Визначення теплового режиму процесу компостування біосировини в камері обертового типу

One of the promising methods to dispose of agricultural bio-based raw materials is to produce compost by aerobic fermentation in rotary chambers. High efficiency of the composting process is achieved when a proper temperature mode is maintained at each phase of the process. Changes in temperature are directly related to the effective transformation of organic substrates by microorganisms and are the reason for the low quality of produced compost in terms of its agrochemical and microbiological parameters. It was established that a high-temperature regime is achieved on the condition that the amount of heat released during the biodegradation of raw materials by microorganisms is greater than the heat loss associated with the substrate aeration and surface cooling. Therefore, the time during which the fermented mass remains warm depends entirely on the substrate's physical-chemical characteristics, the parameters of the equipment, and the modes of its operation. To describe the established conditions, based on the equation of thermal balance, a mathematical model has been built. The model relates the thermal costs necessary to maintain the optimal temperature regime of the process to the substrate's moisture content and specific active heat generation, as well as to such an important thermal physical parameter of the chamber as the coefficient of heat transfer of the wall material. A rotary chamber was manufactured to investigate the thermal mode of the bio-based raw materials composting process. It has been experimentally established that the chamber walls' heat transfer coefficient of 1.6 W/(m2·°C), a value of the substrate's specific active heat generation of 9.2 W/kg, and a moisture content of 58 % provide for the thermal needs for the process with the release of 140 MJ of excess heat. The reported study could be the basis for the modernized methodology of thermal calculations of the bio-based raw materials composting process in closed fermentation chambersОдним из перспективных методов утилизации сельскохозяйственного биосырья является производство компостов путем аэробной ферментации во вращающихся камерах. Высокая эффективность процесса компостирования достигается при условии обеспечения надлежащего температурного режима на каждой из фаз процесса. Изменения температуры напрямую связаны с эффективностью трансформации микроорганизмами органических субстратов и являются причиной низкого качества производимого компоста, как по агрохимическим, так и по микробиологическим показателям. Установлено, что высокий температурный режим достигается при условии, что количество теплоты, выделенное при биодеградации сырья микроорганизмами, является большим, нежели потери теплоты, связанные с аэрацией и поверхностным охлаждением субстрата. Поэтому время, в течение которого ферментируемая масса будет оставаться разогретой, полностью зависит от физико-химических характеристик исходного субстрата, параметров оборудования и режимов его функционирования. Для описания установленных условий, исходя из уравнения теплового баланса, создана математическая модель. Модель сочетает тепловые затраты, необходимые для поддержания оптимального температурного режима процесса, с влажностью и удельным активным тепловыделением субстрата, а также с важным теплофизическим параметром камеры – коэффициентом теплопередачи материала стенки. Для проведения исследований теплового режима процесса компостирования биосырья разработана камера вращающегося типа. Экспериментально установлено: при коэффициенте теплопередачи стенки камеры 1,6 Вт/(м2·°C), величине удельного активного тепловыделения субстрата 9,2 Вт/кг влажностью 58 % обеспечиваются тепловые потребности на процесс с выделением 140 МДж избыточной теплоты. Исследования могут быть положены в основу современной методологии тепловых расчетов процесса компостирования биосырья в закрытых камерах ферментацииОдним з перспективних методів утилізації сільськогосподарської біосировини є виробництво компостів шляхом аеробної ферментації в обертових камерах. Висока ефективність процесу компостування досягається при умові забезпечення належного температурного режиму на кожній з фаз процесу. Зміни температури напряму пов’язані з ефективністю трансформації мікроорганізмами органічних субстратів і є причиною низької якості виробленого компосту за агрохімічними та мікробіологічними показниками. Встановлено, що високий температурний режим досягається при умові, що кількість теплоти, виділена під час біодеградації сировини мікроорганізмами, є більшою за втрати теплоти, пов’язані з аерацією та поверхневим охолодженням субстрату. Тому час, упродовж якого ферментована маса буде залишатися розігрітою, цілковито залежить від фізико-хімічних характеристик субстрату, параметрів обладнання та режимів його функціонування. Для опису встановлених умов, виходячи з рівняння теплового балансу, створено математичну модель. Модель поєднує теплові витрати, необхідні для підтримання оптимального температурного режиму процесу з вологістю і питомим активним тепловиділенням субстрату, а також з важливим теплофізичним параметром камери – коефіцієнтом теплопередачі матеріалу стінки. Для проведення досліджень теплового режиму процесу компостування біосировини виготовлено обертову камеру. Експериментально встановлено: при коефіцієнті теплопередачі стінки камери 1,6 Вт/(м2·°C), величині питомого активного тепловиділення субстрату 9,2 Вт/кг вологістю 58 % забезпечуються теплові потреби на процес з виділенням 140 МДж надлишкової теплоти. Дослідження можуть бути покладені в основу осучасненої методології теплових розрахунків процесу компостування біосировини в закритих камерах ферментаці

Vibrational dynamics of plant light-harvesting complex LHC II investigated by quasi- and inelastic neutron scattering

Vibrational dynamics of the light-harvesting complex II (LHC II) from spinach was investigated by quasi- and inelastic neutron scattering (QENS and INS) at three different temperatures of 80, 160, and 285 K. QENS/INS spectra of solubilised LHC II and of the corresponding buffer solution were obtained separately and exhibit characteristic inelastic features. After subtraction of the buffer contribution, the INS spectrum of LHC II reveals a distinct Boson peak at ∼ 2.5 meV at 80 K that shifts towards lower energies if the temperature is increased to 285 K. This effect is interpreted in terms of a “softening” of the protein matrix along with the dynamical transition at ∼ 240 K. Our findings indicate that INS is a valuable method to obtain the density of vibrational states not only at cryogenic, but also at physiological temperatures

Vibrational dynamics of plant light-harvesting complex LHC II investigated by quasi- and inelastic neutron scattering

Vibrational dynamics of the light-harvesting complex II (LHC II) from spinach was investigated by quasi- and inelastic neutron scattering (QENS and INS) at three different temperatures of 80, 160, and 285 K. QENS/INS spectra of solubilised LHC II and of the corresponding buffer solution were obtained separately and exhibit characteristic inelastic features. After subtraction of the buffer contribution, the INS spectrum of LHC II reveals a distinct Boson peak at ∼ 2.5 meV at 80 K that shifts towards lower energies if the temperature is increased to 285 K. This effect is interpreted in terms of a “softening” of the protein matrix along with the dynamical transition at ∼ 240 K. Our findings indicate that INS is a valuable method to obtain the density of vibrational states not only at cryogenic, but also at physiological temperatures

U. S. Trade Policies and Their Impact on Domestic Vegetables, Fruits and Nuts Sector: Application of the GTAP-HS Modelling Framework

Reversing a long-lasting consensus on trade liberalization, under President Trump’s Administration the US left the Trans-Pacific Partnership (TPP) negotiations, and later imposed tariffs of 25% on steel and 10% on aluminum imports from most countries. This initiated a large range of retaliatory tariffs on US goods extending well beyond these two commodities and included many vegetables fruits and nuts (VFN). This sector covers over 100 individual commodities that represent over 21% of the U.S. agricultural exports. For some of the individual ‘tariff lines’, tariff rates could reach up to 100%. We develop a modelling framework for the assessment of such tariff policies that include high levels of variation at the commodity level, since standard CGE approaches are deemed too coarse/aggregate to address these accurately. We combine the Global Trade Analysis Project (GTAP) with a sub-sector partial equilibrium model to create “GTAP-HS”. First, we construct a database with the GTAP VFN sector disaggregated into 79 commodities with explicit estimates of output and domestic absorption at the disaggregate commodity level or “HS” level. Second, we also capture the heterogeneity in substitution possibilities among different import supplies at the HS level. Applying this approach to the trade frictions, we find that the additional data structures and substitution possibilities at the tariff line level makes the GTAP-HS framework more flexible than the standard model. GTAP-HS reports lower reduction in U.S. VFN exports than the standard GTAP, and the magnitude of these differences depends critically on the specification of trade elasticities. If only tariffs on U.S. VFN exports are considered, U.S. VFN exports fall by 6.8% under the standard GTAP model, by 4.0% under the GTAP-HS with trade elasticities adopted from the standard GTAP, and by 5.0% under GTAP-HS with heterogenous trade elasticities at the HS6 level

Insights into Solution Structures of Photosynthetic Protein Complexes from Small-Angle Scattering Methods

High-resolution structures of photosynthetic pigment–protein complexes are often determined using crystallography or cryo-electron microscopy (cryo-EM), which are restricted to the use of protein crystals or to low temperatures, respectively. However, functional studies and biotechnological applications of photosystems necessitate the use of proteins isolated in aqueous solution, so that the relevance of high-resolution structures has to be independently verified. In this regard, small-angle neutron and X-ray scattering (SANS and SAXS, respectively) can serve as the missing link because of their capability to provide structural information for proteins in aqueous solution at physiological temperatures. In the present review, we discuss the principles and prototypical applications of SANS and SAXS using the photosynthetic pigment–protein complexes phycocyanin (PC) and Photosystem I (PSI) as model systems for a water-soluble and for a membrane protein, respectively. For example, the solution structure of PSI was studied using SAXS and SANS with contrast matching. A Guinier analysis reveals that PSI in solution is virtually free of aggregation and characterized by a radius of gyration of about 75 Å. The latter value is about 10% larger than expected from the crystal structure. This is corroborated by an ab initio structure reconstitution, which also shows a slight expansion of Photosystem I in buffer solution at room temperature. In part, this may be due to conformational states accessible by thermally activated protein dynamics in solution at physiological temperatures. The size of the detergent belt is derived by comparison with SANS measurements without detergent match, revealing a monolayer of detergent molecules under proper solubilization conditions.Eesti TeadusfondiPeer Reviewe

The first study on the impact of osmolytes in whole cells of high temperature-adapted microorganisms

International audienc