Биотопливо на основе водорослей доклад

Обновлено: 17.05.2024

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.

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.

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

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.

Сжигание ископаемого топлива для получения энергии вносит существенный вклад в климатический кризис. Чтобы смягчить его последствия, необходимо искать новые способы добывать энергию. Выходом может стать биотопливо

Что такое биотопливо

Биологическое топливо — это горючее растительного или животного происхождения. Предполагается, что оно заменит традиционные виды топлива из исчерпаемых ресурсов на те, которые производятся из возобновляемого сырья.

Например, к биотопливу можно отнести обычные дрова или рапсовое масло. Однако дизель и бензин вытеснили эти виды топлива, так как они дешевле, а массовая автомобилизация требовала больших объемов топлива.

Почему люди вновь вернулись к биотопливу? Первая причина — климатический кризис, который усугубляется выбросами парниковых газов от использования ископаемого топлива. На транспорт приходится практически четверть от всей эмиссии углекислого газа, связанной с производством энергии. С 1970 года объем выбросов парниковых газов в транспортном секторе вырос вдвое, из которых 80% приходится на дорожный транспорт.

Вторая причина — поиск возобновляемых источников энергии, так как запасы нефти и угля вскоре могут полностью закончится. Сюда же можно добавить и скачки цен на углеводороды.

Виды биотоплива

Твердое
Жидкое
Газообразное

Твердое биотопливо

Самый типичный и древний вид твердого биотоплива — дрова. Однако сейчас в чистом виде и в крупных масштабах их уже почти не используют. Наиболее ходовым твердым видом биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота.

Пеллеты заменяют уголь, дрова и солярку. При сгорании они не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля и дизеля). Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс пеллетов также в минимальном содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Кроме того, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара. Бразилия и США входят в число лидеров по производству биоэтанола. В США биотопливо на основе этанола производят из кукурузы и обычно смешивают с бензином для получения гибридного топлива. В целом в США на биотопливо приходится 5% от всего энергопотребления. В Бразилии биотопливо на основе этанола делают из сахарного тростника, а в Англии даже производят из сахарной свеклы.

Биодизель — второе по популярности жидкое биотопливо. Биодизель делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, и в меньшей степени из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Биодизель используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях.

Биобутанол — четырехуглеродный спирт, который также относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол. Преимущества биобутанола по сравнению с биоэтанолом заключаются в том, что биобутанол не смешивается с водой, имеет более высокое содержание энергии и более низкое давление паров, что означает более низкую летучесть в результате испарения.

Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ. Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше. К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире.

Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.

Газообразное биотопливо

Биогаз — это газ, состоящий в основном из метана и углекислого газа в различных пропорциях в зависимости от состава органического вещества, из которого он был получен. Основными источниками биогаза являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов. Биогаз образуется в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода (анаэробное сбраживание).

Биоводород — аналог обычного водорода, который получают из биомассы. Термохимический способ представляет собой нагрев исходного сырья без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород и другие попутные газы. При биохимическом способе получения биоводорода в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагаются с выделением водорода.

Плюсы и минусы биотоплива

Преимущества:

Возобновляемость ресурса. Ископаемое топливо — это иссякаемый источник энергии, который со временем закончится. Поскольку биотопливо производится из растительных веществ, оно теоретически является возобновляемым.
Снижение негативного влияния на окружающую среду. При сжигании биотоплива количество углекислого газа снижается до 65%, что сокращает вклад отрасли в изменение климата. Кроме того, биоэтанол и биодизель содержат меньшие концентраций таких химических веществ как хлор и сера. Это означает, что биотопливо помогает снизить выбросы этих загрязнителей в атмосферу.
Экономическая безопасность. Биотопливо можно производить на месте, создавая рабочие места в том же регионе, где оно будет потребляться, тем самым сокращая транспортные расходы и выбросы. Кроме того, производство собственного биотоплива снижает зависимость страны от поставок нефти из других государств.
Долговечность двигателя. Поскольку биотопливо содержит меньше примесей в сравнении с традиционными видами топлива, то и двигатели будут загрязняться меньше и реже выходить из строя.

Недостатки:

Потеря лесов. Производство биотоплива требует огромных территорий под выращивание сырья. Это может привести к массовым вырубкам лесов, чтобы освободить площади.
Продовольственный кризис. Производство биотоплива может повлиять на экономику, связанную с ценами и доступностью продуктов питания, так как пахотные земли будут отводиться под культуры для биотоплива, а не для пищи.
Деградация почвы. Выращивание одних и тех же культур (монокультур) приведет к истощению почвы и росту числа вредителей. Для борьбы с ними будут использовать химические пестициды, как следствие — снижение плодородия почвы и потеря биоразнообразия.
Использование ресурсов. Количество энергии, производимой с помощью биотоплива, значительно меньше, чем от сжигания ископаемого топлива, а это означает, что для удовлетворения энергетических потребностей того же количества людей требуется гораздо больше земли, воды и удобрений.
Энергетические затраты. При оценке экономических выгод от биотоплива необходимо учитывать энергию, необходимую для его производства. Например, в процессе выращивания кукурузы для этанола используются ископаемые виды топлива при производстве удобрений, транспортировке кукурузы и перегонке этанола. В этом отношении этанол, полученный из кукурузы, дает относительно небольшой выигрыш в энергии.

Где используется биотопливо

Пока речь в основном идет о потреблении его в домашних условиях. Обычно твердые виды биотоплива используют в бедных странах, где нет других источников энергии, для приготовления пищи, стирки и уборки или для обогрева самого дома. 80% всего потребляемого сегодня биотоплива используется как раз для этих целей. 18% биотоплива задействовано в промышленности как источник энергии и смазочных материалов. Биотопливо часто упоминают в качестве альтернативы бензину для автомобилей, но сейчас только 2% используется в транспортной отрасли.

Перспективы биотоплива

На сегодняшний день из развитых стран США являются крупнейшим производителем биотоплива, на них приходится почти 40% мирового рынка. Всего в 2019 году мировое производство биотоплива превысило 1,8 тыс. баррелей, доля на рынке которого составила $136 млрд. Пока это стало рекордом. Из-за пандемии коронавируса мировой рынок биотоплива упал примерно на 8% впервые за 20 лет.

У биотоплива есть шанс занять только часть рынка, поскольку его потенциал ограничивают искусственно. Так, в ЕС действуют правила, запрещающие использовать более 7% продовольственных культур в качестве сырья для биотоплива. В краткосрочной перспективе биотопливо не требует замены существующей инфраструктуры и двигателей, но маловероятно, что весь энергетический комплекс сможет перейти исключительно на него.

В статье рассмотрена возможность использования микроводорослей, как одного из перспективных источников растительного сырья для получения биотоплива. Приведены данные по сравнению объемов производства масла из водорослей и других растительных культур с единицы площади. Рассмотрены способы выращивания микроводорослей, а также приведена схема получения биодизеля и биогаза из данного сырья.

Ключевые слова: биотопливо, биомасса, микроводоросли, культивирование, биогаз, биодизель.

В связи с интенсивным ростом населения и постоянно растущим уровнем потребления энергоресурсов человечество столкнулось с проблемой сокращения запасов ископаемого энергетического сырья. Кроме того, использование ископаемых видов топлива приводит к эмиссии в атмосферный воздух парниковых газов и других загрязняющих веществ. Таким образом, увеличение стоимости ископаемых энергоресурсов, их дефицит и существующая угроза глобального изменения климата заставляет искать новые решения. Одним из наиболее перспективных вариантов решения данной проблемы является получение альтернативных видов топлива, одним из которых является биотопливо.

Биотопливо — это продукт синтеза животного или растительного сырья, а также биологических отходов. В первую очередь к видам такого топлива относятся: биоэтанол, биодизель, бионефть и биогаз. Основными преимуществами использования биотоплива являются высокая эффективность, низкая стоимость и минимальное вредное воздействия на окружающую среду по сравнению с традиционным топливом [1].

В зависимости от исходного сырья и технологии его обработки выделяют 3 поколения биотоплива.

При производстве биотоплив первого поколения используют сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием сахаров, крахмала и жиров. Например: рапс, кукуруза, подсолнечник, соя и др. Однако использование данного поколения биотоплива малоэффективно, т. к. требует больших затрат на землепользование и влияет на увеличение стоимости пищевых продуктов.

Сырьем для биотоплива второго поколения являются отработанные жиры и растительные масла, биомасса деревьев и растений, а также остатки пищи. Условная эффективность производства данного вида биотоплива около 50 %, т. к. технологии для его производства требует больших капиталовложений [2].

Водоросли являются сырьем для биотоплива третьего поколения. Они растут намного быстрее, чем продовольственные культуры и могут произвести в несколько раз больше топлива. В таблице 1 приведено сравнение объемов биотополива полученного из водорослей и других видов растительного сырья [3].

Объемы биотоплива получаемые из некоторых культур

Культура

Количество биотоплива с 1 га вгод, литр

Для роста большинства водорослей необходим свет и углекислый газ. Однако некоторые виды водорослей способны в определенных условиях переключаться с фотоавтотрофного способа питания на ассимиляцию различных органических соединений и осуществлять гетеротрофный или фотогетеротрофный типы питания (расти в темноте). Гетеротрофные микроводоросли экономически не выгодно использовать для производства биотоплива из-за высоких капитальных и эксплуатационных затрат.

Микроводоросли обычно выращивают в открытых прудах, трубчатых фотобиореакторах и стабилизационных прудах для очистки сточных вод. Для процесса фотосинтеза требуется свет, углерода диоксид, вода и неорганические соли. Для формирования клеток микроводорослей среда должна содержать неорганические элементы, такие как азот, фосфор, железо. Температуру необходимо поддерживать в пределах 20–30 °С, т. к. в условиях температурных колебаний урожайность водорослей снижается [4].

Открытые пруды — самые старые и простые системы для массового выращивания водорослей. Они представляют собой замкнутые каналы глубиной около 0,3 м, в которых водоросли культивируются в условиях, идентичных их естественной среде (Рис. 1).

Рис. 1. Схема открытого пруда: 1 — сбор водорослей; 2 — исходный поток; 3 — колесная мешалка; 4 — отражатели; 5 — направление потока

Каналы, как правило, изготавливаются из бетона или просто вырыты и покрыты изоляционным материалом, чтобы земля не впитала жидкость. Колесная мешалка обеспечивает циркуляцию и смешивание клеток микроводорослей и питательных веществ. Чаще всего, данные системы работают в непрерывном режиме, чтобы обеспечивать постоянное поступление питательных веществ.

Так как эти системы находятся под открытым небом, они подвержены загрязнениям, а также значительная часть воды испаряется, что ограничивает рост биомассы. Кроме того, оптимальные условия культивирования трудно поддерживать в открытых прудах. Однако следует отметить, что строительство таких прудов и их эксплуатация обходятся дешевле, чем закрытых фотобиореакторов [4].

Закрытые фотобиореакторы используются для решения проблем загрязнения и испарения, возникающих в открытых прудах. Такой реактор состоит из батареи прозрачных труб, изготовленных из стекла или пластика (Рис. 2). Чтобы солнечный свет мог проникать в плотную биомассу водорослей диаметр труб должен быть не более 10 см.

Рис. 2. Схема закрытого фотобиореактора: 1 — отходящие газы; 2 — дегазационная колонна; 3 — исходный субстрат; 4 — охлаждающая вода; 5 — воздух; 6 — насос; 7 — батарея из прозрачных трубок; 8 — сбор водорослей

Субстрат подвергается рециркуляции насосом из дегазационной колонны в трубки, где подвергается воздействию света и обратно. Благодаря поддержанию турбулентности потока с помощью использования механического или воздушного насоса биомасса водорослей не оседает. В процессе культивирования образуется биомасса, содержащая до 50 % белка, липиды, крахмал и глицерин, выделяется чистый кислород примерно в эквивалентном количестве с поглощенным углекислым газом. Биореакторы оснащены дегазационной колонной, в которой воздух поднимается пузырьками через массу микроводорослей, вытесняя кислород и увеличивая концентрацию углекислого газа. Для предотвращения ингибирования процесса фотосинтеза концентрация кислорода в среде не должна превышать определенного уровня. Продуктивность закрытого фотобиореактора в 13 раз выше, чем открытого пруда [5].

Стабилизационные пруды — сооружения, которые используют исключительно для очистки сточных вод. Очистка происходит с использованием фотосинтезирующих водорослей. За счет использования стабилизационных прудов появляется перспектива создания очистных сооружений, которые смогут обеспечить собственные энергетические потребности.

Из биомассы микроводорослей могут быть получены различные виды биотоплива, среди которых наибольший интерес представляет получение биогаза и биодизельного топлива. На рисунке 3 приведена принципиальная схема производства биодизеля и биогаза из микроводорослей.

Рис. 3. Принципиальная схема получение биодизеля и биогаза из микроводорослей

Вода и неорганические питательные вещества, к которым относятся фосфаты, углекислый газ и нитриты, обеспечивают рост микроорганизмов. В процессе образования биомассы выделяются вода и остатки питательных веществ, которые возвращаются в цикл производства. Регенерированная биомасса используется для экстракции липидов и, в конечном счете, для получения биодизеля. Некоторые отходы производства могут использоваться в качестве корма для животных. Большая часть биомассы подвергается анаэробному расщеплению, в результате выделяется биогаз. Стоки, получающиеся в результате анаэробного разложения биомассы, используют для удобрения и орошения почвы.

Таким образом, технологический процесс производства топлив из микроводорослей практически безотходен, т. к. после получения биодизельного топлива сухие отходы биомассы сохраняют все витамины и ценные вещества, поэтому могут быть использованы в пищевых целях, фармацевтике и в качестве корма для животных и рыб. А также, существует возможность создания топливных брикетов из отходов [6].

Использование водорослей в качестве источника биотоплива имеет ряд преимуществ:

− в качестве территорий для выращивания водорослей могут быть использованы земли непригодные для сельского хозяйства;

− в процессе роста водоросли потребляют углекислый газ, тем самым уменьшая его эмиссию;

− биотопливо из водорослей имеет молекулярную структуру схожую со структурой нефти, что является большим плюсом для его использования в существующей транспортной техникой;

− водоросли растут в 20–30 раз быстрее наземных растений;

− для выращивания водорослей подходят пресные, соленые и даже сточные воды;

− водоросли не требует особого ухода и не нуждается в удобрениях;

− при производстве биотоплива из водорослей получают большие объемы топлива, чем из других культур.

Проекты по использованию биомассы водорослей в качестве биотоплива имеются в США, Испании, Португалии, Голландии, Японии, Новой Зеландии и Германии. Россия также занимается разработкой проектов в данной области. Так, экспериментальные исследования по выращиванию в открытых водоёмах Московской области показали возможность получения водорослей для дальнейшего использования как биотоплив [7].

Таким образом, быстрорастущая водоросль обладает огромным потенциалом, являясь источником недорого и энергоэффективного биотоплива. Подсчитано, что с 1 акра (4046,86 м 2 ) водорослей можно произвести в 30 раз больше биотоплива, чем с 1 акра (4046,86 м 2 ) любого наземного растения [8]. Микроводоросль производит липиды и масла, которые могут быть переработаны в биодизель, биоэтанол, биогаз и другие полезные продукты. Массовое производство таких видов биотоплива очень привлекательно за счет своей безотходности. А также стоит отметить, что при использовании биотоплив, значительно снижается эмиссия вредных веществ в атмосферных воздух. Биотопливом можно заменить традиционную нефть практически во всех сферах и главным плюсом является то, что его использование не требует замены двигателей, перестройки инфраструктуры и других глобальных изменений. Биотопливо может быть использовано в качестве горючего для самолетов, автомобилей, морских судов, а также в промышленном производстве, которое работает на нефти.

Основные термины (генерируются автоматически): водоросль, углекислый газ, биотопливо, пруд, растительное сырье, вид биотоплива, выращивание водорослей, качество корма, колесная мешалка, поколение биотоплива.

Очевидно, что самым перспективным видом сырья для производства биотоплива являются водоросли. Водоросли являются самыми быстрорастущими растениями на земле (масса за сутки удваивается), для их роста требуется легкодоступное сырье: солнечный свет, вода и диоксид углерода. Топливо из водорослей сейчас называют биотопливом третьего поколения.

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

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.

Читайте также: