АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ПОЛУЧЕНИЯ БИОТОПЛИВА ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Б01: 10.24937/2542-2324-2021-1-8-1-269-271 УДК 662.63

Г.В. Черкаев, Е.А. Чихонадских

СПбГМТУ, Санкт-Петербург

АНАЛИЗ КРИТЕРИЕВ ПОЛУЧЕНИЯ БИОТОПЛИВА ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ

В работе были проанализированы основные критерии получения биотоплива из водорослей, изучены характеристики водорослей, их достоинства, выполнен анализ условий выращивания микроводорослей в России. Ключевые слова: биотопливо, водоросли, биодизель, биомасса, фотобиореактор. Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

DOI: 10.24937/2542-2324-2020-1-S-I-269-271 UDC 662.63

G.V. Cherkaev, E.A. Chikhonadskikh

St. Petersburg State Marine Technical University, St. Petersburg

ANALYSIS OF THE CRITERIA FOR OBTAINING BIOFUEL FROM ALGAE

The main criteria for obtaining biofuel from algae were analyzed in the article, the characteristics of algae, their advantages were studied, and the conditions for growing microalgae in Russia were analyzed. Key words: biofuel, algae, biodiesel, biomass, photobioreactor.

Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

Производство и использование биотоплива (БТ) в различных сферах осуществляется сейчас по всему миру, но довольно в небольших объемах. Но с каждым годом объемы производства и использования биотоплива стремительно увеличиваются. Потенциал для перехода судов на биотопливо создается достаточный.

На настоящий момент суда, использующие биодизельное топливо, исчисляются единицами и курсируют пока по малым маршрутам. Одним из главных недостатков, преграждающим активное использование биотоплива из водорослей, является высокая стоимость производства.

Топливо, полученное из водорослей, называют биотопливом третьего поколения. Целесообразность развития такого направления развития связана со спецификой состава водорослей: молекулы накапливаемых масел (в объеме 75-85% сухого веса) имеют схожую структуру с обычной нефтью [1].

Исследования различных характеристик дизелей при использовании БТ различного происхождения и его смесях в разных пропорциях с дизельным топливом (ДТ) показали значительное снижение практически всех видов выбросов (кроме оксидов азота). Исследование работы дизеля на смеси ДТ и БТ в соотношении 20:80 при работе в разных режимах показали небольшое увеличение расхода топлива и снижение мощности. Подобные исследования подтверждают возможность работы дизелей на БТ без значительного негативного влияния на рабочие характеристики двигателя и снижение эмиссии практически всех основных загрязняющих веществ.

Исследования водорослей для массового производства нефти сосредоточены главным образом на микроводорослях (организмах, способных к фотосинтезу, которые имеют диаметр менее 0,4 мм, включая диатомовые водоросли и цианобактерии) в отличие от макроалгий, таких как морские водо-

Для цитирования: Черкаев Г.В., Чихонадских Е.А. Анализ критериев получения биотоплива из водорослей. Труды Крыловского государственного научного центра. 2021; Специальный выпуск 1: 269-271.

For citations: Cherkaev G.V., Chikhonadskikh E.A. Analysis of the criteria for obtaining biofuel from algae. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2021; Special Edition 1: 269-271 (in Russian).

Г.В. Черкаев, Е.А. Чихонадских

Анализ критериев получения биотоплива из водорослей

Таблица 1. Виды микроводорослей и выход нефти

Виды микроводорослей Выход нефти, %

сухой массы

Анкистродез ТР-87 28-40

Botryococcus braunii 29-75

Chlorella sp 29

Chlorella protothecoides 15 55

(автотрофные / гетеротрофные)

Crypthecodinium cohnii 20

Cyclotella DI-35 42

Dunaliella tertiolecta 36-42

Hantzschia DI-160 66

Наннохлорис 31(6-63)

Наннохлоропсис 46 (31-68)

Неохлорис олеоабунданс 35-54

Nitzschia TR-114 28-50

Phaeodactylum tricornutum 31

Scenedesmus TR-84 45

Шизохитрий 50-77

росли. Предпочтение микроводорослям связано в основном с их менее сложной структурой, быстрыми темпами роста и высоким содержанием нефти (для некоторых видов). Однако в настоящее время проводятся исследования по использованию морских водорослей в качестве биотоплива, что, вероятно, обусловлено высокой доступностью этого ресурса [2].

В целом, водоросли можно разделить на две основные группы в зависимости от их размера, а именно: макроводоросли (или морские водоросли) и микроводоросли.

К середине прошедшего десятилетия исследователи из разных стран по всему миру начали изучать следующие виды водорослей на предмет их пригодности в качестве массовых производителей масле и нефти: Botryococcus braunii; Chlorella vulgaris; Dunaliella tertiolecta; Gracilaria; Pleurochysis car-terae (также называемый CCMP647); Sargassum, с 10-кратным объемом выпуска Gracilaria. К другим используемым видам относятся Clostridium saccha-roperbutylacetonicum, Sargassum, Gracilaria, Prymne-sium parvum и Euglena gracilis.

Количество масла, которое производит каждый штамм водорослей, варьируется в широких пределах. Стоит обратить внимание на микроводоросли

и их различные выходы нефти, представленные в таблице 1.

В связи с тем, что ресурсы растительных масел, полученных из сельскохозяйственных культур, ограничены, специалисты в области производства биодизеля проводят исследования по выращиванию специальных видов водорослей как перспективного сырья для производства биодизеля (БД) [3]. Было установлено, что водоросли, принадлежащие к родам Chlamydomonas, Chlorella и др., способны накапливать в своей биомассе от 20 до 80% липидов, на основе которых можно производить БД. Эти виды водорослей автотроф-ны (только вода, углекислый газ и солнечный свет необходимы для их роста; кроме того, они растут очень быстро, их производительность может достигать 50 г/м2-день). Их можно выращивать как в открытых резервуарах, так и в фотобиореакторах (ФБР), установленных рядом с теплоэлектростанцией, в качестве источников углекислого газа и отработанного тепла [4].

Выращиваемые в акватории Белого моря макроводоросли Laminaria digitata и Laminaria saccharina являются неподходящими для производства биотоплива, так как они не могут накопить в своей биомассе достаточное количество липидов. В некоторых изученных штаммах микроводорослей количество липидов может достигать 44%, в то время как максимальное количество липидов, накапливаемое в макроводорослях - 9%.

Наиболее подходящими для выращивания и использования в качестве биотоплива являются штаммы водорослей: Chlorella vulgaris, Chlamydomonas reinhardtii, Scenedesmus dimorphous, Nannochloropsis oculata. Липидная часть данных штаммов составляет 31-47%.

Для аналогичных целей можно культивировать гетеротрофные водоросли, в этом случае, хотя необходимо подготовить питательные среды для культивирования, можно использовать обычные ферментеры, а не ФБР. Соответствующие виды водорослей получены с помощью генной инженерии; в частности, генетически модифицированный штамм Chlorella protothecoides способен накапливать в 4 раза больше липидов в своей биомассе, чем при автотрофном культивировании.

Наиболее подходящей схемой выращивания микроводорослей для РФ является выращивание микроводорослей в ФБР. Технологическая схема выращивания на базе ФБР, которая обеспечивала бы производство 100000 т/год биомассы, включает

270

Труды Крыловского государственного научного центра. Специальный выпуск 1, 2021

6 независимых установок. Площадь производствен- 2. ной площадки в таком случае составляет порядка 6000 м2. Выход масла при такой схеме достигает 140 м3/га (при 40-50%-ном содержании липидной 3. части в биомассе).

Список использованной литературы

1. Трохачева Е.В., Черкаев Г.В., ЧихонадскихЕ.А. Биотопливо третьего поколения // Неделя науки 4. СПбГМТУ-2019: сборник докладов Всероссийского фестиваля науки «Каика 0+». 2019. Т. 2. С. 261-264.

Rocca S., AgostiniA., Giuntoli J., MarelliL. Biofuels from algae: technology options, energy balance and GHG // Insights from a literature review. 2015. Черкаев Г.В., Чихонадских Е.А., Трохачева Е.В. Использование водорослей для решения вопросов экологической безопасности урбанизированных регионов // Экология и развитие общества. 2020. № 1(32). С. 13-18.

Barry A., Wolfe A., English C., Ruddick C., Lambert D. National Algal Biofuels Technology Review // Report to the U.S. Energy Department. 2016.

Поступила / Received: 15.11.21 Принята в печать / Accepted: 08.12.21 © Черкаев Г.В., Чихонадских Е.А., 2021