Результаты исследования микроструктуры биоугля

Исследовался биоуголь, который был получен путем медленного пиролиза различного растительного материала (сосна, ива, береза). Образцы биоугля сосны и ивы были предоставлены профессором Максимом Раймондом Баяном,  образцы биоугля березы был предоставлен д.т.н., профессором А.Н. Грачевым. Исследование микроструктуры проводилось на сканирующем электронном микроскопе Hitachi ТМ-1000 на кафедре зоологии беспозвоночных и функциональной гистологии КФУ и Hitachi ТМ-3030 на семинаре компании Интерлаб.

Первый объект – биоуголь сосны, полученный путем медленного пиролиза при температуре 400-600ºС. Сканирующий электронный микроскоп показал, что матрица биоугля сосны имеет упорядоченную микроструктуру. Радиальными рядами расположены вытянутые клетки, которые называются трахеиды. Трахеиды выполняют проводящую и опорную функцию. Ширина трахеид составляет 20-35 мкн., толщина их стенок 1,5-2 мкн. Диаметр окаймленных пор на стенках трахеид составляет 4-5 мкн. Мембрана на них не наблюдается. Напротив окаймленных пор, стенки трахеид имеют ячеистое строение размер которых 2-10 мкн (рис.1-b). Так как пор много, вероятно это ранние трахеиды, которые образуются весной.

Второй объект – биоуголь ивы, полученный путем медленного пиролиза при температуре менее 400ºС (рис.2 - с,d) и 400-600ºС (рис.2 - а,b). Ива относится к рассеянососудистой древесной породе и имеет более сложное строение. На рисунке 2 видно, что разная температура пиролиза не повлияла на микроструктурное строение биоугля. На радиальном срезе биоугля ивы видны волокна либриформы шириной 10-15 мкн. Толщина их клеточных стенок составляет 2 – 2,5 мкн (рис.2). Волокна либриформы имеют округлые поры диаметром около 2 мкн с окаймлением (рис.2 а, d). На рисунке 2 d  диагностируются поры на волокнах либриформы диаметр которых менее 1 мкн.

Сердцевинные лучи древесной породы заполнены светлыми частицами размером 7 – 15 мкн. Светлые частицы были обнаружены в образцах биоугля ивы, которые были получены при разных температурах пиролиза (менее 400ºС и 400-600ºС). Карта распределения элементов показывает, что светлые частицы содержат большое количество кальция (рис.3).

3 объект – биоуголь березы полученный при температуре пиролиза 400ºС и 950ºС (рис.4). Береза также как и ива относится к рассеянососудистой древесной породе со сложным строением. Данные микроструктуры показывают, что анаэробный термохимический распад биомассы березы при 950ºС не приводит к изменению микроскопического строения древесины. Образец биоугля имеет очень мелкие волокна либриформы диаметром 7 – 10 мкн. Стенки сосуда содержат множество окаймленных пор размером 3-5 мкн.

Данные элементного анализа показывают, что поверхность биоугля березы, полученного при температуре пиролиза 950ºС, главным образом состоит из углерода (93,76%) и кислорода (5,24%). Кислород, вероятно, адсорбирован на его поверхности. Менее 1% содержатся калий (0,72%), кальций (0,23%), фосфор (0,04%) и кремний (0,02%).

Таким образом, в биоугле полученный путем пиролиза при температурах 400-950ºС  сохраняется биологически сложная микроструктура древесных пород, которая повторяет строение естественных каналов древесины.

Работа выполнена сотрудниками МИП центра BIOCHAR к.б.н., доцентом Б.Р. Григорьяном и ассистентом А.А. Валеевой. Сотрудники выражают благодарность к.б.н., ассистенту кафедры зоологии беспозвоночных и функциональной гистологии КФУ В.Г. Евтюгину и организаторам семинара Интерлаб за сделанные снимки биоугля.