Arter af carbonhydridplanter i ørkener og halvøer

Denne artikel sætter lys på de fire typer af kulbrinterplantearter i ørkener og halvøken. Typerne er: (1) Parthenium Argentatum (2) Euphorbia (3) Alger og (4) Pedilanthus Macrocarpus.

Undersøgelser af kulbrinteplanter :

Mange plantearter producerer kulbrinter, der kan bruges som brændstoffer og kemikalier, men et velkendt citat fra Martin (1944) skal bemærkes: Langt flere planter indeholder gummi, end det generelt er realiseret, men få indeholder nok til at gøre udvinding værd. Den mest kendte er naturgummi fra Hevea gummitræet. Sådanne carbonhydrider er kemisk mere reducerede end kulhydrater, dvs. de indeholder mindre oxygen pr. Carbon og kan således anvendes mere direkte.

Naturgummi kan også produceres fra ørkenbusken Parthenium argentatum (guayule) og store mængder er blevet produceret tidligere i Mexico.

Samtidig er der bestræbelser på at udvælge og etablere forsøgsplantager af afgrøder, der producerer carbonhydrider med lavere molekylvægt end gummi. Tue idé er at udvinde væsker fra sådanne planter, som vil have egenskaber, der er meget tæt på olie. Forskellige opløsningsmiddelekstraktionsmetoder er blevet anvendt til analyse og fjernelse af "carbonhydrider", "harpikser", "polyphenoler", biologiske råstoffer "fra planter og plantedele.

Det mest kendte arbejde er Calvin i Californien, der anvender Euphorbia-arter med det formål at producere ækvivalent på ca. 20 tønder olie pr. Hektar om året i et semiarid (ørken-type) miljø. Derudover er træer blevet identificeret i Brasilien (Cobafeira sp. Og Croton sp.), Der producerer "olier", som enten kan anvendes direkte eller kræve en vis forarbejdning, inden de anvendes i motorer.

Systematiske søgninger efter arter af planter med højt indhold af kulbrinter er tidligere blevet foretaget sporadisk. Sådanne bestræbelser har været for latexproducerende planter, da latex er en mælkeagtig emulsion på ca. 30% kulbrinter og resten af ​​vandet. Naturgummi er det mest kendte latexprodukt, men mange arter af planter, f.eks. Euphoibiaceae, producerer kulbrinter ("olier") i deres latex med meget lavere molekylvægte end gummi.

Calvin var stamfader og begrundede, at planter producerer kulbrintelignende materialer. Han foreslog, at medlemmer af familien Euphorbiaceae og slægten Euphorbia næsten alle arter er en latexproducerende plante. Disse arter indeholder carbonhydrider med meget lavere molekylvægt end gummi fra Hevea (medlem af Euphorbiaceae, vokser i tropiske klimaer). Calvin senere (1979) konkluderede, at denne form for efterforskning giver anledning til to praktiske tilgange til vedvarende ressourcer.

Brug kulbrinte som det kommer fra selve planten som en råolie, forfin det, fjern de steroler, som den indeholder, knæk resten af ​​forbindelserne til ethylen, propylen osv. Og rekonstruer derefter andre kemikalier fra disse produkter; denne tilgang kan udvikles med det samme.

Lær hvordan molekylvægten styres og manipulere planten for at konstruere materialer med den ønskede molekylvægt, en fremgangsmåde, der vil være længere og mere kompleks ved anvendelse af planten som opsamlings- og konstruktionskøretøjet. I Arizona (Mc Laughlin & Hoffman 1982) og Australien (Stewart etal 1982) er der foretaget omfattende undersøgelser af undersøgelser af "bio rå" (det kombinerede ekstrakt fra cyclohexan og ethanolbehandling) producentanlæg.

I Arizona blev hundrede og femoghalvfems arter af planter, der var hjemmehørende i det sydvestlige USA og nordlige Mexico, undersøgt for potentielle foderstoffer til bio-råproduktion i tørre lande. Bio rå er kulbrinte og kulbrintelignende kemisk fraktion af planter, der kan ekstraheres med organiske opløsningsmidler og opgraderes til flydende brændstoffer jord kemiske foderstoffer. Planterne blev vurderet ved hjælp af et sæt modeller, der giver skøn over olie- og energiproduktion. Planter, der producerer enten latex eller harpiksholdige exudater, har den højeste procentdel af højenergiekstrakter.

Sammendrag af procentsats, der kan ekstraheres i 195 arter af sydvestlige planter (McLaughlin & Hoffmann 1982):

Bio råudbytter varierer fra 12-30 tønder / ha / år blandt de anførte planter. Bagasse efter opløsningsmiddelekstraktion ville have flere muligheder, herunder direkte forbrænding til produktion af damp og elektricitet, fremstilling af dyrefoder eller jordændringer eller yderligere omstilling til andre energiprodukter.

I USA er yderligere undersøgelser koncentreret om Asclepias (mælkebede). Den australske undersøgelse er en analyse af potentialet for produktion af flydende brændstoffer fra fire harpiksholdige afgrøder. Kandidatafgrøder for forskellige regioner i Australien, deres estimater giver og omkostninger (Stewart et al. 1982).

Dataene er opsummeret i nedenstående tabel:

typer:

Type # 1. Parthenium Argentatum :

Guayule (Pathenium argentatum) er medlem af familien Asteraceae og er hjemmehørende i de halvtørre regioner i det nordlige Mexico og det sydlige Texas, hvor det spredes over et 338 000 km ² plateau. Ligesom mange tørre regionplanter kræver det meget sollys og lave natttemperaturer. Det er dog en tør plante, der er dyrket så meget som ud af sin normale habitat. Guayule er en busk endemisk til Chihuahuan Desert.

Naturlige populationer af guayule blev først udnyttet til gummi for næsten et århundrede siden i Mexico, og for nylig har USA og andre lande indledt forskningsprojekter for at udvikle guayule som en kommerciel kilde til naturgummi.

En toårig plante producerer normalt ca. 10% gummi i tørvægt. nogle varianter giver så meget som 25%, og med kemiske stimulanser kan gummiproduktionen øges i tidlige stadier af vækst til 30%. Guayule gummi findes ikke i et specialiseret lactifer system, men i parenchymen af ​​stænger og rødder som latexpartikler, der er af samme størrelse som dem, der opnås fra Hevea .

Af denne grund kan det ikke tappes ', men skal udvindes fra vævene, og fordi det ikke indeholder nogen naturlig antioxidant, nedbryder den hurtigt i kontakt med luft, så planten skal behandles inden for få dage efter høsten. En høst af hele plante og rødder efter 3 år gav et udbytte på 2270 kg / ha.

Andre vigtige produkter er terpenoidkomponenterne, som er til stede i stammen og bladharpikserne. Talrige nye sesquiterpenestere og sesquiterpenlactoner fra guayule er blevet identificeret. Derivaterne af guayulyinerne (sesquiterpenestere) er effektive fungicider og i nogle tilfælde inhiberer larvalfodring på guayulin.

Hvorvidt ethvert land kan etablere guayule som en økonomisk levedygtig afgrøde afhænger imidlertid af mange faktorer. For det første prisstigninger for olie og dermed større konkurrenceevne med syntetiske gummi. Guayule kan være en lokalt produceret kilde af polyisoprengummi. Det ser sandsynligt ud, at der i de kommende årtier vil være markeder for hele naturgummi, end der kan produceres, enten Hevea, Guayule eller andre planter.

Der er en fortsat stigning i verdensforbruget af gummi, og naturgummi er stadig foretrukket i mange anvendelser. Også Hevea kan kun dyrkes i en begrænset tropisk zone, hvilket gør den sårbar for politiske, økonomiske eller biologiske problemer. For det andet behovet for at stabilisere ørkenmarginerne, at finde afgrøder tilpasset ørkenmiljøer og at skabe arbejdspladser og indkomster for ørkenbeboere, hvor landbrugs konventionelle afgrøder er risikabelt eller umuligt.

Type # 2. Euphorbia:

Der er mere end 2000 arter af Euphorbia, men kun to er blevet "udviklet" i det sidste årti. der er nok andre arter, som også bør undersøges nøje. Nylige testplantninger er kendt for at være blevet lavet i Californien og Arizona af Euphorbia lathyris, en biennial omkring 1-2 m højt og tager år at komme til høst. E. lathyris er en mere tempereret klimaanlæg og er ikke så velegnet til tørre miljøer som en E. tirucalli.

E. lathyris er blevet foreslået af Calvin (1979) som kulbrinte og sukkerafgrøde, der kan give 25 tons tørstof pr. Ha / år, der indeholder ca. 2 tons olie og 5 tons sukker med en samlet energiværdi på 4 millioner kcal . Hydrocarbonerne fra Euphorbia indeholder en høj andel C15-forbindelser, såsom terpen-trimerer med en molekylvægt på ca. 20.000, som kan fremstilles for at give produkter svarende til dem, der opnås fra naptha, et af de vigtigste råmaterialer, som den kemiske industri kommer fra råolie .

E. tirucallii er bredt dyrket i de tørre og halvtørrede regioner i Afrika for levende hegn for lager og omkring huse. Efter 18-24 måneder er der rapporteret vækstudbytte på op til 20 tons eget tørstof / ha / år. Etablering af plantager forekommer relativt let og genvækst, efter at den første skæring synes mulig.

Type # 3. Alger :

Botryococcus braunii har vist sig at give 70% af ekstraktet som en carbonhydridvæske, som ligner meget råolie. Dette har ført til arbejdet med at immobilisere disse alger i faste matricer som alginater og polyurethan og ved hjælp af et gennemløbssystem til fremstilling af carbonhydrider. En art af den grønne alge Dunaliella opdaget i Det Døde Hav producerer glycerol, -caroten og også protein. Denne alge har ikke en cellevæg og vokser i disse meget høje saltkoncentrationer for således at kompensere for det høje salt eksternt, det producerer glycerol internt. Algen Phaeodactylum tricornutum har vist sig at have 25% lipid og 50% protein, mens Neochloris oleoabundans indeholder 35-45% olieagtige lipider. Den blågrønne alge Spirulina indeholder 75% protein, har gode udbytter og vokser godt ved høj pH i varme klimaer som Chand (N. Africa) og Mexico hvor det er blevet spist i århundreder.

Type # 4. Pedilanthus Macrocarpus :

Pedilanthus er en lille mexicansk og omkiribisk slægt af stammen Euphorbieae (Euphorbiaceae). Planter, der omfatter denne slægten, er bedre kendt som tømmerspidserne (så opkaldt efter deres nysgerrige blomsterstand - cyathiumet).

Arter indeholdende denne slægt spænder fra tropiske løvfældende træer til ørken succelenter. Pedilanthus macrocarpus findes i de tørre torn skove i vestlige kyst Mexico og Sonoran ørkenen i Baja California. Pedilanthus macrocarpus fra Baja California er rig på naturgummi og højmolekylære alkaner; hvoraf begge er potentielt nyttige forbindelser (Proksch et al., 1981, Sternburg & Rodriguez 1982).

Tilstedeværelsen af ​​cis-1, 4-polyisopren (gummi) blev detekteret og bekræftet ved Hl-NMR-spektroskopi. Spektret er i overensstemmelse med dem opnået fra andre gummikilder, såsom Parthenium argentatum (guayule) og Hevea brasiliensis, selv om polymerstørrelsen er noget mindre. Renset gummi fra P. macrocarpus kan udgøre op til 28 procent af latexets tørvægt.

Samlet indhold af gummi og alkan i arter af Pedilanthus (Sternburg):

Ørken har fastslået, at mange arter som Parthenium argentatum og Pedilanthus macrocarpus er i stand til at producere gummi i mængder, der er sammenlignelige med det, der produceres af kommercielt etablerede kulbrinterafgrøder - Hevea .