surface of the table between the heated and cooled ends and is lost quickly at distances above the surface. Since temperature is only controlled on the table surface, experiments are restricted to shallow containers, such as Petri dishes, placed on the table. Welding continuous aluminum vertical strips or gussets perpendicular to the surface of a table enables temperature control in depth via convective heat flow. Soil in the channels between gussets was maintained across a gradient of temperatures allowing a greater diversity of experimentation. The gusseted design was evaluated by germinating oat, lettuce, tomato, and melon seeds. Soil temperatures were monitored using individual, battery-powered dataloggers positioned across the table. LED lights installed in the lids or along the sides of the gradient table create a controlled temperature chamber where seedlings can be grown over a range of temperatures. The gusseted design enabled accurate determination of optimum temperatures for fastest germination rate and the highest percentage germination for each species. Germination information from gradient table experiments can help predict seed germination and seedling growth under the adverse soil conditions often encountered during field crop production. Temperature effects on seed germination, seedling growth, and soil ecology can be tested under controlled conditions in a laboratory using a gusseted thermogradient table.

Traditional thermogradient tables create a range of temperatures across the surface. Welding gussets perpendicular to the surface of a thermogradient table will control temperature in depth increasing possible research applications.

والجدول Gusseted Thermogradient لتنظيم درجة الحرارة التربة لتقييم نمو النبات ومراقبة العمليات التربة

Thermogradient tables were first developed in the 1950s primarily to test seed germination over a range of temperatures simultaneously without using a ...

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron (Oxy)Hydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as redox potential (Eh) and pH, but also to microbial activities that can play a direct or indirect role on speciation and/or mobility. Indeed, some bacteria can directly oxidize As(III) to As(V) or reduce As(V) to As(III). Likewise, bacteria are strongly involved in Hg cycling, either through its methylation, forming the neurotoxin monomethyl mercury, or through its reduction to elemental Hg&#176;. The fates of both As and Hg are also strongly linked to soil or aquifer composition; indeed, As and Hg can bind to organic compounds or (oxy)hydroxides, which will influence their mobility. In turn, bacterial activities such as iron (oxy)hydroxide reduction or organic matter mineralization can indirectly influence As and Hg sequestration. The presence of sulfate/sulfide can also strongly impact these particular elements through the formation of complexes such as thio-arsenates with As or metacinnabar with Hg.
Consequently, many important questions have been raised on the fate and speciation of As and Hg in the environment and how to limit their toxicity. However, due to their reactivity towards aquifer components, it is difficult to clearly dissociate the biogeochemical processes that occur and their different impacts on the fate of these TE.
To do so, we developed an original, experimental, column setup that mimics an aquifer with As- or Hg-iron-oxide rich areas versus iron depleted areas, enabling a better understanding of TE biogeochemistry in anoxic conditions. The following protocol gives step by step instructions for the column set-up either for As or Hg, as well as an example with As under iron and sulfate reducing conditions.

Experimental Column Setup for Studying Anaerobic Biogeochemical Interactions Between Iron OxyHydroxides, Trace Elements, and Bacteria

Fate and speciation of arsenic and mercury in aquifers are closely related to physio-chemical conditions and microbial activity. Here, we present an original experimental column setup that mimics an aquifer and enables a better understanding of trace element biogeochemistry in anoxic conditions. Two examples are presented, combining geochemical and microbiological approaches.

إعداد العمود التجريبية لدراسة التفاعلات الكيميائية الأرضية الأحيائية اللاهوائية بين هيدروكسيدات الحديد (أوكسي)، والعناصر النزرة، والبكتيريا

Fate and speciation of trace elements (TEs), such as arsenic (As) and mercury (Hg), in aquifers are closely related to physio-chemical conditions, such as ...

Ecosystem Fabrication (EcoFAB) Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A better mechanistic understanding of these complex plant-microbe interactions will be crucial to improving plant production as well as performing basic ecological studies investigating plant-soil-microbe interactions. Here, a detailed description for ecosystem fabrication is presented, using widely available 3D printing technologies, to create controlled laboratory habitats (EcoFABs) for mechanistic studies of plant-microbe interactions within specific environmental conditions. Two sizes of EcoFABs are described that are suited for the investigation of microbial interactions with various plant species, including Arabidopsis thaliana, Brachypodium distachyon, and Panicum virgatum. These flow-through devices allow for controlled manipulation and sampling of root microbiomes, root chemistry as well as imaging of root morphology and microbial localization. This protocol includes the details for maintaining sterile conditions inside EcoFABs and mounting independent LED light systems onto EcoFABs. Detailed methods for addition of different forms of media, including soils, sand, and liquid growth media coupled to the characterization of these systems using imaging and metabolomics are described. Together, these systems enable dynamic and detailed investigation of plant and plant-microbial consortia including the manipulation of microbiome composition (including mutants), the monitoring of plant growth, root morphology, exudate composition, and microbial localization under controlled environmental conditions. We anticipate that these detailed protocols will serve as an important starting point for other researchers, ideally helping create standardized experimental systems for investigating plant-microbe interactions.

Ecosystem Fabrication EcoFAB Protocols for The Construction of Laboratory Ecosystems Designed to Study Plant-microbe Interactions

This article describes detailed protocols for ecosystem fabrication of devices (EcoFABs) that enable the studies of plants and plant-microbe interactions in highly controlled laboratory conditions.

بروتوكولات النظام الإيكولوجي تلفيق (اكوفاب) لتشييد مختبر النظم الإيكولوجية تهدف إلى دراسة التفاعلات بين الميكروبات والنبات

Beneficial plant-microbe interactions offer a sustainable biological solution with the potential to boost low-input food and bioenergy production. A ...

An Experimental Protocol for Studying Mineral Effects on Organic Hydrothermal Transformations

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the deep ocean. Roles of minerals are critical in many hydrothermal organic geochemical processes. Traditional hydrothermal methodology, which includes using reactors made of gold, titanium, platinum, or stainless-steel, is usually associated with the high cost or undesired metal catalytic effects. Recently, there is a growing tendency for using the cost-effective and inert quartz or fused silica glass tubes in hydrothermal experiments. Here, we provide a protocol for carrying out organic-mineral hydrothermal experiments in silica tubes, and we describe the essential steps in the sample preparation, experimental setup, products separation, and quantitative analysis. We also demonstrate an experiment using a model organic compound, nitrobenzene, to show the effect of an iron-containing mineral, magnetite, on its degradation under a specific hydrothermal condition. This technique can be applied to study complex organic-mineral hydrothermal interactions in a relatively simple laboratory system.

Earth-abundant minerals play important roles in the natural hydrothermal systems. Here, we describe a reliable and cost-effective method for the experimental investigation of organic-mineral interactions under hydrothermal conditions.

وضع بروتوكول تجريبي لدراسة الآثار المعدنية على التحولات الحرارية المائية العضوية

Organic-mineral interactions are widely occurring in hydrothermal environments, such as hot springs, geysers on land, and the hydrothermal vents in the ...

An Anaerobic Biosensor Assay for the Detection of Mercury and Cadmium

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to bacteria control the amount that will accumulate in staple food crops. The bioavailability of these metals is dependent on their speciation in solution, but more particularly under anoxic conditions where Hg is methylated to toxic monomethylmercury (MeHg) and Cd persists in the rhizosphere. Whole-cell microbial biosensors give a quantifiable signal when a metal enters the cytosol and therefore are useful tools to assess metal bioavailability. Unfortunately, most biosensing efforts have so far been constrained to oxic environments due to the limited ability of existing reporter proteins to function in the absence of oxygen. In this study, we present our effort to develop and optimize a whole-cell biosensor assay capable of functioning anaerobically that can detect metals under anoxic condition in quasi-real time and within hours. We describe how the biosensor can help assess how chemical variables relevant to the environmental cycling of metals affect their bioavailability. The following protocol includes methods to (1) prepare Hg and Cd standards under anoxic conditions, (2) prepare the biosensor in the absence of oxygen, (3) design and execute an experiment to determine how a series of variable affects Hg or Cd bioavailability, and (4) to quantify and interpret biosensor data. We show the linear ranges of the biosensors and provide examples showing the method's ability to distinguish between metal bioavailability and toxicity by utilizing both metal-inducible and constitutive strains.

Here, we present a protocol to use an anaerobic whole-cell microbial biosensor to evaluate how different environmental variables affect the bioavailability of Hg and Cd to bacteria in anoxic environments.

مقايسة Biosensor اللاهوائية للكشف عن الزئبق والكادميوم

Mercury (Hg) bioavailability to microbes is a key step to toxic Hg biomagnification in food webs. Cadmium (Cd) transformations and bioavailability to ...

An Induction System for Clustered Stomata by Sugar Solution Immersion Treatment in Arabidopsis thaliana Seedlings

Stomatal movement mediates plant gas exchange, which is essential for photosynthesis and transpiration. Stomatal opening and closing are accomplished by a significant increase and decrease in guard cell volume, respectively. Because shuttle transport of ions and water occurs between guard cells and larger neighboring epidermal cells during stomatal movement, the spaced distribution of plant stomata is considered an optimal distribution for stomatal movement. Experimental systems for perturbing the spaced pattern of stomata are useful to examine the spacing pattern's significance. Several key genes associated with the spaced stomatal distribution have been identified, and clustered stomata can be experimentally induced by altering these genes. Alternatively, clustered stomata can be also induced by exogenous treatments without genetic modification. In this article, we describe a simple induction system for clustered stomata in Arabidopsis thaliana seedlings by immersion treatment with a sucrose-containing medium solution. Our method is easy and directly applicable to transgenic or mutant lines. Larger chloroplasts are presented as a cell biological hallmark of sucrose-induced clustered guard cells. In addition, a representative confocal microscopic image of cortical microtubules is shown as an example of intracellular observation of clustered guard cells. The radial orientation of cortical microtubules is maintained in clustered guard cells as in spaced guard cells in control conditions.

An Induction System for Clustered Stomata by Sugar Solution Immersion Treatment in Arabidopsis thaliana Seedlings

The goal of this protocol is to demonstrate how to induce clustered stomata in cotyledons of Arabidopsis thaliana seedlings by immersion treatment with a sugar-containing medium solution and how to observe intracellular structures such as chloroplasts and microtubules in the clustered guard cells using confocal laser microscopy.

نظام التوجيهي "الثغور متفاوت" "السكر الحل العلاج الغمر" في شتلات نبات التمويل

Stomatal movement mediates plant gas exchange, which is essential for photosynthesis and transpiration. Stomatal opening and closing are accomplished by a ...

Simulation of Early Earth Hydrothermal Chimneys in a Thermal Gradient Environment

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the emergence of life. The growth of hydrothermal chimneys in a thermal gradient environment within an early Earth vent system was successfully simulated by using different hydrothermal simulants, such as sodium sulfide, which were injected into an early Earth ocean simulant containing dissolved ferrous iron. Moreover, an apparatus was developed to sufficiently cool the ocean simulant to near 0 &#176;C in a condenser vessel immersed in a cold water bath while injecting a sulfide solution at hot to room temperatures, effectively creating an artificial chimney structure in a temperature gradient environment over a period of a few hours. Such experiments with different chemistries and variable temperature&#160;gradients resulted in a variety of morphologies in the chimney structure. The use of ocean and hydrothermal fluid simulants at room temperature resulted in vertical chimneys, whereas the combination of a hot hydrothermal fluid and cold ocean simulant inhibited the formation of robust chimney structures. The customizable 3D printed condenser created for this study acts as a jacketed reaction vessel that can be easily modified and used by different researchers. It will allow the careful control of injection rate and chemical composition of vent and ocean simulants, which should help accurately simulate prebiotic reactions in chimney systems with thermal gradients similar to those of natural systems.

The goal of this protocol is to form simulated hydrothermal chimneys via chemical garden injection experiments and introduce a thermal gradient across the inorganic precipitate membrane, using a 3D printable condenser that can be reproduced for educational purposes.

محاكاة المداخن الحرارية المائية للأرض في وقت مبكر في بيئة الانحدار الحراري

Deep sea hydrothermal vents are self-organizing precipitates generated from geochemical disequilibria and have been proposed as a possible setting for the ...

طريقة محاكاة لاهوائية في الموقع لزراعة الميكروبات البيئية

A Set of In Situ Informed Simulated Medium Formats for Culturing Environmentally Acquired Anaerobic Microorganisms

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth conditions (e.g., pH and carbon sources) for anaerobic microorganisms while also allowing samples to be extracted without compromising the artificial environment. To this end, methods that are informed by and simulate an in situ environment can be of great aid in culturing microorganisms from that environment. Here, we outline an in situ informed and simulated anaerobic method for culturing terrestrial surface and subsurface microorganisms, emphasizing anaerobic sample collection with minimal perturbation. This protocol details the production of a customizable anaerobic liquid medium, and the environmental&#160;acquisition and in vitro growth of anaerobic microorganisms. The protocol also covers critical components of an anaerobic bioreactor used for environmental simulations of sediment and anaerobic liquid media for environmentally acquired cultures. We have included preliminary Next Generation Sequencing data from a maintained microbiome over the lifespan of a bioreactor where the active culture dynamically adjusted in response to an experimental carbon source.

تسليط الضوء على المؤلف: كشف أسرار الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية الأرضية في بيئات مجهولة بواسطة الزراعة في الموقع

The focus of this paper is to detail best practices for making media for fastidious anaerobic microorganisms acquired from an environment. These methods help manage anaerobic cultures and can be applied to support the growth of elusive uncultured microorganisms, the "microbial dark matter."

مجموعة من التنسيقات الوسيطة المحاكية المستنيرة في الموقع لزراعة الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية المكتسبة بيئيا

Culture-dependent research of anaerobic microorganisms rests upon methodological competence. These methods must create and maintain suitable growth ...