Биотопливо из водорослей: Биотопливо из водорослей. Cleandex

Биотопливо из водорослей. Cleandex

По своим
энергетическим характеристикам водоросли
значительно превосходят другие источники.

200 тысяч
гектаров прудов могут производить
топливо, достаточное для годового
потребления 5% автомобилей США. 200 тысяч
гектаров — это менее 0,1% земель США
пригодных для выращивания водорослей.

Однако,
водоросли, содержащие большее количество
масла, растут медленнее. Например,
водоросли, содержащие 80% нефти
вырастают раз в 10 дней, в то время как,
водоросли, содержащие 30% -3 раза в день.

Производство
водорослей привлекательно еще и тем,
что в ходе биосинтеза поглощается
углекислый газ из атмосферы.

Однако,
основная технологическая трудность
заключается в том, что водоросли
чувствительны к изменению температуры,
которая вследствие этого должна
поддерживаться на определенном уровне
(резкие суточные колебания недопустимы).

Также
коммерческому применению водорослей
в качестве топлива препятствует на сегодняшний день отсутствие эффективных
инструментов для сбора водорослей в больших объемах. Также необходимо
определить наиболее эффективные для сбора масла виды.

Технологии
выращивания водорослей

Департамент
Энергетики США исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе
«Aquatic Species Program». Исследователи пришли
к выводу, что Калифорния, Гаваи и Нью-Мексико пригодны для промышленного
производства водорослей в открытых
прудах. В течение 6 лет водоросли
выращивались в прудах площадью 1000 м2.
Пруд в Нью-Мексико показал высокую
эффективность в захвате СО2.
Урожайность составила более 50 гр.
водорослей с 1 м2
в день.

Кроме
выращивания водорослей в открытых
прудах существуют технологии выращивания
водорослей в малых биореакторах,
расположенных вблизи электростанций.
Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом
для выращивания водорослей. Эта технология
не требует жаркого пустынного климата.

Компания BioKing приступила к серийному производству запатентованных
биореакторов по разведению водорослей,
пригодных к немедленной эксплуатации,
которые включают быстрорастущие
водоросли с высоким содержанием масла.

Испанские ученые нашли один
из видов микроводорослей, которые
способны гораздо быстрее размножаться,
чем другие биологические собратья при определенном освещении. Если в открытом
море каждый кубометр воды приходится
до 300 экземпляров водорослей, то
исследователи получили 200 млн.
экземпляров на тот же кубометр воды.

Микроводоросли растут в пластиковом цилиндре диаметром в 70 см
и длиной в 3 м. Водоросли размножаются
делением. Они делятся каждые 12 часов,
и постепенно вода в цилиндре превращается
в зеленую плотную массу. Один раз в день
содержимое цилиндра подвергается
центрифугированию. Остаток представляет
собой практически стопроцентное
биотопливо. Насыщенная жирами часть
этой массы преобразуется в биодизель,
а углеводороды — в этанол.

Разработки биотоплива из водорослей

Корпорация Chevron, один из мировых
энергетических гигантов начали
исследование возможности использования
водорослей в качестве источника энергии
для транспорта, в частности, для реактивных
самолетов. В ходе исследований будут
изучены виды водорослей, которые содержат
максимальный процент масел в своем
составе, а также разработаны методы
культивирования водорослей.

Компания Honeywell, UOP недавно начала
проект по производству военного
реактивного топлива из 
водорослевых
и растительных масел.

Компания Green Star Products завершила
вторую фазу испытаний демонстрационного
завода по производству биодизеля из водорослей в Монтане. Во время второй
фазы выбирались оптимальные условия
для выращивания водорослей штамма
zx-13.

GSPI разработала гибридную
систему выращивания водорослей в прудах — Hybrid Algae Production System. Обычные
водоросли живут при температуре воды
около 30 по Цельсию, zx-13 выживают при температуре около — 44. zx-13 также
продемонстрировали хорошую устойчивость
к повышенному содержанию солей в воде.

Однако, во второй фазе испытаний
GSPI не удалось отработать технологию
сбора водорослей. Водоросли созрели
раньше, чем ожидалось, и оборудование
ещё не было готово. Технология GSPI
позволяет собирать водоросли размером
более 2 мкрн. Водоросли меньшего
размера возвращаются в пруд для дальнейшего выращивания.

На следующем этапе технология
GSPI будет испытываться на пруду площадью
100 акров. Ведутся переговоры о размещении 100-акрового пруда в Калифорнии,
Миссури и Юте. В дальнейшем возможно
увеличить площадь до 500 — 1000 акров.

Крупная энергетическая компания
Японии Tokyo Gas Co намерена построить
демонстрационный завод, на котором из морских водорослей будут получать
электричество. Для работы газовых
генераторов на станции будет использоваться
метан, выделяемый из мелко изрубленных
водорослей.

Для ряда японских префектур,
включая столичную, загрязнение побережья
водорослями остается серьезной
экологической проблемой. Они нередко
выделяют при гниении зловонный запах
и портят пейзаж.

Между тем новейшая разработка
японских специалистов предлагает решить
эту проблему с экономической выгодой.
Экспериментальная модель завода с газовым электрогенератором, которая
уже работает в лаборатории несколько
лет, позволяет в день уничтожать до 1
тонны водорослей.

При этом вырабатывается около
9,8 киловатт электроэнергии. Эта пилотная
установка позволяет получать около
20–30 куб метров метана в месяц — этого
объема достаточно, чтобы ровно на половину сократить месячный расход на электричество средней семьи.

По подсчетам Tokyo Gas, строительство
предприятия, в зависимости от производственной мощности, требует от нескольких десятков млн до 200 млн иен.

Испанская фирма Bio-Fuel-Systems
планирует не только изготовлять из водорослей горючее, но и снижать уровень
двуокиси углерода, который образуется
при производстве электроэнергии с использованием органических видов
топлива. В 2008 году запланировано
строительство подобной установки в районе города Аликанте.

Компании Shell и HR Biopetroleum намерены
построить на Гавайских островах опытный
завод по получению растительного масла
из микроводорослей и его дальнейшей
переработке в биотопливо.

Микроводоросли будут выращивать
на месте, в специальном открытом бассейне
с морской водой. Виды микроводорослей
будут отобраны для дальнейшего
использования из местных образцов
морских организмов, в качестве критерия
отбора будут использованы быстрый рост
водорослей и максимальный выход
растительного масла

Авиационная промышленность
также заявила о начале разработок по использованию морских водорослей, в качестве сырья для производства
авиационного топлива. Компания Боинг
сообщила, что альтернативой биодизелю,
произведенному из морских водорослей,
в будущем может стать производство
авиационного биотоплива.

Согласно документу, никакое
биотопливо, которое сегодня производится,
не может быть использовано в качестве
авиационного топлива. Этанол поглощает
воду и разъедает двигатель и топливный
провод, в то время как биодизель замерзает
при низких температурах (на крейсерской
высоте). Кроме того, биотопливо обладает
более низкой термической стабильностью,
чем обычное реактивное топливо.

Специалисты Боинга считают,
что оптимальным сырьем для производства
биотоплива станут морские водоросли,
из которых получают в 150 — 300 раз больше
масла, чем из сои. По их мнению, биотопливо
из водорослей — это будущее для авиации.
Так, если бы весь флот авиалиний мира
по состоянию на 2004 год использовал 100%
биотопливо, полученное из морских
водорослей, понадобилась бы 322 млрд.
литров масла.

Для выращивания этих водорослей
необходима земля площадью 3,4 млн. га. В расчете принято, что с одного гектара
получается 6 500 литров ежегодно. Для этих
целей, возможно, использовать земли,
которые не пригодны для выращивания
пищевых сельхозкультур.

Переработка водорослей Alfa Laval | Alfa Laval

• 
  Оборудование
• 
  Сервис

Ваша организация ведет научные исследования или занимается производственной деятельностью в области, связанной со сбором водорослей, выращенных в открытых прудах или биореакторах? Вам нужно надежное производственное оборудование? Центральное место в процессе сбора водорослей занимает сепарация, оборудование для которой Альфа Лаваль выпускает уже более 130 лет. Альфа Лаваль предлагает целый ряд проверенных технологических решений.

Новое применение проверенной технологии для  сохранения окружающей среды 

Многие эксперты считают получение биотоплива из водорослей эффективной альтернативой ископаемым видам топлива, хотя попытки практической реализации этой идеи начали предприниматься сравнительно недавно. Но Альфа Лаваль уже десятки лет выпускает оборудование для переработки макро- и микроводорослей. Мы предлагаем целый ряд проверенных технологических решений и свою помощь в преодолении некоторых трудностей, возникающих при получении биотоплива из водорослей. Альфа Лаваль также предлагает решения для производства на основе водорослей продуктов для фармацевтики, пищевых продуктов и т.п. 

Мы поможем реализовать ваш опытный проект 

В настоящее время Альфа Лаваль принимает участие в многочисленных  опытных проектах по всему миру, поэтому мы достаточно хорошо подготовлены, чтобы помочь в реализации и вашего. Из таких проектов можно, например, отметить работу университета штата Юта, в задачу которой входит разработка и демонстрация недорогих, коммерчески окупаемых технологий для крупномасштабного производства топлива из водорослей. Другой пример – проект по получению высокотехнологичных продуктов на основе водорослей для нужд фармацевтической, пищевой и рыбоводческой отраслей, для производства кормов для животных и топлива.  

Сепарация водорослей: технологическая схема 

На схеме показаны примеры использования оборудования Альфа Лаваль на различных этапах технологического процесса после извлечения водорослей из открытого пруда, фотобиореактора или ферментера. Выбор оборудования зависит от требуемой производительности и параметров продукта: вязкости, содержания частиц твердой фазы, значения рН ферментативного бульона и прозрачности. 

Our solutions

High-speed separators

A number of Alfa Laval separators are suitable for use in the harvesting stage to separate the algae cells from the liquid growth media. These include both intermittent and continuous discharging separators for capacities ranging from a few litres to hundreds of cubic meters.

Decanters

Alfa Laval decanters are perfect for dewatering the algae biomass slurry after it has been processed in a separator, resulting in a concentrated product. Again, we have equipment suitable for pilot plants up to commercial scale facilities.

Membranes

Alfa Laval membranes can be employed to enhance the separation performance, for example in the pre-concentration step.

Evaporators

Alfa Laval evaporators can ideally be used for concentration of products, for example oils, produced by algae.

Брошюры

Algae processing
2016-10-25 1030 kB

Engineering a greener world
2016-10-25 1076 kB

ExxonMobil делает ставку на биотопливо из водорослей

• Биотопливо из водорослей изначально выглядело многообещающе, но несколько ключевых проблем помешали крупным исследовательским усилиям, включая разработку штамма водорослей, способного производить дешевое топливо в изобилии, и расширение производства для удовлетворения глобального спроса на энергию.
• Другие решения в области альтернативной энергетики, включая энергию ветра и солнца, опережают достижения в области биотоплива из водорослей.
• Чтобы биотопливо из водорослей стало жизнеспособным, требуется гораздо больше денег и времени, чтобы биотопливо из водорослей стало жизнеспособным, даже в течение длительного периода времени, вплоть до середины века. В то время как крупные игроки, такие как Shell и Chevron, отказались от этих усилий, ExxonMobil продолжает работу.
• В 2017 году ExxonMobil и Synthetic Genomics объявили, что они использовали технологию редактирования генов CRISPR для создания штамма водорослей, который может проложить путь к низкоуглеродному топливу и устойчивому будущему. Но многие экологи отнеслись к этому утверждению скептически, заподозрив гринвошинг.

Исследования в области биотоплива из водорослей получили ранний всплеск в 1970–90-х годах. Затем, в течение короткого промежутка времени, примерно с 2009 по 2017 год, эта технология альтернативного топлива стала любимцем индустрии возобновляемой альтернативной энергетики. Это было воспринято как решение многих мировых климатических проблем из-за способности водорослей улавливать углерод без значительного повышения цен на продукты питания, как это потенциально может быть в случае с другими видами топлива из биомассы, полученными из кукурузы, сои и сахарного тростника.

Биотопливо из водорослей, которому предсказывали большой успех, было ускорено в исследованиях и разработках биотехнологическими компаниями в союзе с крупными корпорациями, включая Shell, Chevron и Exxon.

Но после многочисленных неудач, неудачных испытаний и огромных непредвиденных производственных затрат биотопливо из водорослей сегодня больше не является фаворитом, и многие компании выбыли из гонки, включая Chevron и Shell.

Тем не менее, даже несмотря на то, что его первоначальный блеск потускнел, сегодня он остается соблазнительным природным решением проблемы изменения климата, и некоторые компании, в том числе ExxonMobil, все еще активно его используют.

Райан Дэвис и его коллеги из Sandia National Laboratories разработали метод повторного использования критически важных и дорогостоящих питательных веществ для выращивания водорослей, фосфатов и азота. Изображение предоставлено Sandia Labs.

Что такое биотопливо из водорослей и водорослей?

«Что такое водоросли?» оказывается удивительно сложным вопросом. Они являются одними из самых простых производителей органических продуктов в мире, использующих свет и углекислый газ для производства биомассы. Зеленые водоросли, например, используют для роста фотосинтез. Но водоросли относятся не только к растениям. Скорее, это очень разнообразная и генетически разнообразная группа организмов, происходящих из четырех биологических царств: бактерии, хромисты, растения и простейшие.

По оценкам последних исследований, на Земле насчитывается от 30 000 до 1 миллиона видов водорослей с поразительным разнообразием, начиная от микроскопических диатомовых водорослей (одноклеточных морских организмов, производящих более 20% мирового кислорода) и заканчивая гигантскими морскими водорослями ( достигая высоты 100 футов или 30 метров). Водоросли содержат строительные блоки всей органической жизни: белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, причем липиды особенно и потенциально полезны для производства энергии

Превращение водорослей в биотопливо начинается в лаборатории, где каждый штамм тестируется, а затем генетически модифицируется, чтобы расти быстрее и быть богаче липидами, нерастворимыми в воде жирными кислотами, которые производят масло водорослей, основной ингредиент желанной жидкости. биотопливо. Согласно недавнему исследованию Индийского технологического института, микроводоросли могут содержать от 15 до 77% масла, что делает их привлекательными кандидатами на роль биодизеля.

(L-R): суспензия водорослей; биосырая нефть; и, после дальнейшей переработки, переработанную биосырую нефть, содержащую в основном компоненты бензина и дизельного топлива. Изображение предоставлено Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией через Flickr (CC BY-NC-SA 2.0). Суспензия водорослей. Изображение предоставлено Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией через Flickr (CC BY-NC-SA 2.0).

Поиск, тестирование и усовершенствование штаммов водорослей, чтобы они становились сильнее и быстрее — превращая их в суперзвезды биотоплива — это то, что называется биоразведкой. А делать это дорого и долго.

На протяжении многих лет достижение революционного прорыва в технологии биотоплива из водорослей (быстро растущие и развивающиеся в лаборатории водоросли, богатые липидами) рассматривалось индустрией как эквивалент роял-флеша в покере: нечто, над чем нужно работать и на что надеяться. , но очень трудно достичь в игре с альтернативными видами топлива, и всегда далеко.

Но создание идеальных микроводорослей будет лишь первым шагом. Затем исследователям нужно было собрать водоросли, разрушить клеточные стенки химическими растворителями, затем извлечь внутренние липиды, белки и углеводы, которые проходят заключительный этап обработки для превращения их в биотопливо. Затем, конечно, возникла необходимость масштабировать весь процесс, выращивая микроводоросли в промышленных масштабах в огромных открытых бассейнах, требующих огромного количества земли и огромного количества пресной или соленой воды.

Эта пугающая сложность объясняет, почему индустрия биотоплива из водорослей сегодня остается специализированной и очень дорогой игрой, в которую играют только те, кто может себе позволить и терпеть высокий риск. Будь то ученые, играющие со временем; венчурные капиталисты, делающие ставку на большую краткосрочную прибыль, а не на отдаленную долгосрочную прибыль; или биотехнологические фирмы, пытающиеся быстро заработать, не тратя два, чтобы создать жизнеспособный продукт, — большинство в конечном итоге проигрывают дому.

Ученые исследуют штаммы водорослей для биотоплива. Изображение предоставлено Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии.

Некоторые крупные игроки поставлены в тупик наукой

Большинство инноваций в технологии биотоплива из водорослей финансируются и реализуются частными компаниями, такими как Algenol во Флориде или Synthetic Genomics в Южной Калифорнии. Тем не менее, правительство США также сыграло важную роль в финансировании проектов и партнерстве с частными организациями в стремлении найти окончательный штамм водорослей (или несколько вместе), который будет успешно конкурировать на рентабельном уровне с ископаемым топливом.

Исторически сложилось так, что для большинства компаний эта выигрышная рука так и не пришла или, возможно, наступит через десятилетия. Компании, в том числе Algenol и TerraVia Holdings (ранее Solazyme), которые первоначально инвестировали значительные средства в биотопливо из водорослей в первом десятилетии нулевых, несколько лет назад отказались от поиска, вместо этого производя потребительские товары на основе водорослей. Некоторые, как Sapphire Energy, несмотря на разворот, сдались. Как уже отмечалось, и Shell, и Chevron, которые изначально вложили значительные средства в эту технологию, отказались от этих усилий.

Почему безумие, а потом упадок? В компаниях и организациях, в лабораториях и государственных учреждениях узнали, что наука намного сложнее, чем предполагалось изначально.

В то время как другие альтернативные возобновляемые источники энергии, а именно солнечная, ветровая и геотермальная, за последние 15 лет достигли больших успехов с точки зрения инноваций, снижения затрат и внедрения, биотопливо из водорослей все еще находится в стадии исследований и разработок.

Эксперты говорят, что даже с такими достижениями в области редактирования генов, как технология CRISPR, потребуются гораздо большие инвестиции — многие миллионы долларов, — чтобы наука о биотопливе из водорослей заработала. И у большинства компаний, изначально поддерживаемых венчурными капиталистами, нет финансирования второго и третьего раундов, необходимого для того, чтобы остаться в игре.

Пробирки, заполненные различными штаммами водорослей. Поиски эффективного биотоплива из водорослей и его масштабирование, вероятно, потребуют десятилетий и многих миллионов долларов в будущем. Изображение предоставлено Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии через Flickr.

Государственная поддержка критична

В первые дни альтернативной энергетики на Диком Западе биотехнология водорослей выглядела настолько многообещающе, что правительство США вложило значительные средства.

Биотехнологическая фирма Solazyme, например, получила около 22 миллионов долларов США на строительство завода по биопереработке водорослей Министерством энергетики США (DOE). Во время своего стремительного взлета Solazyme также получила контракт Министерства обороны на поставку ВМС США топлива на основе водорослей, а также получила многочисленные национальные награды за возобновляемые источники энергии. Затем, в 2017 году, TerraVia Holdings, ранее Solazyme, подала заявление о банкротстве по главе 11.

Выведенный из эксплуатации эсминец класса Spruance Paul F. Foster (EDD 964) проводит успешную демонстрацию использования на борту альтернативного топлива во время плавания в Тихом океане на смеси 50-50 полученного из водорослей, гидрообработанного водорослевого масла и нефти. Изображение предоставлено ВМС США.

Сегодня, после ухода многих частных компаний и ряда дорогостоящих неудачных попыток производства работающего жидкого топлива из водорослей в больших масштабах, намного сложнее создать прочные партнерские отношения или получить федеральные средства.

Государственные чиновники США, такие как Дэниел Фишман, менеджер по технологиям в Управлении биоэнергетических технологий Министерства энергетики США (BETO), остаются задумчивыми, но с надеждой на будущее водорослей. «Мы очень рады тому, что продукты обезуглероживания поступают в экономику, и направляем наши усилия», — говорит он, имея в виду цель президента США Джо Байдена значительно сократить выбросы парниковых газов за счет кардинального пересмотра политики в области изменения климата.

На самом деле, администрация снова обращается к биотопливу, чтобы помочь решить некоторые из наиболее сложных энергетических проблем страны. «Альтернативы, которые могут иметь смысл для автомобилей, на самом деле не работают в авиационной отрасли», — отмечает Фишман.

Еще в апреле Министерство энергетики выделило 61,4 миллиона долларов на новые исследования в области биотоплива и в настоящее время принимает предложения. «Биотопливо — один из наших самых многообещающих путей к безуглеродной авиации и судоходству», — сказала министр энергетики Дженнифер М. Грэнхольм.

Тем не менее, Фишман говорит, что он не решается делать какие-либо точные прогнозы биотоплива из водорослей, но говорит, что Министерство энергетики и его партнеры находятся на пути к выполнению обязательства по демонстрации значительного роста водорослей на определенном участке земли и увеличению производства в открытых прудах. к 2025 году.

Цель к 2050 году, достигнутая с помощью государственных и частных партнерств, состоит в том, чтобы открыть, усовершенствовать и произвести штамм водорослей, который окажется конкурентоспособным по стоимости с ископаемым топливом на энергетическом рынке.

Пруды Raceway, где водоросли выращивают для биотоплива. Изображение предоставлено Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии.

Как работает наука

Аманда Бэрри — менеджер по исследованиям и разработкам в Sandia National Labs в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Она также является главным исследователем проектов LEAF (использование свойств водорослей в качестве топлива) в рамках программы Министерства энергетики США BETO.

Для нее хороший день в лаборатории — это когда водоросли остаются зелеными, потому что многие, как она объясняет, умирают на этапе генетического тестирования.

После того, как в одной лаборатории будет обнаружен хорошо растущий штамм, его можно передать, протестировать и интегрировать на национальном уровне в рамках проекта DOE BETO по разработке комплексного скрининга, оптимизации сортов и проверочных исследований (DISCOVR), консорциума национальных лабораторий ( одной из которых является Sandia National Laboratories), которые предназначены для тестирования штаммов водорослей на предмет потенциальной продуктивности в рамках исследований.

Наряду с разработкой систем выращивания водорослей, исследователи из Sandia также испытывают методы, позволяющие ускорить рост водорослей и способные выращивать их на открытом воздухе в больших водоемах, где вода постоянно движется с помощью весла.

Королевский стрейт-флеш, который ищет Sandia Labs, представляет собой штамм водорослей, способный быстро и устойчиво расти при минимальном количестве питательных веществ на открытом воздухе — возможно, водоросль с именно той липидной цепью, которая однажды будет использоваться в качестве реактивного топлива.

Чашка Петри с различными образцами цианобактерий для тестирования биотоплива. Изображение предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии и Деннисом Шредером. Предсказывалось, что биотопливо из водорослей станет большим победителем, и биотехнологические компании быстро включили его в исследования и разработки в сотрудничестве с крупными корпорациями, занимающимися ископаемым топливом, и другими, но успех был недостижим. Изображение от Honeywell через Wikimedia Commons.

Synthetic Genomics объединяется с ExxonMobil

Synthetic Genomics, биотехнологическая компания, основанная 15 лет назад, со штаб-квартирой в Ла-Хойя, штат Калифорния, — место, богатое как солнцем, так и соленой водой, что делает его идеальным местом для исследований водорослей.

Однако у компании есть еще одно большое преимущество в биотопливной отрасли. Synthetic Genomics — одна из последних крупных биотехнологических лабораторий, заключившая бесценное партнерство с крупной корпорацией, которая может вкладывать миллионы долларов в исследования и разработки. Этим партнером является ExxonMobil, крупнейшая в мире публичная нефтегазовая компания.

В 2017 году ExxonMobil объявила, что она вместе с Synthetic Genomics использовала технологию редактирования генов CRISPR для создания штамма водоросли, который, по словам нефтяной компании, может проложить путь к низкоуглеродному топливу и устойчивому будущему, которое «сократит риск изменения климата».

Но после многих лет исследований и многих других неудач в сфере высоких технологий некоторые защитники окружающей среды сомневаются в мотивах продолжающегося финансирования ExxonMobil исследований, направленных на поиск Святого Грааля: штамма микроводорослей, производящего энергию.

Критики особенно задаются вопросом, может ли гигант, работающий на ископаемом топливе (известный своими длительными кампаниями по дезинформации о климате), быть более заинтересованным в возможностях PR и гринвошинга, предлагаемых в связи с альтернативной технологией биотоплива.

С момента объявления CRISPR в 2017 году ExxonMobil использовала социальные сети, включая Facebook, Instagram и Twitter, для распространения своей кампании «Миниатюрная наука», утверждая, что микроводоросли могут «заправлять грузовики, корабли и самолеты завтрашнего дня», при этом поглощая CO ₂  из окружающей среды, согласно критике Джозефа Уинтерса, опубликованной в Harvard Political Review .

Аналитики отмечают, что биомасса водорослей, независимо от того, используется ли она в качестве топлива, добавки к пище или напиткам — все водоросли , повсеместно, на самом деле — действительно поглощает CO ₂ из окружающей среды. Но критически все зависит от масштаба. Нынешние возможности выращивания биотоплива из водорослей не могут даже отдаленно компенсировать огромное количество углерода, которое ExxonMobil ежегодно выбрасывает в атмосферу невозобновляемым топливом — чистые выбросы парниковых газов компании в 2019 году составили примерно 120 миллионов метрических тонн эквивалента углекислого газа..

На заводе St. Marys Cement компания Pond Biofuels извлекает углекислый газ из дымовых газов и выращивает водоросли, чтобы уменьшить загрязнение и произвести полезный продукт. Изображение Дэвида Доджа/Green Energy Futures через Flickr (CC BY-NC-SA 2.0).

Независимо от мотивов ExxonMobil, Synthetic Genomics кажется уверенной в своем партнерстве и даже продолжила свои исследования во время пандемии. Микеле Рубино, представитель Synthetic Genomics, сказал, что компания удвоила свои исследования водорослей за последние три или четыре года, отказавшись от других программ, чтобы посвятить себя исключительно поиску решения проблемы водорослей.

Однако он прямолинейно и реалистично оценивает потенциал водорослей в качестве замены невозобновляемого топлива. «Мы не думаем, что он когда-либо будет конкурировать, этого просто не произойдет», — говорит Рубино. «Нефть и нефть имеют 150-летнюю фору».

Так зачем продолжать? Рубино объясняет, что, хотя работа идет медленно и стабильно, прогресс есть. Компания вышла на открытый воздух два года назад, и ее сорта, выращенные в пруду, обещают выполнить цель компании и ExxonMobil по производству 10 000 баррелей топлива из водорослей в день к 2025 году. Согласно последнему отчету, текущий ежедневный объем производства ExxonMobil включает 4 миллиона баррелей. нефти и природного газа.

Впереди долгая дорога

Что бы ни случилось с сотрудничеством ExxonMobil и Synthetic Genomics, их путь к успеху полон неприятных камней преткновения.

Одной из проблем является загрязнение. Что произойдет, спросите защитники окружающей среды, если и когда генетически измененные водоросли попадут в мир природы? Могут ли сильные микроводоросли, генетически модифицированные для сверхбыстрого роста, разрушать экосистемы, нанося ущерб местным водорослям и другим водным организмам?

Рубино заверил Монгабея, что водоросли, выведенные в лабораториях синтетической геномики, больше угрожают миру природы, чем наоборот. «Поскольку они выращены в лаборатории, это делает их крайне невыгодными в реальном мире», — говорит он.

Агентство по охране окружающей среды США, похоже, согласно с этой оценкой. Недавно компания одобрила один из штаммов Synthetic Genomics для использования на открытом воздухе. Чтобы получить это одобрение, водоросли необходимо было протестировать в воздухе, почве и воде.

Другие вопросы: вода, земля, удобрения и потребление энергии. Когда биотехнологические компании начали экспериментировать с большими открытыми прудами с водорослями, использование пресной воды было серьезной проблемой, хотя большинство современных исследований, в том числе и Synthetic Genomics, используют большое количество соленой воды для выращивания водорослей. Еще одной проблемой является использование большого количества синтетических азотных и фосфорных удобрений для выращивания, поскольку глобальное чрезмерное использование уже резко дестабилизировало биогеохимические естественные циклы азота и фосфора на Земле, создав обширные мертвые зоны океана. Другой большой проблемой является количество энергии и земельных площадей, необходимых для масштабного производства биотоплива из водорослей.

Экспериментальный открытый пруд с морскими водорослями размером с акр в Калифорнии, где ExxonMobil и Synthetic Genomics делают следующий шаг к своей цели — производству биотоплива в больших масштабах. Изображение предоставлено Synthetic Genomics.

Этот вопрос масштаба может быть главным камнем преткновения: даже если ExxonMobil и Synthetic Genomics достигнут своей цели по производству 10 000 баррелей в день к 2025 году, это всего лишь капля в море по сравнению с 97 103 871 баррелем нефти, используемой по всей планете каждый день. Увеличение биотоплива из водорослей, чтобы оно могло конкурировать с нефтью, производимой во всем мире, очевидно, еще далеко.

Что снова вызывает вопрос: зачем продолжать инвестировать? Зачем продолжать этот долгий и трудный путь, когда выплата может быть минимальной, что далеко не соответствует великой мечте о спасающем мир возобновляемом топливе, усиленном человеческой изобретательностью — королевском стрит-флеше на века?

Как и потенциал водорослей, конец игры еще предстоит увидеть.

Изображение баннера: Посреди резервуаров для выращивания водорослей исследователь Брайан Двайер просматривает образец перед измерением мутности. Изображение предоставлено Sandia National Laboratories через Flickr (CC BY-NC-ND 2.0).

Разъяснения : После первоначальной публикации этой статьи Управление биоэнергетических технологий Министерства энергетики и Национальные лаборатории Сандии связались с Монгабеем и предоставили ряд незначительных разъяснений. Те изменения, которые добавили деталей, но существенно не изменили содержание рассказа, были включены в произведение.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ: Используйте эту форму, чтобы отправить сообщение автору этого сообщения. Если вы хотите опубликовать публичный комментарий, вы можете сделать это внизу страницы.

Статья опубликована Гленном Шерером

водоросли, Альтернативная энергия, Биоэнергетика, Биотопливо, Сохранение углерода, Биоэнергетика с отрицательным выбросом углерода, Изменение климата, Политика в области изменения климата, Наука о климате, Сохранение, Энергия, Окружающая среда, Популярные, Топливная эффективность, Газ, Глобальное потепление, Зеленый, Зеленая энергия, Теплица Выбросы газа, парниковые газы, оптимистичная окружающая среда, влияние изменения климата, природные ресурсы, нефть, загрязнение, переработка, возобновляемая энергия, исследования, устойчивое развитие, отходы

ПЕЧАТЬ

Биотопливо из водорослей | Биоэнергетика | NREL

NREL разрабатывает технологии и помогает подготовить рабочую силу нового поколения к
обеспечить коммерциализацию водорослевого биотоплива.

Текстовая версия

Мы сосредоточены на понимании текущих затрат на производство биотоплива из водорослей и
использование этой информации для определения и разработки стратегий снижения затрат. Наша работа
распределяется по всей цепочке создания стоимости от идентификации производственного штамма
на биотопливо и биопродукты модернизации.

Узнайте о наших возможностях технико-экономического анализа биотоплива из водорослей.

Избранные публикации

Комбинированная переработка водорослей: новый интегрированный процесс биопереработки для производства водорослей
биотопливо и биопродукты, Algal Research (2016)

Проектирование и экономика производства водорослевой биомассы: производство водорослевой биомассы
в системах открытых прудов и переработка путем обезвоживания для последующего преобразования , Технический отчет NREL (2016 г. )

Фосфокетолазный путь способствует метаболизму углерода у цианобактерий, Nature Plants (2015)

Предварительная обработка биомассы водорослей, катализируемая кислотой, для комплексной обработки на основе липидов и углеводов
производство биотоплива, Зеленая химия (2015)

Производство этиленобразующих ферментов и биоэтилена, Биотехнология для биотоплива (2014)

Просмотреть все публикации NREL по биотопливу из водорослей .

Возможности

Сохранение штаммов биотоплива из водорослей

Ввиду растущего значения водорослей в будущем биотоплива и продуктов питания
земледелие, долгосрочное сохранение генетического разнообразия и исходного состояния
организм критичен. Штаммы водорослей могут генетически дрейфовать с течением времени по мере адаптации
к ограниченному свету и условиям роста в лабораторных условиях, особенно когда
штаммы поддерживаются в постоянных условиях, таких как коллекция культур для
лет подряд. Тщательно заморозив эти культуры в жидком азоте, мы можем бесконечно
сохранить генетическое состояние образца для будущих исследований в области производства биотоплива
и другие полезные черты.

Контактное лицо: Эрик Кношауг

Производство транспортного топлива из этилена, полученного фотосинтезом

Мы разрабатываем цианобактерию Synechocystis sp. для производства этилена и др.
продукции при фототрофном росте. Исследования биоэтилена NREL получили в 2015 г. научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
100 Award, а также награду Editor’s Choice Award журнала R&D в категории «Материалы/механика».
категория.

Контактное лицо: Jianping Yu

Выявление многообещающих штаммов

NREL сотрудничает с Лос-Аламосской национальной лабораторией (LANL) и Pacific Northwest
Национальная лаборатория идентифицирует небольшое количество потенциальных штаммов водорослей
проявляющие свойства, необходимые для развертывания, в том числе температурные оптимумы для
летние и озимые культуры, рост как в соленой, так и в пресной воде, а также генетическая гибкость.

Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт LANL Greenhouse.

Контактное лицо: Michael Guarnieri

Штаммы инженерного биотоплива

Мы оцениваем потенциал инженерии на основе малых РНК в водорослях и других
липогенные микроорганизмы путем проведения исследований малой РНК цельных клеток для выявления
регулирующие РНК, которые влияют на гены и пути производства биотоплива. Однажды идентифицированный,
эти небольшие виды РНК будут использоваться для конструирования организмов для увеличения производства биотоплива.
производство и другие полезные свойства.

Контактное лицо: Эрик Кношауг

Создание испытательных стендов

Являясь членом Государственно-частного партнерства по исследованию водорослей, возглавляемого Университетом штата Аризона,
мы сосредоточены на создании устойчивой сети региональных испытательных стендов для сбора
и обмениваться информацией в сообществе исследователей и разработчиков водорослей, содействовать
инновации и ускорить рост производства биотоплива и биопродуктов из водорослей.
Наши цели — расширить доступ заинтересованных сторон к высококачественной продукции для выращивания в открытом грунте.
и лабораторные помещения; поддерживать технико-экономические, экологические и ресурсные
моделирование деятельности; закрыть критические пробелы в знаниях; и информировать анализы состояния
технологии производства водорослевого биотоплива и биопродуктов.

Контактное лицо: Филип Пиенкос

Исследование системной биологии

Мы работаем в многопрофильной группе под руководством Университета Джона Хопкинса, чтобы
построить симбиотические отношения между микробными фототрофами (цианобактериями или
водоросли) и гетеротрофы (бактерии или дрожжи), что позволяет развивать сопряженную систему
для легкой фиксации CO2 и высокоэффективного синтеза пригодных для использования масел
в качестве биотоплива.

Контактное лицо: Michael Guarnieri

Улучшение сбора урожая и термокаталитическая обработка

последующие процессы преобразования, снижают потребление энергии и воды и дают более высокую концентрацию
биомассы при сборе урожая.

Контактное лицо: Jacob Kruger

Преобразование биомассы из водорослей

NREL разрабатывает новые технологические решения для снижения стоимости производства биотоплива из водорослей
за счет более полного использования биомассы водорослей. Мы разработали недорогой,
низкоэнергетический метод деконструкции биомассы водорослей для восстановления и модернизации
липидов, углеводов и белков в биотопливо и биопродукты.

Контактное лицо: Филип Пиенкос

Разработка попутного продукта из компонентов биомассы водорослей

стоимость побочных продуктов и, в конечном счете, количественная оценка стоимости биомассы для различных
путей преобразования или модернизации. Мы намерены установить новый стандарт для водорослей
повышение ценности биомассы на основе общего потенциального дохода на тонну. По аналогии с
идея замены всего барреля сырой нефти возобновляемыми альтернативами, мы
исследовать варианты производства химических веществ биологического происхождения, которые потенциально
заменить нефтехимическую продукцию, т. е. иметь высокую стоимость и занять большой рынок
достаточно, чтобы повлиять на стоимость производства биотоплива.

Контактное лицо: Lieve Laurens

Технические стандарты для индустрии водорослей

Наша группа работает над скоординированной разработкой стандартных аналитических процедур
для характеристики биомассы водорослей. Для этого мы ведем исследования по развитию
и проверка новой методологии для определения и описания основных компонентов
водорослевая биомасса. Стандартные методы анализа биохимического состава можно бесплатно скачать в Интернете. Основу анализа компонентов микроводорослей продолжает анализ водорослей.
Организация биомассы посредством распространения измерений промышленных водорослей
документ, теперь в версии 7.0. Дополнительную информацию можно найти на веб-сайте организации по биомассе водорослей, где можно загрузить документ IAM.

Контактное лицо: Lieve Laurens

Повышение ценности зеленой сырой нефти, полученной из водорослей Поддержка достижений в производстве биомассы водорослей
проект, возглавляемый Фондом водорослей, который работает с университетами, компаниями по производству биотоплива из водорослей, а также с общественными и профессиональными организациями.
технических колледжей разработать учебный план на основе водорослей для подготовки будущих кадров.

Контактное лицо: Lieve Laurens

Подготовка кадров нового поколения
проект, возглавляемый Фондом водорослей, который работает с университетами, компаниями по производству биотоплива из водорослей, а также с общественными и профессиональными организациями.

технических колледжей разработать учебный план на основе водорослей для подготовки будущих кадров.

Контактное лицо: Синди Герк

Выполнение технико-экономического анализа

Мы предоставляем технико-экономическое моделирование и анализ для поддержки
программа исследований и разработок в области биомассы. Сюда входит создание
технологические и экономические модели (с рецензируемой документацией) для выращивания, переработки,
и преобразование биомассы водорослей в топливо и побочные продукты, связанные с ключевыми параметрами процесса
с общей экономикой процесса.

Contact: Ryan Davis

Research Team

Principal Investigators

Engineers

Tao Dong

Bob McCormick

Eric Tan

Ed Wolfrum

Scientists

Earl Christensen

Джина Чупка

Лиза Фаутс

Шэрон Смолински

Энн Стараче

Эрик Ваделиус

Стефани Ван Вайхен

Wei Xiong

Техники/Техническая поддержка

Ник Суини

Аспиранты/стажеры

Algas Dahlin

Colloborators 9009

ALGAS Dahlin

.