БИОТОПЛИВО ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ - топливо второго и третьего поколений

Редактор Biofuels Digest Джим Лэйн называет биотопливо второго и третьего поколений из водорослей и других одноклеточных организмов «самым волнующим экспериментом, который сейчас идет в биоэнергетике ».

Одноклеточный организм, производящий фотосинтез, образует крохотный жировой пузырек, который позволяет ему плавать на поверхности воды. Доисторические предки этого организма были источником образования углеводородов, и по своей природе он ближе к нефти, чем зерновые, пальмы или растения рода ятрофа, из масла которых пытаются делать биодизельное топливо . Департамент развития топлива Министерства энергетики США с 1978 по 1996 год уже финансировал программу Aquatic Species по получению БИОТОПЛИВА ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ , но реальные результаты стали появляться только в последние годы, когда такие ученые, как Стивен Мэйфилд из Калифорнийского университета Сан-Диего, применяя наработанные в фармацевтической индустрии методы, научились разводить водоросли , которые отличаются следующими характеристиками: быстро растут, содержат много масла, устойчивы к заболеваниям. К тому же урожай водорослей легко собирать.

За день в лабораториях Sapphire создают и исследуют до 8000 штаммов таких одноклеточных водорослей . Самые перспективные проходят долгий путь: от подносов с 96 крохотными чашками Петри – в контейнеры размером с бутылку, где водоросли бережно взбалтывают, чтобы равномерно распределить их в объеме воды, затем в мягкие пластиковые пакеты, подвешенные на манер капельниц для внутривенного вливания, потом в бассейны, содержимое которых перемешивает большое колесо с лопастями. Наконец водоросли помещают в теплицы для промышленного выращивания.

В мае 2008 года в лаборатории Sapphire впервые в истории получили из возобновляемых ресурсов бензин с октановым числом 91.

В сентябре 2010 года компания, получив грант Министерства энергетики ($50 млн.) и кредит под гарантии Министерства сельского хозяйства ($54,5 млн.) начала строительство на 300 акрах опытного завода в Нью-Мексико. Уже в этом году завод должен производить несколько сотен баррелей нефти в день. Если все будет хорошо, Sapphire продолжит коммерческое развитие проекта, чтобы к 2018 году производить уже десятки тысяч баррелей в день. Это минимальная «корзина» топлива, которую может рассматривать ответственный за закупки менеджер на нефтеперерабатывающем заводе. «Крупные НПЗ принимают 20-30 подобных “корзин” сырья в любое время, – говорит Уорнер. – Обычно нефтепереработчики не интересуются меньшим объемом. Вот на этот уровень нам и нужно выйти».

Срок жизни водорослей долог, а число их ошеломляюще велико. Марк Бюгнер, ведущий аналитик по биотопливу в американском исследовательском агентстве Lux Research, говорит, что сегодняшние технологии все еще слишком дороги и не позволяют добывать много сырья. «По сравнению с водорослями получение этанола из кукурузы покажется скромным проектом». При этом производство и получение биотоплива из кукурузы, на которое в США возлагали большие надежды, на поверку оказалось очень дорогим.

Марк Бюгнер говорит, что Sapphire очень закрытая компания. На офисе нет даже вывески, а стоит неизвестному человеку вылезти из машины, как его встречает крепкий охранник. «Это внушает подозрения, что технология не работает, – говорит Бюгнер. – Что секретность – это ширма, позволяющая скрыть тот факт, что компания находится в том же положении, как и все остальные». И добавляет: «Вы можете сказать, что такие люди, как Си-Джей, не станут рисковать карьерой из-за проекта, который не работает. Но и умные люди могут совершать ошибки. Нет стопроцентной гарантии, что здесь все в порядке».

Байрон Уошом, эксперт в области альтернативной энергетики с 20-летним стажем, директор стратегических энергетических инициатив в Калифорнийском университете в Сан-Диего, настроен более оптимистично: «Я всегда спрашиваю клиентов: “На кого вы ставите на скачках – на лошадь или на жокея?” Сам я ставлю на жокея: он знает, как подобрать лошадь и выиграть заезд. Я бы сказал, что у компаний вроде Sapphire подходящие данные, чтобы выиграть скачку».

Примеры использования биотоплива в технике

США: Демонстрация первого рейса эсминца на биотопливе прошла успешно

В США провели рейс эсминца, который использовал в качестве горючего биотопливо .

Эскадренный миноносец, относящийся к классу Spruance и управляемый дистанционно, совершил плавание протяженностью 17 часов вдоль побережья США от калифорнийского города Сан-Диего до базы ВМС США в Порт-Уайними. Двигатели корабля весь маршрут работали на смеси, которая содержала в равной пропорции обычное горючее и обработанное специальным образом масло. Масло это было получено из водорослей.

Эта демонстрация – один из этапов перевода ВМС США на доктрину «Великого зеленого флота». Согласно положениям этой доктрины, ВМС США к 2016 г. планирует использовать исключительно альтернативное топливо , а к началу следующего десятилетия удовлетворять 50% общего энергопотребления флота за счет альтернативных источников энергии .

Народ приходит на авиасалон ILA в Берлине, прежде всего, чтобы увидеть самолеты. Но самолеты без топлива не летают, а оно не вечно и по тому концерн EADS, создатель самолетов-гигантов уделяет серьезное внимание разработке топлива будущего.

Как рассказывает Райнер Вайгнер «в этой невзрачной установке под названием Фотобиореактор, ученые из института промышленного использования зерна, по заказу EADS, выращивают водоросли из которых можно делать топливо, для роста водорослей необходимы только свет и двуокись углерода». Концерн связывает с этим способом производства топлива большие надежды, иначе он не стал бы показывать этот биореактор на своем стенде в Берлине.

Создание топлива из растительного сырья идея не новая, для этого уже используется рапс, картофель и зерновые культуры - рис, кукуруза, пшеница. «Проблемы при этом возникают, прежде всего, морально-этические» - говорит Отто Пульт, научный сотрудник института, - «ведь для производства топлива используются продукты питания, которых во многих частях мира нахватает». Ученые, работающие над этим проектом по заказу EADS, предлагают свою технологию выращивания водорослей и производства керосина из них.

Никакого керосина только водоросли – именно по такому принципу работает эта новинка в сфере авиапромышленности. Самолет нового поколения Diamond Aircraft DA42 кружит в берлинском небе на топливе из морских водорослей . Демонстрационный полет проходит в рамках международного авиасалона. Представил экологически чистое чудо - Европейский Аэрокосмический Оборонный Концерн.

- « Топливо из морских водорослей более энергоемкое - на 5-10%, кроме того его преимущества также в качестве выхлопов, оно выше чем при работе на обычном керосине». По словам производителей, у биотоплива есть еще одно немаловажное преимущество: - «Производить биологическое топливо можно везде, нужен лишь солнечный свет, углекислый газ, питательные вещества и место, чтобы это осуществить». Однако есть в биотопливе из водорослей и одно существенное но, производить его крайне не дешево.

- «Я не могу сказать, сколько в конечном итоге будет стоить 1 литр топлива из морских водорослей, но это будет намного дороже. К сожалению, мы еще не достигли уровня, когда можем производить его в больших количествах на продажу».

Отвечая на вопрос «Как долго ждать мировому сообществу самолетов на биотопливе?» Штулбергер ответил, что еще 5-10 лет.

Водоросли хороши тем, что очень быстро растут и дают большое количество вещества необходимого для создания топлива. К тому же водоросли могут расти где угодно, и главное - вы не расходуете на создание топлива продукты питания.

На площадке института под Берлином уже созданы большие практически промышленные установки для выращивания водорослей . Однако процесс этот пока еще слишком дорог. 1 килограмм биомассы, полученный из водорослей, стоит на мировом рынке от 10 до 20 долларов. Рентабельным такое производство может быть, если килограмм будет стоить не больше 1 доллара. Конечно, если поставить это на производственный поток, нужны миллионы тон биомассы, и себестоимость можно снизить. Поэтому ученые настроены оптимистично.

Испытательные полеты авиалайнеров заправленных таким топливом уже прошли, можно надеяться, что создание авиатоплива из водорослей - станет доходной отраслью экономики.

Искусственная нефть за минуту - вполне реально

Специалисты Мичиганского университета (США) усовершенствовали технологию производства биотоплива из морских водорослей, передают новости альтернативной энергетики информационное сообщение американского новостного издания. Ученым удалось превратить 65% водорослевой массы в топливо аналогичное нефти, так называемый «biocrude», всего за одну минуту. Многие эксперты считают это значительным прорывом в данной технологии производства биотоплива - новый процесс не требует периода в миллион лет для превращения натурального сырья в нефть.

Ранее biocrude как правило получали процессом быстрого пиролиза из древесного материала, вместе с тем также проводились и эксперименты по производству биотоплива из морских водорослей. Природный материал на время от 10 до 90 минут нагревали до 300 градусов Цельсия, в результате чего и происходило превращение. До настоящего времени наилучший из достигнутых результатов – 50% объема водорослей превращенных в biocrude - был получен при нагреве биомассы от 10 до 40 минут.

Американские ученые в ходе эксперимента наполнили разъемную стальную трубу диаметром 1,5 миллиметра массой мокрых водорослей и поместили ее в песок, разогретый до 600 градусов Цельсия, в результате чего всего за одну минуту 65% объема водорослей превратился в biocrude.
Пока остается неясным, почему более короткий по времени нагрев оказался столь эффективным.

По версии ученых реакции, производящие искусственную нефть протекают очень быстро, а медленный нагрев просто замедляет процесс преобразования побочными реакциями. Следуя этой теории, изменение затрачиваемого времени на протекание реакции позволит в дальнейшем значительно повысить скорость производства из водорослей нефтеподобного продукта, но и уменьшит размеры реакторов, что в свою очередь снизит стоимости сооружения заводов по производству biocrude, передают новости альтернативной энергетики.

Новости альтернативной энергетики также напоминают, что биотопливо biocrude может успешно использоваться на современных нефтеперерабатывающих заводах, при условии предварительного извлечения дополнительных атомов азота и кислорода, изобилующих в живых организмах.

Китай разработал авиационное биотопливо

Китай присоединился к США, Финляндии и Франции – странам, которые самостоятельно разработали авиационное топливо на основе биологического сырья, сообщают новости альтернативной энергетики. Экспериментальным видом горючего был заправлен пассажирский авиалайнер A-320 компании China Eastern Airlines, который в рамках испытаний совершил тестовый полет и благополучно приземлился в Шанхае после 85 минут пребывания в воздухе.

По словам представителей «Синопек», компании-разработчика биотоплива, продукт изготовлен на основе растительных масел и по характеристикам полностью идентичен авиационному керосину. В ближайшее время производитель намерен запустить выпуск горючего для коммерческого использования, передают новости альтернативной энергетики.

из открытых источников информации

Водоросли - топливо будущего

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.

ЭТБЭ,Этил-трет-бутиловый эфир, биотопливо, альтернативная энергия, жидкое биотопливо

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.

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.

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 CO 2 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.

http://www.3dnews.ru/

ЭТБЭ,Этил-трет-бутиловый эфир, биотопливо, альтернативная энергия, жидкое биотопливо

Компания Sustainable Green Technologies (SGT) занимается разработками для замены топлива, использование которого приводит к выбросам в атмосферу парникового газа, на экономичный и экологически чистый процесс. Он будет объединять способы переработки отходов производства водорослей для производства масел в целях получения топлива и другой ценной продукции.

Водоросли, производство масла и технология SGT LipiTrigger™

Хотя водоросли являются высокоэффективными преобразователями солнечной энергии в возобновляемую биомассу, большинство известных ученым водорослей запасает солнечную энергию в виде сахаров, например, сахарозы или крахмала, а не в виде необходимых масел (жиров или липидов), т.е. триацилглицеридов или фосфолипидов. При наличии света, углекислого газа и некоторых микроэлементов, большинство водорослей запасает в виде жиров всего около 15-20% от своего сухого веса. Только при определенных условиях водоросли способны переключаться на процесс известный как “липидный триггер” и запасать внутри своих клеток продукты фотосинтеза в виде масел – более ценной формы, по сравнению с сахарами.

LipiTrigger ™ это запатентованный метод компании. Ученые Sustainable Green Technologies Inc нашли простой и эффективный способ заставить водоросли без нарушения роста синтезировать больше масел (с 15 процентов до более чем 50 процентов сухого веса). Если водоросли смогут синтезировать больше масел и достичь высоких темпов роста, чем культуры масличных растений, то это позволит производить больше биотоплива и приведет к снижению цен.

Почему эко-топливо?

Запасы ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и природный газ, являются невозобновляемыми источниками энергии и постепенно истощаются. Использование ископаемых видов топлива в двигателях внутреннего сгорания или газовых турбинах приводит к выбрасыванию в атмосферу парниковых газов и других экологически вредных компонентов. Мир в настоящее время потребляет около 30 млрд баррелей (или 1,26 триллионов галлонов) нефти в год или 82 млн. баррелей (или 3440 миллионов литров) нефти ежедневно. Эксперты предупреждают, что в ближайшее время добыча нефти не будет поспевать за ростом мирового спроса.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Фотосинтез – биологический процесс, который производит биомассу (сахара или липиды), кислород и высокоэнергитические молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) из углекислого газа (CO2) и воды. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Кроме того, поскольку водоросли потребляют CO2 в процессе фотосинтеза, они являются идеальным, дешевым и экологически чистым способом эффективного удаления этого газа из атмосферы.

Зеленые водоросли являются родственниками других зеленых растений, в которых также осуществляется процесс фотосинтеза. Они относятся к самым примитивным формам растительной жизни и процесс фотосинтеза в зеленых водорослях протекает также, как и в остальных растениях. Так как многие зеленые водоросли являются небольшими организмами и имеют простую клеточную структуру, они являются более эффективными преобразователями солнечного света, чем высшие растения и показывают очень быстрый рост. Кроме того, поскольку водоросли растут в водной среде они имеют эффективный доступ к основным ингредиентам для фотосинтеза – воде и углекислому газу.

Что такое водорослевые масла?

Зеленые водоросли являются метаболически универсальными и производят важные для возобновляемой биомассы соединения непосредственно из солнечного света. Они могут синтезировать целлюлозу, полимер глюкозы, как часть собственных клеточных стенок, накапливают крахмал в качестве запасного питательного вещества и, что более важно, запасают значительные количества липидов и жирных кислот в качестве накопителей энергии. Жиры, производимые водорослями, химически очень похожи на продукт масличных культур и запасаются в виде триацилглицеридов.

Что такое триацилглицериды (ТАГ)?

ТАГ в водорослях – это химическая основа будущей экономики экотоплива. По своей химической природе ТАГ (или триацилглицериды) представляют собой молекулы, состоящие из трех длинных цепочек жирных кислот, соединенных с одной молекулой глицерина. ТАГ (жиры и липиды) в присутствии простых спиртов и катализатора, могут быть преобразованы в сложные эфиры жирных кислот (биодизель) в процессе, называемом переэтерификацией. Она выполняется либо химически, с помощью щелочных гидроксидов, или биохимически, с помощью ферментов, называемых липазами. Поскольку физико-химические свойства биодизеля очень близки к нефтяному дизельному топливу, масло водорослей представляет собой очень привлекательный альтернативный источник для производства биодизеля. Другим важным преимуществом является то, что оно не конкурирует с продовольственными рынками.

Как быстро растут водоросли?

Высокая эффективность фотосинтеза у водорослей обусловлена их малыми размерами. Это приводит к увеличению производства биомассы по сравнению с сельскохозяйственными культурами, такими как пальмовое масло, рапс, соя и кукуруза. Они содержат гораздо больше масел в сухом весе, чем используемые в настоящее время сельскохозяйственные растения. У некоторых водорослей сухой вес более чем на 50% состоит из извлекаемых масел, что в два с лишним раза превосходит содержание масла в масличных пальмах.

Дорого ли выращивать водоросли?

Водоросли имеют относительно простые требования для произрастания и они хорошо себя чувствуют в бедной по минеральному составу среде. Водорослям нужна только вода, солнечный свет и углекислый газ, и значительно меньше азота, чем сельскохозяйственным растениям. Метаболически они очень универсальны. Некоторые водоросли могут расти не только в фототрофных условиях (т. е. в присутствии света и углекислого газа в качестве источника углерода), но и при гетеротрофных условиях (то есть при отсутствии света, но при наличии глюкозы и других органических молекул в качестве сырья). Гетеротрофное выращивание водорослей с использованием сахара как источника углерода, приводит к значительно большему содержанию масел в водорослях по сравнению с контролем – водорослями, выращенными в фототрофных условиях. Однако, использование глюкозы (сахаров) для гетеротрофного роста водорослей и добычи масла является дорогостоящим и конкурирует с рынком продуктов питания. Это затрудняет экономически успешное использование способа.

Какие затраты связаны с выращиванием водорослей?

Пока за солнечный свет не приходится платить и его предостаточно, 80% от общих затрат на выращивание водорослей включают в себя стоимость сырья и питательных веществ. Для того, чтобы способность водорослей производить масла стала коммерчески привлекательной, затраты на сырье и удобрения для выращивания должны быть снижены. Компания SGT разработала и запатентовала дешевый способ использования водорослями собственных продуктов фотосинтеза для достижения значительной биомассы и производства масел.

Реальная альтернатива?

В последние годы возрастающее глобальное производство биодизеля из сельскохозяйственных культур и растительного масла стало более дорогостоящим, что частично связанно с ростом цен на удобрения и транспорт. Производство масел из зеленых водорослей с использованием недорогих отходов – очень привлекательная альтернатива для биотоплива следующего поколения. Очевидным преимуществом использования масла зеленых водорослей вместо масла, полученного из продовольственных культур, является то, что оно не конкурирует с продуктами питания и не влияет на продовольственные цены.

Являются ли водорослевые фермы решением?

В 1980 году научно-исследовательские программы Департамента Энергетики и других лабораторий были сосредоточены на создании крупных ферм водорослей в самых солнечных регионах США.

Несколько ферм водорослей, расположенных в открытых мелких водоемах, испытывались в США, используя в качестве сырья для водорослей выбросы углекислого газа. Однако, кольцеобразные пруды с водорослями имели несколько недостатков.

1. Ограниченное производство биомассы из-за небольшой глубины пруда. Пруды этого типа мелкие, для того чтобы водоросли получали достаточное количество солнечного света.

2. Высокая возможность заселения прудов другими формами жизни. Открытая система прудов склонна к заселению другими формами жизни, которые, в конечном счете, начинают конкурировать с водорослями за важные питательные вещества, таким образом снижая желаемое производство биомассы.

3. Зависимость от местных источников углекислого газа для обеспечения высокого производства биомассы. Ограниченное количество подходящих источников с большими выбросами углекислого газа, в идеале – электростанций, работающих на ископаемом топливе.

4. Сложности в разведении лабораторных организмов в открытых прудах

Почему именно технология производства масла из водорослей

Компания SGT разрабатывает новые технологии для добычи масел из зеленых водорослей. Они сосредоточены вокруг запатентованных процессов, которые позволяют компании добиться высокого и устойчивого роста биомассы водорослей с высоким процентом содержания масел. Существуют четыре основные причины почему должна быть разработана технология для добычи масел из зеленых водорослей.

1. Энергобезопасность: разнообразит источники энергии.
2. Занятость: создание рабочих мест для “зеленых воротничков”
3. Окружающая среда: переработка углекислого газа и защита климата
4. Социальная ответственность: реализация устойчивого производства биотоплива из непищевых источников

Сегодня человечество является свидетелем новой революции в области получения биотоплив из непищевого возобновляемого сырья, практически не отличающихся по свойствам от традиционных и способных их заменить. В качестве такого сырья выбраны водоросли. От растений, произрастающих на твердом грунте, они отличаются рядом преимуществ - высокой урожайностью, способностью развиваться в воде, а не на пахотной земле. .

Сравнение энергонасыщенности масличных культур показывает, что удельная энергетическая ценность водорослей с 50%-ным содержанием липидов (930 МВт ч/га) в 15,5 раз больше, чем у самой энергонасыщенной наземной масличной культуры - китайского сального дерева (60 МВт- ч/га).

Существуют водоросли, в которых содержание триглицеридов, основы растительного масла, более половины массы. Ни одно из существующих наземных растений не в состоянии конкурировать с водорослями по эффективности фотосинтеза, лежащего в основе урожайности и по содержанию масел и, соответственно энергии в них.

Потенциал производства масла из различных культур характеризуется следующими показателями: «производительность» кукурузы составляет 172 л на гектар в год; пальмового масла 5950 л/гектар, а типичных «энер-гетических» водорослей - до 95000 л/га при выращивании в открытых во-доемах..

Водоросли в производстве энергоносителей превращают углекислый газ из проблемы в фактор прибыли. С02 становится важнейшим ресурсом, который можно поставить на промышленную основу. Из углекислоты с фотосинтетической эффективностью 5-10% при минимальных затратах воды, на земле, непригодной для использования в сельскохозяйственных целях, можно получить либо биотопливо, либо сырье для химической про-мышленности. .

Преимуществ водорослей:

• -Непищевая биомасса - не представляет угрозы продовольственной безо-пасности. -Растут в 20-30 раз быстрее наземных растений (некоторые виды могут удваивать свою массу несколько раз в сутки).
• -Производят в 15-100 раз больше масла с гектара, чем альтернативные рапс, пальмовое масло, сало и др.
• -Отсутствие твердой оболочки и, практически лигнина, делает их перера-ботку в жидкие топлива более простой и эффективной
• -Производство и использование биотоплива не требует изменения россий-ского законодательства, как в случае с этанолом
• -Растут в пресной, соленой воде или в промышленных стоках, где исполь-зуется для их очистки. -Можно выращивать промышленно в биореакторах или фотореакторах с искусственным освещением, либо в открытых резервуарах на некультиви-руемых почвах, включая пустыни
• -Фотореакторы встраиваются в технологические линии уже сущест- вую-щих промышленных предприятий (ТЭЦ, НХ, цементные заводы) - Уменьшают эмиссию углекислого газа (поглощают до 90% С02 с выделением кислорода). -Являются источниками масел, протеинов, углеводородов.

Ведущие нефтяные и энергогенерирующие компании Shell, BP, Chevron и другие уделяют серьезное внимание новому направлению, инвестируют в его развитие, осознавая неизбежность возникновения нового сектора рын-ка, так как они не хотят терять контроль над рынком моторных топлив.

Согласно Акту энергетической независимости и безопасности США пла-нируют к 2022 году достичь производства биотоплива непищевого проис-хождения в объеме примерно 80 млн. т/год. Принимая во внимание тен-денцию роста доли биотоплив из водорослей можно полагать, что к 2022 году оно перешагнет порог 50 %, что соответствует 40 млн. т/год и составляет 43% нынешнего потребления бензинов и дизельных топлив в России (примерно 92 млн. т/год, из них 32 млн. т/год бензина и 60 млн. т/год - дизельного топлива). .

Получение и технология биотоплива из водорослей привлекает ученых, предпринимателей и таких гигантов «нефтянки», как Exxon Mobil.

При оптимальных условиях роста микроводорослей можно достигнуть производительности до 168518 литров с га в год. 34 млрд, лит-ров биодизельного топлива может быть произведено на площади в 200 тысяч га в пустынях (для производства такого же количества биотоплива из рапса потребовалось бы занять порядка 23.5 млн. га).

Таблица. 1-4

Для замены всех видов топлива на транспорте США, потребуется 640 млрд, литров биодизельного топлива., Для получения этого количества потребуется суши почти 39000 квадратных км. Пустыня Sonora в юго- западной части США составляет 120000 квадратных километров. То есть, необходимая площадь составляет 12.5% от пло-щади этой пустыни.

Эйхорнин.

Эйхорния - самое уникальное водное тропическое растение, акклиматизированное в средних широтах с выживанием до нулевой температуры воды. Уникальность: сверхбыстрое вегетационное размноже-ние и способность очищать воду почти от любых химических и бактериологических загрязнений. Это плавающее водное растение, надводная часть которого состоит из листьев и цветка (второе название - водный гиацинт). В воде находятся нитевидные корни, на которых находятся множество полезных микроорганизмов..

При создании благоприятных условий в интервале температур 16 - 32°С растение может вегетировать в любом регионе, включая северные районы. Зеленая масса эйхорнии используется для производства биогаза, в состав которого входит до 75% метана. . Проводимые работы по использованию эйхорнии в целях очистки за-грязненных вод дали результат ее прироста до 10-15 кг в сутки с одного квадратного метра поверхности биопруда, т.е. за сутки биопруд площа-дью 1000 м 2 способен производить до 15 тонн биомассы эйхорнии. . Эта биомасса может быть использована для получения различных видов биотоплива и бионефти.

За последнее десятилетие слово «биотопливо» стало поистине заклинанием для поборников чистой энергии. Разработка новых видов такого топлива проходила все более бурно, привлекая все больше инвестиций.

Однако, оглядываясь назад, можно заметить, что большинство из этих исследований были просто пустой тратой времени и денег, говорится в аналитическом материале на сайте Oil Price. Многие стартапы утверждали, что смогут перерабатывать такую биомассу, как солома, древесная щепа, водоросли и другие органические вещества, в биотопливо экономически жизнеспособным методом. Некоторые даже заверяли, что себестоимость такого топлива не превысит 1 доллара за галлон.

Инвесторы, вдохновленные обещаниями, вкладывали огромные средства в разработки, не обращая внимания на то, что подобные им исследования были заброшены десятилетия назад из-за экономической нецелесообразности. Наиболее яркий пример – производство целлюлозного этанола. Преобразование соломы в этанол – это дорогостоящий процесс, и особо удешевить его не удается до сих пор.

Второй по значению ветвью исследований стало создание биотоплива из водорослей. Правда, эта идея вовсе не безнадежна, некоторые виды водорослей действительно производят масла, которые могут быть превращены в топливо. Собственно, сама сырая нефть, по существу, возникла из доисторических водорослей и планктона.

Тем не менее, разработчики и близко не подошли к тому, чтобы сделать процесс производства экономически эффективным. Обеспечение идеального баланса солнечного света и CO2 для успешного культивирования водных растений в промышленном масштабе, а также последующее удаление воды из готовой биомассы обходится неоправданно дорого.

И что мы имеем на сегодняшний день? Подавляющее большинство компаний по производству биотоплива из водорослей вышли из бизнеса. В прошлом году Greentech Media опубликовала далеко не полный список из 24 предприятий, которые отказались от дальнейших разработок в этом направлении.

Те, что не закрылись, полностью перешли в другие, более выгодные ниши рынка: изготовление косметики, нутрицевтических средств, добавок в корма для домашних животных и других специализированных продуктов.

Возможно, самая большая трагедия в данной ситуации состоит в том, что теперь разочарованные инвесторы вообще прекратят вкладывать деньги в такие исследования. Конечно, нельзя отрицать, что сейчас не существует технологии создания конкурентоспособного биотоплива из водорослей. Однако перспективы в этой сфере все же имеются.

Некоторые виды водорослей содержат до 40% липидов от общей биомассы, и их можно превратить в дизельное топливо, синтетическую нефть, бутанол или промышленные химикаты. Пока ни одна компания не смогла создать успешную бизнес-модель для этого, но в будущем такое вполне возможно.