The influence of technology elements on the production of bioethanol from sugar sorghum

The search for promising raw materials for the production of bioethanol is an urgent task of the present. An effective sugar crop for bioethanol production is sugar sorghum, which per hectare of crops provides 90-100 t / ha of biomass with sugar content of 18-20%. The article presents the results of the influence of mineral nutrition on the productivity and yield of bioethanol from sugar sorghum plants in the zone of the Western Forest-steppe of Ukraine. Investigation of the elements of the technology of cultivating sugar sorghum for the production of biofuels was conducted with the Sugar 1 variety and the Hybrid Honey F1 in three grades of nutrient backgrounds - no fertilizers, N90P90K90 and N120P120K120 using herbicide 2,4-D. For the introduction of sorghum herbicide 2,4-D in the steps of 1.5 l / ha in the phase of 3-4 leaves, there was a good increase in plant height and diameter of the stems. The increase in the yield of green mass of sorghum compared to non-fertilized control at the rate of N90P90K90 introduction into the Sugar 1 variety was 6.1 tons / ha, and the Hybrid Honey F1 was 6.5 tons / ha; for the norm N120P120K120 - respectively 7.9 and 8.6 t / ha. The yield of bioethanol by sorts of sorghum on the background of the introduction of N90P90K90 was respectively 2.18 and 2.27 t / ha, solid fuels - respectively 11.9 and 12.4 t / ha, bioenergy - respectively 243 and 254 GJ; on the background of the introduction of N120P120K120 and the application of 2,4-D herbicide, the bioethanol yield was 2.25 and 2.32 t / ha respectively, solid fuels - respectively 12.3 and 12.6 t / ha, bioenergy - respectively 252 and 259 GJ

Полімер-електролітна мембрана для паливних елементів на основі зшитого полііміду і протонної іонної рідини

The aim of this research was to develop polymer-electrolyte membrane on the base of commercial polyimide Matrimid which has high proton conductivity at elevated temperatures above 100 °C. Hydrophobic ionic liquid 1-butylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BIM-TFSI) has been synthesized and used as proton conducting electrolyte. The electrical conductivity of the ionic liquid determined by electrochemical impedance method was found to have a value of 10–3 S/cm in the temperature range from 100 to 180 °С. The composite film based on Matrimid polyimide containing 70 wt % of protic ionic liquid has been prepared by casting from methylene chloride solution. Polyetheramine Jeffamine® D-2000 was used as a cross-linking agent for polyimide. According to mechanical and thermal analysis data, Matrimid/BIM-TFSI composite has tensile strength of 18 MPa and thermal degradation point of 306 °С. Electrophysical properties of polyimide film impregnated with ionic liquid was studied by two-probe technique at the frequencies of 0.1, 1.0 and 10 kHz by using immitance meter in the temperature range from 25 to 180 °С. The electrical conductivity was found to be 2.7∙10–4 S/cm at room temperature and reached the value of 1.5∙10–3 S/cm at 180 °С. Thus, in this work proton conducting membrane based on commercial polyimide has been obtained for the first time by simple method without additional sulfonation stage. Matrimid/BIM-TFSI composite membrane is promising for applications in fuel cells operating at elevated temperature without external humidification.Целью работы было получение полимер-электролитной мембраны на основе промышленного полиимида Matrimid с высоким уровнем протонной проводимости при температурах выше 100 °С. Синтезирована гидрофобная протонная ионная жидкость бис(трифторметилсульфонил)имид 1-бутилимидазолия (БИМ-ТФСИ), которая была использована в качестве протонпроводящего электролита. Удельная электропроводность ионной жидкости, измеренная методом электрохимического импеданса, имеет значение порядка 10–3 См/см в интервале температур 100–180 °С. Получена композитная пленка на основе полиимида Matrimid, содержащая 70 % ионной жидкости, поливом из раствора в метиленхлориде. Полиэфир Jeffamine® D-2000 использован в качестве сшивающего агента для полиимида. Согласно результатам механических и термических исследований, прочность на разрыв композита Matrimid/БИМ-ТФСИ составляет 18 мПа, а температура начала деструкции – 306 °С. Электрофизические свойства полиимидной пленки, насыщенной протонной ионной жидкостью, исследовали двухконтактным методом с помощью измерителя иммитанса на частотах 0.1, 1.0 и 10 кГц в температурном интервале 25–180 °С. Установлено, что удельная электропроводность материала составляет 2.7∙10–4 См/см при комнатной температуре, возрастая до величины 1.5∙10–3 См/см при 180 °С.  Таким образом, в данной работе впервые получена протонобменная мембрана на основе коммерческого полиимида технологически простым методом, без дополнительной стадии сульфирования полимера. Композитная мембрана Matrimid/БІМ-ТФСІ перспективна для использования в топливных элементах, которые эксплуатируются при температурах выше 100 °С при отсутствии увлажнения.Метою роботи було отримання полімер-електролітної мембрани на основі промислового полііміду Matrimid з високим рівнем протонної провідності при температурі вище 100 °С. Синтезовано гідрофобну іонну рідину біс(трифторметилсульфоніл)імід 1-бутилімідазолію (БІМ-ТФСІ), яку використано в якості протонпровідного електроліту. Питома електропровідність іонної рідини, визначена методом електрохімічного імпедансу, має значення порядку 10-3 См/см в інтервалі температур  100-180 °С. Отримано композитну плівку на основі полііміду Matrimid із вмістом протонної іонної рідини 70 % поливом з розчину в метиленхлориді. Поліетерамін Jeffamine® D-2000 використано в якості зшиваючого агенту для полііміду. Згідно з результатами механічних і термічних досліджень, міцність на розрив композиту Matrimid/БІМ-ЕФСІ становить 18 мПа, а температура початку деструкції – 306 °С. Електрофізичні властивості поліімідної плівки, насиченої протонною іонною рідиною, досліджували двоконтактним методом за допомогою вимірювача іммітансу на частотах 0.1, 1.0 і 10 кГц в температурному інтервалі 25-180 °С. Встановлено, що питома електропровідність матеріалу становить 2.7 ∙ 10-4 См/см при кімнатній температурі, досягаючи величини 1.5 ∙ 10-3 См/см при 180 °С. Таким чином, в даній роботі вперше отримано протонобмінну мембрану на основі комерційного полііміду технологічно простим методом, без додаткової стадії сульфування полімеру. Композитна мембрана Matrimid/БІМ-ТФСІ перспективна для використання в паливних елементах, які експлуатуються при підвищених температурах за відсутності зволоження.

POLYMER-ELECTROLYTE MEMBRANE FOR FUEL CELLS BASED ON CROSS-LINKED POLYIMIDE AND PROTIC IONIC LIQUID

The aim of this research was to develop polymer-electrolyte membrane on the base of commercial polyimide Matrimid which has high proton conductivity at elevated temperatures above 100 °C. Hydrophobic ionic liquid 1-butylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (BIM-TFSI) has been synthesized and used as proton conducting electrolyte. The electrical conductivity of the ionic liquid determined by electrochemical impedance method was found to have a value of 10–3 S/cm in the temperature range from 100 to 180 °С. The composite film based on Matrimid polyimide containing 70 wt % of protic ionic liquid has been prepared by casting from methylene chloride solution. Polyetheramine Jeffamine® D-2000 was used as a cross-linking agent for polyimide. According to mechanical and thermal analysis data, Matrimid/BIM-TFSI composite has tensile strength of 18 MPa and thermal degradation point of 306 °С. Electrophysical properties of polyimide film impregnated with ionic liquid was studied by two-probe technique at the frequencies of 0.1, 1.0 and 10 kHz by using immitance meter in the temperature range from 25 to 180 °С. The electrical conductivity was found to be 2.7∙10–4 S/cm at room temperature and reached the value of 1.5∙10–3 S/cm at 180 °С. Thus, in this work proton conducting membrane based on commercial polyimide has been obtained for the first time by simple method without additional sulfonation stage. Matrimid/BIM-TFSI composite membrane is promising for applications in fuel cells operating at elevated temperature without external humidification