Біопаливо з водоростей отримання. Виробництво біопалива з водоростей, тирси та ріпаку. Чому саме технологія виробництва масла з водоростей

Компанія Sustainable Green Technologies (SGT) займається розробками для заміни палива, використання якого призводить до викидів в атмосферу парникового газу, на економічний і екологічно чистий процес. Він об'єднуватиме способи переробки відходів виробництва водоростей для виробництва масел з метою отримання палива та іншої цінної продукції.

Водорості, виробництво масла і технологія SGT LipiTrigger ™

Хоча водорості є високоефективними перетворювачами сонячної енергії в поновлювану біомасу, більшість відомих вченим водоростей запасає сонячну енергію у вигляді цукрів, наприклад, сахарози або крохмалю, а не у вигляді необхідних масел (жирів або ліпідів), тобто триацилгліцеридів або фосфоліпідів. При наявності світла, вуглекислого газу і деяких мікроелементів, більшість водоростей запасає у вигляді жирів всього близько 15-20% від свого сухого ваги. Тільки за певних умов водорості здатні перемикатися на процес відомий як "ліпідний тригер" і запасати всередині своїх клітин продукти фотосинтезу у вигляді масел - ціннішою форми, в порівнянні з цукрами.

LipiTrigger ™ це запатентований метод компанії. Вчені Sustainable Green Technologies Inc знайшли простий і ефективний спосіб змусити водорості без порушення росту синтезувати більше масел (з 15 відсотків до більш ніж 50 відсотків сухої ваги). Якщо водорості зможуть синтезувати більше масел і досягти високих темпів зростання, ніж культури олійних рослин, то це дозволить виробляти більше біопалива і призведе до зниження цін.

Чому еко-паливо?

Запаси викопних видів палива, таких як вугілля, нафта і природний газ, є невідновлюваних джерелами енергії і поступово виснажуються. Використання викопних видів палива в двигунах внутрішнього згоряння або газових турбінах призводить до викидання в атмосферу парникових газів і інших екологічно шкідливих компонентів. Світ нині споживає близько 30 млрд барелів (або 1,26 трильйонів галонів) нафти на рік або 82 млн. Барелів (або 3440 мільйонів літрів) нафти щодня. Експерти попереджають, що найближчим часом видобуток нафти не буде встигати за зростанням світового попиту.

Зелені водорості прості в утриманні, швидко ростуть і представлені безліччю видів, які використовують енергію сонячного світла для здійснення фотосинтезу. Фотосинтез - біологічний процес, який виробляє біомасу (цукру або ліпіди), кисень і високоенергітіческіе молекули АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти) з вуглекислого газу (CO2) і води. Всю біомасу, будь то цукру або жири, можна перетворити в біопаливо, найчастіше в біоетанол і біодизель. Крім того, оскільки водорості споживають CO2 в процесі фотосинтезу, вони є ідеальним, дешевим і екологічно чистим способом ефективного видалення цього газу з атмосфери.

Зелені водорості є родичами інших зелених рослин, в яких також здійснюється процес фотосинтезу. Вони належать до найбільш примітивних форм рослинного життя і процес фотосинтезу в зелених водоростях протікає також, як і в інших рослинах. Так як багато зелені водорості є невеликими організмами і мають просту клітинну структуру, вони є більш ефективними перетворювачами сонячного світла, ніж вищі рослини і показують дуже швидке зростання. Крім того, оскільки водорості ростуть у водному середовищі вони мають ефективний доступ до основних інгредієнтів для фотосинтезу - воді і вуглекислого газу.

Що таке водоростеві масла?

Зелені водорості є метаболічно універсальними і виробляють важливі для відновлюваної біомаси з'єднання безпосередньо з сонячного світла. Вони можуть синтезувати целюлозу, полімер глюкози, як частина власних клітинних стінок, накопичують крохмаль в якості запасного живильного речовини і, що більш важливо, запасають значні кількості ліпідів і жирних кислот в якості накопичувачів енергії. Жири, вироблені водоростями, хімічно дуже схожі на продукт олійних культур і запасаються у вигляді триацилгліцеридів.

Що таке триацилгліцеридів (ТАГ)?

ТАГ в водоростях - це хімічна основа майбутньої економіки екопального. За своєю хімічною природою ТАГ (або триацилгліцеридів) представляють собою молекули, що складаються з трьох довгих ланцюжків жирних кислот, з'єднаних з одного молекулою гліцерину. ТАГ (жири і ліпіди) у присутності простих спиртів і каталізатора, можуть бути перетворені в складні ефіри жирних кислот (біодизель) в процесі, званому переетерифікацією. Вона виконується або хімічно, за допомогою лужних гідроксидів, або біохімічно, за допомогою ферментів, званих ліпазами. Оскільки фізико-хімічні властивості біодизелю дуже близькі до нафтового дизельного палива, масло водоростей є дуже привабливий альтернативне джерело для виробництва біодизеля. Іншою важливою перевагою є те, що воно не конкурує з іншими продовольчими ринками.

Як швидко ростуть водорості?

Висока ефективність фотосинтезу у водоростей зумовлена \u200b\u200bїх малими розмірами. Це призводить до збільшення виробництва біомаси в порівнянні з сільськогосподарськими культурами, такими як пальмова олія, ріпак, соя і кукурудза. Вони містять набагато більше масел в сухій вазі, ніж використовувані в даний час сільськогосподарські рослини. У деяких водоростей суха вага більш ніж на 50% складається з видобутих масел, що в два з гаком рази перевершує вміст олії в олійних пальмах.

Дорого чи вирощувати водорості?

Водорості мають відносно прості вимоги для зростання і вони добре себе почувають в бідній по мінеральному складу середовищі. Водоростям потрібна тільки вода, сонячне світло і вуглекислий газ, і значно менше азоту, ніж сільськогосподарським рослинам. Метаболічно вони дуже універсальні. Деякі водорості можуть рости не тільки в фототрофних умовах (т. Е. В присутності світла і вуглекислого газу в якості джерела вуглецю), але і при гетеротрофних умовах (тобто при відсутності світла, але при наявності глюкози і інших органічних молекул в якості сировини) . Гетеротрофное вирощування водоростей з використанням цукру як джерела вуглецю, призводить до значно більшого змісту масел в водоростях в порівнянні з контролем - водоростями, вирощеними в фототрофних умовах. Однак, використання глюкози (цукрів) для гетеротрофного зростання водоростей і видобутку олії є дорогим і конкурує з ринком продуктів харчування. Це ускладнює економічно успішне застосування методу.

Які витрати пов'язані з вирощуванням водоростей?

Поки за сонячне світло не доводиться платити і його більш ніж достатньо, 80% від загальних витрат на вирощування водоростей включають в себе вартість сировини і поживних речовин. Для того, щоб здатність водоростей виробляти масла стала комерційно привабливою, витрати на сировину і добрива для вирощування повинні бути знижені. Компанія SGT розробила і запатентувала дешевий спосіб використання водоростями власних продуктів фотосинтезу для досягнення значної біомаси і виробництва масел.

Реальна альтернатива?

В останні роки дедалі більшу глобальне виробництво біодизеля з сільськогосподарських культур і рослинного масла стало дорожчим, що частково пов'язано з ростом цін на добрива і транспорт. Виробництво масел із зелених водоростей з використанням недорогих відходів - дуже приваблива альтернатива для біопалива наступного покоління. Очевидною перевагою використання масла зелених водоростей замість масла, отриманого з продовольчих культур, є те, що воно не конкурує з продуктами харчування та не впливає на продовольчі ціни.

Чи є водоростеві ферми рішенням?

У 1980 році науково-дослідні програми Департаменту Енергетики та інших лабораторій були зосереджені на створенні великих ферм водоростей в самих сонячних регіонах США.

Кілька ферм водоростей, розташованих в відкритих дрібних водоймах, випробовувалися в США, використовуючи в якості сировини для водоростей викиди вуглекислого газу. Однак, кільцеподібні ставки з водоростями мали кілька недоліків.

1. Обмежене виробництво біомаси через невеликої глибини ставу. Ставки цього типу дрібні, для того щоб водорості отримували достатню кількість сонячного світла.

2. Висока можливість заселення ставків іншими формами життя. Відкрита система ставків схильна до заселення іншими формами життя, які, в кінцевому рахунку, починають конкурувати з водоростями за важливі поживні речовини, таким чином знижуючи бажане виробництво біомаси.

3. Залежність від місцевих джерел вуглекислого газу для забезпечення високого виробництва біомаси. Обмежена кількість відповідних джерел з великими викидами вуглекислого газу, в ідеалі - електростанцій, що працюють на викопному паливі.

4. Складнощі в розведенні лабораторних організмів у відкритих ставках

Чому саме технологія виробництва масла з водоростей

Компанія SGT розробляє нові технології для видобутку масел із зелених водоростей. Вони зосереджені навколо запатентованих процесів, які дозволяють компанії домогтися високого і стійкого зростання біомаси водоростей з високим відсотком вмісту масел. Існують чотири основні причини чому повинна бути розроблена технологія для видобутку масел із зелених водоростей.

Енергобезпека: урізноманітнює джерела енергії.
Зайнятість: створення робочих місць для "зелених комірців"
Навколишнє середовище: переробка вуглекислого газу і захист клімату
Соціальна відповідальність: реалізація сталого виробництва біопалива з нехарчових джерел

Водорості - паливо майбутнього

Нафти на наш вік вистачить. І нафти, і газу, і іншого палива органічного походження, може бути, ще залишиться і нашим дітлахам. Заглядати в більш далеку перспективу розвідки і видобутку мінерального палива - пусте і невдячне, проте все частіше аналітики оцінюють ймовірність доступності достатніх ресурсів нафти і газу більш ніж на 50 років мізерними шансами.

ЕТБЕ, етил-трет-бутиловий ефір, біопаливо, альтернативна енергія, рідке біопаливо

Втім, людство - на біду чи собі, на щастя чи, виявилося гнучкіше, ніж людство планети Плюк. До тих пір, поки, крім колірної диференціації штанів, сірників і мінеральних ресурсів, на світі існують гроші, що-небудь та придумує. Хотілося б, звичайно, сподіватися, що розвиток і впровадження альтернативних способів видобутку енергії відбувається через моральних міркувань про майбутнє планети, або, скажімо, через можливе глобального катаклізму з потенційним потеплінням / похолоданням клімату. Однак на мій погляд, все набагато прозаїчніше - люди "заворушилися" в пошуках інших джерел палива тільки тому, що це стає вигідно.

Що, похмуро і занадто песимістично? Даруйте, журналісти теж люди і часом втрачають віру в світле початок людства. Добре на цю тему свого часу висловився покійний Р. А. Хайнлайн в одній з кращих своїх книг "Достатньо часу для любові, або життя Лазаруса Лонга":

Ніколи не апелюй до кращих якостям людини. Можливо, він ними не володіє. Надійніше звертатися до його особистого інтересу.

А що, цілком життєве спостереження, особливо в світлі нинішнього стану справ зі стрімким "Осушенням" світових запасів енергоресурсів органічного походження, тяжкого стану навколишнього середовища в цілому, і "відсутністю поспіху" при ратифікації Кіотського протоколу поруч розвинених країн зокрема. І ніякі вмовляння екологів і вмовляння гринписовцев до пори до часу не мали особливого ефекту.

Але час настав - ціна нафти впритул наблизилася до позначки $ 100 за барель. Безперечно, цей магічний рівень ціни має величезний психологічний потенціал, однак цінність його полягає в не менш важливою економічною складовою: при досягненні рівня $ 100 ціни мінерального енергетичної сировини відкриваються незатребувані можливості виробництва альтернативних видів палива, які досі були просто нерентабельні через дорожнечу. Підвищення ціни на нафту більш ніж в два рази за останні три роки так чи інакше повинно було "вивести" в рентабельність ряд проектів, покладених раніше під сукно до кращих часів.

Ось, власне кажучи, практично дісталися до теми сьогоднішньої розповіді. Навряд чи помилюся, якщо скажу, що більшість населення планети цікавляться цінами на нафту лише в тому зв'язку, яку вона має до цін на паливо для транспорту - вартість бензину і дизельного палива на заправках цікавить нас щодня і набагато більше, ніж будь-які макроекономічні показники. Тому сьогодні поговоримо про нові розробки в області виробництва альтернативного палива, головним чином, для автомобілів . Точніше, не про всі можливі види палива - оглядово ми обов'язково поговоримо в одній з майбутніх публікацій. Але лише про один з різновидів біопалива, поки що видобувається екзотичним, але дуже перспективним способом.

З табуреток? З тирси? З водоростей!

Нафта - не єдине сировину для отримання високооктанової органіки для двигуна нашого автомобіля. В одній з наших попередніх публікацій, присвячених зміні світового клімату, ми вже аналізували різні способи отримання альтернативної енергії якомога докладніше. Зрозуміло, вітряк на автомобіль не поставиш, так само як ядерний або термоядерний реактор; акумулятори для роботи в якості джерела енергії для двигуна автомобіля , Значно вдосконалені останнім часом в плані ємності, все ж поки не дають ідеального рішення.

Раз вже природа, запасаючи на майбутнє викопні види органіки, не передбачила численності людського племені і його жадібності, доведеться людству звернути свій погляд на органіку, зростаючу навколо і самостійно придумувати способи створення пального з підручних і, по можливості, поновлюваних джерел.

Логічний вихід на найближчий час - пошуки серед альтернативних способів синтезу високооктанової органіки, без застосування виснажуються викопних ресурсів. Способів таких безліч, один з найбільш популярних зважаючи на порівняно низьку собівартість однієї виробництва - це отримання спирту засобами поновлюваних природних ресурсів, сиріч, з біомаси з грядки. Одержуваний таким способом спирт можна заливати в бак в чистому вигляді, можна для додаткової економії змішувати з продуктами перегонки нафти. Все б добре, та місць з відповідним кліматом, де можна вирощувати кукурудзу та пшеницю для перегонки в спиртове паливо з достатньою рентабельністю, обмежена кількість.

Плюс до цього, виключно по людськи шкода зерно, з якого можна зробити хлібець, віскі або пивко, щоб не сказати - хоча б просто згодувати худобі для не менш цікавих дивідендів у вигляді молочка і м'яса. Гнати ж спирт з стебел тієї ж горезвісної кукурудзи або, наприклад, целюлози, хоч і навчилися, та поки без особливих перспектив з рентабельністю, оскільки в середньому, витративши 1 мегаджоуль енергії, можна отримати бензину на 1,19 МДж, кукурудзяного спирту на 0, 77 МДж і целюлозного спирту - всього на 0,10 МДж. Є й інші способи - аж до переробки олії, вже використаного для приготування хрусткої картоплі, про них ми поговоримо в інших публікаціях, але багато хто з них, на жаль, також поки балансують на межі рентабельності.

У пошуках більш "цікавою" для переробки органіки вчені звернули свою увагу на практично невичерпний і легко поновлюваний ресурс - водорості. Окремо варто відзначити, що біопаливний потенціал водоростей є об'єктом пильної уваги вчених Франції, Німеччини, Японії і США з 50-х років минулого століття, при цьому особливо питання загострювався під час попереднього нафтової кризи 70-х років - в повній аналогії з нинішнім станом справ .

Час від часу такі програми оживали і навіть потім закривалися (нафта іноді дешевшає), як, наприклад, програма Aquatic Species Program (ASP), що проводилася з 1978 по 1996 рік національною лабораторією США з відновлюваної енергії - NREL (US National Renewable Energy Laboratory), з фінансуванням з боку Office of Fuels Development, підрозділу Міністерства енергетики США.

По суті, водорості - це та ж органіка, прекрасно підходить для отримання біодизельного палива, хіба що, забезпечує відмінний вихід біомаси на кожен квадратний метр культивованих площ - на відміну від "сухопутних" рослин; не містить сірки та інших токсичних речовин - на відміну від нафти; нарешті, відмінно розкладається мікроорганізмами і, головне, забезпечує високий відсоток виходу готового до використання палива: для деяких типів водоростей - до 50% від початкової маси!

Для початку давайте більш точно визначимося про предмет розмови. Під водоростями (Algae) в широкому сенсі маються на увазі найрізноманітніші одноклітинні і багатоклітинні організми, найхимерніших форм і розмірів (від часток мікрона до 40 м). Wikipedia так визначає цей термін: Водорості (лат. Algae) - група автотрофних, зазвичай водних, організмів; містять хлорофіл та інші пігменти та виробляють органічні речовини в процесі фотосинтезу. Нас більшою мірою цікавлять мікроводорості.

Зазвичай мікроводорості мешкають всюди, де є волога, проте найбільш великими "постачальниками" водоростей в природному середовищі є болота і озера, в тому числі, солоні. У повній аналогії з рослинами, для росту водоростей потрібно три головні компоненти - сонячне світло, двоокис вуглецю і, звичайно ж, вода. В процесі фотосинтезу - ключового біопроцесів для рослин, водоростей і ряду бактерій, енергія сонця переробляється в "хімічну енергію". Крім цього, мікроводорості примудряються акумулювати в якості матеріалу для будови мембрани різні ліпіди і жирні кислоти, при цьому їх вміст коливається у різних видів водоростей в межах від 2% до 40% від загальної ваги. Саме ці компоненти, власне кажучи, цікавлять вчених в першу чергу.

Чи варта шкурка вичинки? Може, ну його - плутатися в цій брудній тину заради сумнівного задоволення? Варто, ще як варто! Дані, знайдені мною на сайті видання Permaculture Activist, прямо скажемо, приголомшливі.

Хай вибачать мене допитливі читачі за те, що полінувався переводити галони в літри (один американський галон - це приблизно 3,785 літра). Справа, як ви розумієте, не стільки в циферки абсолютної кількості, можливо, набагато важливіше звернути увагу на в десятки разів перевершують показники мікроводоростей щодо традиційних "сухопутних" культур.

Як приклад серйозних досліджень по вирощуванню водоростей можна привести результати, отримані вище згаданої лабораторією NREL в роки нафтової кризи 70-х в рамках програми Aquatic Species Program (ASP). Для виробництва біодизельного палива, багатого ліпідами, використовувалися встановлені на відкритому повітрі прозорі "садки", в які подавався газ CO 2 з розташованої неподалік електростанції на вугіллі. В результаті експериментів ASP вдалося встановити близько 300 підвидів водоростей - головним чином, діатомових (крем'яних) водоростей (Diatoms) і зелених водоростей (Chlorophyceae), що дозволяють досягати наступні результати:

За оптимальних умов росту мікроводоростей досягати продуктивності до 15000 галонів з акра в рік
7,5 млрд. Галонів біодизельного палива може бути вироблено на площі в 500 тисяч акрів в пустелях (для виробництва такої ж кількості біопалива з ріпаку треба було б зайняти близько 58 млн. Акрів).
Водорості містять жири, вуглеводи і протеїн, в деяких випадках - до 60% жирів, до 70% яких може бути "видобуто" елементарної віджимання.
Не вдалося знайти відповідних культур для культивації поза "кошів".

Програма, згорнута десять років тому через малу рентабельності через що знизилися тоді цін на нафту, зовсім недавно отримала "друге дихання", оскільки, в зв'язку зі штурмом нафтових цін 100-доларового рубежу, в жовтні Міністерство енергетики США у співпраці з компанією Chevron оголосило про пошуки нових технологій переробки водоростей. На додаток до цього, агентство DARPA, що при Пентагоні, в даний час спонсорує розробки авіаційного палива з рослинної сировини, в тому числі, з водоростей, і в даний час щільно співпрацює з компаніями UOP (Honeywell), General Electric, а також з університетом Північної Дакоти. Кажуть, що з листопада фінансування додатково збільшилася.

Так що, кидаємо видобуток нафти і займемося розведенням боліт? Жарт, звичайно, для виробництва біодизельного палива поки що частіше застосовують спеціальні "садки" - біореактори для вирощування водоростей. На жаль, скептицизму вистачає, і головним чином, питання полягає в двох складнощі - стабільності щоденного приросту маси і можливості доведення технології переробки водорослевого сировини в біопаливо до комерційно прийнятного рівня. Так, в одній зі статей на сайті Biopact песимізм щодо "водорослевих" фабрик обгрунтований допитливим чином.

З іншого боку, тільки уявіть, яке велике поле дії для любителів модифікувати гени - краще б доклали свої сили тут, ніж клонувати ковбасу (сподіваюся, сьогодні моя думка з приводу генетично модифікованої їжі не дуже впадає в очі. Воно різко негативно, але про це іншим разом).

Що ж, як то кажуть, справа за малим - навчитися толком переробляти всю цю вологу біомасу в консистенцію, придатну для залиття в бак автомобіля.

В даний час широко поширені три способи переробки водоростей в паливо, і всі три запозичені з методик переробки олійних культур - з допомогою преса або масловіддільника; це селективна екстракція в надкритичному стані (Supercritical Fluid Extraction); це селективне відділення і очищення за допомогою гексану (Hexane Solvent Oil Extraction).

Треба відзначити, що в США проблемою отримання недорогого біодизельного палива для автомобілів займаються десятки компаній і безліч наукових груп в самих різних університетах країни. Ніяково говорити, але я навіть не уявляв масштабів робіт на цю тему в США до тих пір, поки не взявся за вивчення питання. На жаль, мені так і не вдалося знайти хоч яку-небудь статистику за обсягами виробництва палива з водоростей, але посилань на сайти компаній, лабораторій та різних фондів, всерйоз займаються цим питанням, просто пропасти.

Сьогодні ж розповім лише про сам свіжому і найцікавіше повідомленні останнього часу на тему створення недорогого та ефективного біопалива з водоростей, яке, власне, і стало приводом для цієї публікації. Мова про розробки Центру технологій створення біопалива (Center for Biorefining), що при університеті штату Міннесота (University of Minnesota). Група вчених цього центру багато років досліджує можливості використання різних типів водоростей для отримання недорогого біопалива для автомобілів.

На представленій вище фотографії добре помітний зеленуватий відтінок "сировини", розробленого в лабораторії Роджера Руана (Roger Ruan). Основним досягненням, отриманим Роджером Руаном і його колегами, називають технологію повного циклу отримання біопалива з водоростей, включаючи способи збільшення швидкості приросту маси, ефективні методики "вичавки", а також ефективні шляхи утилізації відходів, що залишаються після переробки біомаси.

Основною проблемою, яка стримує швидкий приріст маси водоростей, вважають занадто малу - всього лише на кілька сантиметрів, можливість проникнення сонячного світла в товщу водно-рослинної суміші, через що ефективність використання великих ємностей, та й в цілому відкритих водойм, виявляється дуже низькою. В цьому плані вченим з Міннесоти вдалося розробити такий принцип роботи "фотобіореактор", при якому забезпечується оптимальний режим перемішування світла і поживних речовин для гарного виходу продукції при роботі навіть з "дикими" культурами водоростей.

Можливо, при читанні цього матеріалу у кого-то вже зародилася аналогія "фотобіореактор" з тривіальним круглим штучною водоймою - типовим спорудою для очищення стічних вод. Саме на очисній станції Руан і команда його колег експериментують з вирощуванням водоростей. Благо, в фильтратах стічних вод достатньо фосфатів і нітратів - речовин, вкрай забруднюючих річки, але вельми корисних і поживних для водоростей. Бачення майбутнього вченими з Міннесоти якраз включає такі "водоростеві ферми", що стоять поруч з очисними спорудами і споживають все необхідне зі стоків - в тому числі, вуглекислоту, що отримується при спалюванні осаду стічних вод.

Головна мета, яка стоїть нині перед дослідниками - зниження собівартості виробництва біопалива. За словами представників UOP LLC, підрозділи Honeywell International по розробці біопалива, результат можна буде вважати задовільним у разі досягнення рівня нижче $ 2 за галон, і, що показово, зараз безліч фахівців не бачать в цьому нічого нереального. Втім, в Пентагоні цілком згодні, якщо авіаційне паливо з водоростей буде коштувати менше $ 5 за галон, а в ідеалі - менше $ 3 за галон.

Якщо пофантазувати досхочу, можна уявити собі "водоростеві фабрики" де завгодно, благо, вже що-що, а відходи людство навчилося виробляти найкраще, в необмежених кількостях. Більш того, для такої фабрики зовсім не знадобиться використання орних земель - як у випадку з виробництвом біопалива з рослин, і більше не трапиться подорожчань рослинного масла і хліба через розтрат врожаю на виробництво палива.

Саме ж, мабуть цікаве, що на світі існує превелика кількість водоростей, із задоволенням живуть і розмножуються в морській солоній воді. Такий стан справ, в поєднанні зі "всеїдністю" бактерій щодо відходів очисних споруд і теплових електростанцій, можна назвати квінтесенцією розумного підходу до боротьби з забрудненням планети і рожевої мрії всіх екологів.

замість епілогу

У минулому році одна новозеландська компанія продемонструвала всьому світу модель Range Rover, вдосконалену для роботи з біодизельним паливом з водоростей. Тоді експерти поставилися з великим скептицизмом до перспектив таких автомобілів і в один голос заявили, що пройде багато років, перш ніж ця технологія стане актуальною. Ага, добре мудрувати при ціні нафти $ 50- $ 60 за барель, цікаво б послухати цих експертів з поправкою на нинішні ціни.

Зате група вчених з Міннесоти сповнена оптимізму і обіцяє представити громадськості кілька "демонстраційних" фабрик по переробці водоростей в паливо вже в найближчі кілька років.

Перебуваючи десь в середині написання цього матеріалу, я планував ближче до кінця статті "пустити отрути" на адресу меліораторів, без голови осушити свого часу безліч боліт. Адже, крім вусмерть викривленої екології таких регіонів тепер, дивись, і болота б на що-небудь згодилися. Облиште, сьогоднішній сюжет обійдеться без меліораторів. До наступних зустрічей, і пишіть, які теми IT-байок були б вам цікаві в майбутньому.

http://www.3dnews.ru/

ЕТБЕ, етил-трет-бутиловий ефір, біопаливо, альтернативна енергія, рідке біопаливо

Будь-якому водієві далеко не все одно, що ллється в бак його машини. У багатьох випадках саме неякісне паливо призводить до серйозних проблем з автомобілем. Тому цілком зрозумілий інтерес до всього, що пов'язано з бензином, соляркою та іншими видами палива. А як наслідок цього - до альтернативних видів пального для ДВС, одним з яких є біопаливо.

Що це таке, і з чого роблять біопаливо?

Всі ресурси, які є на Землі, умовно можна поділити на поновлювані і не поновлювані. Вугілля, нафта, метал, в природі не відновлюються, а ось дрова, кукурудза, гній можуть бути отримані знову і знову. Все, що росте або є відходами переробки такої сировини - джерела відновлюваної енергії. Ось з цих біоресурсів люди ще з давніх-давен отримували потрібну для свого існування, в тому числі і біопаливо.

Біопаливо першого покоління

Однак і між собою окремі його види розрізняються, скажімо так, за значимістю джерел сировини для біопалива. Пов'язано це з використовуваними ресурсами. Наприклад, щоб отримати біопаливо з ріпаку, його треба спочатку виростити, а вже потім відправити насіння на переробку. Для вирощування такої культури займається посівна площа, і фактично мова йде про вибір пріоритетів - а чого ми хочемо мати, продукти харчування або біопаливо. Крім того, отримання біомаси, що йде на виробництво біопалива, пов'язане з використанням спеціалізованих добрив, що завдає певний шкоду землі і навколишньої природи. Такий вид сировини відноситься до першого покоління.

друге покоління

Однак біопаливо можна отримати з інших джерел, таких як відходи інших виробництв. Його роблять, наприклад, з тирси, а також залишків стебел, лушпиння, що залишається після обробки зернових, і багато чого іншого. Все це дає так зване біопаливо другого покоління, для якого не потрібно спеціально вирощувати сировину, а зробити його можна з відходів інших виробництв.

третє покоління

Наступним етапом розвитку стало біопаливо третього покоління. Його джерелом є водорості. Існують певні їх сорти, що містять значну кількість рослинних жирів, з яких можна зробити той же самий біодизель. Звичайно, щоб отримати біопаливо з водоростей, їх треба вирощувати, але для цього зовсім не потрібно займати посівні площі. Водорості можуть рости в ставках, биореакторах, на морському дні або в спеціально влаштованих затоках, тобто займають ті ділянки земної поверхні і морського дна, які не задіяні у виробництві продуктів харчування. Так що, біопаливо третього покоління, хоча і знаходиться ще в стадії відпрацювання технології виробництва, треба визнати найбільш перспективним.

Двигун на біопаливі - трохи історії та його варіанти

Це для нас сьогодні бензин і солярка є єдиними видами палива, на яких працює всім нам звичний двигун. Але треба зазначити, що далеко не завжди було саме так. На зорі свого існування, для ДВС як паливо застосовувалося все, що тільки підходило - масло, спирт, ефір, газ, дрова і т.д.

Тому має бути досить цікаво згадати про біопаливо, яке використовувалося раніше. У цьому випадку варто особливо відзначити:

спирт в різних його видах;
масло;

Біопаливо з тирси або спирт як він є

Біопаливо подібного типу найбільш відомо, і мабуть, це один з перших видів палива, яке споживав двигун. Серед різних його видів варто відзначити біоетанол, біометанол і біобутанол.

1.Етанол або звичайний спирт досить добре відомий в історії автомобілебудування. Досить сказати, що в свій час Генрі Форд організовував будівництво заводів з виробництва спирту, призначеного на роль палива. Зараз його виготовлення широко розгорнуто в Бразилії, за оцінками експертів, сорок відсотків автотранспорту цієї країни використовують етанол в чистому вигляді, шістдесят відсотків - в суміші з бензином.

З чого сьогодні роблять етанол? Найчастіше сировиною служить сільськогосподарська продукція, в тій же Бразилії, щоб зробити біоетанол, застосовують цукрову тростину, солому, деревні відходи і інше аналогічне сировину. З тирси на гідролізним виробництві так само можна отримати етанол. Чим же він такий хороший, що це викликає його загальне використання?
Тут треба звернути увагу на:

детонационную стійкість;
теплоту згоряння;
теплоту випаровування.

З чого б не довелося зробити подібне біопаливо, з тирси або очерету, йому властиві антидетонаційні властивості, вони вище, ніж у звичайного бензину. Завдяки цьому можна підвищити потужність, двигун, що працює на етанолі, допускає збільшення ступеня стиснення. Теплота згоряння спіртовоздушной суміші незначно відрізняється від характеристик традиційної паливо-повітряної суміші, а за рахунок хорошої випаровуваності спирту забезпечується краще наповнення циліндрів і повне її згоряння.

З недоліків етанолу варто відзначити його підвищену агресивність по відношенню до деяких кольорових металів, пластмас і гуми, внаслідок чого може виникнути необхідність частково допрацьовувати двигун. Однак найголовнішим мінусом такого пального є його гігроскопічність, воно сильно поглинає воду, а потім суміш розшаровується в баку, в результаті чого він виявиться заповнений в основному водою. Одним з методів боротьби з цим є використання сумішей спирту та бензину, до десяти відсотків етанолу, доданого в звичайний бензин, тільки покращують його характеристики.

Додатково варто відзначити, що виробництво біоетанолу як палива, хоч з тих же самих тирси, відрізняється від виробництва питного спирту. Паливний спирт не придатний для пиття, він має явно виражений сивушний запах і підвищений вміст метанолу.

2.Метанол, або метиловий спирт, при всіх своїх перевагах отруйний. Хоча його можна зробити з відходів, з тих же самих тирси, зазвичай біометанол не використовують як пальне.
3.Біобутанол. Як біопаливо для автомобілів підходить навіть більшою мірою, ніж біоетанол. Може виготовлятися з біомаси, тирси, і при цьому нічим не відрізнятися від бутанола, отриманого за традиційною технологією.

Серед його достоїнств необхідно відзначити:

велику енергетичну цінність;
меншу агресивність;
можливість змішуватися з бензином;
можливість прямої і повної заміни бензину без переробки автомобіля.

Розглядаючи спирт як заміну бензину, варто відзначити, що плюси і мінуси біопалива подібного типу досить очевидні, і всі недоліки при необхідності можуть бути успішно усунені. Однак в даний час таке біопаливо найчастіше застосовується в суміші зі звичайним бензином, хоча технології його отримання, наприклад з тирси, дозволяють повністю реалізовувати використовувану біомасу і виключити нафту з ужитку.

Біодизель, або як зробити біопаливо

Це інший, не менш відомий вид пального. Він замінює солярку, а не бензин. Проводять його з рослинної олії. Сировина в різних районах земної кулі може бути різний: рапсове, пальмова, кокосова, соєва олія, водорості і т.д. Біопаливо подібного типу виготовляється досить просто, аж до того, що існують саморобні установки, що дозволяють виробляти біопаливо в домашніх умовах.

Технологія його одержання така - масло змішується в певних пропорціях зі спиртом і лугом, в результаті утворюється біодизель і вивільняється гліцерин, який може використовуватися для якихось інших цілей. Так що при наявності джерел рослинного масла, в тому числі і його залишків після кулінарної обробки їжі, цілком можливо зробити біопаливо своїми руками.

Перевагою біодизеля є відсутність сірки в складі вихлопних газів, і як наслідок цього те, що таке біопаливо не втрачає мастильних властивостей, завдяки чому двигун може служити набагато довше. Треба відзначити, що шкідливого впливу від такого палива на навколишню природу немає. До недоліків біодизеля варто віднести необхідність його підігріву в холодну пору року і те, що він не зберігається більше трьох місяців.

Найбільш оптимальним визнано його використання в суміші зі звичайною соляркою, випускаються кілька різновидів такого палива, що позначаються літерою В, а цифри поруч говорять про зміст біодизеля в складі палива. Наприклад, В5 означає вміст у ньому п'яти відсотків біодизеля і дев'яноста п'яти відсотків солярки.

Газ як вид автомобільного палива

Існує і біопаливо у вигляді газу. Джерелом його є біогаз, отримуваний як результат анаеробного (без доступу повітря, метанового) бродіння гною. Однак розглядати його як досить масовий вид пального для двигунів автомобіля було б занадто оптимістично.

Хоча, як і звичайний природний газ або пропан-бутан, біогаз може використовуватися як паливо, але це скоріше варіант для стаціонарних двигунів, встановлених в місцях, де багато відходів тваринництва і сільського господарства.

Незвичні, екзотичні і забуті види біопалива

Тут варто торкнутися деревини, яка може виступати як біопаливо. В першу чергу треба згадати скипидарні-спиртову суміш, яка ще в 1826 році використовувалася в ролі палива. Але ж скипидар отримують при піролізі деревини. Є окремі згадки, що при так званому «швидкому» високотемпературному піролізі сконденсована рідина, за своїми характеристиками алогічна нафти.

Варто згадати і пряме застосування деревини як палива для двигунів. При згорянні деревини утворюється окис вуглецю, яка і служить в якості палива. Під час Другої Світової, Німеччиною досить широко використовувалися машини з такими моторами, в тому числі і легкові. У Радянському Союзі так само були створені газогенераторні автомобілі, ЗІС 21, ЗІС 13, а також ГАЗ 42.

Працювали вони на звичайних дров'яних чурочкой. Правда, при заміні бензину на газ потужність двигуна падала, швидкість руху і вантажопідйомність теж, а однієї заправки газогенераторної установки вистачало на дев'яносто кілометрів пробігу, але в умовах воєнного часу при дефіциті інших видів палива та у віддалених місцях такі автомобілі успішно працювали. І навіть в Москві у воєнний час ходили автобуси, оснащені газогенераторними установками.

Незважаючи на загальне поширення бензину і солярки в якості палива для ДВС, постійно йдуть пошуки альтернативних джерел отримання пального. І вже існує кілька різних видів біопалива, здатного забезпечити роботу ДВЗ в будь-яких умовах.

Перспективним сировиною для біопалива є морські мікроводорості, які не вимагають ні чистої води, ні землі.

Дослідники визначили склад біопалива, отриманого з мікроводоростей Spirulina platensis, За допомогою мас-спектрометрії високої роздільної здатності. Вчені вивчили дві фракції біопалива, які виходять після того, як масу з водоростей оброблять спеціальним методом. Крім того, вони показали, що біопаливо за складом має мало спільного з нафтою, зате у нього є щось спільне з зеленкою - тієї самої, що можна купити в будь-якій аптеці. Робота була зроблена групою вчених з Сколтеха, Інституту енергетичних проблем хімічної фізики імені В. Л. Тальрозе РАН, Інституту біохімічної фізики імені М. М. Емануеля РАН, Об'єднаного інституту високих температур РАН, МДУ та Московського фізико-технічного інституту. Дослідження опубліковане в журналі European Journal of Mass Spectrometry. Коротко про нього розповідає прес-реліз Московського фізико-технічного інституту.

Водорості як порятунок екології

Біопаливо, як альтернативне джерело енергії, становить особливий інтерес для вивчення, адже воно допомогло б вирішити такі проблеми, як виснаження запасів нафти і глобальне потепління. На відміну від нафти, біопаливо виробляється з поновлюваних природних ресурсів, а при його спалюванні виділяється менше парникових газів. Бразилія, наприклад, вже забезпечує за допомогою біопалива 40% своїх потреб.

В якості сировини для біопалива використовують сільськогосподарські культури та інші рослини. Однак в цьому випадку доводиться займати родючу землю, яка могла б замість цього годувати людей. Перспективним сировиною для біопалива є морські мікроводорості, які не вимагають ні чистої води, ні землі. Водорості активно поглинають вуглекислий газ, а значить їх використання дійсно корисно для зменшення парникового ефекту. Паливо з мікроводоростей називають біопаливом третього покоління, і в даний час ведуться активні розробки з його виробництва.

рецепт біопалива

Якщо ми дізнаємося склад біопалива, ми зможемо вдосконалити процес його виробництва. Початкові техніки отримання пального з водорослевой маси були енергетично невигідними, тому що багато енергії витрачалося на висушування водоростей, в яких міститься багато води.

Для комерційного застосування потрібен був новий, більш ефективний метод. І такий метод придумали - це так зване гидротермальное скраплення: мокру біомасу нагрівають до температури більше 300 ℃, стискають тиском в 200 атмосфер і на виході отримують паливо. Приблизно той же принцип діє в природі, коли під впливом високих температур і високого тиску в надрах Землі утворюється нафту, тільки в реакторі це відбувається швидше. В результаті виходить дві фракції: рідке біопаливо і густа маса, яка залишається в реакторі. Це суміші, що складаються з тисяч індивідуальних компонентів і для визначення їх складу найкращим чином підійде мас-спектрометрії.

Мас-спектрометрія

Мас-спектрометрія - метод дослідження, за допомогою якого можна визначити склад речовини. Метод заснований на тому, що в електричному та / або магнітному полі різні сполуки поводяться по-різному - залежно від їх співвідношення маси і заряду m / z. На виході виходить мас-спектр - графік з піками інтенсивності, де кожному піку відповідає своє значення m / z.

Мас-спектри рідкої фракції (вгорі) і твердої фракції (внизу)

Вчені досліджували за допомогою мас-спектрометрії біопаливо, отримане з водоростей Spirulina platensis. В процесі гідротермального скраплення все речовини з температурою кипіння менше 300 градусів виходять з реактора у вигляді газу і охолоджуються в спеціальній ємності. Таким чином, виходить рідка фракція, а в реакторі залишається тверда фракція. Мас-спектрометричний аналіз показав, що обидві фракції містять найбільше речовин, у яких в складі є N і N 2, але компоненти твердої фракції різноманітніші і за властивостями відрізняються від компонентів рідкої фракції. Знайдені в біопаливі речовини не мали нічого спільного з речовинами, які містяться в звичайній сирої нафти, хоча і є горючими. Мас-спектрометрія дозволяє дізнатися тільки молекулярні формули речовин (наприклад, C 18 H 35 N 2). Щоб отримати якусь інформацію про структуру молекул, дослідники застосували метод заміни водню на дейтерій.

Заміна водню на дейтерій

Перед тим, як запустити молекули в мас-аналізатор, їх потрібно зарядити, інакше електромагнітне поле на них не подіє. У звичайних молекул заряд z \u003d 0, в них число протонів дорівнює числу електронів. А якщо, наприклад, до молекули приєднати протон (частка з зарядом +1), то вона стане іоном з зарядом z \u003d 1. Процес перетворення молекул в іони називається іонізацією. Коли водень замінюється на дейтерій, маса іона * стає більше і пік в спектрі зміщується. По тому, змістився пік чи ні, вчені визначають, в якому місці в молекулі стояв водень. Однак не будь-водень віддасть своє місце дейтерію, точніше не будь-яке місце водень зможе звільнити.

В ядрі дейтерію, або важкого водню, крім протона є нейтрон, який впливає на масу, але не на заряд

Перед запуском в мас-аналізатор молекули зразка піддають іонізації. В даному випадку до нейтральних сполук додавалися протони, і вони перетворювалися в позитивні іони. Приєднаний протон легко замінюється на дейтон, але виявилося, що в деяких компонентах біопалива заміни не відбувається. Вчені це зрозуміли по інтенсивності зміщеного піку, який виходить при заміні. У звичайній нафти зміщений пік мав таку ж інтенсивність, як незміщеної, а значить, заміна відбулася повністю.

У випадку з біопаливом, інтенсивність зміщеного піку була в п'ять разів менше. Це означає, що під одним піком криється кілька з'єднань і не у всіх з них є приєднаний водень, замість якого міг би встати дейтерій. Якщо речовини не піддаються іонізації, значить вони вже є позитивними іонами і в такому вигляді містяться в біопаливі. Ці речовини схожі на деякі барвники, такі, як наприклад діамантовий зелений, який входить до складу зеленки.

Євген Ніколаєв, член-кореспондент РАН, професор Сколтеха, науковий керівник Лабораторії іонної і молекулярної фізики МФТІ коментує: «Дослідження продуктів гідротермального скраплення мікроводоростей за допомогою мас-спектрометрії має важливе значення для підвищення ефективності виробництва біопалива. Подальша робота повинна бути сконцентрована на використанні сортів водоростей з максимально високим вмістом ліпідів і створення таких сортів з використанням генетичної модифікації. Так ми зможемо вибрати з них найефективніший сировину для біопалива ».опубліковано

Взяті. Вони можуть призвести в 30 разів більше енергії на одиницю площі, ніж більшість видів біопалива, Отриманих із зернових культур. Таке відкриття може сприяти створенню нової індустрії біологічного палива, заснованої на морських водоростях, Не кажучи вже про економію коштів на витрати для засіву зернових. Міністерство енергетики США підрахувало, що ...

https: //www.сайт/journal/122453

Вирощування їх близько до аеропортів з метою запобігання екологічних витрат. Дослідники з Cranfield заявили, що водорості зможуть проводитися авіаційною промисловістю на комерційній основі через чотири роки. За їх словами, водорості являють собою найкращий варіант з усіх видів біопалива, Оскільки вони не конкурують з продуктами харчування за землю. Це не перший випадок, коли British Airways зробила ...

https: //www.сайт/journal/131705

Було отримано патент на процес виробництва молекул дизельного палива в організмі ціанобактерії. Отриманням палива з кукурудзи або водоростей фахівці займаються вже давно, але але Joule, за її словами, вперше усунула посередника - біомасу, ... секрет в ціанобактеріях: вони поширені повсюдно і простіше водоростей, Тому ними легше маніпулювати. Компанія має намір вже в поточному році почати будівництво першого підприємства з виробництва біопалива, А на ринок продукт вийде через пару років ...

https: //www.сайт/journal/135241

Європейський аерокосмічний концерн показав світу майбутнє «зеленої» авіації. На Берлінському авіасалоні в повітря злетів перший у світі літак, заправлений біопаливом з морських водоростей. Над цим проектом і трудився ЕАДС (EADS). За основу був узятий невеликий чотиримісний літак «Даймонд Ді-Ей - 42» (Diamond DA-42). Як відзначають інженери, щоб «озеленити» ...

https: //www.сайт/journal/127016

Природного. Саме з цієї причини вже не один рік вчені шукали спосіб налагодити виробництво біопалива, Хімічно що не відрізняється від одержуваного на нафтопереробних заводах, проте першими успіху досягла група ... дослідників з інноваційної компанії LS9 в Сан-Франциско, США, що займається розробкою нових видів біопалива. У своїй роботі вчені використовували генетичний матеріал мікроорганізмів - так званих ціанобактерій, деякі з яких здатні ...

https: //www.сайт/journal/128377

Що кавуновий сік є ефективним джерелом хімічних сполук, які можуть використовуватися для виробництва біопалива, Наприклад, етанолу. При цьому вчені відзначають, що кавуновий сік можна використовувати відразу або ... його отримання було економічно вигідним. В даний час вчені шукають різноманітні ресурси для отримання біопалива. Так, нещодавно в Гренландії вирішили робити біопаливо з полярних акул Somniosus microcephalus, які регулярно трапляються в мережі місцевих рибалок. Популяція ...

https: //www.сайт/journal/120029

Заміни палив, що отримуються за допомогою нафтопереробки. Вже давно точаться розмови про те, що біопаливо зможе істотно знизити нашу залежність від нафти, однак традиційні кандидати в компоненти паливних сумішей біологічного ... нестачі продовольства. У світлі описаних вище обставин багато дослідників давно намагаються розробити методи отримання « біопалива другого покоління », сировиною для якого можуть бути непридатні для їжі целюлозовмістні компоненти рослин, часто ...