Arten von Kohlenwasserstoffpflanzen in Wüsten und Halbwüsten

Dieser Artikel beleuchtet die vier Arten von Kohlenwasserstoff-Pflanzenarten in Wüsten und Halbwüsten. Die Typen sind: (1) Parthenium Argentatum (2) Euphorbia (3) Algen und (4) Pedilanthus Macrocarpus.

Umfragen zu Kohlenwasserstoff-Anlagen :

Viele Pflanzenarten produzieren Kohlenwasserstoffe, die als Brennstoffe und Chemikalien verwendet werden können, aber ein bekannter Zitat aus Martin (1944) ist zu erwähnen: Weit mehr Pflanzen enthalten Kautschuk als allgemein angenommen, aber nur wenige enthalten genug, um eine Extraktion lohnenswert zu machen. Am bekanntesten ist Naturkautschuk aus dem Hevea-Kautschukbaum. Solche Kohlenwasserstoffe sind chemisch stärker reduziert als Kohlenhydrate, dh sie enthalten weniger Sauerstoff pro Kohlenstoff und können somit direkter verwendet werden.

Naturkautschuk kann auch aus dem Wüstenstrauch Parthenium argentatum (Guayule) hergestellt werden. Große Mengen wurden in der Vergangenheit in Mexiko produziert.

Gleichzeitig gibt es Bemühungen, Versuchsplantagen von Kulturpflanzen auszuwählen und zu etablieren, die Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekulargewicht als Kautschuk erzeugen. Die Idee ist, Flüssigkeiten aus solchen Anlagen zu extrahieren, deren Eigenschaften denen von Erdöl sehr nahe kommen. Es wurden verschiedene Lösungsmittelextraktionsverfahren zum Testen und Entfernen von "Kohlenwasserstoffen", "Harzen", "Polyphenolen", Bio-Rohöl "aus Pflanzen und Pflanzenteilen verwendet.

Die bekannteste Arbeit ist die von Calvin in Kalifornien, bei der Euphorbia-Arten verwendet werden, mit dem Ziel, etwa 20 Barrel Öl pro Hektar pro Jahr in einer semiariden Umgebung zu produzieren. Darüber hinaus wurden in Brasilien Bäume identifiziert (Cobafeira sp. Und Croton sp.), Die „Öle“ produzieren, die entweder direkt verwendet werden können oder vor ihrer Verwendung in Motoren einer Verarbeitung bedürfen.

Systematische Suche nach Pflanzenarten mit hohen Kohlenwasserstoffgehalten wurde in der Vergangenheit sporadisch durchgeführt. Solche Bemühungen wurden für latexproduzierende Pflanzen unternommen, da Latex eine milchige Emulsion von etwa 30% Kohlenwasserstoffen und das restliche Wasser ist. Naturkautschuk ist das bekannteste Latexprodukt, aber viele Pflanzenarten, z. B. Euphoibiaceae, produzieren in ihrem Latex Kohlenwasserstoffe („Öle“) mit viel niedrigeren Molekulargewichten als Kautschuk.

Calvin war Vorläufer und argumentierte, dass Pflanzen kohlenwasserstoffähnliche Materialien produzieren. Er schlug vor, dass Mitglieder der Familie Euphorbiaceae und Gattung Euphorbia fast jede Art eine Latex produzierende Pflanze sind. Diese Arten enthalten Kohlenwasserstoffe mit viel niedrigerem Molekulargewicht als Kautschuk von Hevea (Mitglied von Euphorbiaceae, wächst in tropischen Klimazonen). Calvin kam später (1979) zu dem Schluss, dass diese Art der Exploration zwei praktische Ansätze für nachwachsende Rohstoffe bietet.

Verwenden Sie den Kohlenwasserstoff, wie er von der Anlage selbst kommt, als Rohöl, verfeinern Sie ihn, entfernen Sie die enthaltenen Sterine, spalten Sie den Rest der Verbindungen in Ethylen, Propylen usw. auf und rekonstruieren Sie dann andere Chemikalien aus diesen Produkten. Dieser Ansatz kann sofort entwickelt werden.

Erfahren Sie, wie das Molekulargewicht kontrolliert wird und wie Sie die Pflanze manipulieren, um Materialien mit dem gewünschten Molekulargewicht zu konstruieren. Dieser Ansatz wird länger und komplexer sein, wenn Sie die Pflanze als Sammel- und Konstruktionsvehikel verwenden. In Arizona (Mc Laughlin & Hoffman 1982) und Australien (Stewart etal 1982) wurden umfangreiche Studienerhebungen für Produktionsanlagen für "Bio-Rohöl" (der kombinierte Extrakt aus der Behandlung mit Cyclohexan und Ethanol) durchgeführt.

In Arizona wurden einhundertfünfundneunzig Pflanzenarten, die im Südwesten der USA und im Nordwesten Mexikos heimisch sind, auf mögliche Futtermittelbestände für die Bio-Rohölproduktion in Trockengebieten untersucht. Bio-Rohöl ist die kohlenwasserstoff- und kohlenwasserstoffähnliche chemische Fraktion von Pflanzen, die mit organischen Lösungsmitteln extrahiert und zu flüssigen Brennstoffen und chemischen Ausgangsstoffen ausgebaut werden kann. Die Anlagen wurden anhand einer Reihe von Modellen bewertet, die Schätzungen der Öl- und Energieerzeugungskosten liefern. Pflanzen, die entweder Latex oder harzartige Exsudate produzieren, haben den höchsten Anteil an Extrakten mit hoher Energie.

Zusammenfassung des prozentualen Anteils an 195 Arten südwestlicher Pflanzen (McLaughlin & Hoffmann 1982):

Die Bio-Roherträge variieren zwischen 12 und 30 Barrel / ha / Jahr unter den aufgeführten Pflanzen. Die Bagasse nach der Lösungsmittelextraktion hätte mehrere Möglichkeiten, darunter die direkte Verbrennung zur Erzeugung von Dampf und Elektrizität, die Herstellung von Tierfutter oder Bodenverbesserungen oder die weitere Umwandlung in andere Energieprodukte.

In den USA konzentrierten sich zusätzliche Studien auf Asclepias (Milkweed). Die australische Studie ist eine Analyse des Potenzials für die Produktion von flüssigen Kraftstoffen aus vier harzhaltigen Kulturen. Ernten Sie Kulturpflanzenarten für verschiedene Regionen in Australien und schätzen Sie deren Erträge und Kosten (Stewart et al. 1982).

Die Daten sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Arten:

Typ # 1. Parthenium Argentatum :

Guayule (Pathenium argentatum) ist ein Mitglied der Familie Asteraceae und stammt aus den semi-ariden Regionen von Nord-Zentral-Mexiko und Süd-Texas, wo es über ein 338.000 km ² großes Plateau verstreut ist. Wie viele Trockengebiete braucht es viel Sonnenlicht und niedrige Nachttemperaturen. Es ist jedoch eine dürre Pflanze, die genauso angebaut wurde wie außerhalb ihres normalen Lebensraums. Guayule ist ein Strauch, der in der Chihuahuan-Wüste endemisch ist.

Die natürlichen Populationen von Guayule wurden vor fast einem Jahrhundert in Mexiko erstmals für Kautschuk genutzt. In jüngster Zeit haben die Vereinigten Staaten und andere Länder Forschungsprojekte zur Entwicklung von Guayule als kommerzielle Quelle für Naturkautschuk initiiert.

Eine zwei Jahre alte Pflanze produziert normalerweise etwa 10% Kautschuk, bezogen auf das Trockengewicht. Einige Sorten liefern bis zu 25%, und mit chemischen Stimulanzien kann die Gummiproduktion in frühen Wachstumsstadien auf 30% gesteigert werden. Guayule-Kautschuk findet sich nicht in einem spezialisierten Lactifersystem, sondern im Parenchym von Stielen und Wurzeln als Latexpartikel, die in der Größe den von Hevea erhaltenen entsprechen .

Aus diesem Grund kann es nicht angezapft werden, sondern muss aus den Geweben entnommen werden. Da es kein natürliches Antioxidans enthält, wird es bei Kontakt mit Luft schnell abgebaut, so dass die Pflanzen innerhalb weniger Tage nach der Ernte verarbeitet werden müssen. Eine Ernte ganzer Pflanzen und Wurzeln nach 3 Jahren ergab einen Ertrag von 2270 Kilo / ha.

Weitere wichtige Produkte sind die in den Stamm- und Blattharzen enthaltenen Terpenoide. Zahlreiche neue Sesquiterpenester und Sesquiterpenlactone aus Guayule wurden identifiziert. Die Derivate der Guayulyine (Sesquiterpenester) sind wirksame Fungizide und hemmen in einigen Fällen die Larvenfütterung mit Guayulin.

Ob ein Land Guayule als wirtschaftlich rentable Kulturpflanze etablieren kann oder nicht, hängt jedoch von vielen Faktoren ab. Zum einen die Preiserhöhung für Erdöl und damit die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber synthetischen Kautschuken. Guayule kann eine lokal produzierte Quelle für Polyisopren-Kautschuke sein. Es ist wahrscheinlich, dass es in den kommenden Jahrzehnten Märkte für den gesamten Naturkautschuk gibt, der produziert werden kann, ob Hevea, Guayule oder andere Pflanzen.

Der weltweite Verbrauch von Kautschuk nimmt kontinuierlich zu. Naturkautschuk wird in vielen Anwendungen immer noch bevorzugt. Hevea kann auch nur in einer begrenzten Tropenzone angebaut werden, wodurch sie für politische, wirtschaftliche oder biologische Probleme anfällig ist. Zweitens die Notwendigkeit, die Wüstenränder zu stabilisieren, Ernten zu finden, die an die Wüstenumgebung angepasst sind, und den Wüstenbewohnern Arbeitsplätze und Einkommen zu bieten, wenn der Anbau konventioneller Kulturen riskant oder unmöglich ist.

Geben Sie # 2 ein. Euphorbia:

Es gibt mehr als 2000 Arten von Euphorbien, aber nur zwei wurden im letzten Jahrzehnt "entwickelt"; Es gibt wahrscheinlich andere Arten, die ebenfalls genau untersucht werden sollten. Es ist bekannt, dass kürzlich Testpflanzungen in Kalifornien und Arizona von Euphorbia lathyris gemacht wurden, einer Biennale von etwa 1-2 m Höhe, die Jahre dauert, um zur Ernte zu kommen. E. lathyris ist eine gemäßigtere Klimatisierungsanlage und eignet sich nicht so gut für trockene Umgebungen wie ein E. tirucalli.

Von Calvin (1979) wurde E. Lathyris als Kohlenwasserstoff- und Zuckerpflanze vorgeschlagen, die 25 Tonnen / ha / Jahr Trockensubstanz ergeben kann und etwa 2 Tonnen Öl und 5 Tonnen Zucker mit einem Gesamtenergiewert von 4 Millionen kcal enthält . Die Kohlenwasserstoffe aus Euphorbia enthalten einen hohen Anteil an C ₁₅ -Verbindungen wie Terpentrimeren mit einem Molekulargewicht von etwa 20 000, aus denen Produkte hergestellt werden können, die denen aus Naphtha ähnlich sind, einem der wichtigsten Rohstoffe, die die chemische Industrie aus Erdöl gewinnt .

E. tirucallii wird in den ariden und semi-ariden Regionen Afrikas weit verbreitet, um dort lebende Zäune für Bestände und um Häuser herum zu errichten. Nach 18-24 Monaten wurden Wachstumsraten von bis zu 20 Tonnen eigener Trockensubstanz / ha / Jahr gemeldet. Die Anpflanzung von Plantagen scheint relativ einfach zu sein, und das Nachwachsen nach dem ersten Schneiden scheint möglich.

Typ # 3. Algen :

Es wurde gezeigt, dass Botryococcus braunii 70% seines Extrakts als Kohlenwasserstoffflüssigkeit liefert, die dem Öl ähnlich ist. Dies hat zur Arbeit an der Immobilisierung dieser Algen in festen Matrices wie Alginaten und Polyurethan und zur Verwendung eines Durchflusssystems zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen geführt. Eine im Toten Meer entdeckte Grünalge Dunaliella produziert Glycerin, Carotin und auch Protein. Diese Alge hat keine Zellwand und wächst in diesen sehr hohen Salzkonzentrationen. Um das hohe Salz äußerlich zu kompensieren, produziert sie intern Glycerol. Bei der Alge Phaeodactylum tricornutum wurden 25% Lipide und 50% Eiweiß nachgewiesen, während Neochloris Oleoabundans 35-45% ölige Lipide enthält. Die blau-grüne Alge Spirulina enthält 75% Eiweiß, hat gute Erträge und wächst in heißen Klimazonen wie Chand (Nordafrika) und Mexiko, wo sie seit Jahrhunderten gegessen wird, bei hohem pH-Wert gut.

Geben Sie # 4 ein. Pedilanthus Macrocarpus :

Pedilanthus ist eine kleine mexikanische und rund-karibische Gattung des Stammes Euphorbieae (Euphorbiaceae). Pflanzen, die diese Gattung umfassen, sind besser als Slipper Spurrges (so genannt wegen ihrer kuriosen Blütenstände - das Cyathium) bekannt.

Arten, die diese Gattung umfassen, reichen von tropischen Laubbäumen bis zu Wüsten-Nachwuchs. Pedilanthus Macrocarpus wird in den trockenen Dornenwäldern der westlichen Küstenmexiko und in der Sonoran-Wüste von Baja California gefunden. Pedilanthus Macrocarpus aus Baja California ist reich an Naturkautschuk und Alkanen mit hohem Molekulargewicht. beide sind potentiell nützliche Verbindungen (Proksch et al. 1981. Sternburg & Rodriguez 1982).

Die Anwesenheit von cis-1, 4-Polyisopren (Kautschuk) wurde nachgewiesen und durch HL-NMR-Spektroskopie bestätigt. Das Spektrum stimmt mit jenen überein, die aus anderen Kautschukquellen wie Parthenium argentatum (Guayule) und Hevea brasiliensis erhalten wurden, obwohl die Polymergröße etwas geringer ist. Gereinigter Kautschuk aus P. macrocarpus kann bis zu 28% des Trockengewichts des Latex ausmachen.

Gesamtkautschuk- und Alkangehalt in Pedilanthus-Arten (Sternburg):

Desert hat festgestellt, dass viele Arten wie Parthenium argentatum und Pedilanthus macrocarpus Kautschuk in Mengen produzieren können, die mit denen vergleichbar sind, die von kommerziell etablierten Kohlenwasserstoffkulturen - Hevea - erzeugt werden.