Некоторые свойства сока топинамбура

Применение водорода в больших объемах для альтернативного газового топлива наземного транспорта повторит печальный опыт человечества при освоении воздушных пространств дирижаблями. Цепь их катастроф привела в 30-х годах к прекращению изготовления газовместилищ под водород. Будут повреждения не только самого транспорта, но и окружающей среды при дорожно-транспортных происшествиях. Неизбежны происшествия и для лиц, как показала более столетняя практика эксплуатации автомобилей от баллонов с метаном или пропан - бутаном. Они начнут возрастать по мере увеличения срока службы техники, и в настоящее время печальный счет им уже открыт.

Ученые Калифорнийского университета (США) установили, что растительные сгущенные соки белого цвета более 700 растений по своим свойствам напоминают сырую нефть. Из этой бионефти можно получать биобензин, который не загрязнен серными соединениями и другими примесями, снижающими качество жидкого топлива для двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Поэтому в лаборатории ОАО им. академика БССР Я. М. Паушкина был получен сок топинамбура для установления возможности использования его в качестве альтернативного жидкого моторного топлива в ДВС. Было замечено, что побеги топинамбура на почвах с углеводородными загрязнениями значительно обгоняют в росте контрольные. Принудительная обильная подкормка растения отработанными машинными маслами позволила сделать вывод, что топинамбур является чистильщиком земли. Контрольные растения других культур от такой подкормки погибали, с ними происходила мутация и они ослабевали в росте. Этот вывод подтверждают и другие ученые.

На фотоснимках ( см. фото 1 и фото 2) представлены материалы и оборудование до поджигания и в момент горения сока топинамбура (СТ) в смеси с дизельным топливом ( ДТ). На первом снимке видно, что СТ имеет цвет умбра жжёная. Необходимо отметить, что при годичном хранении СТ в герметичных условиях и стеклянной посуде этот цвет изменился от темно-зеленого до темно-коричневого.Температура хранения варьировала от +25 до –25 °С. После кристаллизации в СТ, незамерзшую жидкость отделили сцеживанием для дальнейших исследований. Замораживание СТ происходило при природной низкой температуре. Запах также претерпел изменения: от легкого запаха сырого сока до резкого, напоминающего конский навоз.

Сок получен с помощью ручной соковыжималки из стеблей длиной 0,5-3,5 м и листвы зеленого цвета. Из полученного травяного фарша было отжато 55 - 60% сока. Затем сок, после отстаивания, отфильтровали на бумажном химическом фильтре. Свежий сок напоминает вкус подсолнуха с горечью, что подтверждает что топинамбур является далеким прародителем подсолнуха. СТ цвета умбра жжёная по мягкости вкусовых ощущений напоминает коровье молоко.

Отжатое и высушенное сено топинамбура сохраняется уже более десяти лет (без признаков прелости и оказалось пригодным для корма домашних животных). Брикетированный кек, полученный после фильтрования сока, можно использовать в смеси с угольными мелкими фракциями и штыбами в качестве твердого топлива. Полученные брикеты видны на фотоснимках (выше книги "Технология физико-химического упрочнения горных пород").

Анализируя состав хлорофилла, зеленого пигмента растений, при помощи которого они улавливают энергию солнечного света и осуществляют фотосинтез, были сделаны предположения о наличии горючих свойств у СТ, (Helianthus tuberosus L) семейства сложноцветных. Хлорофилл ( от греческого chloros - зеленый и phyllon-лист) состоит из магния, 4-х колец пиррола (имидола), фосфоглицириновой кислоты, фосфоглициринового альдегида, многоатомного спирта (фитоллона) и твердого веществ С2Н39. При сравнении химических формул ингредиентов хлорофилла с типичной хроматограммой жидких продуктов синтеза углеводородов (OY-101) из продуктов газификации биомассы, полученных по новому методу в институтах Органической Химии и Горючих Ископаемых РАН (г.Москва), установлены похожие по горючести вещества. Высказано предположение о возможности использования СТ в качестве сырья для получения биосинтина.

Присутствие воды в соке не позволяло его поджечь. Молекулярные сита с лазерной прошивкой отверстий для отсечения воды от биосинтина в 2001г. нами не применялись. Известно, что подобное растворяется в подобном. Поэтому, исходя из этого химического постулата, в жидкость было добавлено ДТ в количестве не более 50% от массы топливной смеси (ТССТ). ДТ было выбрано потому, что это более инерционное горючее для поджигания спичкой в ограниченных условиях лаборатории. Необходимо отметить, что возгорание ТССТ на основе нефтяного бензина А-76 происходило интенсивнее и осуществлялось на открытом воздухе с соблюдением мер пожарной безопасности. На фото 2 запечатлено пламя горения ДТ в момент горения ТССТ. С левой стороны от двуязыкового пламени в лабораторной горелке, сразу за ней и напротив спичечного коробка под горелкой видны только 3 горящие яркие шарики. Остальные слились с общим фоном пламени и, из-за малой, по сравнению с человеческим зрением, разрешающей способности используемой фотоаппаратуры, не запечатлены на снимке. О наличии ярких горящих шариков можно судить косвенно по жирным отпечаткам их остатков на газете и плотной бумаге, подложенными под коробок спичек с горелкой.

Менделеев Д. И . в свое время отмечал эффективность получения спирта из топинамбура, так как урожайность клубней (столонов) достигает более 100 т/га, а в них содержится до 30% инулина - сладкого вещества из фруктозы. Специалисты подсчитали, что при сравнении с сахарной свеклой и сахарным тростником, топинамбур (земляная груша) является самым дешевым сырьем для получения этанола (обезвоженного спирта С2Н5ОН).

В 2003 г. в лабораторных условиях было изготовлено 5 литров СТ. Хранение осуществлялось в течение 1 месяца. Пластмассовая канистра раздулась от образовавшихся газов, которые, при открывании крышки канистры и поджигании от спички, горели слабым голубоватым пламенем. Взятая проба не отфильтрованного СТ была залита таким же количеством ДТ и подожжена на стеклянной предметной крышке. Несмешанная жидкость загорелась. В процессе горения ДТ нижний слой из СТ начал бурлить и загораться яркими шариками. Когда процесс горения прекратился, горелые спички (древесный уголь) поместили в остатки несгоревшей жидкости. Через сутки все стержни горелых спичек полностью впитали в себя эту жидкость . При поджигании пропитанных стержней они возгорались и горели ровным пламенем. Два литра отстоянного СТ отделили от несвязанной воды посредством нетканого фильтра.

Из двух литров отстоянного в течение года (осветленного) СТ, посредством нетканого фильтра, выделили молекулярно несвязанную воду, а оставшуюся жидкость использовали для последующего ее сжигания в двигателе внутреннего сгорания автомобиля марки "ВАЗ – 21051".

Таким образом, исходные материалы для синтеза моторного жидкого топлива были получены из СТ. В то же время, технологические приемы получения компонентов моторного топлива требуют совершенствования этого процесса (как менее трудоемкого) путем выпаривания этих компонентов из сырых побегов топинамбура при сжигании сухой биомассы, в отдельных случаях смешанной с бытовым мусором. Для этого был обобщен опыт работ академика Паушкина Я.М. и его последователей в области получения синтина и разработан в лабораторных условиях экспериментальный образец установки "Красный Луч –2" (см. рис.), где 1 - газогенератор; 2 - адсорбер; 3 и 4 - теплообменники; 5 - фильтр; 6 - насос; 7 - емкость с катализатором и магнитами. В настоящее время ведутся работы по уменьшению ее габаритов и увеличению выхода компонентов биосинтина.

На био-энергоучастке № 1 (см. фото 3) были высажены клубни топинамбура для создания сырьевой базы установки "Красный Луч - 2". При высадке под 50% корнеплодов были помещены различные бытовые отходы: промасленную ветошь, полиэтиленовые кульки, пластмасса различной молекулярной массы, фильтры сигарет (окурки), просроченные фото-химрективы, окись и закись железа.

Два корнеплода на биоэнергоучастке № 2 высажены на почву, загрязненную известковыми отходами. Наблюдения за развитием роста побегов топинамбура на участках показали, что средняя скорость их роста - 1,5 - 2 см в сутки. В 2016 г. стебли топинамбура, росшего возле старого и разрушающегося пенька груши, достигли 4-4,5 м. В 2017 г. проводятся экспериментальные работы по зимнему (тепличному) выращиванию топинамбура, корни которого были выкопаны из промёрзшего грунта.

На фото 4 видны январские побеги столонов топинамбура после 240 часов с момента высадки в почву.

Для повышения октанового числа биосинтина с 66-72 до 80-95 требуются специальные эмульгаторы с повышенным углом поверхностного натяжения для технологии смешивания с этанолом.

На первых этапах использования биосинтина марок БС-90 и БС- 95 в автомобилях личного пользования необходимо совместное их использование с бензинами марок А-92 и А-95 до 5% от общего объема топлива.

Результаты урожайности биомассы ( по годам) на био-энергетическом участке № 1 и объемы ожидаемых компонентов жидкого биотоплива представлены в таблице.

Таким образом, даже в домашних условиях вполне возможно самостоятельно приготовить моторное топливо (биосинтин) из биомассы растительного происхождения.

Ст.н.с., к.т.н. Ефименко А.А.

(ОАО им. акад. БССР Я. М. Паушкина)