Трудности при производстве биотоплива из водорослей

Для того, чтобы собирать водоросли в больших масштабах, необходимо найти способ обеспечения их питательными веществами, такими как железо, сера и азот. Водоросли нуждаются в этих питательных веществах и углероде (чаще всего в углекислом газе)

Люди преобразуют биомассу в биотопливо, которое используют в качестве добавки к другим видам топлива, таким как бензин. Среди прочих, кукуруза, сорго, ячмень и сахарный тростник идут на производство этанола. Например, сейчас в Соединенных Штатах этанол подмешивается почти ко всему производимому бензину.

Будучи высокопродуктивной флорой, водоросли, которые вызывают цветение воды, могут предоставить многообещающее решение для снижения зависимости от ископаемого топлива. Однако технология преобразования водорослей в биомасло все еще находится в зачаточном состоянии и сильно отстает по масштабу от переработки, например, кукурузы.

Несмотря на то, что многие стремятся к освоению топливных источников на основе водорослей, необходимо преодолеть несколько препятствий, прежде чем полученное таким путем биотопливо станет жизнеспособной альтернативой ископаемым ресурсам.

Что из себя представляют водоросли

Водоросли относятся к широкому кругу хлорофилл-содержащих организмов. Они могут представлять из себя микроскопический одноклеточный фитопланктон или крупный многоклеточный организм - водоросль. [1]

Какой тип водорослей наиболее продуктивен для производства биотоплива? Исследователи все еще трудятся над решением этого вопроса. Различные варианты лучше подходят для тех или иных климатических условий в зависимости от имеющегося количества питательных веществ. Кроме того, необходимо оценивать различные способы сбора водорослей в разных странах. Пример устройства для сбора водорослей показан на рис. 1.

Высокий потенциал и присутствующие при этом проблемы

Высокая продуктивность водорослей на выделенной площади имеет важное значение для рассмотрения их в качестве возобновляемого источника энергии. Микроводоросли имеют значительно более высокие темпы роста, чем наземные культуры.

Сообщается, что удельное количество биомасла, полученного из водорослей оценивается в 20 000–80 000 л на 40 соток в год. Это в 7‐31 раз больше, если сравнивать с лучшим урожаем пальмового масла. [4]

Наиболее оптимистичные исследователи считают, что из водорослей, расположенных на 40 сотках, можно произвести около 23 000 литров биодизеля. При тех же условиях из кукурузы биодизеля получится в 10 раз меньше. [5]

Кроме того, выращивание водорослей не требует питьевой воды или земельных пространств, а это означает, что этот способ производства биотоплива не создает конкуренцию выращиванию продуктов питания. [1]

Однако объем пространства, необходимый для создания таких полей из водорослей остается значительным, как и количество воды, необходимое для их выращивания. [2]

Для того, чтобы собирать водоросли в больших масштабах, необходимо найти способ обеспечения их питательными веществами, такими как железо, сера и азот. Водоросли нуждаются в этих питательных веществах и углероде (чаще всего в углекислом газе). [2]

Некоторые из этих питательных веществ также необходимы сельскому хозяйству. Водоросли могут поглощать некоторое количество углекислого газа из воздуха и питаться азотом из сточных вод, однако атмосферные уровни CO₂ могут быть недостаточно высокими, чтобы стимулировать экспоненциальный их рост.

Вот почему такие компании, как американская Solix Biofuels, начали использовать выбросы углерода с других объектов. В 2007 году Solix заключила партнерское соглашение с New Belgium Brewery, чтобы использовать в своих целях CO₂, образующийся в процессе брожения пива. Позже они переехали по соседству к угольной электростанции, чтобы утилизировать гораздо большее количество CO₂. [3]

Заключение

Исследователям потребуются время и ресурсы, чтобы найти наиболее эффективные решения для производства биотоплива из водорослей в промышленных масштабах. Хотя экологические последствия при производстве биотоплива на основе водорослей будут существенно ниже, чем при использовании ископаемых источников, начальная цена его продажи будет примерно в два раза выше, чем нефти. [2]

 

Источник:

Frank Buncom IV. «Проблемы производства биотоплива из водорослей».

Ссылки:

[1] J. Milledge и S. Heaven, «Обзор сбора микроводорослей для производства биотоплива», Rev. Environ. Sci. Bio. 12, 165 (2013).

[2] M. Hannon и соавторы, «Биотопливо из водорослей: проблемы и потенциал», Biofuels 1, 763 (2010).

[3] L. Wagner, «Биодизель из водорослевого масла», Mora Associates, июль 2007.

[4] A. Demirbas, «Важность масла из водорослей как источника биодизеля», «Энергосбережение и управление», январь 2011.

[5] I. Woertz и соавторы, «Водоросли, выращенные на сточных водах от молочного производства и муниципального хозяйства, для одновременного восстановления питательных веществ и получения липидов в биотопливном сырье», J. Environ. Eng. 135, No. 11 (Ноябрь 2009).