أنواع النباتات الهيدروكربونية في الصحاري والنباتات شبه الصحراوية

تلقي هذه المقالة الضوء على الأنواع الأربعة من أنواع النباتات الهيدروكربونية في الصحارى وشبه الصحاري. الأنواع هي: (1) Parthenium Argentatum (2) الفربيون (3) الطحالب و (4) Pedilanthus Macrocarpus.

استطلاعات من النباتات الهيدروكربونية :

العديد من أنواع النباتات تنتج الهيدروكربونات التي يمكن استخدامها كوقود وكيميائيات ولكن يجب ملاحظة اقتباس معروف من مارتن (1944): تحتوي الكثير من النباتات على المطاط أكثر مما تحققت عمومًا ، لكن القليل منها يحتوي على ما يكفي لجعل الاستخراج مجديًا. أشهرها هو المطاط الطبيعي من شجرة المطاط Hevea. ومثل هذه الهيدروكربونات أكثر انخفاضاً كيميائياً من الكربوهيدرات ، أي أنها تحتوي على كمية أقل من الأكسجين لكل كربون ، وبالتالي يمكن استخدامها بشكل أكثر مباشرة.

كما يمكن إنتاج المطاط الطبيعي من شجيرة الصحراء Parthenium argentatum (guayule) وكميات كبيرة تم إنتاجها في الماضي في المكسيك.

وفي الوقت نفسه ، هناك جهود لتحديد وإنشاء مزارع تجريبية للمحاصيل التي تنتج الهيدروكربونات ذات الوزن الجزيئي الأدنى من المطاط. فكرة ثوي هي استخراج السوائل من هذه النباتات التي سيكون لها خصائص قريبة جدا من تلك الموجودة في البترول. وقد استخدمت طرق استخلاص متعددة من المذيبات لفحص وإزالة "الهيدروكربونات" و "الراتنجات" و "البوليفينول" و "الخام الحيوي" من النباتات وقطع الغيار.

أفضل عمل معروف هو كالفن في كاليفورنيا باستخدام أنواع الفربيون بهدف إنتاج ما يعادل حوالي 20 برميل من النفط لكل هكتار سنويًا في بيئة شبه صحراوية. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديد الأشجار في البرازيل (Cobafeira sp. و Croton sp.) التي تنتج "الزيوت" والتي يمكن استخدامها إما مباشرة أو تتطلب بعض المعالجة قبل استخدامها في المحركات.

تم إجراء عمليات بحث منهجية لأنواع النباتات ذات المحتوى الهيدروكربوني المرتفع بشكل متقطع في الماضي. كانت هذه الجهود خاصة بالنباتات المنتجة لللاتكس حيث أن مادة اللاتكس عبارة عن مستحلب حليبي يتكون من حوالي 30٪ من الهيدروكربونات ، وبقية الماء. المطاط الطبيعي هو أفضل منتج لاتكس معروف ولكن العديد من أنواع النباتات ، مثل Euphoibiaceae ، تنتج الهيدروكربونات ("الزيوت") في اللاتكس مع أوزان جزيئية أقل بكثير من المطاط.

كان كالفن سلفًا وتعليلًا بأن النباتات تنتج مواد شبيهة بالهيدروكربونات. واقترح أن أفراد الأسرة Euphorbiaceae و جنس الفربيون تقريبا كل الأنواع هو نبات إنتاج اللاتكس. هذه الأنواع تحتوي على الهيدروكربونات ذات الوزن الجزيئي أقل بكثير من المطاط من هيفيا (عضو في Euphorbiaceae ، ينمو في المناخات المدارية). خلص كالفين في وقت لاحق (1979) إلى أن هذا النوع من الاستكشاف يؤدي إلى نهجين عمليين للموارد المتجددة.

استخدم الهيدروكربون لأنه يأتي من النبات نفسه كزيت خام ، صقله ، قم بإزالة الستيرويد الذي يحتوي عليه ، صدع بقية المركبات إلى الإيثيلين ، البروبيلين ، إلخ ، ثم أعد بناء مواد كيميائية أخرى من تلك المنتجات ؛ يمكن تطوير هذا النهج على الفور.

تعرف على كيفية التحكم في الوزن الجزيئي والتعامل مع النبات لبناء مواد من الوزن الجزيئي المطلوب ، وهو النهج الذي سيكون أطول وأكثر تعقيدًا باستخدام المصنع كمركبة ومركبة. في ولاية أريزونا (Mc Laughlin & Hoffman 1982) وأستراليا (Stewart etal 1982) تم إجراء دراسات استقصائية للدراسة المكثفة لمصانع إنتاج "النفط الخام الحيوي" (المستخلص المشترك من السيكلو هكسان والايثانول).

في ولاية أريزونا تم مسح مائة وخمسمائة نوع من النباتات الأصلية في جنوب غرب الولايات المتحدة وشمال غرب المكسيك للمخزونات المحتملة لإنتاج النفط الخام الحيوي في الأراضي القاحلة. الخام الحيوي هو الجزء الهيدروكربوني والهيدروكربوني الشبيه بالنباتات التي يمكن استخلاصها بواسطة المذيبات العضوية وتحديثها إلى مخزونات المواد الكيميائية السائلة الخاصة بوقود الأراضي. تم تقييم النباتات باستخدام مجموعة من النماذج التي تقدم تقديرات لتكاليف إنتاج النفط والطاقة. النباتات التي تنتج إما النتحات اللاتكسية أو الراتنجات لديها أعلى نسبة من مستخلصات الطاقة العالية.

ملخص النسبة المئوية القابلة للاستخراج في 195 نوعًا من النباتات الجنوبية الغربية (McLaughlin & Hoffmann 1982):

وتختلف غلة الخام البيولوجية من 12-30 برميل / هكتار / سنة بين النباتات المذكورة. إن مصاصة القصب بعد استخراج المذيبات سيكون لها عدة خيارات بما في ذلك الاحتراق المباشر لإنتاج البخار والكهرباء ، وتصنيع الأعلاف الحيوانية أو تعديلات التربة ، أو المزيد من التحويل إلى منتجات الطاقة الأخرى.

في الولايات المتحدة الأمريكية وقد ركزت دراسات إضافية على Asclepias (الصقلاب). الدراسة الأسترالية هي تحليل لإمكانية إنتاج الوقود السائل من أربعة محاصيل تحتوي على راتنج. أنواع المحاصيل المهاجمة لمناطق مختلفة في أستراليا ، تقديراتها الغلة والتكاليف (Stewart et al. 1982).

يتم تلخيص البيانات في الجدول أدناه:

وقد تم نشر العديد من الدراسات الأخرى عن الهيدروكربونات القابلة للاستخراج على مدى العقد الماضي. كثير منها مذكور في مقالات في "الكتلة الحيوية" و "النباتات الاقتصادية" و "خلاصات الكتلة الحيوية" (IEA) و الدليل الدولي للطاقة الحيوية و كتيب ("مجلس الطاقة الحيوية"). هذه الدراسات تقترب من العديد من البلدان المختلفة مثل البرازيل وإثيوبيا وجنوب أفريقيا واليونان وأستراليا والولايات المتحدة الأمريكية وشيلي والهند وغيرها. للحصول على معلومات تفصيلية يرى كامبوس لوبيز وأندرسون (1983).

أنواع:

اكتب # 1.البارثينيوم Argentatum :

Guayule (Pathenium argentatum) هو عضو في عائلة Asteraceae وموطنها الأصلي في المناطق شبه القاحلة في شمال وسط المكسيك وجنوب تكساس حيث تنتشر على هضبة تبلغ مساحتها 338000 كيلومتر مربع . مثل العديد من النباتات في المنطقة القاحلة تحتاج إلى قدر كبير من أشعة الشمس ودرجات حرارة ليلية منخفضة. ومع ذلك ، فهو نبات واحد قاحل يزرع بقدر ما هو خارج موطنه الطبيعي. Guayule هو شجيرات متوطنة في صحراء تشيهواهوان.

استُغِل السكان الطبيعيون في غوايول لأول مرة للمطاط منذ ما يقرب من قرن في المكسيك ، وفي الآونة الأخيرة ، شرعت الولايات المتحدة وبلدان أخرى في مشاريع بحثية لتطوير غوايول كمصدر تجاري للمطاط الطبيعي.

ينتج عادة مصنع عمره سنتين حوالي 10٪ من المطاط بالوزن الجاف. بعض الأصناف تنتج ما يصل إلى 25 ٪ ، ومع المنشطات الكيميائية ، يمكن زيادة إنتاج المطاط في المراحل المبكرة من النمو إلى 30 ٪. لم يتم العثور على المطاط Guayule في نظام lactifer المتخصصة ، ولكن في لحمة الجذعية والجذور كما جزيئات اللاتكس مماثلة في الحجم لتلك التي تم الحصول عليها من هيفيا .

لهذا السبب ، لا يمكن الاستفادة منه "ولكن يجب استخراجه من الأنسجة ، ولأنه لا يحتوي على مضادات أكسدة طبيعية فإنه يتحلل بسرعة عند ملامسته للهواء ، لذلك يجب معالجة هذا النبات في غضون بضعة أيام من الحصاد. حصاد كامل للنبات والجذور بعد 3 سنوات أعطى محصولا قدره 2270 كيلو هكتار / هكتار.

المنتجات الهامة الأخرى هي مكونات terpenoid الموجودة في راتنجات الجذعية وورقة. وقد تم تحديد العديد من استرات sesquiterpene رواية و lactones sesquiterpene من guayule. ومشتقات من guayulyines (استرات sesquiterpene) هي مبيدات الفطريات فعالة ، وفي بعض الحالات تمنع يرقات التغذية على guayulin.

غير أن مسألة ما إذا كان بإمكان أي بلد إقامة جوايول كمحصول قابل للبقاء اقتصاديًا ، يعتمد على العديد من العوامل. أولا ، ارتفاع أسعار النفط وبالتالي زيادة القدرة التنافسية مع المطاط الصناعي. يمكن أن تكون Guayule مصدراً محلياً لمطاط polyisoprene. يبدو من المرجح أنه في العقود القادمة سيكون هناك أسواق لكل المطاط الطبيعي مما يمكن إنتاجه ، سواء كان هيفيا أو جوايول أو غيرها من النباتات.

هناك ارتفاع مستمر في الاستهلاك العالمي للمطاط ، ولا يزال المطاط الطبيعي مفضلًا في العديد من التطبيقات. أيضا ، يمكن زراعة هيفيا فقط في منطقة استوائية محدودة ، مما يجعلها عرضة لمشاكل سياسية أو اقتصادية أو بيولوجية. ثانياً ، الحاجة إلى تثبيت الهوامش الصحراوية ، لإيجاد محاصيل تتكيف مع البيئات الصحراوية ، وتوفير فرص العمل والدخل لسكان الصحراء حيث تكون زراعة المحاصيل التقليدية محفوفة بالمخاطر أو مستحيلة.

اكتب # 2. الفربيون:

هناك أكثر من 2000 نوع من الفربيون ولكن تم تطوير اثنين فقط في العقد الأخير. ربما هناك أنواع أخرى ينبغي فحصها عن كثب. ومن المعروف أن المزارع الحديثة للاختبارات صنعت في كاليفورنيا وأريزونا في يوفوربيا لاثريس ، وهي فترة تتراوح بين سنتين وأربعين ساعة في الحصاد. E. lathyris هو مصنع مناخ أكثر اعتدالًا وغير ملائم تمامًا للبيئات القاحلة كما هو الحال في E. tirucalli.

تم اقتراح E. lathyris من قبل Calvin (1979) كمحصول هيدروكربوني وسكر ، والذي قد ينتج 25 طن / هكتار / سنة من المواد الجافة ، تحتوي على حوالي 2 طن من النفط و 5 أطنان من السكر بقيمة طاقة إجمالية تبلغ 4 ملايين سعر حراري . تحتوي الهيدروكربونات من الفربيون على نسبة عالية من مركبات C 15 مثل ترايبيرات التيربين التي يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 20،000 والتي يمكن تصنيعها للحصول على منتجات مشابهة لتلك التي يتم الحصول عليها من نفتا ، وهي واحدة من المواد الخام الرئيسية التي تستمدها الصناعة الكيميائية من البترول. .

تزرع E. tirucallii على نطاق واسع في المناطق القاحلة وشبه القاحلة في أفريقيا من أجل المبارزة الحية للأسهم وحول المنازل. بعد 18-24 شهرًا ، تم تسجيل عوائد نمو تصل إلى 20 طنًا من المادة الجافة / هكتار / سنة. إنشاء المزارع يبدو سهلا نسبيا وإعادة نموه بعد أول عملية جراحية ممكنة.

اكتب # 3. الطحالب :

وقد ثبت أن البوتريوكوكاس braunii ينتج 70٪ من مستخلصه كسائل هيدروكربون يشبه النفط الخام بشكل وثيق. وقد أدى ذلك إلى العمل على شل هذه الطحالب في المصفوفات الصلبة مثل الألجينات والبولي يوريثين واستخدام نظام التدفق من خلال إنتاج الهيدروكربونات. نوع من الطحالب الخضراء Dunaliella المكتشفة في البحر الميت تنتج الجلسرين ، كاروتين والبروتين. لا يحتوي هذا الطحلب على جدار خلوي وينمو في هذه التركيزات العالية جداً من الملح وبالتالي للتعويض عن ارتفاع الملح خارجياً ، فإنه ينتج الجلسرين داخلياً. وقد ثبت أن الطحالب Phaeodactylum tricornutum لديها 25 ٪ من الدهون و 50 ٪ من البروتين ، في حين أن oleoabundans Neochloris يحتوي على 35-45 ٪ دهون دهنية. يحتوي الطحلب سبيرولينا ذو اللون الأزرق والأخضر على 75٪ بروتين ، وله غلات جيدة وينمو بشكل جيد عند ارتفاع درجة الحموضة في المناخات الحارة مثل تشاند (شمال أفريقيا) والمكسيك حيث تم تناوله لعدة قرون.

اكتب # 4. Pedilanthus Macrocarpus :

Pedilanthus هو نوع صغير من الجنس المكسيكي والاقليم الكاريبي من قبيلة Euphorbieae (Euphorbiaceae). تعرف النباتات التي تحتوي على هذا الجنس بشكل أفضل باسم sprages شبشب (سميت بذلك لإفراطهم الغريب بالزهور cyathium).

وتتراوح الأنواع التي تتكون من هذا الجنس من الأشجار النفضية الاستوائية إلى السوائل الصحراوية. تم العثور على Pedilanthus macrocarpus في غابات شوكة قاحلة من الساحل الغربي للمكسيك وصحراء سونوران في باجا كاليفورنيا. Pedilanthus macrocarpus من باجا كاليفورنيا غنية بالمطاط الطبيعي والألكانات ذات الوزن الجزيئي العالي. كلاهما مركبات مفيدة محتملة (Proksch et al. 1981. Sternburg & Rodriguez 1982).

تم اكتشاف وجود cis-1 ، 4-polyisoprene (مطاط) وتأكيده بواسطة مطيافية HL-NMR. يتطابق الطيف مع تلك التي يتم الحصول عليها من مصادر مطاطية أخرى مثل Parthenium argentatum (guayule) و Hevea brasiliensis على الرغم من أن حجم البوليمر أصغر إلى حد ما. يمكن أن يشكل المطاط المنقى من P. macrocarpus ما يصل إلى 28 في المائة من الوزن الجاف لمادة اللاتكس.

إجمالي محتوى المطاط والألكان في أنواع Pedilanthus (Sternburg):

أثبتت الصحراء أن العديد من الأنواع مثل Parthenium argentatum و Pedilanthus macrocarpus قادرة على إنتاج المطاط بكميات مماثلة لتلك التي تنتجها المحاصيل الهيدروكربونية المنشأة تجاريًا - Hevea .