CC BY
202
МИКРОВОДОРОСЛИ — ИСТОЧНИК АЛЬТЕРНАТИВНОГО ТОПЛИВА
Василенко Анна Павловна
магистрант МГМУ (МАМИ), РФ, г. Москва E-mail: vasilenkoannet@yandex. ru Иванникова Елена Михайловна канд. техн. наук, доцент МГМУ (МАМИ), РФ, г. Москва Систер Владимир Григорьевич д-р техн. наук, профессор, член-корр РАН, заведующий кафедрой «Инженерная
экология и альтернативная энергетика» МГМУ (МАМИ),
РФ, г. Москва Ямчук Анастасия Игоревна старший преподаватель МГМУ (МАМИ), РФ, г. Москва Цедилин Андрей Николаевич канд. техн. наук МГМУ (МАМИ), РФ, г. Москва Иванникова Юлия Михайловна
инженер,
ООО «Национальная инновационная компания»,
РФ, г. Москва
MICROALGAE — ALTERNATIVE FUEL SOURCES
Vasilenko Anna
graduate student
of Moscow State Engineering UNIVERSITY (MAMI),
Russia, Moscow Ivannikova Elena candidate of Technical Sciences, Professor of Moscow State Engineering UNIVERSITY (MAMI),
Russia, Moscow Sister Vladimir
doctor of Technical Sciences, Professor, corresponding member of the RAN, head of the department "Engineering ecology and alternative power engineering"
Moscow State Engineering UNIVERSITY (MAMI),
Russia, Moscow Yamchuk Anastasia senior lecturer
of Moscow State Engineering UNIVERSITY (MAMI),
Russia, Moscow Tsedilin Andrey
created by free version of
candidate of Technical Sciences, Moscow State Engineering UNIVERSITY (MAM),
Russia, Moscow Ivannikova Julia
engineering,
LLC "National Innovation Company",
Russia, Moscow
АННОТАЦИЯ
В статье обосновано использование микроводорослей, как одного из перспективного источника растительного сырья для получения биотоплива. Приведены данные по сопоставлению с другими растительными культурами по объему производства масла с единицы площади. Представлены данные по использованию микроводорослей в качестве источника для биотоплива в мире.
In article use of microseaweed, as one of a perspective source of vegetable raw materials for receiving biofuel is proved. Data on comparison to other vegetable cultures on oil output from unit of area are provided. Data on use of microseaweed as a source for biofuel in the world are submitted.
Ключевые слова: биотопливо; биомасса; микроводоросли.
Keywords: biofuels; biomass; microalgae.
Быстрое сокращение ресурсов ископаемого энергетического сырья заставляет интенсивно осваивать возобновляемые энергетические ресурсы, среди которых первое место по объемам потребления возобновляемой энергии занимает растительная биомасса. Также топлива, полученные из растительного сырья более экологичны в сравнении с традиционным ископаемым энергетическим сырьем. Постепенное замещение углей, природного газа и продуктов нефтеперегонки биотопливом, произведенным из возобновляемого растительного сырья поможет восстановлению и сохранению баланса углекислоты в атмосфере.
ABSTRACT
created by free version of
В настоящее время актуальны поиски и промышленное освоение альтернативного растительного сырья высокой продуктивности для получения биотоплив. Особый интерес в этом плане представляют микроводоросли (МВ), которые можно выращивать как в открытых водоемах (включая засоленные пруды и озера), так и в полностью контролируемых условиях с применением фотобиореакторов (ФБР). Повышенное внимание уделяется разработке технологий культивирования и переработки микроводорослей в различные виды биотоплива [4, ^ 103]. Это связано с неоспоримыми преимуществами культивирования (выращивания) микроводорослей перед традиционным растениеводством в сфере производства биомассы энергетического назначения. Так, микроводоросли обладают исключительно высокой производительность, в сотни раз превышающей урожайность современных сельскохозяйственных культур (Таблица 1). Организация производства микроводорослей возможна на площадях, не пригодных для земледелия. Кроме того, МВ различных видов существенно различаются по своему химическому составу и, в зависимости от конкретных практических задач, могут быть использованы в качестве энергетического сырья для производства любых существующих на сегодняшний день биотоплив [2, ^ 125].
Таблица 1.
Объемы производства масел микроводорослей с единицы площади в _сравнении с традиционными масличными культурами_
Культура кг масла с га литров масла с га
Кукуруза 145 172
Кешью 148 176
Овес 183 217
Люпин 195 232
Хлопок 273 325
Конопля 305 363
Соя 375 446
Лен 402 478
Лесной орех 405 482
Семена тыквы 449 534
Семена горчицы 481 572
Рыжик (растение) 490 583
Кунжут 585 696
Подсолнечник 800 952
Арахис 890 1059
Рапс 1000 1190
created by free version of
DociFreezer
Олива 1019 1212
Кокос 2260 2689
Пальмовое масло 5000 5950
Микроводоросли 95000
Биотопливо на основе водорослей может быть использовано в качестве замены или в смешанной форме с обычным дизельным топливом или с любым нефтяным топливом без значительной модификации двигателя. Смешивание с дизелем или нефтью биодизеля из водорослей, как было установлено, приводит к снижению износа двигателя по сравнению с обычным дизельным топливом. Это также показывает превосходные смазывающие свойства и продлевает срок службы двигателя. Биодизель из водорослей распадается почти в 4 раза быстрее, чем обычное дизельное топливо. Биодизель из водорослей имеет более высокую температуру воспламенения, т. е. вспышки делают его гораздо безопаснее, чем обычный дизель [3, с. 19].
В настоящее время коммерческое выращивание микроводорослей в основном проводят с целью производства биодобавок в небольших биореакторах с ежегодной производительностью от нескольких десятков до нескольких сотен тонн биомассы. Около половины суммарного количества биомассы водорослей выращивается в Китае, Японии, Тайване, США, Индии и Австралии. Среди продуктов, получаемых из их биомассы, многие нашли коммерческое применение, или находятся на стадии, близкой к промышленному производству: биодобавки, корм для рыб, биоудобрения, антиоксиданты (каротин, астаксантин), естественные красители, косметические препараты, биотопливо.
Проекты по использованию водорослей в качестве источника для биотоплива (биодизеля) имеются в США, Испании, Португалии, Голландии, Японии, Новой Зеландии, Германии [1, с. 92].
Так, например, в Испании фирма Bio-Fuel-Sistems разработала технологию получения биотоплива, схожего с параметрами с обычной нефтью, из «суперводорослей». Для ускорения их роста создан «биоэлектромагнтный» ускоритель. Получается уникальное битопливо не содержащее SO2, и не
created by free version of
DociFreezer
требующее смешения с другими видами топлива. Остаток представляет почти стопроцентное биотопливо (жиры — биодизель, а углеводороды — этанол). Так же высушенные водоросли можно сжигать в тепловых электростанциях для производства электроэнергии.
В США компания Solazyme вывела новые водоросли и разработала технологию их выращивания. Водоросли помещаются в стальные контейнеры и растут не на солнце, а в темноте. Питательный элемент — сахар, который превращает водоросли в нефтеподобную жидкость. На основе этой жидкости можно производить биодизель.
В Нидерландах компания «Альгалинк» разработала новые фотобиореакторы, которые по объему выпуска в шесть раз превышают аналогичный показатель других систем по выращиванию водорослей. Фотобиореакторы рассчитаны на массовое производство биодизельного топлива из водорослей и других, ценных биопродуктов из водорослевого масла, созданных с применением запатентованных технологий.
В Японии готовятся запуску первые промышленные электростанции, питаемые морскими водорослями. Это итог многолетнего совместного проекта компании Tokyo Gas и японской организации по развитию энергетических и промышленных технологий (New Energy and Industrial Technology Development Organization — NEDO). Tokyo Gas и NEDO создали систему брожения биомассы («каши» из морских водорослей) с применением микроорганизмов, в результате которого выделяется метан [1, c. 92].
В Германии изучением водорослей для использования в качестве топлива и борьбы с двуокисью углерода занимается НИИ Rehbruckener Institut fur Getreideverarbeitung и баварская фирма Schmack Biogas AG. Баварцам удалось разработать замкнутый цикл превращения СО2, выделяемого из биомассы (там содержится до 40 % двуокиси углерода), с помощью фотосинтеза в биомассу водорослей, которая затем снова используется для производства биогаза. В свою очередь, этот биогаз после отделения СО2 состоит в основном из метана и
^ created by free version of
S DociFreezer
может закачиваться в газопроводы, снабжающие природным газом домашние хозяйства, или использоваться при производстве электроэнергии.
В России также ведется много работ по выращиванию и использованию микроводорослей для получения биотоплив. Так, проведенные экспериментальные исследования Университета машиностроения по выращиванию микроводорослей в открытых водоемах Московской области Солнечногорского района также показали возможность получения микроводорослей для дальнейшего использования в качестве топлива. Одна из петербургских компаний в ближайшее время займется производством электроэнергии, а затем и выпуском биодизеля по технологии испанской компании Bio-Fuel-Sistems, которая как уже упоминалось ранее, не только изобрела технологию, но и осваивает ее в одном из городов в Испании. Источником получения новых продуктов станут морские микроводоросли, которые при определенных условиях способны не только быстро размножаться, но и давать относительно дешевое топливо и электричество [1, с. 93].
По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 миллиардов долларов. Также морские водоросли ежегодно могут обеспечить не менее 50 млн. тонн сухого сырья для производства биотоплива. Россия, имея большой научно-исследовательский потенциал, могла бы занять достойное место в получении микроводорослей для производства биотоплив и самого биотоплива.
Список литературы:
1. Безруких П.П. Возобновляемая энергетика: сегодня — реальность, завтра — необходимость. М.: Лесная страна, 2009. — 120 с.
2. Иванникова Е.М., Систер В.Г., Нагорнов С.А. Альтернативные топлива для дизельных двигателей. М: 2014. — 185 с.
3. Систер В.Г., Иванникова Е.М., Плотников С.П., Чирков В.Г., Росс М.Ю. Использование адаптивных свойств микроводорослей при производстве
^ сгеа!ес1 Ьу ^ее уетоп
д РооРгеегег
фитомассы биотопливного назначения// Экология и промышленность России. — 2012. — № 7. — с. 18—21.
4. Систер В.Г., Иванникова Е.М., Чирков В.Г., Кожевников Ю.А. Приготовление композиционных котельных и моторных биотоплив из альгамассы// Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». — 2013. — № 1—2 (118). — с. 103—107.
created by free version of
