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. Digestión Anaerobia de la paja del trigo Nota: Para la digestión anaerobia en 39 reactores L UAS, use 5-65 mm de largo chuletas de paja de trigo crudo como pienso. El contenido de materia seca orgánica de la materia prima en este experimento particular fue de 85.9% y la fracción de fibra cruda fue de 46,3%. Los reactores de los UAS son de acero inoxidable con una mirilla de vidrio acrílico. Dos 30 L de filtro anaerobio (AF) se combinan con cada reactor UAS 39 L. Las aflatoxinas son construidas de cristal acrílico transparente. El esquemática de los sistemas de reactores se muestran en la Figura 2 y el diseño arquitectónico describe en otra parte 4. Los detalles de la inoculación y la puesta en marcha de los reactores se dan en otros lugares 5. <ol><li> Llene cada AF con 325 portadores del biofilm de polietileno en forma de barril. Nota: Los portadores de biofilm utilizados tienen una superficie de 305 m 2 / m 3. </li><li> Establezca las bombas de agua para la circulación de líquido de procesoen ambos reactores mesófilas y termófilas para un caudal de 1,15 l / h. </li><li> Establecer baños de calefacción a nivel de temperatura del reactor deseada, 37 ° C para el mesofílico y 55 ° C para el reactor termófilo. </li><li> Para la alimentación diaria de los reactores de los UAS, pesan 120 g de FM de la paja del trigo (= 99,5 g VS) para cada reactor para conseguir una velocidad de carga orgánica de 2,5 g VS / L · día. </li><li> Sonda de alimentación abierto UAS &#39;y retire el sello. </li><li> Vierta la paja del trigo en el tubo de alimentación diagonal y empuje en la parte inferior del reactor con la ayuda de la marca de alimentación. A partir de ahí, la paja flotará en contra de un tamiz y formar el lecho de estado sólido. </li><li> Limpie la superficie de sellado para asegurarse, es estanca al gas y cierre el tubo de alimentación. </li><li> Las bombas funcionarán continuamente, transportando 1,2 l / h de licores de proceso a través del sistema de reactor (UAS y AF). </li><li> Medir el flujo de biogás de forma continua utilizando mete gas de tamborrs y guardar en una bolsa de gas de 20 litros. Nota: Haga una salida de la bolsa de gas en el analizador de biogás. En el analizador de biogás, CH 4, H 2 S, O 2, CO 2 y H 2 se miden. Primero, el biogás tiene que pasar 3 filtros diferentes para eliminar la humedad y otros compuestos tóxicos que son perjudiciales para el detector. El analizador necesita ser calibrado una vez en una semana para la composición exacta de biogás. </li><li> Medir la composición del biogás con regularidad utilizando un analizador de biogás industrial. Nota: El analizador de biogás sólo puede medir el biogás cuando la bolsa de biogás es de al menos la mitad. Para la medición de la composición del biogás, la válvula de la bolsa de gas tiene que ser abierto y esperar a que la composición del biogás estable (tarda unos 20-30 segundos). </li><li> Para el control de procesos, medir el pH y la temperatura en línea con medidor de pH se instala y termómetro. </li><li> Retire aproximadamente 3 kg de digestato (80-90% de humedad) una vez a la semana, lo que da un tiempo de retención de sólidos (SRT) of 2-3 semanas. Utilice este digestato como alimentación para el proceso de HTC. El biogás producido después es suficiente para extruir el aire y establecer condiciones anaeróbicas dentro de pocas horas. </li><li> Analizar licores de proceso y el digestato semanalmente por sus propiedades químicas (pH, CE, TS, VS, ácidos grasos, CHNS, amoníaco, oligoelementos y fibra cruda). </li></ol> 2. Hidrotermal carbonización de la paja del trigo Digestate Nota: Para hidrotermal carbonización de digestato de la etapa 1, un lote de 18 L agitada se utiliza reactor. El control y el tiempo de proceso se efectúa a través del controlador del reactor 4848 y el software SpecView 32 849, que se ejecuta en un ordenador. En el programa, la temperatura del reactor, temperatura de la camisa de calentamiento, presión, y velocidad de agitación pueden ser mostrados. Por otra parte, el programa de los parámetros del proceso (temperatura de inicio, la temperatura del sistema, velocidad de calentamiento, velocidad de agitación) se puede configurar para cada experimentos HTC. <ol><li> Pesar 2,5 kgdigestato de paja usando una balanza con la precisión de 0,1 g y transferir al recipiente del reactor. </li><li> Utilice el mismo equilibrio para medir 10 kg de agua de reposición, y se vierte en la vasija del reactor, así. Esto mantendrá el digestato, relación agua 01:04. </li><li> Antes de cerrar neumáticamente, revolver manualmente el contenido del reactor para evitar el bloqueo de agitador de hélice. Cierre el reactor y asegúrela apretando los tornillos en cruz con una fuerza de 50 Nm. </li><li> Ajuste la reacción por el siguiente rampa remojo: </li><li> Llegar a la temperatura inicial de 30 º C en 15 min desde la temperatura ambiente. <ol><li> Establezca el tiempo de calentamiento de la temperatura de reacción de 230 ° C es de 100 min. </li><li> Mantenga la temperatura de reacción final durante 6 horas. </li><li> Después de 6 h de tiempo de retención, enfriar el reactor 15 h desde 230 ° C a la temperatura ambiente. </li><li> Se agita el contenido del reactor a 30 rpm durante todo el proceso de HTC completa. </li><li> Apagar el agitador después de la fase de enfriamiento y pinstar al gas en una bolsa de gas de 20 litros. </li><li> Asegúrese de que el gas pasa a través de una trampa de condensado así como un filtro de carbón activado. </li><li> Almacenar el gas para su posterior análisis. </li></ol></li><li> Después del muestreo de gas, drenar la suspensión desde el buque a un contenedor a través de una alta temperatura, válvula de bola de alta presión y después se filtra a través de una malla con un tamaño de poro de alrededor de 0,5 mm. </li><li> Recoger el líquido y tarar el biochar HTC producido para determinar la cantidad de caracteres HTC-producida en comparación con la materia prima. </li></ol> 3. Análisis elemental de Raw, digestato, y HTC biochar de la paja del trigo Nota: Para cualquier análisis de combustibles sólidos, a menudo se utiliza un analizador elemental o chons analizador. La composición elemental de carbono atómico, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, y azufre puede obtenerse a partir de este análisis. Desde chons, se puede estimar el poder calorífico superior o valor energético del combustible. Por otra parte, el contenido de azufre atómico también se indiccomió la calidad del combustible. En este estudio, un analizador elemental se utiliza para determinar el valor de combustible de biocarbón HTC, paja de trigo en bruto y el digestato. A medida que el analizador sólo permite un pequeño tamaño de la muestra, el análisis, efectuado al menos tres veces para una mejor reproducibilidad. <ol><li> En un plato de muestras (estaño, 6 x 6 x 12 mm), pesar 30 mg de tungsteno (VI) óxido utilizando el equilibrio específico en el paquete elemental. Nota: La precisión de una balanza de este tipo es normalmente de 1 g. Tungsteno (VI) óxido funciona como un catalizador en el analizador elemental. </li><li> Pesar de 5-10 mg de muestra seca y poner en el mismo platillo de la muestra, se mezcla, y se envuelve. El tamaño de la cacerola de la muestra envuelta debe estar alrededor de 2 x 2 x 5 mm 3. </li><li> Colocar las muestras en el inyector automático. Tenga en cuenta la posición de cada muestra y usar el ácido sulfónico en este análisis elemental como referencia </li><li> Inicie el software Vario en el ordenador conectado al analizador elemental, definir las condiciones, el flujo de gas de las muestras, las temperaturas de la2 hornos (hornos son los 2 a 1150 y 850 ° C, respectivamente). A continuación, defina los nombres de las muestras de acuerdo a las posiciones autosampling. Inicie el programa. La máquina funciona de forma automática, realiza el análisis y almacena los resultados en el ordenador. Nota: Los Elementales CHNS son la salida del analizador elemental y por lo general se reportan directamente en la pantalla del ordenador. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Reactores UAS son capaces de mitigar las deficiencias discutidas en la introducción. Sin embargo, hay mucho margen de mejora. Sistema de alimentación y la retirada de digestato son todavía manual. El sistema de los UAS se enfrenta a problemas de manipulación de materias primas de más de 60 mm. El sistema funciona mejor con materias primas fibrosas ya que flotan a través del líquido, pero otras materias primas como el estiércol y lodos podría no favorecer el sistema UAS. El sistema de UAS está diseñado de tal manera que el licor de proceso circula desde el reactor a AF al reactor de nuevo. Sin embargo, incluso un 2-5% sólido en el líquido circulante fue demostrado ser problemático, ya que se depositan en el AF o bloquean la entrada de la tubería y dificultan la circulación de líquido. El análisis químico del líquido de proceso es importante, como la producción de ácidos grasos libres y de nitrógeno puede cambiar el sistema microbiana que resulta en la producción de biogás no característica. El sistema de los UAS es robusto, y se puede ejecutar más de 200 días sin mostrar ningún significant problemas. Los tubos de conexión de las bombas de los reactores a las aflatoxinas deben ser reemplazados cada mes alternativo. El nivel del agua en el baño de agua necesita ser comprobada de forma semanal y rellenar si es necesario. HTC de digestato húmeda es muy eficaz para el tratamiento de residuos, así como la producción de biocombustibles sólidos. El dewateribility del producto sólido también se verá facilitado por el proceso HTC como se muestra en la Figura 7. Sin embargo, HTC del digestato se debe realizar lo antes posible, preferiblemente el mismo día en que se retira el digestato. De lo contrario, la digestión empieza degradar biológicamente, que no es favorable para HTC. Como HTC es una alta temperatura (200-260 ° C) y alta presión de proceso (20-50 bar), tomar las precauciones necesarias durante todo el procedimiento de HTC es muy importante. Todas las conexiones se comprueban al menos una vez al mes para asegurarse de que son los gases. Líquido de proceso HTC tiene una mayor concentración de furfural, 5-HMF, y co fenólicompounds, que están clasificados como tóxicos. Por lo tanto, se recomienda utilizar una máscara de cara y guantes durante la manipulación de líquido de proceso HTC, especialmente cuando licor de proceso HTC es drenado desde el recipiente del reactor a otro contenedor. Aunque HTC tiene muchas ventajas para el manejo de la materia prima en húmedo como digestato, todavía es un proceso por lotes. En una evaluación económica, el proceso por lotes HTC va a ser difícil de justificar. Más investigación es por lo tanto necesaria para facilitar la operación continua de HTC. Análisis elemental es un método eficaz para sustratos sólidos homogéneos, pero no para sustratos heterogéneos. Como biocombustible sólido suele ser heterogénea y elemental analizador sólo permite 5-10 mg de tamaño de la muestra, se recomienda realizar al menos tres repeticiones y un uso promedio. Otra limitación de análisis elemental es la medición de sustratos sólidos con alto contenido de cenizas. Analizadores elementales sólo miden chons, y no hay otros compuestos inorgánicos. Así, el análisis elemental de sustratos sólidos alta de ceniza podría no reveal las concentraciones chons reales. Preparación de la muestra para el análisis elemental es vital, ya que la muestra tiene que ser envuelta, precisamente, de lo contrario, habrá una falta de coherencia en los análisis. Valor de combustible del combustible sólido puede estimarse a partir de chons, pero se recomienda utilizar un calorímetro de bomba para la determinación del valor preciso de combustible. Acerca de 92-161 L de metano fue producido por kilogramo de sólidos volátiles en la alimentación. El total de sólidos o sólidos orgánicos volátiles de la paja de trigo seco fue 86,9%. Digestato seco tiene menor concentración de oxígeno y el hidrógeno atómico, que es otro indicio de degradación de polisacáridos y la degradación sencilla de azúcar durante la digestión anaerobia 22,23. Por otra parte, inferior H, y O concentraciones aumentan el HHV del digestato 24. HHV del digestato seco es 22% superior a la materia prima cruda seca. Los resultados similares se obtienen con un análisis estadístico detallado por Pohl et al 23. De lodos procedentes de la digestión anaeróbica contiene un 80-90% de agua 6. Estos son hidrófilos y el agua está parcialmente consolidadas en las células microbianas o de plantas. Como resultado de deshidratación o secado de lodos ya es complicado y requiere mucha energía. Por ejemplo, 2 kg de digestato seco une 8 kg de agua (80% de humedad), lo que requiere 20,7 MJ de calor para secar digestato. Por otra parte, tiende a bio-degradan relativamente rápido en las condiciones ambientales, pierde nutrientes de las plantas, y libera de GEI (gases de efecto invernadero) tales como N 2 O y CH 4. Así, a pesar de un mayor potencial de energía, digestato fresco no se puede utilizar directamente como combustible sólido. Se tendría que ser secado después de la digestión 20. De la Tabla 1, se puede demostrar que el digestato seco tiene un contenido de carbono atómico similar a la paja en bruto, y son visualmente similares antes y después de la digestión anaerobia (Figura 6). Esto sugiere que la lignina y la celulosa de la lignina con incrustacionesson en su mayoría sin reaccionar. Sin embargo, un rendimiento másico del 63% observada, es decir, la paja procesada es 37% más ligero que la paja cruda seca. Concentración de carbono elemental similares significa que no hay carbonización se produjo durante la digestión anaerobia 22. Como se muestra en la Figura 7, el biocarbón HTC de digestato (termófila) es muy estable y suave. Debido al aumento significativo en la hidrofobicidad, se puede sumergir literalmente en el agua durante meses sin su estructura física y química ser afectado 12,25. La hidrofobicidad también mejora la deshidratación de HTC biocarbón 14. Estructura de la paja no es discernible en el biocarbón HTC más, lo que significa que la celulosa se podría haber reaccionado. Un carbonización significativa se observa en biocarbón HTC junto con la reducción de oxígeno atómico. Esta es otra indicación de celulosa se hace reaccionar en lugar de lignina. Concentración de carbono Atómica en lignina es mucho mayor que la de la celulosa 24-29. Como resultado, HTC Biochar tiene un HHV de 29,6 MJ / kg, que son 61% más que la paja en bruto y el 32% más alto que el digestato seco, respectivamente. HHV de paja de procesado HTC es 28,8 MJ / kg, que es también similar a la de HTC procesado digestato paja (29,6 MJ / kg). Sin embargo, la producción en masa es un 40,7% mayor en paja de HTC que la de digestato de HTC con la comparación de la materia prima en bruto. Como resultado, si 1 kg de paja en bruto (18,4 MJ) se carboniza hidrotérmicamente, biocarbón paja HTC tendrá el potencial de 11,0 MJ. De lo contrario, si es la misma cantidad se aplica a AD y HTC, un total de bioenergía 13,2 MJ, en las formas de biometano (5,2 MJ) y el biochar HTC de digestato (8,0 MJ), puede ser producida (Figura 8). Además, la fase líquida del proceso de UAS es un potencial fertilizante líquido. Por otra parte, HTC biochar podría tener un mayor potencial en el uso de materiales de alto valor o el uso como enmienda del suelo. Para el punto de vista de la captura de carbono o el ciclo del carbono, el uso de materiales de HTC biochar es más factible que la producción de energía. &lt;/ P&gt; La digestión anaerobia combinada con la carbonización hidrotermal puede rendir más de bioenergía de los procesos individuales. Sin embargo, se necesita un diseño en cascada para una mejor eficiencia. El balance energético global, seguido por una evaluación económica, se requiere para validar este proceso. La investigación futura debe incluir el uso de licor HTC y post-tratamiento (químico o biológico) de HTC biochar. Además, será necesaria la automatización de tanto los UAS y sistemas de HTC. Este estudio fue realizado en el uso de un UAS a escala de laboratorio y el reactor de HTC, pero escalado del proceso sería necesario si el proceso va a ser comercializado.

Encontrar fuentes de energía renovables y sostenibles son las principales preocupaciones en el sector de la energía mundial. Recientemente, la ONU informó que hasta el 77% de la energía mundial en 2050 se espera que a partir de fuentes renovables 1. La biomasa lignocelulósica, como la paja, hierbas, cáscaras de arroz, mazorcas de maíz no tienen conflictos con la comida frente a problema de combustible. Por otra parte, la biomasa es, probablemente, la única fuente de energía renovable con el carbono estructural, en comparación con otras fuentes de energía renovables como la eólica, solar y agua 2. Sin embargo, las características de manejo, menor densidad aparente, contenido de ceniza de alta y un menor contenido de energía dificultan el uso de la biomasa lignocelulósica para la producción de energía 2. La digestión anaeróbica (AD) es uno de los principales ejemplos de la producción de bioenergía a partir de biomasa de residuos. 3 En general, hay cuatro pasos de degradación involucrar en la digestión anaeróbica, como se muestra en la Figura 1 4 </sup&gt;. En primera tres pasos consecutivos, los polisacáridos de la biomasa se convierten en ácidos orgánicos. En el paso final, los organismos metanogénicas producen biometano. AD tradicional es un proceso que consume energía y tiempo. La agitación continua reduce la economía general de la EA, sobre todo para la EA de la biomasa lignocelulósica. Una novela de flujo ascendente anaerobio de estado sólido (UAS) reactor tiene el potencial de superar las deficiencias indicadas (Figura 2) 4. Espontáneas separaciones sólido-líquido es una de las ventajas significativas de los UAS, ya que el diseñado facilita biogás burbujas para levantar residuos sólidos sin reaccionar hacia arriba 5. Esto elimina el uso de agitador y por lo tanto reduce el consumo de energía en el lugar. Por otra parte, la circulación de líquido asegura la distribución de los microorganismos y metabolitos todo el reactor, así 5. En comparación con los biocombustibles sólidos, biogás es más fácil de manejar, y deja poco o ningún residuo. De hecho, la densidad de energía específicade biogás es varias veces mayor biomasa en bruto 4. Sin embargo, AD favorece polisacáridos simples como almidón, ácidos grasos, y la hemicelulosa 1. Como resultado, la celulosa y lignina, mayor porción de la biomasa lignocelulósica fibrosos como paja de trigo, permanece como un digestato sólido después de AD 5. Aunque, la producción de biogás varía de la carga de alimentación, tipo de microorganismos, temperatura de reacción, y tiempo de reacción, se produce por lo general una gran cantidad de digestato. Aunque biogás se utilizan para la energía, lodos (hasta 90% de agua) se almacenan normalmente en una fermentación residuo-depósito para recoger las emisiones de metano restantes. Posteriormente éstas se secan y se extienden sobre la tierra de cultivo para mejorar la fertilidad del suelo y la capacidad de retención de agua. Alto contenido inorgánico menudo dificultan digestato directamente como combustible, ya que grandes cantidades de escoria podrían corroer el equipo 6. La carbonización hidrotermal (HTC) es un proceso de tratamiento termoquímico especialmente diseñado para mojado. materia prima, donde la biomasa (con un 80-90% de agua) se calienta hasta 200-260 ° C a la presión de saturación de agua y mantener durante 0,5-6 h (Figura 3) 7,8 subcrítico de agua tiene el máximo producto iónico a 200 - 260 ° C, lo que significa agua en estas condiciones es reactivo y se comporta como un ácido suave y una base suave simultáneamente 9. La hemicelulosa, junto con otros extractivos, degrada alrededor de 180-200 ° C, mientras que la celulosa reacciona alrededor de 220-230 ° C, y lignina reacciona a temperatura relativamente más alta (&gt; 250 º C), pero mucho más lento que la celulosa y la hemicelulosa 10. Debido a la deshidratación y descarboxilación significativa, los resultados de HTC llamado HTC producto sólido biochar, con rendimiento másico (HTC seco biochar / alimento seco) de 40 a 80%, el licor que contiene ácidos carboxílicos, derivados de furano, sustancias fenólicas, y monómeros de azúcar y 5 - 10% de CO 2 rica producto gaseoso 11. Durante HTC, de oxígeno que contiene sustancias volátiles son significativamentereducido y por lo tanto dejar un sólido rico en carbono. Biochar HTC también es estable, hidrofóbico, y friable en comparación con 12,13 materia prima húmeda crudo. Debido a sus características hidrofóbicas, dewateribility de HTC biochar incrementa varias veces en comparación con el digestato crudo o incluso la biomasa cruda. 14-18 Por otra parte, el biochar HTC tiene valores similares de combustible a carbón lignito 16,17. Sin embargo, la celulosa y la lignina se degradan parcialmente en el medio ambiente de HTC 18. Ahora hemicelulosa y la celulosa de la biomasa contribuyen a biogás en AD, mientras que la celulosa y la lignina contribuyen mayormente a HTC biochar sólido 4,5. Por lo tanto, la combinación de Ad-HTC potencialmente puede aumentar el rendimiento global de la bioenergía. Hoffmann et al. Simularon una combinación similar pero utilizando AD y HTL (licuefacción hidrotérmica) en lugar de AD-HTC 19. HTL es un método común de la licuefacción de fracción de biomasa y producto líquido tiene un alto valor de combustible [43,1 MJ / kg]. Sin embargo, HTL requires muy alta presión (250 bar) en comparación con HTC (10-50 bar), lo que implica un alto costo de instalación y operación de HTC. Una vez más, la secuencia de combinación de AD y HTC puede ser cuestionada como Wirth et al. AD informó recientemente de líquido de proceso HTC 20. Sin embargo, un anuncio eficaz depende de la concentración de azúcar en las materias primas. Azúcares en líquido de proceso HTC, producidos durante la hidrólisis, a menudo se degradan rápidamente en agua subcrítica. Es por eso que antes de AD HTC es más favorable en términos de la bioenergía. Sin embargo, AD de líquido de proceso HTC puede producir bioenergía adicional, en cuyo caso, la secuencia de combinación sería AD-HTC-AD. El objetivo del trabajo fue evaluar la integración de los procesos antidumping y HTC para la producción de bioenergía (Figura 3). El potencial de producción de biogás para la EA termófilas y mesófilas del reactor UAS se evaluó en una operación continua de más de 200 días. Posteriormente, la producción de biochar HTC fTambién se estudió el digestato rom. Se realizó el balance de masa y energía del AD-HTC en cascada hacia fuera y se compara con los procesos individuales.

<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

La biomasa lignocelulósica es uno de los más abundantes recursos de energía renovable aún subutilizadas. Tanto la digestión anaerobia (DA) y la carbonización hidrotermal (HTC) son prometedoras tecnologías para la producción de bioenergía a partir de biomasa en términos de biogás y biochar HTC, respectivamente. En este estudio, se propone la combinación de AD y HTC para aumentar la producción global de la bioenergía. La paja de trigo fue digerido anaeróbicamente en una novela de flujo ascendente del reactor anaeróbico de estado sólido (UAS) en ambos (55 ° C) condiciones mesófilas (37 ° C) y termófilas. Wet digerido de termófilo AD fue carbonizado hidrotérmicamente a 230 ° C durante 6 horas para la producción de biochar HTC. A temperatura termófila, el sistema UAS produce un promedio de 165 L de CH4 / kg VS (VS: sólidos volátiles) y 121 L de CH4 / kg SV en AD mesófila sobre el funcionamiento continuo de 200 días. Mientras tanto, 43,4 g de biochar HTC con 29.6 MJ / kg dry_biochar era obtained de HTC de 1 kg digestato (base seca) de AD mesófilos. La combinación de la EA y HTC, en este conjunto particular de experimento dió 13,2 MJ de energía por 1 kg de paja de trigo seco, que es al menos 20% más alta que HTC solo y 60,2% más alta que sólo AD.

La digestión anaeróbica Los experimentos de biogás revelaron que el sistema UAS es capaz de utilizar 38% y 50% del potencial de la formación de metano a (37 ° C) y termofílica (55 ° C) la operación mesófila, respectivamente. En AD termófilo, el sistema UAS produce un promedio de 165 L de CH4 / kg VS (VS: sólidos volátiles) y 121 L de CH4 / kg SV en AD mesófila durante 200 días de operación continua (Figura 4). Esos valores de rendimiento se han calculado a partir del análisis cuantitativo y cualitativo del biogás relacionados con la base de materia prima seca. El potencial de biometano para la paja de trigo se determinó (siguiendo la directriz VDI 4630) para ser 304,3 L CH4 / kg VS para termófilo y 244,2 L CH4 / kg VS para su funcionamiento mesófilos, respectivamente, y se presenta en la Figura 50; 21. En términos de calidad, el biogás producido por los UAS encuentran entre el 41% y el 61% de metano (Figura 5). HTC de digestato La figura 6 muestra la paja seca, digestato seco procedente de la paja por AD, y HTC biochar derivado de digestato seco por HTC. Digestato seco tiene una apariencia similar a la paja seca, que es sólo un poco de color más oscuro. Para este trabajo, el digestato de condiciones termófilas fueron considerados para HTC. Como se muestra en la Tabla 1, 63% de la masa total permanece en el digestato (Tabla 1). Biocarbón HTC en seco es más ligero que la paja prima seca, probablemente debido a la degradación de los monómeros y polímeros simples por microorganismos termófilos durante AD. La figura 7 muestra el comportamiento hidrófobo, y la suavidad de HTC biocarbón. Durante HTC, las estructuras cristalinas fibrosos se destruyen y producen una ca amorfa blandarbon ricos HTC biochar 16,17,28. Se puede observar en la Tabla 1 que el rendimiento másico de digestato y paja prima derivada biochar HTC son 43,4% y 38,3%, respectivamente. El producto sólido, HTC biochar es muy hidrofóbica 12; puede permanecer en contacto con el agua durante un tiempo prolongado 13. También es muy suave, ya que casi no requiere ningún tipo de presión para pulverizarlo. Para la industria de carbón a la energía, el mantenimiento de la suavidad de la materia prima es muy importante, ya que puede eliminar los pasos pulverizadores expansivas. Análisis elemental De las composiciones elementales presentados en la Tabla 1, se puede ver que el carbono elemental y de hidrógeno siguen siendo los mismos en el sólido durante todo el digestión anaerobia. Aumenta el carbono elemental y disminuciones de hidrógeno durante HTC. La mayor parte del nitrógeno elemental permanece en el sólido ya que el contenido de nitrógeno elemental se aumentó durante tanto una digestión<html> procesos d HTC. Desde azufre en la paja de trigo es de traza, la concentración de azufre elemental no se presenta en los resultados. Contenido elemental de oxígeno se calculó restando C, H y N de 100% y también presenta en la Tabla 1, suponiendo que la materia prima se compone de sólo chons. La concentración de oxígeno se redujo dramáticamente durante HTC, mientras que sigue siendo similar durante la digestión. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Conceptos básicos y los pasos de la digestión anaerobia. Esta figura describe los conceptos básicos de la digestión anaerobia. En esta figura, se presentan cuatro pasos generales (hidrólisis, acedogenesis, Acetogenesis, y metanogénesis) de la digestión anaeróbica g2highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Figura 2:. Diagrama esquemático del reactor UAS escala de laboratorio para la digestión anaerobia Este es el esquema de sistema de reactor de UAS. Aquí el reactor de UAS y filtro anaeróbico (AF) se muestran conectados por una corriente de líquido, donde los ácidos grasos producidos en el reactor UAS vienen a AF y se produce metano. Desde el fondo de la AF, otra corriente de líquido se extrae a UAS, donde los microorganismos van de FA a reactor UAS. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. (Arriba) Concepto de HTC de la biomasa lignocelulósica, (abajo) el concepto de integración de la digestión anaeróbica y HTC * celulosa será parcialmente reaccionaron 24. En este diagrama de bloques, se puede observar que los diferentes componentes de fibra entran en contacto con agua subcrítica y se convierten en biocarbón HTC (CTipo OAL). <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4. La producción de metano procedente del reactor UAS, tanto en condiciones termófilas y mesófilas con el filtro anaeróbico. Estos son los resultados experimentales del reactor UAS para 210 días de operación para ambas condiciones termófilas y mesófilas. El eje X es días de operación, mientras que el eje Y es el rendimiento de metano (CH4 L / kg SV) en comparación con el sólido volátil (VS). <img alt="La figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. Fracción de metano del biogás procedente del reactor UAS, tanto en condiciones termófilas y mesófilas. Estos son los resultados experimentales del reactor UAS para 210 días de funcionamiento en tanto un termófilod condiciones mesofílicas. El eje X es días de operación, mientras que el eje Y es la fracción de metano (%) en el biogás. Los valores indicados son promedios de los duplicados. <img alt="La figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. (Izquierda a derecha) Paja seca de trigo, paja de trigo seco digestato y biochar HTC de digestato de paja de trigo. Esta es la imagen en tiempo real de los diferentes estados de la paja del trigo. Aquí, en esta figura, el efecto de la digestión anaerobia (DA) y HTC puede ser visible. La estructura de la fibra es todavía visible en el digestato, mientras se convierte en polvo después de HTC. <img alt="La figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Hidrofobicidad del biochar HTC (izquierda), la friabilidad del biochar HTC (derecha) </strong&gt;. Esto es de nuevo la imagen en tiempo real de la hidrofobicidad y la friabilidad de HTC biochar. En la primera imagen, el biochar HTC se hunde bajo el agua, mientras que las dos restantes en la condición de biochar antes y después de la dura-aplastamiento se muestran. <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8. (Arriba) el potencial de bioenergía de la digestión anaerobia (DA) de 1 kg de paja de trigo en bruto y (abajo) el potencial de la bioenergía mediante la integración de AD-HTC de 1 kg de paja de trigo seco. Esto es una figura para evaluar la necesidad de la combinación conceptos. El diagrama de bloques muestra cuánta energía se extrae por AD y HTC de la materia prima. <img alt="Tabla 1" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/51734/51734table1v2.jpg" width="700" /> Tabla 1. Análisis elemental, HHV, rendimiento de masa, y el análisis de la fibra de paja de trigo, la digestión (termófilos), y la correspondiente biochar HTC. HHV se calcula a partir de la composición C H N como se muestra en la literatura 18,24. Tabla 1 es los resultados experimentales de análisis elemental, y el rendimiento en masa después de AD y HTC. La lignina, celulosa y hemicelulosa se miden por análisis de la fibra Van Soest [12]. Nota:. Na no se analiza <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51734/51734table1.jpg" target="_blank">por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta tabla.</a>

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Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Una novela de estado sólido (UAS) reactor anaeróbico de flujo ascendente se utilizó para la producción de biogás a partir de materia prima fibrosa. Lodos de digestión del reactor UAS se carboniza hidrotermal en HTC biochar en un reactor discontinuo a presión. La integración de los dos conceptos de bioenergía se aplicó en este estudio para aumentar la producción global de la bioenergía.

Evaluación de la gestión integrada de Digestión Anaerobia y carbonización hidrotermal para la producción de bioenergía

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 vistas.  Leibniz Institute for Agricultural Engineering.  Una novela de estado sólido (UAS) reactor anaeróbico de flujo ascendente se utilizó para la producción de biogás a partir de materia prima fibrosa. Lodos de digestión del reactor UAS se carboniza hidrotermal en HTC biochar en un reactor discontinuo a presión. La integración de los dos conceptos de bioenergía se aplicó en este estudio para aumentar la producción global de la bioenergía. 

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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 Integrado de campo y toma de muestras de agua intersticial para la Evaluación de la Movilidad de Química en Suelos y Vegetación Establecido

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

Investigación

Medio ambiente

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.

Una tabla de fuelle Thermogradient para controlar las temperaturas del suelo para evaluar el crecimiento de la planta y Seguimiento de los procesos del suelo

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.

Configuración de columna experimental para el estudio de anaerobias biogeoquímicas interacciones entre bacterias, elementos traza e hidróxidos del hierro (Oxy)

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.

Protocolos de fabricación (EcoFAB) del ecosistema para la construcción de ecosistemas de laboratorio diseñado para estudiar las interacciones planta-microorganismo

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.

Un protocolo Experimental para el estudio de efectos minerales orgánicos transformaciones hidrotermales

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.

Un análisis de anaerobios biosensores para la detección de mercurio y cadmio

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.

Un sistema de inducción para estomas agrupadas por tratamiento de inmersión en solución de azúcar en plántulas de Arabidopsis thaliana

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.

Simulación de chimeneas hidrotermales de la Tierra Primitiva en un entorno de gradiente térmico

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

Método anaeróbico simulado in situ para el cultivo de microbios ambientales

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.

Autor destacado: Desentrañando los misterios de los microorganismos anaeróbicos terrestres en entornos inexplorados mediante el cultivo in situ

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."

Un conjunto de formatos de medios simulados informados in situ para el cultivo de microorganismos anaeróbicos adquiridos en el medio ambiente

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