ПЕРСПЕКТИВИ ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ ТА ПЕЛЕТ ПРИ ВИРОЩУВАННІ КУЛЬТИВАРІВ ЦУКРОВОГО СОРГО НА РЕКУЛЬТИВОВАНИХ ЗЕМЛЯХ
DOI:
https://doi.org/10.31734/agronomy2023.27.074Ключові слова:
сорго цукрове, культивари, рекультивовані землі, теоретичний етанол, термолізАнотація
Польові досліди з вирощування українських та американських культиварів сорго цукрового були проведені в умовах степової зони України на Покровській навчально- дослідній станції рекультивації земель. Станцію заснували майже 50 років тому на відвалі заввишки 60 м після виконання робіт із гірничо-технічної рекультивації, пов’язаних із відкритим видобутком марганцевої руди на кар’єрі. У польових умовах у 2017–2018 роках досліджено три гібриди сорго цукрового української селекції, зокрема Медове, Зубр, Покровське, та сорт Силосне – 42, і чотири американські гібриди (SS506, Sioux, Mohawk, G1990). Був закладений двофакторний польовий дослід. Фактор А – культивари цукрового сорго вітчизняного та американського походження; фактор Б – два типи ґрунту (чорноземна маса та фітомеліорований лесоподібний суглинок). Оцінено перспективи виробництва якісної біосировини при вирощуванні культиварів сорго цукрового на рекультивованих землях. Рослини, вирощені на чорноземній масі, мали дещо вищі значення Брікса, ніж на лесоподібних суглинках. Теоретична врожайність етанолу для високопродуктивних гібридів (Зубр, Медове, Mohawk, SS506) становила 2500–3600 л га-1, а для малопродуктивних культиварів (Sioux і Силосне – 42) – 705–1600 л га-1. Дослідження процесів термолізу біомаси українських і американських культиварів сорго цукрового виявили схожість і відмінність за трьома показниками (втратою маси, швидкістю процесів розкладання, тепловим ефектом). Хімічні реакції деструкції зразків українських культиварів характерні більшим виділенням енергії, ніж деструкція зразків американських гібридів. На насипному шарі чорнозему різниці в характері втрачання маси всередині сортових груп майже не було. У зразках групи українських культиварів швидкість втрачання маси збільшилася на більш ранніх етапах за температурах 170–175 оС, тоді як зразки американських гібридів почали швидко втрачати масу лише за температур 230–240 оС. Тривалість термолізу на чорноземі була довшою, ніж на лесоподібному суглинку й становила 40–50 оС – 550–580 оС в українських культиварів та 50–60 оС – 550–590 оС в американських.
Отже, отримані результати оцінки теоретичного врожаю етанолу та процесів термолізу багасси дозволили виявити деякі американські та українські культивари для вирощування на двох типах рекультивованих земель.
Посилання
Almorades A., Hadi M. R. Production of bioethanol from sweet sorghum: A review. African Journal of Agricultural Research. 2009. No 4 (9). P. 772–780.
Ameen A., Yang X., Chen F., Tang C., Du F., Fahad S., Xie G. H. Biomass Yield and Nutrient Uptake of Energy Sorghum in Response to Nitrogen Fertilizer Rate on Marginal Land in a Semi – Arid Region. BioEnergy Research. 2017. No 10 (2). P. 363–367. https://doi.org/10.1007/s12155-016-9804-5.
Borůvka L., Vacek O., Jehlička J. Principal component analysis as a tool to indicate the origin of potentially toxic elements in soils. Geoderma. 2005. No 128 (3–4). P. 289–300. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.04.010.
Dhyani V., Kumar J., Bhaskar T. Thermal decomposition kinetics of sorghum straw via thermogravimetric analysis. Bioresource Technology. 2017. No 245. P. 1122–1129. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2017.08.189.
Ekefre D. E., Mahapatra A. K., Latimore J. M., Bellmer D. D., Jena U., Whitehead G. J., Williams A. L. Evaluation of three cultivars of sweet sorghum as feedstocks for ethanol production in the Southeast United States. Heliyon. 2017. No 3. P. 1–18. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2017.%20e00490.
Fu H. M., Meng F. Y., Molatudi R. L., Zhang B. G. Sorghum and Switchgrass as Biofuel Feedstocks on Marginal Lands in Northern China. Bioenerg. Res. 2016. No 9 (2). P. 633–642. https://doi.org/10.1007/s12155-015-9704-0.
Holou R. A., Stevens G. Juice, sugar, and bagasse response of sweet sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench cv. M81E) to N fertilization and soil type. GCB Bioenergy. 2012. 4. P. 302–310. doi: 10.1111/j.1757 – 1707.2011.01126.x.
Kharytonov M. M., Babenko M. H., Mytsyk O. O., Gavryushenko O. O., Martynova N. V. Psysical-chemical and biological testing of phytomeliorated rocks of the Pokrov land reclamation Station. Agrology. 2018. No 1 (3). P. 300–305. https://doi.org/10.32819/2617-6106.2018.13010.
Kharytonov M. M., Babenko M. G., Kozechko V. I., Martynova N. V., Hamandii V. L. Sweet sorghum raw material production on reclaimed lands. Agrology. 2021. No 4 (2). P. 77‒84. doi: 10.32819/021010.
Kim M., Day D. F. Composition of sugar cane, energy cane, and sweet sorghum suitable for ethanol production at Louisiana sugar mills. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 2011. No 38 (7). P. 803–807. https://doi.org/10.1007/s10295–010–0812–8.
Mathur S., Umakanth A. V., Tonapi V. A., Sharma R., Sharma M. K. Sweet sorghum as biofuel feedstock: recent advances and available resources. Biotechnol Biofuels. 2017. No 10. 146. https://doi.org/10.1186/s13068-017-0834-9.
Mehmood M. F., M. Ibrahim Rashid U., Nawaz M., Ali S., Hussain A., Gull G. Biomass production for bioenergy using marginal lands. Sustainable Production and Consumption. 2017. No 9. P. 3–21. https://doi.org/10.1016/j.spc.2016.08.003.
Menéndez J., Loredo J. Reclamation of Degraded Landscape due to Open Pit Coal Mining: Biomass for Renewable Power Plants. WSEAS Transactions on Environment and Development. 2018. No 14. P. 251–255.
Navarro M. C., Pérez-Sirvent C., Martínez-Sánchez M. J., Vidal J., Tovar P. J., Bech J. Abandoned mine sites as a source of contamination by heavy metals: A case study in a semi-arid zone. Journal of Geochemical Exploration. 2008. No 96 (2–3). P. 183–193. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2007.04.011.
Reddy B. V. S., Ramesh S., Reddy P. S., Ramaiah, B., Salimath P. M., Rajashekar K. Sweet Sorghum – A Potential Alternate Raw Material for Bio-Ethanol and Bioenergy. International Sorghum and Millets Newsletter. 2005. No 46. P. 79–86. URL:00b4952bd0439abc7e000000.pdf.
Regassa T. H., Wortmann C. S. Sweet sorghum as a bioenergy crop: literature review. Biomass Bioenergy. 2014. No 64. 348–355. https://doi.org/ 10.1016/j.biombioe.2014.03.052.
Ren L. T., Liu Z.X., Wei T.Y., Xie G.H. Evaluation of energy input and output of sweet sorghum grown as a bioenergy crop on coastal saline‐alkali land. Energy. 2012. No 47. P. 166–173. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.024.
Rutto L. K, Xu Y., Brandt M., Ren Sh., Kering M. K. Juice, Ethanol, and Grain Yield Potential of Five Sweet Sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) Cultivars. Journal of Sustainable Bioenergy Systems. 2013. No 3. P. 113–118. http://dx.doi.org/10.4236/jsbs.2013.32016.
Sheoran V., Sheoran A. S., Poonia P. Soil reclamation of abandoned mine land by revegetation: a review. International Journal of Soil, Sediment and Water. 2010. No 3 (2), Art. 13. http://scholarworks.umass.edu/intljssw/vol3/ iss2/13.
Shoemaker C., Bransby D. I. The role of sorghum as a bioenergy feedstock. In: Sustainable alternative fuel feedstock opportunities, challenges and roadmaps for six US regions. 2010. Chapter 9. Ankeny, IA: Soil and Water Conservation Society. P. 149–159.
Taylor J. R. N., Schober T. J., Bean S. R. Novel food and non-food uses for sorghum and millets. Review. Journal of Cereal Science. 2006. No 44 (3). P. 252–271. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2006.06.009.
Wortmann C. S., Liska A. J., Ferguson R. B., Lyon D. J., Klein R. N., Dweikat I. Dryland Performance of Sweet Sorghum and Grain Crops for Biofuel in Nebraska. Agronomy Journal. 2010. No 102 (1). P. 319–326. doi:10.2134/agronj2009.0271.
