Топливо из водорослей


По своим энергетическим характеристикам водоросли значительно превосходят другие источники.

200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США. 200 тысяч гектаров — это менее 0,1% земель США пригодных для выращивания водорослей.

Однако, водоросли, содержащие большее количество масла, растут медленнее. Например, водоросли, содержащие 80% нефти вырастают раз в 10 дней, в то время как, водоросли, содержащие 30% -3 раза в день.

Производство водорослей привлекательно еще и тем, что в ходе биосинтеза поглощается углекислый газ из атмосферы.

Однако, основная технологическая трудность заключается в том, что водоросли чувствительны к изменению температуры, которая вследствие этого должна поддерживаться на определенном уровне (резкие суточные колебания недопустимы).

Также коммерческому применению водорослей в качестве топлива препятствует на сегодняшний день отсутствие эффективных инструментов для сбора водорослей в больших объемах. Также необходимо определить наиболее эффективные для сбора масла виды.


Технологии выращивания водорослей

Департамент Энергетики США исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гаваи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м2. Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 м2 в день.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.

Компания BioKing приступила к серийному производству запатентованных биореакторов по разведению водорослей, пригодных к немедленной эксплуатации, которые включают быстрорастущие водоросли с высоким содержанием масла.

Испанские ученые нашли один из видов микроводорослей, которые способны гораздо быстрее размножаться, чем другие биологические собратья при определенном освещении. Если в открытом море каждый кубометр воды приходится до 300 экземпляров водорослей, то исследователи получили 200 млн. экземпляров на тот же кубометр воды.


Микроводоросли растут в пластиковом цилиндре диаметром в 70 см и длиной в 3 м. Водоросли размножаются делением. Они делятся каждые 12 часов, и постепенно вода в цилиндре превращается в зеленую плотную массу. Один раз в день содержимое цилиндра подвергается центрифугированию. Остаток представляет собой практически стопроцентное биотопливо. Насыщенная жирами часть этой массы преобразуется в биодизель, а углеводороды — в этанол.

Разработки биотоплива из водорослей

Корпорация Chevron, один из мировых энергетических гигантов начали исследование возможности использования водорослей в качестве источника энергии для транспорта, в частности, для реактивных самолетов. В ходе исследований будут изучены виды водорослей, которые содержат максимальный процент масел в своем составе, а также разработаны методы культивирования водорослей.

Компания Honeywell, UOP недавно начала проект по производству военного реактивного топлива из 
водорослевых и растительных масел.

Компания Green Star Products завершила вторую фазу испытаний демонстрационного завода по производству биодизеля из водорослей в Монтане. Во время второй фазы выбирались оптимальные условия для выращивания водорослей штамма zx-13.


GSPI разработала гибридную систему выращивания водорослей в прудах — Hybrid Algae Production System. Обычные водоросли живут при температуре воды около 30 по Цельсию, zx-13 выживают при температуре около — 44. zx-13 также продемонстрировали хорошую устойчивость к повышенному содержанию солей в воде.

Однако, во второй фазе испытаний GSPI не удалось отработать технологию сбора водорослей. Водоросли созрели раньше, чем ожидалось, и оборудование ещё не было готово. Технология GSPI позволяет собирать водоросли размером более 2 мкрн. Водоросли меньшего размера возвращаются в пруд для дальнейшего выращивания.

На следующем этапе технология GSPI будет испытываться на пруду площадью 100 акров. Ведутся переговоры о размещении 100-акрового пруда в Калифорнии, Миссури и Юте. В дальнейшем возможно увеличить площадь до 500 — 1000 акров.

Крупная энергетическая компания Японии Tokyo Gas Co намерена построить демонстрационный завод, на котором из морских водорослей будут получать электричество. Для работы газовых генераторов на станции будет использоваться метан, выделяемый из мелко изрубленных водорослей.


Для ряда японских префектур, включая столичную, загрязнение побережья водорослями остается серьезной экологической проблемой. Они нередко выделяют при гниении зловонный запах и портят пейзаж.

Между тем новейшая разработка японских специалистов предлагает решить эту проблему с экономической выгодой. Экспериментальная модель завода с газовым электрогенератором, которая уже работает в лаборатории несколько лет, позволяет в день уничтожать до 1 тонны водорослей.

При этом вырабатывается около 9,8 киловатт электроэнергии. Эта пилотная установка позволяет получать около 20–30 куб метров метана в месяц — этого объема достаточно, чтобы ровно на половину сократить месячный расход на электричество средней семьи.

По подсчетам Tokyo Gas, строительство предприятия, в зависимости от производственной мощности, требует от нескольких десятков млн до 200 млн иен.

Испанская фирма Bio-Fuel-Systems планирует не только изготовлять из водорослей горючее, но и снижать уровень двуокиси углерода, который образуется при производстве электроэнергии с использованием органических видов топлива. В 2008 году запланировано строительство подобной установки в районе города Аликанте.

Компании Shell и HR Biopetroleum намерены построить на Гавайских островах опытный завод по получению растительного масла из микроводорослей и его дальнейшей переработке в биотопливо.


Микроводоросли будут выращивать на месте, в специальном открытом бассейне с морской водой. Виды микроводорослей будут отобраны для дальнейшего использования из местных образцов морских организмов, в качестве критерия отбора будут использованы быстрый рост водорослей и максимальный выход растительного масла

Авиационная промышленность также заявила о начале разработок по использованию морских водорослей, в качестве сырья для производства авиационного топлива. Компания Боинг сообщила, что альтернативой биодизелю, произведенному из морских водорослей, в будущем может стать производство авиационного биотоплива.

Согласно документу, никакое биотопливо, которое сегодня производится, не может быть использовано в качестве авиационного топлива. Этанол поглощает воду и разъедает двигатель и топливный провод, в то время как биодизель замерзает при низких температурах (на крейсерской высоте). Кроме того, биотопливо обладает более низкой термической стабильностью, чем обычное реактивное топливо.

Специалисты Боинга считают, что оптимальным сырьем для производства биотоплива станут морские водоросли, из которых получают в 150 — 300 раз больше масла, чем из сои. По их мнению, биотопливо из водорослей — это будущее для авиации. Так, если бы весь флот авиалиний мира по состоянию на 2004 год использовал 100% биотопливо, полученное из морских водорослей, понадобилась бы 322 млрд. литров масла.


Для выращивания этих водорослей необходима земля площадью 3,4 млн. га. В расчете принято, что с одного гектара получается 6 500 литров ежегодно. Для этих целей, возможно, использовать земли, которые не пригодны для выращивания пищевых сельхозкультур.

Источник: www.Cleandex.ru

Возможно, вам приходилось, прогуливаясь по морскому побережью в конце лета, видеть горы водорослей, вынесенных прибоем на берег, гниющих и источающих неприятный запах… Всему виной — процесс брожения, во время которого выделяется огромное количество энергии. Так почему бы не использовать ее, если мировой океан, кажется, сам предлагает человеку этот почти неисчерпаемый ресурс?

Япония: брожение в промышленных масштабах

Неудивительно, что первыми в мире задались целью превратить водоросли в источник энергии жители островного государства — Японии, имеющие к тому же совершенно практический интерес к использованию альтернативной энергии во всех ее видах. В стране, не имеющей собственных запасов природных углеводородов, ветер, солнце и океан стали в XXI веке одним из источников
национального благосостояния.


Говоря вкратце, японская технология включает в себя процессы сбора
водорослей, их измельчения с добавлением воды до состояния жижи, а затем ее ферментирования с использованием микроорганизмов. В результате такого промышленного брожения выделяется газ — метан, который затем поступает в газовый двигатель. Тот вращает генератор, который в свою очередь вырабатывает электричество.

Именно таким способом электростанция компании Tokyo Gas, созданная при участии специалистов Организации по развитию энергетических и промышленных технологий NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization), перерабатывает тонну водорослей в день, превращая их в двадцать тысяч литров метана. Чтобы увеличить мощность генератора, к метану, выработанному из водорослей, добавляют чистый природный газ. Выдаваемой генератором мощности в десять киловатт вполне хватает для того, чтобы обеспечить электричеством десяток домов в столице страны — тех самых, которые занимают офисы и производственные помещения компании Tokyo Gas. Немного для начала — но руководство компании рассчитывает, что местные власти и предприятия, занятые уборкой береговой линии, заинтересуются перспективой очистки пляжей от водорослей с максимальной пользой для дела.


Стэнфордский эксперимент и фермы Миннесоты

Ученые одного из самых статусных университетов в мире — Стэнфордского — задались целью получить электроэнергию непосредственно из водорослей. Их клетки вырабатывают электричество в процессе фотосинтеза, при котором растения превращают солнечный свет в химическую энергию и далее — в электрический ток. Чтобы его заполучить, американские исследователи сделали микроскопически тонкий золотой наноэлектрод, которым проникли внутрь одноклеточной водоросли Chlamydomonas reinhardtii, а именно — в ее хлоропласты. При этом подопытный представитель океанской флоры не погиб и отдал возбужденные светом электроны вместо того, чтобы привычно использовать их для синтеза сахаров и полисахаридов. Сила тока, полученного от одной-единственной клетки, достигала при этом 1,2 пикоампера.
Это лишь эксперимент, результаты которого могут получить промышленное применение, образно говоря, не завтра, а послезавтра, с дальнейшим развитием технологий. Однако водоросли, морские и речные, отлично подходят и для производства биотоплива.


Водоросли идеально подходят для производства биотоплива по объему выхода биомассы на квадратный метр культивируемых площадей. Они отлично разлагаются микроорганизмами — при этом ни серы, ни других токсичных
веществ в большинстве их видов не содержится. Наконец, водоросли обеспечивают высокий процент выхода готового к использованию
топлива — для многих видов он может легко превышать половину от
первоначальной массы.

Тут нужно вспомнить, что американские ученые, возможно, первыми
в мире начали масштабно экспериментировать с выращиванием водорослей как источника энергии — произошло это еще во время нефтяного кризиса в США в семидесятых годах прошлого века.


енно тогда в рамках проекта ASP (Aquatic Species Program) лаборатория NREL взялась установить перечень подвидов водорослей, подходящих для производства биотоплива. Для его выработки применялись расположенные под открытым небом прозрачные «садки», в которые из соседней ТЭЦ, сжигающей уголь, подавался углекислый газ. В результате был составлен список из более чем трехсот пунктов, содержавший названия водорослей, подходящих для выработки биотоплива. В основном это
разновидности диатомовых (кремневых) водорослей (diatoms) и зеленых водорослей (Chlorophyceae), которые при культивировании в оптимальных полевых условиях позволяют достичь производительности от 1850 галлонов с каждого акра. Для сравнения, у рапса, особенно широко используемого для производства биотоплива, урожайность не превышает 127 галлонов с акра.

Уже в наше время на очистной станции в Миннесоте американские
ученые проводят эксперименты, выращивая водоросли в фильтрате сточных вод. Среда, изобилующая фосфатами и нитратами и губительная для
реки, оказалась благоприятной и питательной для водорослей. Необходимую углекислоту можно получать здесь же — сжигая осадок из стоков.

Некоторые виды водорослей уже давно выращиваются для нужд фармацевтической и пищевой промышленности (добавки, компоненты диетического питания и так далее), однако объемы этого производства не сопоставимы с теми, которые требуются для получения биотоплива.

Нужно отметить принципиальное отличие сбора водорослей от их промышленного производства для дальнейшей переработки в биотопливо. Во втором случае требуется огромное количество воды, что локализует этот процесс в районах, сопредельных с крупными водоемами.
Что же касается видов альтернативного топлива, которые можно вырабатывать из водорослей, таковых множество: это биоэтанол, биодизель, биоводород, биогаз, биобутанол — и, наконец, просто биомасса, которую можно сжигать для получения тепла или электричества по «японской» методике.

«Висячие сады» Израиля

Это ближневосточное государство с избытком солнца и морской воды является идеальным местом для выращивания водорослей, а также их последующей переработки в биотопливо. Израильская компания UniVerve развивает новый проект в Димоне, цель которого — разработать экономически обоснованный и технологически стабильный процесс превращения аквакультур в чистую энергию. Большинство штаммов водорослей, отобранных в ходе развития проекта, уже демонстрирует высокое содержание масел и хороший рост в соленой воде при невысоких эксплуатационных затратах на оборудование фермы. Хотя в данном случае правильнее будет сказать — сада, висячего сада.
Израильская компания разработала и запатентовала оригинальную систему выращивания водорослей в подвесных емкостях V-образной формы. Технология получила название HAVP; ее особенность — способность обеспечить максимальное количество света, необходимого для фотосинтеза. Кроме того, HAVP позволяет существенно снизить затраты на производство по сравнению с традиционными прудами — контейнеры просто обслуживать, удобно чистить; сбор водорослей при этом является куда менее трудозатратным. По завершении цикла выращивания водоросли сушат и подвергают переработке в биотополиво.
Фитобиореакторы на стенах домов

Вертикальное озеленение зданий, так называемые «живые жалюзи» — не только тренд ландшафтного дизайна. Панели из живых водорослей на стенах домов смогут в значительной мере содействовать их экономичному энергообеспечению, выступая своего рода биореакторами.
Помимо своей очевидной экологичности подобные системы призваны вырабатывать электроэнергию и частично снижать энергопотребление от центральной сети. Технология пока находится в стадии разработки — ей активно занимаются специалисты из Германии, Франции и ряда других стран. Одно их агентств, разрабатывающих тему биореакторов — французское X-TU, под патронажем Университета Нанта развивающее проект Symbyo2, чье название указывает на симбиоз бетонных и зеленых джунглей, в которые должна превратиться городская застройка будущего.
В рамках проекта в Сен-Назере, расположенном рядом с университетской лабораторией, сотрудники агентства устанавливают на стенах зданий панели с водорослями, к которым подается вода с питательными веществами, необходимыми для роста микроорганихмов. Ученые утверждают, что использование таких систем способно как минимум наполовину сократить потребление зданиями тепла.

Пока проект французских исследователей находится в стадии научного эксперимента. Следующим шагом должна стать установка «зеленых» панелей на фасад местного мусоросжигающего завода AlcéadeNantes — как считают ученые, тепло и углекислый газ, выделяющиеся при термической утилизации отходов, создадут наилучшую среду для жизнедеятельности водорослей.

При ближайшем рассмотрении система не так уж сложна. Она представляет собой специальный каркас, на который крепится множество емкостей без крышек. С помощью системы автополива в них подается вода и необходимые минералы. Создание «тепличных» условий для роста водорослей позволит понять, на какую максимальную энергоотдачу от них можно будет в перспективе рассчитывать.

Для нашей страны системы вертикального озеленения с использованием водорослей представляют собой нечто совершенно новое: в России «зеленые панели» именно такого рода пока можно увидеть разве что в качестве экспонатов на международных специализированных выставках.

Перспективы биотоплива из водорослей

В историческом масштабе идея переработки водорослей в биотоплива нова: ей нет еще и пятидесяти лет. К тому же ее практическое развитие началось, по большому счету, только в последнее десятилетие.

Выгоды такого биотоплива очевидны — огромный ресурс неприхотливого исходного материала с возможностью почти полной его переработки, абсолютная экологичность производственного процесса, невысокие трудозатраты, а также возможность использовать промышленные отходы других предприятий (прежде всего — углекислый газ). Что касается выращивания водорослей, оно происходит очень быстро — некоторые их подвиды удваивают свой объем каждые 48 часов. Что касается их сбора — это, как уже было сказано, практически неисчерпаемый ресурс: истощить запасы водорослей в мировом океане человеку не под силу.

Разумеется, при всех перечисленных достоинствах получение топлива из водорослей связано с рядом трудностей. В их числе — отсутствие «идеальной» культуры, необходимость совершенствования технологии, пока связанной с использованием большого количества воды, и, конечно же, иррациональный консерватизм, подчас препятствующий привлечению нужных объемов инвестиций в новое перспективное направление. Как бы там ни было, производство биотоплива из водорослей год от года находит все большее число сторонников в разных странах. По некоторым из экспертных оценок уже к концу нынешнего десятилетия совокупный оборот от переработки водорослей может достичь показателя в 100 миллиардов долларов.

Источник: zen.yandex.ru

Международный контроль

Интересен тот факт, что Еврокомиссия намерена стимулировать страны-участницы к переводу на биотопливо автомобилей в объеме 10% от общего количества. Для достижения этой цели в странах Европы созданы и работают специальные советы и комиссии, которые стимулируют автовладельцев к переоснащению двигателей, а также контролируют качество поставляемого на рынки биотоплива.

Для сохранения биобаланса на планете Земля комиссии следят, чтобы количество растений, являющихся сырьем для производства продуктов, увеличивалось, и их не вытесняли растения, из которых производят биотопливо. Кроме того, предприятия, которые производят биологическое топливо, должны постоянно совершенствовать свои технологии и ориентироваться на выпуск топлива второго поколения.

Топливные реалии в России и в мире

Результаты такой активной работы не заставили себя ждать. К примеру, еще в начале второго десятилетия века в Швеции уже работали 300 автозаправок, на которых можно залить в бак экологически безопасный биодизель. Изготавливается он из масла знаменитых сосен, произрастающих в Швеции.

А весной 2013 года произошло событие, ставшее переломным моментом в развитии технологий производства авиационного топлива. Из Амстердама вылетел трансатлантический самолет, заправленный биотопливом. Этот Боинг благополучно приземлился в Нью-Йорке, положив тем самым начало использованию экологически чистого и недорогого топлива.

Россия в данном процессе занимает весьма интересную позицию. Мы являемся производителями различных видов биотоплива, занимаем третье место в рейтинге экспортеров топливных пеллет! Но внутри своей страны мы потребляем менее 20% топлива, продолжая использовать дорогостоящие виды.

27 регионов России стали опытными площадками, где были построены и запущены электростанции, работающие на биогазе. Этот проект стоил почти 76 миллиардов рублей, но экономия от работы станций превосходит эти затраты во много раз.

Второе поколение биотоплива

Сложность производства состоит в том, что для него требуется довольно много растительного сырья. И для выращивания его нужны земли, которые при правильном раскладе должны быть использованы для выращивания пищевых растений. Поэтому новые технологии направлены на то, чтобы биотопливо производить не из растения целиком, а из отходов другого производства. Щепки от деревообработки, солома после обмолота зерновых, шелуха от подсолнечника, жмых от масличных и фруктов, и даже навоз и многое другое – вот что становится сырьем для биотоплива второго поколения.

Ярким примером биотоплива второго поколения является «канализационный» газ, то есть биогаз, состоящий из углекислого газа и метана. Чтобы биогаз можно было использовать в автомобилях, из него удаляют углекислый газ, в итоге остается чистый биометан. Примерно таким же способом из биологической массы получают биоэтанол и биодизель.

Биодизель

Перспективы биоэнергетикиПодсолнечник, соя или рапс – основные виды растений, из которых производится биодизельное топливо. В автомобилях его не используют в чистом виде. Его смешивают с традиционным дизельным топливом, причем биодизель должен содержаться в пропорции 1:4, то есть одна пятая часть биодизеля и четыре пятых – обычного дизеля. Именно поэтому использование биодизельного топлива очень просто в техническом плане. Двигатель автомобиля не требует изменений и доработки. Выхлопные газы при использовании биодизеля намного более чистые в экологическом плане, содержание вредных веществ намного ниже, чем допустимые экологические параметры. Энергоотдача биодизеля несколько ниже, чем у чистого дизеля, поэтому снижается мощность автомобильного двигателя. Следовательно, топлива требуется несколько больше.

Производство биодизеля допускает использование любых видов масел из растений – подсолнечника, рапса, льна и других. Разные масла придают биодизелю свои особенности. Пальмовый биодизель отличается высокой калорийностью, он застывает и фильтруется при высоких температурах. Биодизель из рапса отлично реагирует на холод, поэтому его следует использовать только в северных районах.

Как изготавливают биодизель

Чтобы произвести биодизель, требуется уменьшить вязкость растительного масла. Для этого из него удаляют глицерин, и вместо него вводят в масло спирт. Этот процесс требует нескольких фильтраций, чтобы удалить воду и различные примеси. Чтобы ускорить процесс, в масло добавляется катализатор. Также в смесь вводят спирт. Для получения метилового эфира в масло добавляют метанол, для получения этилового эфира – этанол. В качестве катализатора используют кислоту.
Все компоненты перемешиваются, затем необходимо время на отслоение. Верхний слой емкости – это и есть биодизель. Средний слой – мыло. Нижний слой – глицерин. Все слои идут в дальнейшее производство. И глицерин, и мыло – это необходимые в народном хозяйстве составы. Биодизель проходит несколько очисток, осушается, фильтруется.
Довольно интересны цифры данного производства: тонна масла при взаимодействии со 110 кг спирта и 12 килограммов катализатора дают в итоге 1100 литров биодизеля и более 150 кг глицерина. Биодизель имеет янтарно-желтый цвет, как красивое свежеотжатое подсолнечное масло, глицерин темный, причем уже при 38 градусах он твердеет. В биодизеле хорошего качества не должно быть никаких примесей, частиц, взвесей. Для постоянного контроля качества при использовании биодизеля необходимо проверять автомобильные топливные фильтры.

Биоэтанол

БиотопливоЭтот вид биотоплива производится из растительного сырья – из сахарного тростника или кукурузы. Основные производители данного вида биотоплива – США и Бразилия. Биоэтанол вводят в состав обычного бензина. Причем, в названии бензина включено количество процентов биотоплива в составе смеси. Например, Е-10 содержит 90% бензина и 10% биологического этанола. Именно этот вид бензина подходит к любому двигателю автомобилей. А вот смесь Е-85, в которой 85% биотоплива, требует технической доработки двигателя авто.

Изготовление биоэтанола

Брожение сырья, богатого сахарами – вот основа получения биоэтанола. Этот процесс похож на получение спирта или на обычное самогоноварение. Крахмал зерна превращается в сахар, к нему добавляются дрожжи, получается брага. Чистый этанол получают путем отделения продуктов брожения, это происходит в специальных колоннах. После нескольких фильтраций производят осушку, то есть удаляют воду.

Биоэтанол без примесей воды можно добавлять в обычный бензин. Экологическая чистота биоэтанола и его минимальное воздействие на окружающую среду высоко ценится в промышленности, кроме того, цена получаемого биотоплива весьма приемлема.

Источник: altenergiya.ru

Нефти на наш век хватит. И нефти, и газа, и другого топлива органического происхождения, может быть, ещё останется и нашим детишкам. Заглядывать в более далёкую перспективу разведки и добычи минерального топлива — дело пустое и неблагодарное, однако всё чаще аналитики оценивают вероятность доступности достаточных ресурсов нефти и газа более чем на 50 лет мизерными шансами. Впрочем, человечество – на беду ли себе, на счастье ли, оказалось гибче, чем общество планеты Плюк. До тех пор, пока, кроме цветовой дифференциации штанов, спичек и минеральных ресурсов, на свете существуют деньги, что-нибудь да придумывает. Хотелось бы, конечно, надеяться, что развитие и внедрение альтернативных способов добычи энергии происходит по причине моральных соображений о будущем планеты, или, скажем, из-за возможного глобального катаклизма с потенциальным потеплением/похолоданием климата. Однако на мой взгляд, всё гораздо прозаичнее — люди «зашевелились» в поисках иных источников топлива только потому, что это становится выгодно. Что, мрачновато и слишком пессимистично? Помилуйте, журналисты тоже люди и порой теряют веру в светлое начало человечества. Хорошо на эту тему в своё время высказался покойный Р. А. Хайнлайн в одной из лучших своих книг «Достаточно времени для любви, или жизни Лазаруса Лонга»:

Никогда не апеллируй к лучшим качествам человека. Возможно, он ими не располагает. Надежней обращаться к его личному интересу.

А что, вполне жизненное наблюдение, особенно в свете нынешнего состояния дел со стремительным «осушением» мировых запасов энергоресурсов органического происхождения, бедственного состояния окружающей среды в целом, и «отсутствием спешки» при ратификации Киотского протокола рядом развитых стран в частности. И никакие уговоры экологов и увещевания гринписовцев до поры до времени не имели особого эффекта. Но время пришло – цена нефти вплотную приблизилась к отметке $100 за баррель. Спору нет, этот магический уровень цены имеет огромнейший психологический потенциал, однако ценность его заключается в не менее важной экономической составляющей: при достижении уровня $100 цены минерального энергетического сырья открываются невостребованные возможности производства альтернативных видов топлива, которые доселе были попросту нерентабельны ввиду дороговизны. Повышение цены на нефть более чем в два раза за последние три года так или иначе должно было «вывести» в рентабельность ряд проектов, положенных ранее под сукно до лучших времён. Вот, собственно говоря, практически добрались до темы сегодняшнего рассказа. Вряд ли ошибусь, если скажу, что большинство населения планеты интересуются ценами на нефть лишь в той связи, какую она имеет к ценам на топливо для транспорта – стоимость бензина и дизельного топлива на заправках интересует нас ежедневно и гораздо больше, чем любые макроэкономические показатели. Поэтому сегодня поговорим о новых разработках в области производства альтернативного топлива, главным образом, для автомобилей. Точнее, не обо всех возможных видах топлива – обзорно мы обязательно поговорим в одной из будущих публикаций. Но лишь об одной из разновидностей биотоплива, пока что добываемого экзотическим, но очень перспективным способом.

Из табуреток? Из опилок? Из водорослей!

Нефть – не единственное сырьё для получения высокооктановой органики для двигателя нашего автомобиля. В одной из наших предыдущих публикаций, посвящённых изменению мирового климата, мы уже анализировали различные способы получения альтернативной энергии подробнейшим образом. Разумеется, ветряк на автомобиль не поставишь, равно как ядерный или термоядерный реактор; аккумуляторы для работы в качестве источника энергии для двигателя автомобиля, значительно усовершенствованные в последнее время в плане ёмкости, всё же пока не дают идеального решения. Раз уж природа, запасая на будущее ископаемые виды органики, не предусмотрела многочисленности людского племени и его алчности, придётся человечеству обратить свой взор на органику, растущую вокруг и самостоятельно придумывать способы создания горючки из подручных и, по возможности, возобновляемых источников. Логичный выход на ближайшее время – поиски среди альтернативных способов синтеза высокооктановой органики, без применения истощающихся ископаемых ресурсов. Способов таких множество, один из наиболее популярных ввиду сравнительно низкой себестоимости производства — это получение спирта средствами возобновляемых природных ресурсов, сиречь, из биомассы с грядки. Получаемый таким способом спирт можно заливать в бак в чистом виде, можно для дополнительной экономии смешивать с продуктами перегонки нефти. Всё бы хорошо, да мест с подходящим климатом, где можно выращивать кукурузу да пшеницу для перегонки в спиртовое топливо с достаточной рентабельностью, ограниченное количество. Плюс к этому, исключительно по человечески жаль зерно, из которого можно сделать хлебушек, виски или пивко, да что там – хотя бы просто скормить скотине для не менее интересных дивидендов в виде молочка и мяса. Гнать же спирт из стеблей той же пресловутой кукурузы или, например, целлюлозы, хоть и научились, да пока без особых перспектив с рентабельностью, поскольку в среднем, потратив 1 мегаджоуль энергии, можно получить бензина на 1,19 МДж, кукурузного спирта на 0,77 МДж и целлюлозного спирта – всего на 0,10 МДж. Есть и другие способы – вплоть до переработки масла, уже использованного для приготовления хрустящей картошки, о них мы поговорим в других публикациях, но многие из них, увы, также пока балансируют на грани рентабельности. водоросли В поисках более «интересной» для переработки органики учёные обратили своё внимание на практически неисчерпаемый и легко возобновляемый ресурс – водоросли. Отдельно стоит отметить, что биотопливный потенциал водорослей является объектом пристального внимания учёных Франции, Германии, Японии и США с 50-х годов прошлого столетия, при этом особенно вопрос обострялся во время предыдущего нефтяного кризиса 70-х годов – в полной аналогии с нынешним состоянием дел. Время от времени такие программы оживлялись и даже потом закрывались (нефть иногда дешевеет), как, например, программа Aquatic Species Program (ASP), проводившаяся с 1978 по 1996 год национальной лабораторией США по возобновляемой энергии – NREL (US National Renewable Energy Laboratory), с финансированием со стороны Office of Fuels Development, подразделения Министерства энергетики США. По сути, водоросли – это та же органика, прекрасно подходящая для получения биодизельного топлива, разве что, обеспечивает отличный выход биомассы на каждый квадратный метр культивируемых площадей — в отличие от «сухопутных» растений; не содержит серы и других токсичных веществ — в отличие от нефти; наконец, отлично разлагается микроорганизмами и, главное, обеспечивает высокий процент выхода готового к использованию топлива: для некоторых типов водорослей — до 50% от исходной массы! Для начала давайте более точно определимся о предмете разговора. Под водорослями (Algae) в широком смысле подразумеваются самые различные одноклеточные и многоклеточные организмы, самых причудливых форм и размеров (от долей микрона до 40 м). Wikipedia так определяет этот термин: Водоросли (лат. Algae) — группа автотрофных, обычно водных, организмов; содержат хлорофилл и другие пигменты и вырабатывают органические вещества в процессе фотосинтеза. Нас в большей степени интересуют микроводоросли. Обычно микроводоросли обитают везде, где есть влага, однако наиболее обширными «поставщиками» водорослей в естественной среде являются болота и озёра, в том числе, солёные. В полной аналогии с растениями, для роста водорослям требуется три главных компонента – солнечный свет, двуокись углерода и, конечно же, вода. В процессе фотосинтеза – ключевого биопроцесса для растений, водорослей и ряда бактерий, энергия солнца перерабатывается в «химическую энергию». Помимо этого, микроводоросли умудряются аккумулировать в качестве материала для строения мембраны различные липиды и жирные кислоты, при этом их содержание колеблется у разных видов водорослей в пределах от 2% до 40% от общего веса. Именно эти компоненты, собственно говоря, интересуют учёных в первую очередь. Стоит ли овчинка выделки? Может, ну его – путаться в этой грязной тине ради сомнительного удовольствия? Стоит, ещё как стоит! Данные, найденные мной на сайте издания Permaculture Activist, прямо скажем, ошеломляющи.

Кукуруза 18
Соя

48

Сафлор 83
Подсолнечник 102
Рапс 127
Пальмовое масло 635
Микроводоросли (достигнутые показатели) 1850
Микроводоросли — (теоретические лабораторные показатели) 5000 — 15000

Да простят меня дотошные читатели за то, что поленился переводить галлоны в литры (один американский галлон — это примерно 3,785 литра). Дело, как вы понимаете, не столько в циферках абсолютного количества, возможно, гораздо важнее обратить внимание на в десятки раз превосходящие показатели микроводорослей относительно традиционных «сухопутных» культур. В качестве примера серьёзных исследований по выращиванию водорослей можно привести результаты, полученные выше упомянутой лабораторией NREL в годы нефтяного кризиса 70-х в рамках программы Aquatic Species Program (ASP). Для производства биодизельного топлива, богатого липидами, использовались установленные на открытом воздухе прозрачные «садки», в которые подавался газ CO2 из расположенной неподалёку электростанции на угле. В результате экспериментов ASP удалось установить порядка 300 подвидов водорослей – главным образом, диатомовых (кремневых) водорослей (Diatoms) и зелёных водорослей (Chlorophyceae), позволяющих достигать следующие результаты:

  • При оптимальных условиях роста микроводорослей достигать производительности до 15000 галлонов с акра в год
  • 7,5 млрд. галлонов биодизельного топлива может быть произведено на площади в 500 тысяч акров в пустынях (для производства такого же количества биотоплива из рапса потребовалось бы занять порядка 58 млн. акров).
  • Водоросли содержат жиры, углеводы и протеин, в некоторых случаях – до 60% жиров, до 70% которых может быть «добыто» элементарной отжимкой.
  • Не удалось найти подходящих культур для культивации вне «садков».

Программа, свёрнутая десять лет назад ввиду малой рентабельности из-за снизившихся тогда цен на нефть, совсем недавно получила «второе дыхание», поскольку, в связи со штурмом нефтяных цен 100-долларового рубежа, в октябре Министерство энергетики США в сотрудничестве с компанией Chevron объявило о поисках новых технологий переработки водорослей. В дополнение к этому, агентство DARPA, что при Пентагоне, в настоящее время спонсирует разработки авиационного топлива из растительного сырья, в том числе, из водорослей, и в настоящее время плотно сотрудничает с компаниями UOP (Honeywell), General Electric, а также с университетом Северной Дакоты. Говорят, что с ноября финансирование дополнительно увеличилось. Так что, бросаем добычу нефти и займёмся разведением болот? Шутка, конечно, для производства биодизельного топлива пока что чаще применяют специальные «садки»- биореакторы для выращивания водорослей. Увы, скептицизма хватает, и главным образом, вопрос заключается в двух сложностях – стабильности ежедневного прироста массы и возможности доведения технологии переработки водорослевого сырья в биотопливо до коммерчески приемлемого уровня. Так, в одной из статей на сайте Biopact пессимизм в отношении «водорослевых» фабрик обоснован дотошным образом. С другой стороны, только представьте, какое обширное поле действия для любителей модифицировать гены – лучше бы приложили свои силы здесь, чем клонировать колбасу (надеюсь, сегодня моё мнение по поводу генетически модифицированной пищи не очень бросается в глаза. Оно резко отрицательно, но об этом в другой раз). Что ж, как говорится, дело за малым – научиться толком перерабатывать всю эту влажную биомассу в консистенцию, пригодную для залития в бак автомобиля. В настоящее время широко распространены три способа переработки водорослей в топливо, и все три позаимствованы из методик переработки масличных культур – с помощью пресса или маслоотделителя; это селективная экстракция в надкритическом состоянии (Supercritical Fluid Extraction); это селективное отделение и очистка с помощью гексана (Hexane Solvent Oil Extraction). Надо отметить, что в США проблемой получения недорогого биодизельного топлива для автомобилей занимаются десятки компаний и множество научных групп в самых разных университетах страны. Неловко говорить, но я даже не представлял масштабов работ на эту тему в США до тех пор, пока не взялся за изучение вопроса. К сожалению, мне так и не удалось найти хоть какую-нибудь статистику по объёмам производства топлива из водорослей, но ссылок на сайты компаний, лабораторий и различных фондов, всерьёз занимающихся этим вопросом, просто пропасть. Сегодня же расскажу лишь о самом свежем и наиболее интересном сообщении последнего времени на тему создания недорогого и эффективного биотоплива из водорослей, которое, собственно, и стало поводом для этой публикации. Речь о разработках Центра технологий создания биотоплива (Center for Biorefining), что при университете штата Миннесота (University of Minnesota). Группа учёных этого центра многие годы исследует возможности использования различных типов водорослей для получения недорогого биотоплива для автомобилей. На представленной выше фотографии хорошо заметен зеленоватый оттенок «сырья», разработанного в лаборатории Роджера Руана (Roger Ruan). Основным достижением, полученным Роджером Руаном и его коллегами, называют технологию полного цикла получения биотоплива из водорослей, включая способы увеличения скорости прироста массы, эффективные методики «отжимки», а также эффективные пути утилизации отходов, остающихся после переработки биомассы. Основной проблемой, сдерживающей быстрый прирост массы водорослей, считают слишком малую – всего лишь на несколько сантиметров, возможность проникновения солнечного света в толщу водно-растительной смеси, из-за чего эффективность использования крупных ёмкостей, да и в целом открытых водоёмов, оказывается очень низкой. В этом плане учёным из Миннесоты удалось разработать такой принцип работы «фотобиореактора», при котором обеспечивается оптимальный режим перемешивания света и питательных веществ для хорошего выхода продукции при работе даже с «дикими» культурами водорослей. Возможно, при чтении этого материала у кого-то уже зародилась аналогия «фотобиореактора» с тривиальным круглым искусственным водоёмом — типичным сооружением для очистки сточных вод. Именно на очистной станции Руан и команда его коллег экспериментируют с выращиванием водорослей. Благо, в фильтратах сточных вод предостаточно фосфатов и нитратов – веществ, крайне загрязняющих реки, но весьма полезных и питательных для водорослей. Видение будущего учёными из Миннесоты как раз включает этакие «водорослевые фермы», стоящие рядом с очистными сооружениями и потребляющими всё необходимое из стоков – в том числе, углекислоту, получаемую при сжигании осадка сточных вод. Главная цель, которая стоит нынче перед исследователями – снижение себестоимости производства биотоплива. По словам представителей UOP LLC, подразделения Honeywell International по разработке биотоплива, результат можно будет считать удовлетворительным в случае достижения уровня ниже $2 за галлон, и, что показательно, сейчас множество специалистов не видят в этом ничего нереального. Впрочем, в Пентагоне вполне согласны, если авиационное топливо из водорослей будет стоить менее $5 за галлон, а в идеале — менее $3 за галлон. Если пофантазировать всласть, можно представить себе «водорослевые фабрики» где угодно, благо, уж что-что, а отходы человечество научилось производить лучше всего, в неограниченных количествах. Более того, для такой фабрики совершенно не понадобится использования пахотных земель – как в случае с производством биотоплива из растений, и больше не случится подорожаний растительного масла и хлеба из-за растрат урожая на производство топлива. Самое же, пожалуй интересное, что на свете существует превеликое количество водорослей, с удовольствием живущих и размножающихся в морской солёной воде. Такое положение дел, в сочетании со «всеядностью» бактерий в отношении отходов очистных сооружений и тепловых электростанций, можно назвать квинтэссенцией разумного подхода к борьбе с загрязнением планеты и розовой мечты всех экологов.

Вместо эпилога

В прошлом году одна новозеландская компания продемонстрировала всему миру модель Range Rover, усовершенствованную для работы с биодизельным топливом из водорослей. Тогда эксперты отнеслись с большим скептицизмом к перспективам таких автомобилей и в один голос заявили, что пройдёт много лет, прежде чем эта технология станет актуальной. Ага, хорошо умничать при цене нефти $50-$60 за баррель, интересно бы послушать этих экспертов с поправкой на нынешние цены. Зато группа учёных из Миннесоты полна оптимизма и обещает представить общественности несколько «демонстрационных» фабрик по переработке водорослей в топливо уже в ближайшие несколько лет. Находясь где-то в середине написания этого материала, я планировал ближе к концу статьи «пустить яда» в адрес мелиораторов, без головы осушивших в своё время множество болот. Ведь, помимо вусмерть искривлённой экологии таких регионов теперь, глядишь, и болота бы на что-нибудь сгодились. Ладно уж, сегодняшний сюжет обойдётся без мелиораторов. До следующих встреч, и пишите, какие темы IT-баек были бы вам интересны в будущем.

Источник: 3dnews.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.