Содержание
Ученые ЕС изготовили топливо из водорослей
Что, если для диверсификации материалов для доступного биотоплива человек заглянет в в морские глубины? Исследователи пошли по этому пути, они совершенствуют технологию, которая будет экологичной и финансово жизнеспособной.
В датском Орхусе по улицам ездит экспериментальный автомобиль. В его баке — смесь бензина (90%) с новинкой — биотопливом на основе морских водорослей. Ученые сравнивают показатели выбросов этой машины в сравнении с автомобилями, работающими на чистом бензине.
Инженер Стен Франдсен констатирует: «Мы замеряем разные показатели — и оксид углерода, и двуокись углерода, и оксиды азота. Тесты показывают, что в выбранной пропорции смесь с добавлением водорослей обеспечивает такой же уровень выбросов, что и референтное топливо».
У водорослей есть огромное преимущество — способность поглощать СО2 из воздуха в процессе роста.
Следующий этап эксперимента — изменение пропорций в топливной смеси, доля биогорючего будет больше.
Ученые считают, что человечество должно полностью перейти на биосмеси в ближайшее время.
«Мы видим, как на рынке появляется все больше электромобилей, но ведь это — не единственное решение для борьбы с загрязняющими выбросами, — отмечает Стен Франдсен. — У нас есть тяжелый транспорт, есть водный транспорт, есть самолеты,… все эти категории поглощают большое количество ископаемого топлива. Нам нужно найти ему замену, возможно, морские водоросли могли бы решить проблему».
Ученые обращают внимание на возможность устойчивого и долговременного использования водорослей. Они легко растут повсюду, где есть солнце и морская вода, таким условиям отвечает 70% территории планеты (для сравнения: для многих других видов биотоплива нужны пахотные земли, удобрения и пресная вода, что делает их массовое производство сложнее).
Как наладить производство топлива на основе водорослей в промышленных масштабах? Этим вопросом активно занимаются исследователи европейского проекта MacroFuels.
В лаборатории в Нидерландах они ищут самый эффективный и малозатратный способ преобразования сахаров водорослей (составляющих иногда до 60% растения) в топливные материалы.
Химик Яаап ван Хал показывает: «Итак, мы берем морские водоросли, затем с помощью воды выделяем сахар вместе с некоторыми связанными энзимами и кислотами. Получаем раствор. Точно так же, как в производстве вина или пива, запускаем процесс сбраживания. На выходе получаем этанол или бутанол, смешиваем его с обычным топливом. В нашем распоряжении — смесь Е10, можно спокойно заправлять машину и ехать».
Активизация производства биотоплива предполагает производство большего количества водорослей. В рамках европейского проекта развитие получили специализированные фермы по разведению водорослей. С ними ученые надеются в сто раз сократить затраты на производство биотопливных смесей. Одновременно морские водоросли могут стать основой для производства широкой линейки продуктов.
Координатор проекта Берт Гренендаал рассказывает: «Когда мы начали проект пару лет назад, мы работали с квадратными метрами площадей, где росли водоросли.
Сегодня мы занимаемся гектарами, в ближайшее время выйдем на квадратные километры. Сегодня цена за литр биотоплива на основе морских водорослей слишком высока, возможно, оно стоит в сто раз больше традиционного топлива. Но по мере роста масштаба производства цена будет снижаться, мы выйдем в сегмент, в котором сможем конкурировать с традиционными видами топлива».
По оценкам ученых, биотопливо из водорослей станет рентабельным в течение 25 ближайших лет.
Подписывайтесь на Euronews в социальных сетях
Telegram, Одноклассники, ВКонтакте,
Facebook, Twitter и Instagram.Эфир и программы Euronews можно смотреть
на нашем канале в YouTube
Также по теме
Бретань атакуют «зелёные приливы»
Первый в мире CO2-нейтральный грузовой рейс
Норвежские медики заключают пациентов в капсулы
ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
ЛЕГКОВЫЕ АВТОМАШИНЫ
ТОПЛИВО
ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭКОЛОГИЯ
Биодизель из водорослей может стать лучшим экологически чистым топливом будущего
Поиск устойчивых источников энергии продолжается быстрыми темпами.
В исследовании, освещенном в Международном журнале технологий возобновляемой энергии , рассматривается один из таких источников — водоросли, из которых может быть получено биодизельное топливо. В работе обсуждаются вопросы производства и сравниваются характеристики таких видов топлива с другими источниками дизельного топлива.
Альпеш Вирендрабхай Мехта и Нирвеш Суманбхай Мехта из факультета машиностроения Государственного инженерного колледжа, Гуджарат, Индия, объясняют, как продолжающаяся индустриализация увеличивает потребность в энергии во всем мире. Это порождает различные взаимосвязанные проблемы для человечества — истощение ресурсов, рост загрязнения и изменение климата. Ископаемое топливо, на которое мы полагались на протяжении десятилетий, представляет собой полностью неустойчивый и сильно загрязняющий ресурс.
Возможность использования углеродных соединений, полученных из устойчивых источников, таких как сельскохозяйственные культуры и водоросли, может стать временным решением для получения энергии.
Преимущество устойчивых источников в том, что они являются возобновляемыми, и они будут необходимы, пока мы продолжаем полагаться на сжигание для транспортных средств, отопления и производства энергии, по крайней мере, до тех пор, пока не будут созданы полностью устойчивые и экологически чистые источники энергии, такие как ветер, солнце и приливы. более универсально и доступно. Также существует вероятность того, что определенные подходы к биотопливу, которые заменяют ископаемое топливо, будут иметь меньший углеродный след при той же выходной мощности. Использование водорослей вместо топливных культур даст дополнительное преимущество, поскольку не вытеснит продовольственное сельское хозяйство.
Команда продемонстрировала, что биодизельное топливо из водорослей менее вязкое, чем обычное дизельное топливо, и поэтому у него более короткая задержка перед сгоранием в дизельном двигателе. Минимальная химическая задержка также приносит пользу дизельному топливу из водорослей с точки зрения максимальной термической эффективности.
Присутствие кислорода в дизельном топливе из водорослей также увеличивает эту эффективность, потому что атомы кислорода действуют, способствуя сгоранию «внутри» самого топлива.
Команда сообщает, что дизельное топливо из водорослей дает лучшие характеристики, чем обычное дизельное топливо. Кроме того, анализ выхлопных газов различных смесей удовлетворяет нормам выбросов биодизеля в Индии, пишет команда. Они предполагают, что дизельное топливо из водорослей будет экологически выгодной заменой обычного дизельного топлива.
Дополнительная информация: Альпеш Вирендрабхай Мехта и др., Производство, характеристика, сравнение и эффективность биодизельного топлива из водорослей как экологически чистого топлива, Международный журнал технологий возобновляемых источников энергии (2021 г.). DOI: 10.1504 / IJRET.2021.115283
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Source:
Tech Xplore
Теги: БиотопливоЭнергетика
Проблемы и возможности биотоплива из водорослей: впереди долгий путь
9 апреля 2019 г.
обновлено 28 января 2020 г. 8:23
Сектор экологически чистых технологий разлюбил водоросли как сырье для производства биотоплива, но надежда на водоросли еще есть -производное топливо в долгосрочной перспективе. Каковы недавние достижения, направленные на совершенствование производственных процессов, благодаря которым водорослевое биотопливо может конкурировать с нефтью в ближайшие десятилетия?
По
Крис Ло
Доцент химического машиностроения Университета Юты Свомитра Моханти. Предоставлено: Дэн Хиксон, Инженерный колледж Университета штата Юта,
Десять лет назад пространство зеленых технологий было освещено энергетическим потенциалом водорослей. Топливо, полученное из водорослей, получившее название «биотопливо третьего поколения», обладает несколькими ключевыми преимуществами по сравнению с более ранним сырьем, основанным на растительных культурах, таких как сахарный тростник и кукуруза (первое поколение производства биотоплива) и потоках растительных или животных отходов (второе).
Эти преимущества водорослей включают более высокий выход биотоплива по сравнению с предыдущими системами, разнообразный список возможных видов топлива, включая биодизельное топливо, бутанол, этанол и даже реактивное топливо, а также тот факт, что крупномасштабное выращивание водорослей — будь то в открытых прудах или более усовершенствованные системы с замкнутым циклом — можно использовать на землях, непригодных для выращивания продовольственных культур, что устраняет ключевую проблему, связанную с тем, что культуры, используемые в качестве сырья для биотоплива, будут конкурировать с производителями продуктов питания.
Биотопливо из водорослей: шумиха и разочарование
В течение более чем пяти лет, примерно с 2005 года, компании по производству биотоплива на основе водорослей, в том числе такие, как Algenol, Sapphire Energy и Solazyme, привлекли сотни миллионов долларов в виде инвестиций в частный сектор, обещая, что химико-технологические водоросли смогут производить десятки миллионов галлонов топлива за несколько лет по ценам, конкурентоспособным с ископаемым топливом.
Преобразование топлива из водорослей в целом основано на высоких концентрациях липидов в сырье: жирных, маслосодержащих молекулах кислот, которые можно экстрагировать для создания биотоплива.
Спустя почти 15 лет мир зеленых технологий разлюбил биотопливо из водорослей. Несмотря на большие суммы, потраченные на разработку процесса конверсии, амбициозные производственные цели отрасли, не говоря уже о конкурентоспособности по стоимости по сравнению с ископаемым топливом, остаются далекой мечтой. С точки зрения затрат, значительное снижение цен на нефть в 2008 и 2014 годах, конечно, не помогло конкурентоспособности биотоплива, но технические проблемы также оказались серьезным камнем преткновения. Возникли неразрешимые проблемы с точки зрения энергетического баланса экстракции липидов, поддержания подходящих условий для выращивания в открытых водоемах и огромных объемов воды, CO₂ и удобрений, необходимых для того, чтобы водоросли могли достаточно быстро фотосинтезировать в больших масштабах.
«Моделирование производства биотоплива из микроводорослей показывает, что для того, чтобы приблизиться к 10% транспортного топлива ЕС, которое, как ожидается, будет поставляться за счет биотоплива, потребуются пруды, в три раза превышающие площадь Бельгии», — написал морской биолог Университета Суонси профессор Кевин Флинн в 2017 году. « А чтобы водоросли в этих прудах производили биотопливо, потребуются удобрения, эквивалентные 50% текущих общих ежегодных потребностей сельскохозяйственных культур в ЕС».
В результате, большинство компаний, рекламирующих биотопливо из водорослей, в 2005-2012 годах были вытеснены из бизнеса или переключили свои бизнес-модели на производство из водорослей более ценных продуктов, таких как диетические добавки, пищевые добавки, корма для животных и косметика.
Но в то время как перспектива биотоплива из водорослей остается бездействующей, а венчурное финансирование 2005 года уже давно двинулось вперед, долгосрочный потенциал технологии остается, и достижения последних лет поддерживают водорослевый шар.
Путь вперед может быть долгим, но все эти недавние идеи и открытия могут представлять собой важные шаги.
Решение проблемы энергетического баланса
Одним из основных моментов трения в компоненте экстракции липидов при производстве водорослевого биотоплива является необходимость заблаговременного удаления из водорослей всей влаги, оставляя сухой порошок, из которого можно отделить липиды. Это одна из причин того, что для питания процесса часто требуется больше энергии, чем дает полученное топливо на другом конце уравнения.
Тем не менее, новый метод, изобретенный исследователями из Университета штата Юта, может решить проблему энергетического паритета. Команда инженеров-химиков разработала новую технологию струйного смесителя, которая устраняет необходимость в энергоемких процессах сушки. Новый смесительный реактор выпускает струи растворителя в струи водорослей в жидкой суспензии, создавая турбулентность, необходимую для того, чтобы липиды переходили в поток растворителя.
Мало того, что этот процесс требует гораздо меньше энергии, исследователи говорят, что он также быстрее, липиды извлекаются за считанные секунды.
«Было предпринято много похвальных исследований по усовершенствованию биотоплива из водорослей, но ни одна из них еще не привела к ценовому уровню, способному привлечь коммерческое развитие», — сказал доцент химического машиностроения Университета Юты Свомитра Моханти, соавтор результатов группы, которые были опубликованы в журнале Chemical Engineering Science X . «Наши разработки могут изменить это уравнение и вернуть биотопливо из водорослей».
Оптимизация производственного процесса
Дальнейшие мысли о том, как оптимизировать процесс получения биотоплива из водорослей, были предложены Национальным центром биоэнергетики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США (NREL). В статье, опубликованной в июне 2018 года R&D, руководитель стратегического проекта Национального биоэнергетического центра Филип Пиенкос изложил исследования NREL в области экономики и практичности производства биомассы водорослей в больших открытых прудах.
Согласно технико-экономическому анализу группы, после достижения определенной экономии за счет масштаба и улучшения характеристик штаммов и методов культивирования в будущем можно будет производить биомассу водорослей по цене 300 долларов США за сухую тонну. Однако этого все равно недостаточно, чтобы конкурировать с сырой нефтью.
В связи с этим NREL изучает жизнеспособность концепции «комбинированной переработки водорослей» (CAP), которая включает в себя установку, способную одновременно производить биотопливо из водорослей вместе с рядом полезных побочных продуктов, включая поверхностно-активные вещества, полиуретаны и пластиковые композиты. .
Расширение масштаба с ExxonMobil и Synthetic Genomics
Synthetic Genomics — одна из немногих компаний, основанных в период «золотой лихорадки» разработки биотоплива из водорослей, которая по-прежнему уделяет особое внимание топливу, сотрудничая с ExxonMobil для работы над производством биотоплива из водорослей в беспрецедентных масштабах.
После многих лет биологических исследований по оптимизации производства масла из водорослей партнеры в настоящее время продвигаются в полевых исследованиях на открытом воздухе, выращивая естественные водоросли в нескольких закрытых прудах в Калифорнии.
Synthetic Genomics и Exxon считают, что с достигнутым прогрессом и ожиданиями дальнейших достижений они смогут производить 10 000 баррелей биотоплива из водорослей в день к 2025 году. Основные достижения на данный момент включают объявление партнеров летом от 2017 года, что генетическая модификация штамма микроводорослей Nannochloropsis gaditina привела к удвоению содержания липидов в водорослях с 20% до более чем 40%, что значительно увеличило выход энергии из исходного сырья.
Текущее исследование на открытом воздухе будет использовать дикие водоросли, а не версию с отредактированными генами; как отметил в 2017 году Кевин Флинн из Университета Суонси, ведутся более широкие дебаты об экологических последствиях генетической модификации, которая может «рискнуть появление неудержимых вредных видов водорослей, которые могут уничтожить рыболовство и нанести ущерб источникам питьевой воды».
Биотопливо из водорослей восстало из мертвых, теперь с улавливанием углерода
Заинтересованные стороны, занимающиеся биотопливом из водорослей, застряли в упадке в течение многих лет, но по странному стечению обстоятельств индустрия ископаемого топлива может помочь водорослям вернуться. Судя по всему, новый план состоит в том, чтобы совместить выращивание водорослей с углеродными отходами газовых электростанций и других промышленных предприятий. Помимо биотоплива, выращивание водорослей может также производить корма для животных, корм для рыб, пищевые добавки и туалетные принадлежности для людей, а также продукты из биопластика.
Почему биотопливо из водорослей?
CleanTechnica пролила много чернил на область исследования биотоплива из водорослей несколько лет назад, во время администрации Обамы. В отличие от других энергетических культур, водоросли можно выращивать в прудах или искусственных сооружениях, не выводя пахотные земли из оборота, и у них быстрый цикл роста до сбора урожая.
Высокое содержание масла в некоторых штаммах водорослей является еще одной главной достопримечательностью, и путь исследований и разработок водорослей может привести к отрицательному выбросу углерода.
С другой стороны, найти экономичный способ выращивания водорослей и извлечения масла в промышленных масштабах — сложная задача, особенно если главной целью является сокращение выбросов углерода, а не их увеличение.
Картина выглядела яркой в начале 2000-х, вплоть до администрации Обамы. Однако к тому времени, когда бывший президент Обама покинул свой пост в 2016 году, цены на нефть рухнули. Относительно низкая стоимость нефти, казалось, положила конец идее биоэкономики, работающей на биотопливе из водорослей.
Тем не менее, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики была среди тех, кто продолжал инвестировать в исследовательские проекты водорослей, и область водорослей продолжала расширяться в новых направлениях. Например, в 2018 году Министерство энергетики финансировало направление биопластиков из водорослей.
В 2020 году исследователи изучали идею подключения к высокоскоростной 3D-печати. Миссия на Марс также вызвала новый всплеск интереса к биотопливу из водорослей.
Улавливание углерода на помощь
В январе этого года Управление биоэнергетических технологий Министерства энергетики (BETO) запустило новый конкурс AlgaePrize для студентов, направленный на развитие «следующего поколения специалистов в области биоэкономики путем расширения новых решений для производства, переработки и разработки новых продуктов на пути к к коммерциализации водорослей в гигатонном масштабе для использования в качестве топлива, продуктов питания, продуктов и утилизации / секвестрации углекислого газа ».
Если вы заметили, что речь идет об углекислом газе, вот тут-то и начинается счастливый танец для заинтересованных сторон, заинтересованных в использовании природного газа. Улавливание углерода из дымовых газов может оказаться элементом с добавленной стоимостью, который улучшит итоговые результаты выращивания водорослей.
Вот куда, кажется, движется БЕТО. На прошлой неделе офис объявил о раунде финансирования в размере 16,5 миллионов долларов для шести проектов по водорослям, связанных с улавливанием углекислого газа.
Шесть проектов были выбраны за их потенциал, чтобы продемонстрировать улучшение улавливания углерода водорослевыми системами, что приводит к биотопливу и другим продуктам, а также к сокращению затрат и сокращению общих выбросов парниковых газов.
«Водоросли могут расти на отходах CO 2 , функционируя как поглотитель углерода. Затем эту биомассу водорослей можно использовать для создания биотоплива и биопродуктов с низким уровнем выбросов или без них, которые вытесняют парниковые газы», — отмечает BETO.
Natural Gas Hearts Algae Biofuel
Не все шесть новых проектов, финансируемых BETO, сосредоточены на углероде, улавливаемом из дымовых газов. Колорадская горная школа, например, планирует испытать свою систему выращивания водорослей в пруду, используя концентрированный углекислый газ, полученный путем прямого улавливания воздуха.
Другой лауреат, Университет штата Колорадо, работает над системой водорослей, которая эффективно работает на атмосферном углероде.
Трое других лауреатов сосредоточены на двуокиси углерода от промышленных потребителей ископаемой энергии, включая электростанции: материалы диоксида, микробиоинженерия и Центр наук об окружающей среде Университета Мэриленда. Четвертым лауреатом в классе точечных источников является компания Global Algae Innovations, которая уделяет особое внимание дымовым газам электростанции, работающей на нафте.
Если направление биотоплива не сработает в коммерческих масштабах, в игру могут вступить другие аспекты рынка биотоплива из водорослей.
Аналитики рынка прогнозируют рост рынка водорослей в ближайшие годы. Потребители находятся в поиске пищевых добавок для здорового питания, особенно среди подрастающего поколения.
«Ожидается, что повышение популярности пищевых продуктов на основе водорослей и растущая популярность веганской пищи станут тенденциями на рынке водорослей.
Водоросли уже широко используются в биопластиках, косметике, продуктах питания, биоупаковке, биотопливе, а также в фармацевтических и нутрицевтических продуктах», — отмечает компания Transparency Market Research.
Долгая игра ExxonMobil с биотопливом из водорослей
Вся эта деятельность позволяет компании ExxonMobil в перспективе снова и снова заниматься биотопливом из водорослей.
ExxonMobil стала инициатором добычи сланцевого газа после того, как администрация Буша отменила положения Закона о чистой воде в 2006 году, и компания продолжала удваивать закупки газа, даже когда цены резко упали.
Беспорядочная гонка за сланцевым газом выглядела неудачной ставкой по целому ряду причин, особенно когда цены на газ резко упали после 2005 года. активисты-акционеры требовали прозрачности. Ковид-19пандемия не сильно помогла делу. По состоянию на прошлый год у компании было столько финансовых проблем, что она упала с индекса Dow Jones Industrial Average.
Вдобавок ко всему, печально известная роль ExxonMobil в подавлении науки о климате становится очевидной теперь, когда связанные с климатом катастрофы затрагивают население во всем мире, а также здесь, в США.
Тем не менее, цены на газ снова растут, и у ExxonMobil есть шанс вырваться наверх, отчасти из-за интереса к биотопливу из водорослей.
ExxonMobil инвестирует в исследования биотоплива из водорослей по крайней мере с 2009 года, хотя с тех пор его деятельность в коммерческом аспекте выращивания водорослей не была прямой. В 2013 году, например, казалось, что компания потеряла интерес к быстрому выходу на рынок биотоплива из водорослей. Вместо этого она занялась фундаментальными исследованиями в рамках четырехлетнего контракта с фирмой Synthetic Genomics, Inc.
. биотоплива из водорослей в промышленных масштабах еще не появилось.
Угол захвата углерода может изменить правила игры. Перспективы биотоплива из водорослей действительно выглядели мрачными несколько лет назад, но теперь, когда все больше федеральных долларов вкладывается в улавливание углерода из точечных источников, перспективы улучшились.
Собственные инвестиции ExxonMobil в улавливание углерода также могут сыграть свою роль.
К 2016 году компания уже погружалась в идею о том, что решение по переработке углерода на электростанциях может стать лучшим аргументом в пользу улавливания углерода, чем модель улавливания и связывания.
Следующие шаги для водорослей
ExxonMobil, например, взволнована. Компания перечисляет следующие преимущества по сравнению с этанолом из кукурузы и другим биотопливом, полученным из наземных энергетических культур: спорный вопрос.
Это почти в пять раз больше топлива на акр, чем от сахарного тростника или кукурузы.Это все хорошо, но ExxonMobil и другим заинтересованным сторонам в области ископаемой энергетики пора прекратить выкапывать больше углерода из земли и начать делать гигантские шаги к более устойчивому энергетическому профилю.
Улавливание двуокиси углерода на электростанциях — это шаг в правильном направлении, но он ничего не меняет с точки зрения местного воздействия добычи ископаемой энергии на окружающую среду и не влияет на количество ускользающих неорганизованных выбросов. от буровых площадок, транспортных сетей и складских помещений.
В той мере, в какой выращивание водорослей на газовых электростанциях позволяет увеличить добычу газа, это просто еще одна форма парникового газа.
В любом случае, похоже, что выращивание водорослей на электростанциях имеет окно возможностей. В ноябре прошлого года ExxonMobil возобновила сотрудничество с Synthetic Genomics под новым названием Viridos.