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. Digestion anaérobie de paille de blé Remarque: Pour la digestion anaérobie dans 39 réacteurs L UAS, utilisez 5-65 mm de long côtelettes de paille de blé comme aliment cru. La teneur en matière sèche organique de la charge d&#39;alimentation dans cette expérience particulière était de 85,9% et la fraction de fibres de brut était de 46,3%. Les réacteurs de HES sont réalisés en acier inoxydable avec une fenêtre d&#39;inspection en verre acrylique. Deux filtre anaérobie de 30 L (AF) sont combinés avec chaque réacteur de 39 L UAS. Les aflatoxines sont construits en verre acrylique transparent. Le schéma des systèmes de réacteurs sont indiquées sur la figure 2 et décrit par ailleurs la conception architecturale 4. Détails sur l&#39;inoculation et le démarrage des réacteurs sont donnés ailleurs 5. <ol><li> Remplir chaque AF 325 transporteurs polyéthylène biofilm en forme de tonneau. Remarque: Les supports de biofilm utilisés ont une surface spécifique de 305 m 2 / m 3. </li><li> Définissez les pompes à eau pour la circulation de liquide de processusdans les deux réacteurs mésophiles et thermophiles pour un taux de 1,15 L / h débit. </li><li> Définir des bains de chauffage au niveau de température du réacteur souhaitée, 37 ° C pendant la mésophile et 55 ° C pour le réacteur thermophile. </li><li> Pour l&#39;alimentation quotidienne des réacteurs UAS, peser 120 g FM de la paille de blé (= 99,5 g VS) pour chaque réacteur d&#39;atteindre un taux de charge organique de 2,5 g VS / L · jour. </li><li> Tube d&#39;alimentation ouvert UAS »et enlever le timbre. </li><li> Verser la paille de blé dans le tube d&#39;alimentation en diagonale et de la pousser dans le fond du réacteur à l&#39;aide du tampon d&#39;avance. A partir de là, la paille flotter sur un tamis et former le lit à l&#39;état solide. </li><li> Nettoyer la surface d&#39;étanchéité pour s&#39;assurer, il est étanche et fermez le tube d&#39;alimentation. </li><li> Les pompes fonctionnent en continu, de transport de 1,2 L / h de liqueur de procédé dans le système de réacteur (de HES et AF). </li><li> Mesurer le débit de biogaz en continu à l&#39;aide de type tambour mete de gazrs et stocker dans un sac de gaz de 20 L. Remarque: une sortie de la poche de gaz à l&#39;analyseur de biogaz. Dans l&#39;analyseur de biogaz, CH 4, H 2 S, O 2, CO 2 et H 2 sont mesurées. D&#39;abord, le biogaz doit passer trois filtres différents pour éliminer l&#39;humidité et d&#39;autres composés toxiques qui sont nocifs pour le détecteur. L&#39;analyseur doit être étalonné une fois par semaine pour la composition du biogaz précise. </li><li> Mesurer la composition du biogaz en utilisant régulièrement un analyseur de biogaz industriel. Remarque: L&#39;analyseur de biogaz ne peut mesurer le biogaz lorsque le sac de biogaz est au moins à moitié plein. Pour la mesure de la composition du biogaz, la vanne à la poche de gaz doit être ouvert et attendre la composition du biogaz stable (il faut environ 20-30 secondes). </li><li> Pour le contrôle de processus, mesurer le pH et la température à l&#39;aide en ligne installée pH-mètre et thermomètre. </li><li> Retirez environ 3 kg de digestat (80-90% humide) une fois par semaine, ce qui donne un temps de rétention des solides (SRT) of 2-3 semaines. Utilisez ce digestat comme l&#39;alimentation pour le processus de HTC. Le biogaz produit par la suite est suffisante pour extruder l&#39;air et créer des conditions anaérobies dans quelques heures. </li><li> Analyser liqueur de processus et du digestat sur une base hebdomadaire pour leurs propriétés chimiques (pH, CE, TS, VS, des acides gras, CHNS, de l&#39;ammoniac, oligo-éléments, et fibres brutes). </li></ol> 2. Hydrothermale carbonisation de paille de blé digestat Remarque: Pour hydrothermale carbonisation du digestat issu de l&#39;étape 1, un 18 L lot réacteur agité est utilisé. Le contrôle et le calendrier des processus s&#39;effectue via le contrôleur de réacteur 4848 et le logiciel SpecView 32 849, en cours d&#39;exécution sur un ordinateur. Dans le programme, la température du réacteur, la température de chemise de chauffage, la pression et la vitesse d&#39;agitation peuvent être vues. En outre, le programme pour les paramètres du procédé (température de début, la température réglée, le taux de chauffage, la vitesse d&#39;agitation) peut être définie pour chaque expériences HTC. <ol><li> Peser 2,5 kgdigestat de paille au moyen d&#39;un équilibre avec la précision de 0,1 g et le transférer à la cuve du réacteur. </li><li> Utilisez la même balance pour mesurer 10 kg maquillage eau et verser dans la cuve du réacteur ainsi. Ceci permettra de maintenir digestat, rapport d&#39;eau 1:4. </li><li> Avant de fermer pneumatique, remuer manuellement le contenu du réacteur pour empêcher le blocage de l&#39;hélice agitateur. Fermer le réacteur et le fixer en serrant les boulons en croix avec une force de 50 Nm. </li><li> Régler la réaction par la rampe suivante tremper: </li><li> Atteindre la température de départ de 30 ° C en 15 min de la température ambiante. <ol><li> Régler le temps de chauffage de la température de réaction de 230 ° C est de 100 min. </li><li> Maintenir la température finale de réaction pendant 6 h. </li><li> Après 6 heures de temps de maintien, refroidir le réacteur 15 heures à partir de 230 ° C à la température ambiante. </li><li> Agiter le contenu du réacteur à 30 tours par minute tout au long du processus de HTC complète. </li><li> Eteindre l&#39;agitateur après la phase de refroidissement et pexhorter le gaz dans un sac de gaz de 20 L. </li><li> Assurez-vous que le gaz passe à travers un piège à condensat ainsi que d&#39;un filtre à charbon actif. </li><li> Stocker le gaz pour une analyse ultérieure. </li></ol></li><li> Après le prélèvement des gaz, drainer la suspension à partir du récipient à travers un récipient à une température élevée, la soupape à bille à haute pression, puis filtrer à travers une maille ayant une taille de pore d&#39;environ 0,5 mm. </li><li> Recueillir le liquide et tarer le HTC biochar produit pour déterminer le montant de l&#39;omble de HTC-produit par rapport à charge. </li></ol> 3. Analyse élémentaire de Raw, digestat, et HTC biochar de paille de blé Remarque: Pour une analyse de combustible solide, un analyseur ou CHONS analyseur élémentaire est souvent utilisé. La composition élémentaire du carbone atomique, l&#39;hydrogène, l&#39;oxygène, l&#39;azote et le soufre peut être obtenue à partir de cette analyse. De CHONS, on peut estimer le pouvoir calorifique supérieur ou à la valeur de l&#39;énergie du combustible. En outre, la teneur en soufre atomique sera également indicmangé la qualité du carburant. Dans cette étude, un analyseur élémentaire sera utilisée pour déterminer la valeur de carburant de HTC biochar, la paille de blé brut et du digestat. Comme l&#39;analyseur permet seulement une très petite taille de l&#39;échantillon, l&#39;analyse de chaque échantillon au moins trois fois pour une meilleure reproductibilité. <ol><li> Dans une casserole de l&#39;échantillon (étain, 6 x 6 x 12 mm), peser 30 mg de tungstène (VI) oxyde en utilisant l&#39;équilibre spécifique dans le paquet élémentaire. Remarque: La précision d&#39;un tel équilibre est généralement de 1 mg. Tungstène (VI) oxyde fonctionne comme un catalyseur dans l&#39;analyseur élémentaire. </li><li> Peser 5-10 mg d&#39;échantillon sec et mettre dans le même moule de l&#39;échantillon, mélanger, et l&#39;envelopper. La taille de l&#39;échantillon de casserole enveloppée devrait être d&#39;environ 2 x 2 x 5 mm 3. </li><li> Placer les échantillons dans l&#39;échantillonneur automatique. Notez la position de chaque échantillon et utiliser de l&#39;acide sulfonique dans cette analyse élémentaire comme une référence </li><li> Démarrez le logiciel de Vario dans l&#39;ordinateur connecté à l&#39;analyseur élémentaire, définir les conditions, les flux de gaz d&#39;échantillons, les températures de l&#39;Deux fours (les deux fours sont à 1150 et 850 ° C, respectivement). Ensuite, définir les noms des échantillons en fonction des positions de autosampling. Démarrez le programme. La machine fonctionne automatiquement, effectue l&#39;analyse, et stocke les résultats dans l&#39;ordinateur. Note: Elemental CHNS sont la sortie de l&#39;analyseur élémentaire et généralement sont signalés directement sur l&#39;écran de l&#39;ordinateur. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Réacteurs UAS sont capables d&#39;atténuer les lacunes évoquées dans l&#39;introduction. Cependant, il ya beaucoup de place pour l&#39;amélioration. Système d&#39;alimentation et le digestat de retrait sont toujours manuel. Le système d&#39;UAS confronté à des problèmes de manutention des charges d&#39;alimentation de plus de 60 mm. Le système fonctionne mieux avec des matières premières fibreuses comme ils flottent dans le liquide, mais d&#39;autres matières premières comme le fumier et de boues pourrait ne pas favoriser le système UAS. Le système d&#39;UAS est conçu de manière à ce que la liqueur de procédé circule de réacteur à la FA dans le réacteur à nouveau. Cependant, même 2-5% solide dans le liquide circulant a été prouvé pour être problématique, car ils déposent dans l&#39;AF ou de bloquer l&#39;entrée de la canalisation et entravent la circulation du liquide. L&#39;analyse chimique du liquide de traitement est importante, car la production d&#39;acides gras libres et de l&#39;azote peut modifier le système microbienne résultant de la production de biogaz non caractéristique. Le système de HES est robuste, et peut fonctionner plus de 200 jours sans montrer aucune significant problèmes. Les tuyaux de raccordement de pompes à réacteurs à AFS doivent être remplacés tous les mois alternative. Le niveau d&#39;eau dans le bain d&#39;eau doit être contrôlée sur une base hebdomadaire et rempli à nouveau si nécessaire. HTC du digestat humide est très efficace pour le traitement des déchets ainsi que la production de biocarburants solides. Le dewateribility du produit solide sera également facilitée par le processus de HTC comme indiqué sur la figure 7. Cependant, HTC du digestat doit être effectuée le plus tôt possible, de préférence le même jour que le digestat est retiré. Sinon, le digestat commence dégrader biologiquement, ce qui n&#39;est pas favorable pour HTC. Comme HTC est une température élevée (200-260 ° C) et haute pression (20-50 bars) processus, en prenant les précautions nécessaires tout au long de la procédure de HTC est très important. Tous les raccordements sont vérifiés au moins une fois par mois pour s&#39;assurer qu&#39;ils sont bien serrés au gaz. HTC liquide de traitement a une concentration plus élevée en furfural, le 5-HMF, et phénolique compounds, qui sont classés comme toxiques. Ainsi, il est recommandé d&#39;utiliser un masque et des gants lors de la manipulation du liquide de procédé HTC, en particulier lorsque le processus de HTC liqueur est évacuée de la cuve du réacteur à un autre conteneur. Bien que HTC a de nombreux avantages pour la manipulation de matière première humide comme digestat, il est encore un processus de traitement par lots. Dans une évaluation économique, processus de lot HTC sera difficile à justifier. Plus la recherche est donc nécessaire pour faciliter le fonctionnement continu de HTC. L&#39;analyse élémentaire est une méthode efficace pour des substrats solides homogènes, mais pas pour les substrats hétérogènes. Biocarburant solide est généralement hétérogène et élémentaire analyseur permet seulement de 5-10 mg de taille de l&#39;échantillon, il est recommandé d&#39;effectuer au moins trois répétitions et moyenne d&#39;utilisation. Une autre limite de l&#39;analyse élémentaire est la mesure de substrats solides à forte teneur en cendres. Analyseurs élémentaires ne mesurent CHONS, et pas d&#39;autres matières inorganiques. Ainsi, l&#39;analyse élémentaire de haute cendres substrats solides pourrait pas reveal les concentrations de Chon réels. La préparation des échantillons pour l&#39;analyse élémentaire est essentiel, comme l&#39;échantillon doit être enveloppé précisément, sinon, il y aura une incohérence dans les analyses. valeur de carburant du combustible solide peut être estimée à partir CHONS, mais il est recommandé d&#39;utiliser une bombe calorimétrique pour la détermination précise de la valeur de carburant. A propos de 92 à 161 L de méthane a été produit par kilogramme de solide volatile dans l&#39;alimentation. Le total solide ou organique volatil solide de la paille de blé sec était de 86,9%. Digestat a sec de l&#39;oxygène et de l&#39;hydrogène atomique concentration inférieure, qui est une autre indication de la dégradation des polysaccharides et de la dégradation des sucres simples lors de la digestion anaérobie 22,23. En outre, plus faible H et O concentrations augmentent le HHV du digestat 24. HHV du digestat sec est de 22% supérieur à celui de matière première brute sec. Les résultats similaires sont obtenus avec une analyse statistique détaillée par Pohl et al 23. Digestats de méthanisation contient 80-90% d&#39;eau 6. Ce sont hydrophile et de l&#39;eau est partiellement lié à des cellules microbiennes ou végétales. Comme une déshydratation de résultat ou le séchage des digestats est lourd et très consommatrice d&#39;énergie. Par exemple, 2 kg de digestat sec lie 8 kg d&#39;eau (80% humide), ce qui nécessite de 20,7 MJ de chaleur pour sécher le digestat. En outre, il a tendance à la bio-dégrader relativement rapidement dans des conditions ambiantes, perd des éléments nutritifs, et libère de GES (gaz à effet de serre) des émissions tels que le N 2 O et CH 4. Ainsi, malgré un potentiel énergétique élevé, digestat frais ne peut pas être utilisé directement comme un combustible solide. Il devrait être séché juste après la digestion 20. D&#39;après le tableau 1, il peut être montré que le digestat sec a une teneur en carbone atomique similaire à celle de la paille brute, et ils sont visuellement similaires avant et après la digestion anaérobie (figure 6). Ceci suggère que la lignine et de la cellulose de la lignine incrustésont pour la plupart n&#39;ayant pas réagi. Toutefois, un rendement massique de 63% observée, ce qui signifie la paille traitée est 37% plus léger que la paille brute sec. Signifie concentration similaire élémentaire de carbone sans carbonisation s&#39;est produite lors de la digestion anaérobie 22. Comme le montre la figure 7, le biochar HTC de digestat (thermophile) est très stable et doux. En raison de l&#39;augmentation significative de l&#39;hydrophobie, il peut littéralement plonger dans de l&#39;eau pendant des mois sans que sa structure physique et chimique étant affecté 12,25. L&#39;hydrophobie améliore également la déshydratation de HTC biochar 14. Structure de la paille n&#39;est pas discernable dans la HTC biochar plus, ce qui signifie que la cellulose peut avoir été mis en réaction. Une carbonisation significative est observée dans HTC biochar avec la réduction de l&#39;oxygène atomique. Ceci est une autre indication de la cellulose fait réagir plutôt que de la lignine. Concentration du carbone atomique dans la lignine est beaucoup plus élevée que celle de la cellulose 24 à 29. En conséquence, HTC Biochar a une HHV de 29,6 MJ / kg, qui sont 61% plus élevé que la paille brut et 32% de plus que le digestat sec, respectivement. HHV HTC de paille traitée est de 28,8 MJ / kg, ce qui est également similaire à celle de HTC traité digestat de paille (29,6 MJ / kg). Toutefois, le rendement de masse est de 40,7% supérieur à HTC paille que celle de HTC digestat de comparer à de matières premières brutes. Par conséquent, si 1 kg de paille brut (18,4 MJ) sont carbonisées par voie hydrothermique, HTC paille biochar aura le potentiel de 11,0 MJ. Sinon, si même montant est appliqué à AD et HTC, un total de 13,2 MJ bioénergie, sous formes de biométhane (5.2 MJ) et le biochar HTC de digestat (8,0 MJ), peut être produite (figure 8). En outre, la phase liquide du procédé UAS est un engrais liquide potentiel. En outre, HTC biochar pourrait avoir un potentiel élevé sur l&#39;utilisation de matériaux de haute valeur ou l&#39;utiliser comme amendement du sol. Pour le point de vue séquestration du carbone ou le cycle du carbone, l&#39;utilisation des matériaux de HTC biochar est plus facile que la production d&#39;énergie. &lt;/ P&gt; La digestion anaérobie combiné avec hydrothermale carbonisation peut donner plus bioénergie que les processus individuels. Cependant, une conception en cascade est nécessaire pour une meilleure efficacité. Le bilan énergétique global, suivie d&#39;une évaluation économique, est nécessaire pour valider ce processus. Les recherches futures devraient inclure l&#39;utilisation de HTC alcool et de post-traitement (chimique ou biologique) de HTC biochar. En outre, l&#39;automatisation des deux systèmes UAS HTC et sera nécessaire. Cette étude a été réalisée sur l&#39;utilisation d&#39;un UAS l&#39;échelle du laboratoire et le réacteur HTC, mais l&#39;intensification du processus serait nécessaire si le processus doit être commercialisé.

Trouver des sources d&#39;énergie renouvelables et durables sont des préoccupations majeures dans le secteur de l&#39;énergie dans le monde. Récemment, l&#39;Organisation des Nations Unies a signalé que jusqu&#39;à 77% de l&#39;énergie mondiale en 2050 sera tenu à partir de sources renouvelables 1. La biomasse lignocellulosique tels que la paille, les herbes, les balles de riz, les épis de maïs n&#39;ont pas de conflits avec la nourriture contre problème de carburant. De plus, la biomasse est probablement la seule source d&#39;énergie renouvelable avec le carbone de structure, par rapport aux autres sources d&#39;énergie renouvelables telles que l&#39;éolien, le solaire et l&#39;eau 2. Cependant, les caractéristiques de manipulation, faible densité en vrac, à haute teneur en cendres, et le contenu énergétique plus faible entravent l&#39;utilisation de la biomasse lignocellulosique pour la production d&#39;énergie 2. La digestion anaérobie (DA) est l&#39;un des premiers exemples de production de bioénergie à partir de déchets de la biomasse. 3 En général, il ya quatre étapes de dégradation impliquer dans la digestion anaérobie comme le montre la figure 1 4 </sup&gt;. Dans les trois premières étapes consécutives, les polysaccharides de la biomasse sont convertis en acides organiques. Dans la dernière étape, les organismes méthanogènes produisent biométhane. AD traditionnelle est une procédure longue et consomment de l&#39;énergie. L&#39;agitation continue réduit économie globale de la MA, en particulier pour les AD de la biomasse lignocellulosique. Un roman flux ascendant anaérobie à l&#39;état solide (UAS) réacteur a le potentiel de combler les lacunes mentionnées (figure 2) 4. Séparations solide-liquide spontanée est l&#39;un des avantages importants de UAS, depuis la destinée facilite biogaz bulles de lever résidus solides n&#39;ayant pas réagi à la hausse 5. Ceci élimine l&#39;utilisation de l&#39;agitateur et réduit la consommation d&#39;énergie sur place donc. En outre, la circulation de liquide assure la distribution de micro-organismes et de leurs métabolites dans tout le réacteur ainsi 5. Par rapport aux biocarburants solides, biogaz est plus facile à manipuler, et laisse peu ou pas de résidus. En effet, la densité d&#39;énergie massiquede biogaz est plusieurs fois plus élevé de la biomasse brute 4. Cependant, AD favorise polysaccharides simples comme l&#39;amidon, des acides gras, et l&#39;hémicellulose 1. En conséquence, la cellulose et la lignine, la majeure partie de la biomasse ligno-cellulosiques fibreux comme de la paille de blé, le reste sous forme solide après digestat AD 5. Bien que la production de biogaz à partir de la charge d&#39;alimentation varie, le type de micro-organismes, la température de réaction et le temps de réaction, une quantité énorme de digestat est généralement produite. Alors que le biogaz est utilisé pour l&#39;énergie, les digestats (jusqu&#39;à 90% d&#39;eau) sont généralement stockées dans une fermentation résidus dépôt pour recueillir les émissions de méthane restants. Ensuite elles sont séchées et réparties sur les terres cultivées pour améliorer la fertilité du sol et la capacité de rétention d&#39;eau. Haute teneur minérale entravent souvent digestat directement pour le carburant, que de grandes quantités de scories pourraient corroder l&#39;équipement 6. Hydrothermale carbonisation (HTC) est un procédé de traitement thermochimique spécialement conçu pour humide. charge d&#39;alimentation, où la biomasse (avec 80 à 90% d&#39;eau) est chauffé à 200-260 ° C sous la pression de saturation de l&#39;eau et pour maintenir de 0,5 à 6 h (figure 3) 7,8 sous-critique de l&#39;eau a le produit ionique maximale à 200 - 260 ° C, ce qui signifie que l&#39;eau dans ces conditions est réactif et se comporte comme un acide faible et une base faible en même temps 9. L&#39;hémicellulose, ainsi que d&#39;autres produits d&#39;extraction, se dégrade autour de 180 à 200 ° C, tandis que la cellulose réagit autour de 220-230 ° C, et de la lignine réagit à la température relativement plus élevée (&gt; 250 ° C), mais beaucoup plus lentement que la cellulose et l&#39;hémicellulose 10. En raison de la déshydratation et la décarboxylation significative, les résultats HTC produit solide nommé HTC biochar, avec un rendement de masse (HTC sec biochar / aliment sec) de 40-80%, liqueur contenant des acides carboxyliques, les dérivés du furanne, les substances phénoliques, et des monomères de sucre, et 5 - 10% riche en CO 2 produit gazeux 11. Au cours de HTC, substances volatiles contenant de l&#39;oxygène sont nettementréduite et ainsi laisser un riche en carbone solide. Biochar HTC est également stable, hydrophobe, et friable comparer à 12,13 brut de la matière première humide. Grâce à ses caractéristiques hydrophobes, dewateribility de HTC biochar augmente plusieurs fois par rapport à digestat brut ou même biomasse brute. 14-18 De plus, le biochar HTC a des valeurs de carburant similaires à lignite 16,17. Cependant, la cellulose et la lignine se dégradent en partie dans l&#39;environnement HTC 18. Maintenant hémicellulose et cellulose de la biomasse contribuent à biogaz pendant AD, tandis que la cellulose et la lignine contribuent principalement à HTC solide biochar 4,5. Ainsi, la combinaison de AD-HTC peut potentiellement augmenter le rendement global de la bioénergie. Hoffmann et al. Simuler une combinaison similaire mais en utilisant AD et HTL (hydrothermal liquéfaction) plutôt que AD-19 HTC. HTL est une méthode courante de liquéfaction fraction de la biomasse et produit liquide a une valeur élevée de carburant [43,1 MJ / kg]. Cependant, HTL requires très haute pression (250 bar) à comparer HTC (10-50 bar), ce qui implique une grande installation et les coûts d&#39;exploitation de HTC. Encore une fois, la séquence de combinaison de AD et HTC peut être interrogé Wirth et al. AD récemment déclarée de liquide de processus de HTC 20. Cependant, une annonce efficace dépend de la concentration de sucre dans les charges. Sucres dans le liquide de procédé HTC, produites lors de l&#39;hydrolyse, se dégradent souvent rapidement sous l&#39;eau sous-critique. C&#39;est pourquoi AD avant HTC est plus favorable en termes de bioénergie. Cependant, AD de liquide de procédé HTC peut produire la bioénergie supplémentaire, auquel cas, la séquence de combinaison serait AD-HTC-AD. Le but de ce travail était d&#39;évaluer l&#39;intégration des processus d&#39;AD et HTC pour la production de bioénergie (Figure 3). Le potentiel de production de biogaz pour AD thermophiles et mésophiles du réacteur UAS a été évaluée à un fonctionnement continu de plus de 200 jours. Par la suite, la production de biochar HTC from digestat a également été étudiée. Le bilan de masse et d&#39;énergie de l&#39;AD-HTC en cascade a été effectuée et comparée avec les processus individuels.

<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 biomasse lignocellulosique est l&#39;une des sources d&#39;énergie renouvelable la plus abondante encore sous-utilisées. Tant la digestion anaérobie (DA) et la carbonisation hydrothermale (HTC) sont prometteuses technologies pour la production de bioénergie à partir de biomasse en termes de production de biogaz et biochar HTC, respectivement. Dans cette étude, la combinaison de la MA et HTC est proposé d&#39;augmenter la production globale de la bioénergie. La paille de blé a été digérée en anaérobiose dans un roman flux ascendant anaérobie réacteur état solide (UAS) dans les deux (55 ° C) des conditions mésophiles (37 ° C) et thermophiles. Wet digéré de AD thermophile a été carbonisé hydrothermique à 230 ° C pendant 6 heures pour la production de biochar HTC. A température thermophile, le système de UAS donne une moyenne de 165 L CH4 / kg VS (VS: matières volatiles) et 121 L de CH4 / kg VS à AD mésophile sur le fonctionnement continu de 200 jours. Pendant ce temps, 43,4 g de HTC biochar à 29,6 MJ / kg dry_biochar était obtained de HTC de 1 kg digestat (base sèche) de AD mésophile. La combinaison de la MA et HTC, dans cet ensemble particulier de l&#39;expérience donné 13,2 MJ d&#39;énergie pour 1 kg de paille de blé sec, qui est au moins 20% plus élevé que HTC seul et 60,2% de plus que AD seulement.

La digestion anaérobie Les expériences de production de biogaz a révélé que le système de HES est capable d&#39;utiliser 38% et 50% du méthane potentiel former au fonctionnement mésophiles (37 ° C) et thermophile (55 ° C), respectivement. Au AD thermophile, le système d&#39;UAS donne une moyenne de 165 L CH4 / kg VS (VS: matières volatiles) et 121 L de CH4 / kg VS à AD mésophile pendant 200 jours de fonctionnement continu (figure 4). Ces valeurs de rendement ont été calculées à partir de l&#39;analyse quantitative et qualitative des biogaz liés à la base de matières premières sèches. Le potentiel du biométhane pour la paille de blé a été déterminée (suit la directive VDI 4630) à être 304,3 L CH4 / kg VS pour thermophile et 244,2 L CH4 / kg VS pour le fonctionnement mésophile, respectivement, et présenté dans la Figure 50; 21. En termes de qualité, le biogaz produit par UAS contenaient entre 41% et 61% de méthane (Figure 5). HTC du digestat La figure 6 montre la paille sèche, digestat sec dérivé de la paille par AD, et HTC biochar dérivé de digestat sec par HTC. Digestat sec ressemble à la paille sèche, qui est seulement un peu de couleur plus foncée. Pour ce travail, digestat de conditions thermophiles ont été considérés pour HTC. Comme le montre le tableau 1, 63% de la masse totale reste dans le digestat (tableau 1). HTC sec biochar est plus léger que la paille première sèche, probablement en raison de la dégradation des monomères et polymères simples par des microorganismes thermophiles pendant AD. La figure 7 montre le comportement hydrophobe, et la douceur de HTC biochar. Au cours de HTC, les structures cristallines fibreuses sont détruites et produisent un ca amorphe douxrbon riche HTC biochar 16,17,28. On peut voir d&#39;après le tableau 1 que le rendement massique de la paille et du digestat brut dérivé HTC biochar sont de 43,4%, et 38,3%, respectivement. Le produit solide, HTC biochar est très hydrophobe 12; il peut rester en contact avec de l&#39;eau pendant une période prolongée 13. En outre, il est très doux, car elle nécessite presque pas de pression à pulvériser. Pour l&#39;industrie du charbon en énergie, le maintien de la douceur de la matière première est très important, car cela permet d&#39;éliminer les étapes de pulvérisation expansive. L&#39;analyse élémentaire De compositions élémentaires présentés dans le tableau 1, on peut voir que le carbone élémentaire et de l&#39;hydrogène sont les mêmes dans le solide tout au long de la digestion anaérobie. Augmentations de carbone élémentaire et les baisses d&#39;hydrogène au cours de HTC. La plupart de l&#39;azote élémentaire reste dans le solide puisque la teneur en azote élémentaire est augmentée à la fois au cours de la digestion d&#39;un<html> processus d HTC. Etant donné que le soufre dans la paille de blé est la trace, la concentration de soufre élémentaire n&#39;est pas présenté dans les résultats. Teneur en oxygène élémentaire a été calculé en soustrayant C, H, N et de 100% et a également présenté dans le tableau 1, en ​​supposant que la charge d&#39;alimentation se compose de seulement CHONS. La concentration en oxygène a diminué de façon spectaculaire au cours de HTC, alors qu&#39;il reste similaire au cours de la digestion. <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1. Concept et les étapes de la digestion anaérobie de base. Cette figure décrit les concepts de base de la digestion anaérobie. Dans cette figure, quatre étapes générales (hydrolyse, acedogenesis, acétogénèse, et méthanogénèse) de la digestion anaérobie sont présentés g2highres.jpg &quot;width =&quot; 500 &quot;/&gt; Figure 2:. Diagramme schématique du réacteur de UAS l&#39;échelle du laboratoire pour la digestion anaérobie Ceci est le schéma d&#39;UAS système de réacteur. Ici, le réacteur d&#39;UAS et le filtre anaérobie (AF) sont montrés reliés par un courant de liquide, où les acides gras produits dans le réacteur d&#39;UAS viennent à AF et du méthane est produit. Du fond de l&#39;AF, un autre courant de liquide est attirée sur les UAS, où les micro-organismes vont de A à F dans le réacteur UAS. <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig3highres.jpg" width="500" /> Figure 3. (En haut) Concept de HTC de la biomasse lignocellulosique, (en bas) le concept d&#39;intégration de la digestion anaérobie et HTC * cellulose sera partiellement réagi 24. Dans ce diagramme, on peut voir que les différents composants de fibres entrent en contact avec de l&#39;eau sous-critique et sont convertis en biochar HTC (CType ut). <img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig4highres.jpg" width="500" /> Figure 4. Production de méthane du réacteur UAS dans les deux conditions thermophiles et mésophiles avec le filtre anaérobie. Ce sont des résultats expérimentaux de réacteur UAS pour 210 jours de fonctionnement pour les deux conditions thermophiles et mésophiles. L&#39;axe des X représente jours de fonctionnement, tandis que l&#39;axe des Y est le rendement en méthane (CH4 L / kg VS) par rapport au solide volatil (VS). <img alt="Figure 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig5highres.jpg" width="500" /> Figure 5. Fraction de méthane du biogaz de réacteur UAS dans les deux conditions thermophiles et mésophiles. Ce sont des résultats expérimentaux de réacteur UAS pour 210 jours de fonctionnement au titre à la fois un thermophiled conditions mésophiles. L&#39;axe des X représente jours de fonctionnement, tandis que l&#39;axe Y est la fraction du méthane (%) dans le biogaz. Les valeurs données sont des moyennes de doublons. <img alt="Figure 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig6highres.jpg" width="500" /> Figure 6. (De gauche à droite) de la paille de blé sec, sec digestat de la paille de blé, et le biochar HTC de la paille de blé digestat. C&#39;est l&#39;image en temps réel des différents états de la paille de blé. Ici, dans cette figure, l&#39;effet de la digestion anaérobie (DA) et HTC peut être visible. La structure de la fibre est encore visible dans le digestat, alors qu&#39;il devient poudreuse après HTC. <img alt="Figure 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig7highres.jpg" width="500" /> Figure 7. Hydrophobie du HTC biochar (à gauche), la friabilité du HTC biochar (à droite) </strong&gt;. C&#39;est encore l&#39;image en temps réel de l&#39;hydrophobie et friabilité de HTC biochar. Dans la première image, le biochar HTC est coulé sous l&#39;eau, tandis que les deux images suivantes l&#39;état du biochar avant et après dur écrasement sont présentés. <img alt="Figure 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51734/51734fig8highres.jpg" width="500" /> Figure 8. (En haut) le potentiel de la bioénergie par digestion anaérobie (DA) de 1 kg de paille de blé brut et (en bas) le potentiel de la bioénergie en intégrant AD-HTC de 1 kg de paille de blé sec. C&#39;est un chiffre d&#39;évaluer la nécessité de combinaison concepts. Le diagramme montre combien d&#39;énergie est extraire par AD et HTC de la charge. <img alt="Tableau 1" fo:content-width="7in" src="/files/ftp_upload/51734/51734table1v2.jpg" width="700" /> Tableau 1. Analyse élémentaire, HHV, le rendement de masse, et l&#39;analyse des fibres de la paille de blé brut, digestat (thermophile), et correspondant biochar de HTC. HHV est calculée à partir de la composition CHNS comme indiqué dans la littérature 18,24. Le tableau 1 les résultats expérimentaux de l&#39;analyse élémentaire, et le rendement de masse après JC et HTC. La lignine, la cellulose et l&#39;hémicellulose sont mesurés par van Soest analyse des fibres [12]. Remarque: na. N&#39;est pas analysée <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51734/51734table1.jpg" target="_blank">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette table.</a>

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Evaluation of Integrated Anaerobic Digestion and Hydrothermal Carbonization for Bioenergy Production

Un Solid State (UAS) réacteur à flux ascendant anaérobie roman a été utilisé pour la production de biogaz à partir de matières premières fibreuses. Digestats provenant du réacteur UAS a été hydrothermique carbonisé dans HTC biochar dans un réacteur discontinu sous pression. L&#39;intégration des deux concepts bioénergie a été appliqué dans cette étude pour augmenter la production globale de la bioénergie.

Évaluation de la digestion anaérobie intégré et hydrothermale carbonisation pour production de bioénergie

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

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Research

JoVE Journal

Environment

25.3K vues.  Leibniz Institute for Agricultural Engineering.  Un Solid State (UAS) réacteur à flux ascendant anaérobie roman a été utilisé pour la production de biogaz à partir de matières premières fibreuses. Digestats provenant du réacteur UAS a été hydrothermique carbonisé dans HTC biochar dans un réacteur discontinu sous pression. L'intégration des deux concepts bioénergie a été appliqué dans cette étude pour augmenter la production globale de la bioénergie. 

Vidéo: 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 intégré sur le terrain et l&#39;eau interstitielle d&#39;échantillonnage pour l&#39;évaluation de la mobilité chimiques dans les sols et la végétation établie

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

Recherche

Environnement

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.

Un tableau Gusseted thermogradient pour contrôler la température du sol pour l&#39;évaluation de la croissance des plantes et de suivi des processus de sol

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.

Installation de colonne expérimental pour l’étude anaérobies biogéochimiques entre les hydroxydes de fer (Oxy), oligo-éléments et les bactéries

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.

Écosystème des protocoles de Fabrication (EcoFAB) pour la Construction des écosystèmes de laboratoire destiné à étudier les Interactions plantes-microorganismes

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 protocole expérimental pour l’étude des effets minéraux sur les Transformations hydrothermiques organiques

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 dosage anaérobie biocapteurs pour la détection du mercure et du Cadmium

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 système d’Induction de stomates groupées par traitement de Immersion de Solution de sucre chez les plantules 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.

Simulation de cheminées hydrothermales de la Terre primitive dans un environnement à gradient thermique

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

MÉTHODE ANAÉROBIE SIMULÉE IN SITU POUR LA CULTURE DE MICROBES ENVIRONNEMENTAUX

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.

Pleins feux sur l’auteur : Percer les mystères des microorganismes anaérobies terrestres dans des environnements inexplorés par la culture 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."

Ensemble de formats de milieux simulés in situ pour la culture de micro-organismes anaérobies acquis dans l’environnement

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