Biodiesel fra alger. Miljøvennlig drivstoff

Sustainable Green Technologies (SGT) utvikler seg for å erstatte drivstoff som genererer klimagassutslipp med en økonomisk og miljøvennlig prosess. Det vil integrere metoder for prosessering av algeavfall for å produsere oljer til drivstoff og andre verdifulle produkter.

Alger, oljeproduksjon og SGT LipiTrigger ™ teknologi

Selv om alger er svært effektive omformere av solenergi til fornybar biomasse, lagrer de fleste alger som er kjent for forskere, solenergi i form av sukker, som sukrose eller stivelse, i stedet for essensielle oljer (fett eller lipider), dvs. triacylglyserider eller fosfolipider. I nærvær av lys, karbondioksid og noen sporstoffer, lagrer de fleste alger bare omtrent 15-20% av tørrvekten som fett. Bare når visse forhold alger er i stand til å bytte til en prosess kjent som en "lipidutløser" og lagre fotosyntetiske produkter i cellene i form av oljer - en mer verdifull form enn sukker.

LipiTrigger ™ er selskapets patenterte metode. Forskere ved Sustainable Green Technologies Inc. har funnet en enkel og effektiv måte å få alger til å syntetisere flere oljer uten å forstyrre veksten (fra 15 prosent til over 50 prosent tørrvekt). Hvis alger kan syntetisere flere oljer og oppnå høyere vekst enn oljefrø, vil det produsere mer biodrivstoff og føre til lavere priser.

Hvorfor Eco Fuel?

Aksjer av fossile brensler som kull, olje og naturgasser ikke fornybare energikilder og blir gradvis utarmet. Bruk av fossile brensler i motorer forbrenning eller gassturbiner fører til utslipp av klimagasser og andre miljøskadelige komponenter i atmosfæren. Verden bruker i dag omtrent 30 milliarder fat (eller 1,26 billioner liter) olje per år, eller 82 millioner fat (eller 3440 millioner liter) olje daglig. Eksperter advarer om at oljeproduksjonen ikke vil holde tritt med veksten i global etterspørsel i nær fremtid.

Grønne alger er enkle å vedlikeholde, vokser raskt og kommer i mange arter som bruker sollys til fotosyntetisering. Fotosyntese er en biologisk prosess som produserer biomasse (sukker eller lipider), oksygen og høyenergi ATP (adenosintrifosforsyre) molekyler fra karbondioksid (CO2) og vann. All biomasse, det være seg sukker eller fett, kan omdannes til biodrivstoff, ofte bioetanol og biodiesel. I tillegg, fordi alger forbruker CO2 under fotosyntese, er de en ideell, billig og miljøvennlig måte å effektivt fjerne denne gassen fra atmosfæren.

Grønne alger er relatert til andre grønne planter, som også utfører prosessen med fotosyntese. De tilhører de mest primitive formene for planteliv, og prosessen med fotosyntese i grønne alger er den samme som i andre planter. Siden mange grønne alger er små organismer og har en enkel mobilstruktur, er de mer effektive omformere av sollys enn høyere planter og viser veldig rask vekst. I tillegg, fordi alger vokser i vannmiljø, har de effektiv tilgang til hovedingrediensene for fotosyntese - vann og karbondioksid.

Hva er algeoljer?

Grønne alger er metabolsk allsidige og produserer forbindelser som er viktige for fornybar biomasse direkte fra sollys. De kan syntetisere cellulose, en glukosepolymer, som en del av sine egne cellevegger, lagre stivelse som et reserve næringsstoff, og, enda viktigere, lagre betydelige mengder lipider og fettsyrer som energilagre. Fettene som produseres av alger er kjemisk veldig lik oljefrøproduktet og lagres som triacylglyserider.

Hva er triacylglyserider (TAG)?

TAG i alger er det kjemiske grunnlaget for den fremtidige miljødrivstofføkonomien. På grunn av sin kjemiske natur er TAG (eller triacylglyserider) molekyler sammensatt av tre lange kjeder av fettsyrer festet til ett glyserolmolekyl. TAG (fett og lipider), i nærvær av enkle alkoholer og en katalysator, kan omdannes til fettsyreestere (biodiesel) i en prosess som kalles transesterifisering. Det gjøres enten kjemisk, ved bruk av alkaliske hydroksider, eller biokjemisk, ved bruk av enzymer som kalles lipaser. Siden de fysisk-kjemiske egenskapene til biodiesel er veldig lik petroleumsdiesel, representerer algeolje en veldig attraktiv alternativ kilde for produksjon av biodiesel. En annen viktig fordel er at den ikke konkurrerer med matmarkedene.

Hvor raskt vokser alger?

Den høye effektiviteten til fotosyntese i alger skyldes deres lille størrelse. Dette resulterer i en økning i produksjonen av biomasse sammenlignet med landbruksavlinger som palmeolje, raps, soyabønner og mais. De inneholder langt flere oljer på tørrvektbasis enn nå brukte landbruksplanter. I noen alger er tørrvekten mer enn 50% utvinnbare oljer, mer enn det doble oljeinnholdet i oljepalmer.

Er det dyrt å dyrke alger?

Alger har relativt enkle krav til dyrking, og de trives i et mineralfattig miljø. Alger trenger bare vann, sollys og karbondioksid, og betydelig mindre nitrogen enn landbruksplanter. De er metabolsk veldig allsidige. Noen alger kan vokse ikke bare under fototrofiske forhold (dvs. i nærvær av lys og karbondioksid som karbonkilde), men også under heterotrofiske forhold (dvs. i fravær av lys, men med glukose og andre organiske molekyler som råmaterialer) ... Heterotrof algedyrking med sukker som karbonkilde fører til et betydelig høyere oljeinnhold i alger sammenlignet med kontrollalgene dyrket under fototrofiske forhold. Imidlertid er bruken av glukose (sukker) for heterotrof algvekst og oljeekstraksjon kostbar og konkurrerer med matvaremarkedet. Dette gjør det vanskelig økonomisk vellykket bruk vei.

Hva koster det å dyrke alger?

Inntil solskinn er tilgjengelig og rikelig, inkluderer 80% av den totale kostnaden for dyrking av alger kostnadene for råvarer og næringsstoffer. For at alger kan produsere olje for å bli kommersielt attraktive, må kostnadene for råvarer og gjødsel for dyrking reduseres. SGT har utviklet og patentert en billig metode for alger å bruke egne fotosyntetiske produkter for å oppnå betydelig biomasse og oljeproduksjon.

Et reelt alternativ?

PÅ i fjor økende global produksjon av biodiesel fra avlinger og vegetabilsk olje har blitt dyrere, blant annet på grunn av økende gjødsel- og transportpriser. Å lage oljer fra grønne alger ved å bruke billig avfall er et veldig attraktivt alternativ for neste generasjons biodrivstoff. Den åpenbare fordelen med å bruke grønnalgeolje i stedet for matavledet olje er at den ikke konkurrerer med mat og ikke påvirker matvareprisene.

Er algeoppdrett løsningen?

I 1980 fokuserte forskningsprogrammer fra Department of Energy og andre laboratorier på å bygge store algeoppdrett i de mest solrike områdene i USA.

Flere algeoppdrett i åpne grunne dammer er testet i USA ved bruk av karbondioksidutslipp som algeråstoff. Imidlertid hadde ringformede algedammer flere ulemper.

1. Begrenset produksjon av biomasse på grunn av den lave dybden på dammen. Dammer av denne typen er grunne for at algene skal få nok sollys.

2. Stor mulighet for å sette seg dammer med andre livsformer. Et åpent damsystem har en tendens til å bli kolonisert av andre livsformer, som til slutt konkurrerer med alger om viktige næringsstoffer, og reduserer dermed ønsket biomasseproduksjon.

3. Avhengighet av lokale karbondioksidkilder for høy biomasseproduksjon. Begrenset antall egnede kilder med høyt karbondioksidutslipp, ideelt sett fossildrevne kraftverk.

4. Vanskeligheter med å avle laboratorieorganismer i åpne dammer

Hvorfor akkurat teknologien for produksjon av olje fra alger

SGT utvikler ny teknologi for utvinning av oljer fra grønne alger. De er sentrert rundt proprietære prosesser som gjør det mulig for selskapet å oppnå høy og bærekraftig vekst i algebiomasse med en høy andel oljer. Det er fire hovedårsaker til at teknologi bør utvikles for å utvinne oljer fra grønne alger.

Energisikkerhet: diversifiserer energikilder.
Sysselsetting: skape arbeidsplasser for grønne krager
Miljø: karbondioksidgjenvinning og klimabeskyttelse
Sosialt ansvar: implementering av bærekraftig produksjon av biodrivstoff fra ikke-matkilder

Forbruksøkologi Vitenskap og teknologi: Artikkelen snakker om virkeligheten og utsiktene til mat og energibruk av alger, økonomiske og miljømessige aspekter ved produksjon av algebiodrivstoff.

Alger er blant de raskest voksende levende organismer, som bare kunne vekke interesse for deres bruk, både til mat og direkte til energiformål - som biodrivstoff. Aktiv forskning og dyrking av alger har pågått siden 1960-tallet både i verden og i Russland. Artikkelen snakker om virkeligheten og utsiktene til mat og energibruk av alger, økonomiske og miljømessige aspekter ved produksjon av algebiodrivstoff.

Alger i systemet med levende organismer

Når vi begynner å snakke om alger og deres verdi for energi, kan man ikke unnlate å nevne at all energi på jorden, med unntak av tidevann og geotermisk energi, er direkte eller transformert energi fra solstrålene.

Oppvarmingen av landoverflaten av solen får luften til å bevege seg, noe som skaper vindenergi. I sin tur skaper vinden på havoverflaten bølgeenergi. Oppvarmingen av vannoverflaten fra solen fører til fordampning av vann og skaper en vannsyklus i naturen, uten hvilken det ikke vil være energi til å bevege vann.

Endelig er liv, biomassevekst og bioenergi umulig uten solen. Videre, olje, gass, kull, torv - alt dette er biomasse, transformert i varierende grad, og også et derivat av solenergi.

Når det gjelder alger, skaper denne gruppen av levende organismer, uten overdrivelse, grunnlaget for livet på jorden, direkte ved bruk av solenergi for vekst.

Alger (lat. Alger) i sunn fornuft er planter assosiert med vannmiljøet, noe som imidlertid ikke alltid er tilfelle. Alger er en veldig heterogen populasjon. Ikke alle alger lever bare i vann, akkurat som ikke alle vannplanter er klassifisert som alger.

Levende organismer er klassifisert på forskjellige måter. Den nåværende aksepterte klassifiseringen inkluderer de to største underavdelingene (taxa) eller to imperier av levende organismer:

1. Virus er pre-cellulære organismer.

2. Cellulære organismer. Cellulære organismer er delt inn i to hovedtaksaer av lavere orden (superkongeriker eller domener):

1. Prokaryoter - organismer uten en uttalt membranbegrenset cellekjerne.

2. Eukaryoter er organismer med en cellekjerne.

Prokaryoter inkluderer to riker av organismer - archaea eller archaea og bakterier eller eubakterier. Eukaryoter er en bredere gruppe levende organismer som inkluderer de allerede kjente riker av sopp, planter og dyr.

Organismer forenet av begrepet "alger" er lokalisert på nesten alle trinn i den taksonomiske stigen til cellulære organismer - fra bakterier til planter (tabell 1) - og inkluderer to hovedgrupper: prokaryote alger - et rike i det prokaryote domenet, inkludert subkingdoms (i henhold til en annen klassifisering, divisjoner ) blågrønne og proklorofytiske alger; ekte alger er et under-rike i planteriket, som inkluderer en rekke avdelinger.

Interessant er den taksonomiske posisjonen til prokaryote blågrønne alger et kontroversielt spørsmål. Mikrobiologer Roger Stenier og Cornelis Van Niel, som formulerte teorien om inndeling av levende organismer i to globale domener - prokaryoter og eukaryoter, foreslo å vurdere begrepene "prokaryoter" og "bakterier" ekvivalente... Fra dette punktet klassifiseres blågrønne alger på to måter - som bakterier (cyanobakterier) og som planter, som fotosyntetiske organismer. I tillegg kan alle cellulære levende organismer deles inn i encellede (protozoer, lavere, protister) og flercellede (høyere) og bygge en klassifisering på dette grunnlaget, og fremheve protozoer i et eget rike. Blant alger er det både encellede og flercellede, samt koloniale organismer som danner et system av sammenkoblede celler.

Algenes størrelse varierer i et bredt spekter - fra 0,5–1 µm (10–6 m) i et antall cyanobakterier til titalls meter i noen planteformer av alger. Alger lever i både sjø og ferskvann samt jord.

En felles egenskap for grønne planter og alger, inkludert prokaryote, er evnen til å fotosyntetisere eller konvertere den elektromagnetiske energien fra solstrålene til energien til kjemiske bindinger av organiske stoffer, utført i lyset på grunn av tilstedeværelsen av fotosyntetiske pigmenter - klorofyll i planter, bakterioklorofyll og bakteriorhodopsin i prokaryoter.

Reaksjonen fra fotosyntese - transformasjonen av karbondioksid og vann til glukose og oksygen - ser slik ut:

For grønne planter og alger er fotosyntese en kilde til ernæring og vekst. I sin tur skylder vi fotosyntetiske organismer at vi skylder utseendet og bevaringen av en pustende atmosfære.

Fotosyntetiske organismer tilhører kategorien autotrofiske organismer som direkte bruker uorganisk materiale til mat, som de omdanner til organisk materiale. Resten av organismer, inkludert dyr og mennesker, er heterotrofe, ute av stand til å syntetisere organisk materiale fra uorganisk. For dem skaper autotrofer i sin tur den nødvendige næringsbase og er en kilde til fysisk eksistens. Alger tilhører altså organismer, på den ene siden på grunn av deres eksistens direkte til solen, på den annen side er de grunnlaget for alt annet organisk liv på jorden.

I denne forbindelse er det nødvendig å vurdere de viktigste kvantitative indikatorene - volumet og økningen i biomasse av planter og alger. Biomassen til jorden som helhet er estimert til 1,3 billioner tonn, hvorav fytomasse (planter) utgjør mer enn 1,2 billioner tonn, eller mer enn 95% av den totale terrestriske biomassen (tabell 2).

Merk at hvis vi i kategoriene biomasse vurderer personen og befolkningen på jorden, vil den med en befolkning på ca 7 milliarder mennesker utgjøre ca 300 millioner tonn - ca 1/3000 eller 0,03% av hele den terrestriske biomassen og ca 1% av den totale zoomass.

Samtidig er den årlige økningen i biomasse 17% av den totale verdien, eller om lag 220 milliarder tonn, inkludert havmassebiomasse - mer enn 87 milliarder tonn.

Den høyeste reproduksjonshastigheten og følgelig veksten av biomasse er karakteristisk for de minste organismer, som inkluderer de fleste alger. Spesielt er bare biomassen til planteplankton (flytende alger) i verdenshavet anslått (i våtvekt) til 1,5 milliarder tonn, og den årlige veksten er 550 milliarder tonn. Algemassen kan med andre ord vokse 350 ganger per år. I følge noen estimater utgjør alger 2/3 av hele jordens biomasse. Nøyaktig de samme beregningene i i dette tilfellet knapt mulig.

De minste encellede alger eller mikroalger reproduserer med høyest hastighet - tidsintervallene mellom celledelinger under gunstige forhold kan reduseres til 20 minutter eller enda mindre. I dette tilfellet, på bare en dag, kan en celle teoretisk gi omtrent 5 × 1021 avkom. Med en enkelt cellemasse på ca. 665 femtogram (6,65 × 10–16 kg eller 6,65 × 10–13 g), vil deres totale masse i løpet av dagen overstige 100 tonn, og en verdi lik hele jordens nåværende biomasse vil bli nådd på ytterligere 12 timer seinere. Selv under reelle og ikke ideelle forhold er den høye reproduksjonsgraden av alger som dekker overflaten av vannmasser velkjent, og når den dyrkes i en dam, dobler mikroalgen Spirulina, som praksis viser, sin biomasse annenhver femte dag.

Alger som mat og drivstoff

Takket være et så stort potensial for reproduksjon - samtidig på grunn av nesten utelukkende solenergi og vann, uten forbruk av organisk materiale! - mikroalger til og med for noen tiår siden ble gjenstand for nøye oppmerksomhet og forskning om muligheten for å bruke den som et mat- og energiprodukt.

Utsiktene til algedyrking med den årlige innsamlingen av titalls og hundrevis av tonn biomasse fra 1 hektar vannoverflate - flere ganger og til og med størrelsesorden mer enn utbyttet av noen kjent jordbruksavling, og uten betydelige kostnader - kunne ikke annet enn å se ekstremt fristende ut.

Den opprinnelige bruken av alger har en lang historie. Spesielt er det kjent at aztekerne, inkaene, samt folket i Sentral- og Øst-Afrika som bor i regionene Tsjad og Great Rift Valley, brukte tørkede spirulina-kaker til mat.

I denne forbindelse har det siden 1960-tallet vært en interesse for alger (for det meste spirulina) i verden, først og fremst som mat - for både dyr og mennesker. Det ble også oppdaget en rekke fordelaktige egenskaper av alger, assosiert med å styrke immunforsvaret, forebygge og behandle en rekke sykdommer og øke produktiviteten. husdyr og avlinger.

I andre halvdel av 1970-tallet dukket spirulina i pulver- eller kapselform opp på verdens matvaremarkeder, hvor den ble presentert som et nytt naturprodukt - et energinaturlig kosttilskudd med høyt proteininnhold, det vil si "fremtidens mat."

I USA ble pilotproduksjon av mikroalger i kunstige dammer etablert i 1977. De første dammerne dukket opp i ørkenen i Imperial Valley County i det sørøstlige California. Forholdene der er gunstige på grunn av kombinasjonen av varmt og solrikt vær med muligheten for vannforsyning fra Colorado River.

Parallelt begynte Japan å dyrke alger, og deretter ble bedrifter i India, Kina, Thailand, Taiwan og Mexico med på prosessen.

I løpet av 1980-tallet og første halvdel av 1990-tallet økte den globale produksjonen av mikroalger til 1000 tonn. Mot slutten av 2000-tallet hadde den globale produksjonen av mikroalger, inkludert spirulina, chlorella, dunaliella, haematoccocus, nådd 10 tusen tonn i tørrvekt.

Nesten på samme tid, på 1980- og 1990-tallet, begynte Sovjetunionen og Russland å forske på og dyrke spirulina til matformål, til bruk som kosttilskudd, både til menneskelig mat og til fôr til husdyr og fjærfe.

Ansatte ved Forskningslaboratoriet for fornybare energikilder (NILVIE) deltok også aktivt i disse arbeidene. det geografiske fakultet Lomonosov Moskva statsuniversitet. Bruken av spirulina har vist seg å ha gunstige effekter, spesielt som et kosttilskudd for fjærfe. For tiden er det separate små spirulina-næringer i Russland.

Når det gjelder mulighetene for direkte energibruk av alger - til produksjon av biodrivstoff, startet aktiv forskning i denne retningen også på 1960-70-tallet. Ledere i denne utforskningen inkluderer Institut francais du petrole (IFP) og US Department of Energy's (Department of Energy, DoE) National Renewable Energy Laboratory (NREL).

I 1978 startet NREL Aquatic Species Program (bokstavelig talt Aquatic Species Program) for å utforske mulighetene for å skaffe drivstoff fra mikroalger. Den ble avviklet i 1996 da det ble funnet at algebiodrivstoff ville være for dyrt sammenlignet med fossile hydrokarboner, men forskning ble kunngjort i 2010 på grunn av volatilitet i oljeprisen og økende krav til energisikkerhet, renslighet og drivhusgassutslipp.

De siste årene har biodrivstoff fra alger blitt produsert og brukt på eksperimentell basis.

Parallelt foregikk forskning i denne retningen i Sovjetunionen, inkludert i NILVIE. Spesielt i 1989-2002 utførte laboratoriet forskning på bioproduktiviteten og mulighetene for å bruke mikroalger som energikilde for å skaffe biogass og flytende biodrivstoff, på grunnlag av det eksperimentelle teststedet til Marine Hydrophysical Institute of the Ukrainian Academy of Sciences på den sørlige kysten av Krim nær landsbyen Katsiveli. Laboratoriepersonalet utviklet og konstruerte "Biosolar" -systemet designet for dyrking av mikroalger - fotosyntetiske blokker eller biogeneratorer, med plassering i sjøen og på land, med et samlet areal på flere hundre kvadratmeter.

Microalgae Spirulina platensis, også kalt Arthospira platensis, ble valgt som objekt for eksperimentet. Et av trekkene ved eksperimentet var den gradvise tilpasningen av arten (under naturlige forhold, lever spirulina i ferskvanns subtropiske og tropiske reservoarer) til sjøvannet i Svartehavet. Eksperimentene viste en ganske høy produktivitet - det årlige utbyttet av biomasse fra hver blokk av algeplantasjen med et areal på 70 m2 nådde ett tonn. Ekstrapolering - dette er mer enn 140 tonn per hektar, selv om oppnåelsen av et slikt resultat på store områder i russiske forhold - en egen oppgave.

I tillegg er råmaterialet for produksjon av biodrivstoff lipider (fett), hvis innhold er i forskjellige typer forskjellig. Spirulina har en høy andel protein - omtrent 60% av tørrvekten, noe som blant annet gjør det til et verdifullt matprodukt. Samtidig er lipidinnholdet bare 7%. Til sammenligning, i voldtekt og solsikkefrø, utgjør lipider 30-60% av massen, i soya- og maisfrø - 15-25% og mer, i oljepalmefrukt - 45-70%. Det er disse avlingene som for tiden brukes som det viktigste råmaterialet for produksjon av biodrivstoff. Derfor arbeides det med mikroalger, som har et høyere lipidinnhold, som fremdeles hovedsakelig er eksperimentelt i vårt land (inkludert NILVIE) og i verden.

Alger som energikilde - fordeler og ulemper

Så, mikroalger er svært produktive. Utbyttet fra en hektar kan teoretisk når månedlige tonn og til og med titalls tonn i tørrvekt, noe som er flere ganger og til og med størrelsesorden høyere enn for tradisjonelle landbruksavlinger. Samtidig kan lipidinnholdet i en rekke arter, som Botryococcus braunii, Dunaliella, Nannochloris, Stichococcus under optimale forhold, nå 80%. Dermed er det teoretisk mulige utbyttet av biodrivstoff titalls og til og med hundrevis av ganger høyere enn for dagens brukte oljefrø (tabell 3).

Samtidig kan konflikt med matorientert jordbruksarealbruk unngås. Mikroalger kan plantes i naturlige og kunstige reservoarer på ubeleilige og ubrukt land og havområder, mens de okkuperer betydelig mindre områder.

Endelig er dyrking av tradisjonelle avlinger på land forbundet med høye utslipp av klimagasser og andre forurensende stoffer. På denne bakgrunnen ser dyrking av alger ut som miljømessig helt trygg, dessuten øker det absorpsjonen av karbondioksid og utslipp av oksygen i atmosfæren, noe som skaper en dobbelt positiv effekt - mottak av mat og drivstoff, ikke ledsaget av forurensning, men av rensing av miljøet. Problemet er som vanlig at reelle forhold vanligvis ikke er optimale og teoretisk mulig.

Som en del av det amerikanske ASP-programmet nevnt ovenfor ble lipidrike mikroalger dyrket i åpne dammer i New Mexico, sørvest for landet. Gjennomsnittlig produktivitet var 20 g / m2 per dag (som tilsvarer 73 tonn per hektar per år), og i noen perioder - opptil 70 g / m2 per dag.

Imidlertid viste det seg at det er umulig å opprettholde en monokultur av mikroalger i et åpent system i lang tid, der andre organismer uunngåelig er til stede. I tillegg er høy produktivitet av alger mulig med tilstrekkelig stor gjødsling med nitrogen, i fravær av nitrogen faller den. I dette tilfellet er det en likhet med tradisjonelle avlinger, som også krever nitrogengjødsel. Samtidig, i fravær av nitrogen, er fettinnholdet i algeceller høyere. Så problemet med samtidig vekst av bioproduktivitet og innholdet av lipider, som bestemmer energieffektiviteten til kulturen, viser seg å være uoppløselig, og det er nødvendig å søke etter det optimale forholdet mellom begge.

Japanske forskere fra Research Institute innovative teknologier Research Institute of Innovative Technology for the Earth (RITE), som jobbet med det samme problemet i 1991-1999, kom til lignende resultater.

I 1997-2001 ble det gjennomført et stort forskningsprosjekt i samme retning på Hawaii-øyene, med mikroalgen Haematococcus pluvialis, som på første trinn ble dyrket i lukkede fotoreaktorer, på andre trinn ble den plassert i åpent vann. Den gjennomsnittlige produktiviteten til den dyrkede algebiomassen var 38 tonn per hektar, maksimum oversteg 90 tonn, henholdsvis biodrivstoffutbyttet, var 11,4-27,5 tonn per hektar, noe som er flere ganger høyere enn for de mest produktive oljefrøene på land.

På samme tid, når dyrket under åpne forhold, er både bioproduktiviteten og lipidinnholdet betydelig lavere, og dyrking i en lukket bioreaktor fører til betydelig høyere kostnader.

Oversatt til energiekvivalent viser det seg at for å skaffe 1 liter biodiesel fra mikroalger, kreves det energiforbruk, tilsvarende 0,56–0,81 liter drivstoff (i gjennomsnitt ca. 0,7 liter), inkludert strøm, næringsstoffer og mer. I dette tilfellet, i tillegg til den økonomiske komponenten, er det også en miljømessig - siden energien som brukes til å dyrke alger allerede er hentet fra ikke-fornybare kilder og ikke er miljøsikker, det vil si at miljøeffekten av biodieselproduksjon i stor grad avskrives. I tillegg er det en negativ miljøeffekt knyttet til nitrogengjødsling og vannforbruk av algeplantasjer, det vil si den samme som i tradisjonell landbruksproduksjon. I tillegg snakker vi om kostnader eksklusive investeringer, lønn og andre kostnader knyttet til drivstoffransport.

Beregninger av kostnadene ved å skaffe biodiesel fra mikroalger gir betydelig forskjellige resultater, avhengig av i veldig stor grad av type og metode for alproduksjon, naturlige forhold og andre faktorer. I henhold til estimatene fra deltakerne i ASP-programmet var kostnaden for 1 liter "alg" biodiesel 26–86 cent ($ 39-127 per fat), i Hawaii-prosjektet - omtrent 40 cent ($ 56 per fat), og forskere fra British Columbia ( Canada) gir betydelig høyere tall - fra $ 2,5 til $ 7 per liter.

I følge våre beregninger vil investeringskostnadene for tilrettelegging av 1 hektar algeplantasjer i åpne forhold, inkludert installasjon av kultivatorer, utstyr for tilberedning av mat, blanding, tørking og filtrering av biomasse, etc. beløpe seg til rundt $ 50 tusen.

Driftskostnadene er avhengig av lokale forhold, alt fra klima til lønn. De kan estimeres til $ 50-100 tusen per år, men i russiske forhold kan de være flere ganger høyere, spesielt på grunn av det betydelig høyere energiforbruket sammenlignet med subtropene og tropene og en kort vekstsesong når de dyrkes i åpne forhold ...

Dette er akseptable forhold for dyrking av alger som mat og medisinske tilsetningsstoffer, men som drivstoffkilde er de for dyre.

Gitt disse kostnadene, selv om det samles inn 30 tonn biomasse per hektar årlig, vil hvert tonn koste $ 1600–3200 ($ 1,6–3,2 per 1 kg), selv uten å ta hensyn til den opprinnelige investeringen og kostnadene for å skaffe biodrivstoff selv ... Dette er nær tallene som kanadiske forskere siterer.

Algal Energy Prospects

Interessen for alger som kilde til biodrivstoff er naturlig til oljepriser på $ 100 per fat og høyere, slik det var tilfelle i andre halvdel av 2000-tallet. For øyeblikket er situasjonen langt fra så gunstig, og det er neppe mulig å forutsi om den vil endre seg til det bedre for fornybar energi i overskuelig fremtid.

For tiden er det og vil fortsette å søke etter måter å redusere kostnadene ved å produsere bioenergi fra alger. Den inkluderer blant annet søk, seleksjon og avl av alge kulturer med høyt lipidinnhold, mer produktivt og levedyktig.

Som et matprodukt (som også kan betraktes som en energikilde), brukes alger allerede og har åpenbare muligheter. Sannsynligvis, som i tilfelle torv, er det tilrådelig i fremtiden å bruke de kultiverte alger med dannelsen av et helt utvalg av mat-, medisin- og energiprodukter ved utgangen. For Russland kan dette også bli et av områdene med mellomlang og langsiktig innovativ vekst og etablering av en høyteknologisk økonomi på den innenlandske intellektuelle og industrielle basen. publisert

Alger er en av de raskest voksende plantene på jorden. Vekten deres dobles på en dag, og veksten krever ressurser, hvorav det er mye på jorden: sollys, vann og karbondioksid. I sine energiske egenskaper er alger overlegne mange andre kilder for produksjon av biodrivstoff. Algevekst er en håndterbar og upretensiøs prosess for mennesker. Videre absorberer alger gjennom biosyntese karbondioksid fra atmosfæren.

Hovedproblemet som for øyeblikket hindrer utviklingen av industriell produksjon av alger er at alger er veldig følsomme for endringer i vanntemperaturen, som et resultat må opprettholdes i et strengt definert område (skarpe daglige svingninger er ikke tillatt). Også den industrielle produksjonen av alger hindres av mangelen på effektive metoder for høsting av alger. Vanskene beskrevet ovenfor førte forskere til den konklusjonen at det er tilrådelig å dyrke alger bare i lukkede og teknologisk praktiske reservoarer. Det amerikanske energidepartementet undersøkte alger med høyt oljeinnhold. Forskerne konkluderte med at California, Hawaii og New Mexico er egnet for industriell produksjon av alger i åpne dammer. I 6 år har alger blitt dyrket i dammer på 1000 kvm. meter. Utbyttet var mer enn 50 gram alger fra 1 kvadratmeter på en dag. I tillegg til å dyrke alger i åpne dammer, finnes det teknologier for dyrking av alger i små bioreaktorer som ligger i nærheten av kraftverk. Spillvarmen fra kraftvarmeanlegget er i stand til å dekke opptil 77% av varmebehovet for algedyrking. Denne teknologien krever ikke et varmt ørkenklima.

For tiden er serieproduksjonen av mikroalger, egnet for øyeblikkelig drift, etablert i spesielle bioreaktorer, der algene multipliserer ved deling.

Chevron Corporation, en av verdens energigiganter, har begynt å undersøke muligheten for å bruke alger som energikilde for transport, særlig for jetfly. Honeywell, UOP lanserte nylig et militært jetbrenselprosjekt fra alger og vegetabilske oljer. Green Star Products har fullført den andre fasen av testing på et demonstrasjonsanlegg for produksjon av biodiesel fra alger. I løpet av den andre fasen ble de optimale forholdene for dyrking av alger valgt. Japans største energiselskap, Tokyo Gas Co, har til hensikt å bygge et demonstrasjonsanlegg for å generere strøm fra tang. Gassgeneratorer på stasjonen vil bruke metan fra finhakkede alger. Algenforurensning er fortsatt alvorlig for en rekke japanske prefekturer miljøproblem... De gir ofte en fete lukt når de råtner og ødelegger landskapet. I mellomtiden tilbyr den siste utviklingen av japanske spesialister å løse dette problemet med økonomiske fordeler. En eksperimentell modell av et anlegg med en gasselektrisk generator, som har vært i drift i flere år i laboratoriet, tillater behandling av opptil 1 tonn alger per dag. Dette genererer omtrent 9,8 kilowatt strøm. Dette pilotanlegget produserer omtrent 20-30 kubikkmeter metan per måned - nok til å redusere den gjennomsnittlige husholdningens månedlige strømforbruk med nøyaktig halvparten.

Luftfartsindustrien har også kunngjort starten på utviklingen for å bruke tang som råstoff for produksjon av flydrivstoff. Boeing sa at et alternativ til biodiesel laget av tang kan være produksjon av flydrivstoff i fremtiden. I følge dokumentet kan ingen av biodrivstoffene som produseres i dag brukes som flydrivstoff. Etanol absorberer vann og tærer på motoren og drivstoffledningen, mens biodiesel fryser ved lave temperaturer (i marsjhøyde). I tillegg har biodrivstoff lavere termisk stabilitet enn vanlig jetdrivstoff. Boeing-eksperter mener at tang vil bli det optimale råstoffet for produksjon av biodrivstoff, hvorfra de får nesten 300 ganger mer olje enn fra soya. For Boeing er alge biodrivstoff fremtiden for luftfart. Så hvis hele flyflåten i verden fra og med 2004 brukte 100% biodrivstoff hentet fra tang, ville det være behov for 322 milliarder liter olje. Dyrking av disse alger krever 3,4 millioner hektar land. Det antas i beregningen at det oppnås 6500 liter fra en hektar årlig. For disse formålene er det mulig å bruke land som ikke er egnet for dyrking av matavlinger.

De fornybare råstoffene, som det er så mye snakket om på grunn av uttømming av naturressurser, er organisk avfall fra industri, jordbruk og skogbruk. Slik plantebiomasse er billigere enn gass, kull og olje; nye produkter kan fås fra den, samtidig som problemet med avfallshåndtering løses. T&P publiserer en artikkel fra Atlas of Future Technologies om hvordan man lager diesel fra alger, elektrisitet fra organisk avfall og biologisk nedbrytbar emballasje fra rødbeter.

Teknologier for prosessering av fornybare råvarer til biodrivstoff og elektrisitet, samt løsninger for produksjon av biopolymeremballasje, er spesielt lovende. Bruk av disse teknologiene gjør det mulig å resirkulere dem, dvs. gjenvinning i en ny syklus med produktutvikling (spesielt substrater i brenselceller og bioplast).

Potensialet for å bruke disse teknologiene i Russland er veldig høyt. Deres utvikling og implementering på mellomlang sikt vil føre til en reduksjon i landets økonomi avhengighet av energiressurser, utenlandske produkter og teknologier, og etablering av nye markeder.

Biodiesel fra mikroalger

Etter hvert som befolkningen vokser og mobiliteten til mennesker øker, øker den årlige etterspørselen etter fly- og veitransport. Den økende etterspørselen etter motorbrensel kan imøtekommes ved å produsere en ny generasjon biodiesel fra grønne mikroalger - et alternativ til avlingsbasert biodiesel.

Grønne mikroalger er i stand til å omdanne karbondioksid til organiske forbindelser, samtidig som de har en rensende effekt på atmosfæren og hydrosfæren. Dette biodrivstoffet kan brukes i dieselmotorer: det er veldig nært sammensatt tradisjonelle motorbrensel - raffinerte produkter. De åpenbare fordelene med mikroalger - høy vekst av biomasse og oljeinnhold, enkel innsamling og muligheten til å vokse direkte i bedrifter og i nærheten av kraftverk - øker forskernes og mange store bedrifts interesse for forskning og industriell bruk. En rekke land har startet serieproduksjon av spesielle bioreaktorer for dyrking av mikroalger. Japan og USA har allerede testet fly og kjøretøy eksklusivt drevet av algebiodiesel.

Effekter

Å stimulere utviklingen av transportsektoren, forbedre miljøvennligheten og møte den økende etterspørselen etter drivstoff.

Redusere alvorlighetsgraden av konkurranse mellom tekniske og matvareavlinger (på grunn av dyrking av mikroalger i fytoreaktorer, flytende akvarier i virvel, åpne reservoarer).

Utvikling av regioner med ugunstige sosioøkonomiske forhold og redusert avhengighet av importerte drivstoff.

Å skaffe proteiner, antioksidanter, matfarger og andre nyttige produkter fra mikroalger.

Markedsestimater

Innen 2030 vil global produksjon av biodrivstoff øke til 150 millioner tonn oljeekvivalenter med en årlig vekstrate på 7-9%. Andelen vil nå 4–6% av det totale drivstoffet som forbrukes av transportsektoren. Alge biodrivstoff kan erstatte mer enn 70 milliarder liter fossilt drivstoff årlig. Biodrivstoffmarkedet i Russland innen 2020 kan vokse mer enn 1,5 ganger - opptil 5 millioner tonn per år. Den sannsynlige perioden for den maksimale manifestasjonen av trenden: 2025–2035.

Drivere og barrierer

Miljøpolitikk i utviklede land for å minimere forurensning miljø.

Behovet for store investeringer for bygging av fabrikker for produksjon av biodiesel, etablering av teknologiske prosesser.

Avhengighet av effektiviteten av mikroalgevekst av intensiteten av sollys (når den dyrkes i åpent vann).

Struktur analyse

Prognose for strukturen i verdensmarkedet for biodrivstoff: 2022 (%)

Elektrisitet fra organisk avfall

Avfallshåndterings- og gjenvinningsprosesser kan kombineres med produksjon av praktisk talt viktige produkter og til og med elektrisitet. Ved hjelp av spesielle innretninger - mikrobielle brenselceller (MFC) - ble det mulig å generere elektrisitet fra avfall direkte ved å omgå trinnet for å skaffe biogass og den etterfølgende prosessen til elektrisitet.

MFC er bioelektriske systemer. Effektiviteten av funksjonen avhenger av den metabolske aktiviteten til bakterier, som bryter ned organiske forbindelser (avfall) og overfører elektroner til en elektrisk krets innebygd i samme system. Den største effektiviteten til slike bakterier kan oppnås ved å legge dem inn teknologisk ordning Renseanlegg som inneholder organisk materiale som frigjør energi når det brytes ned.

Det er allerede laboratorieutviklinger som tillater bruk av MFC for å lade batterier. Når du skalerer og optimaliserer teknologiske løsninger det vil bli mulig å levere strøm til små bedrifter. For eksempel vil høyytelses MFC, som opererer i volum fra titusener til tusenvis av liter, gi autonom strømforsyning til behandlingsanlegg.

Effekter

Forbedre miljøvennligheten produksjonsprosesser og effektiviteten til bedrifter, noe som reduserer deres avhengighet av eksterne kilder strøm, reduserer produksjonskostnadene og kostnadene ved å kjøpe behandlingsteknologier.

Forbedre situasjonen i energimangel regioner, øke deres konkurransekraft gjennom bruk av MFC.

Muligheten for autonom produksjon av elektrisitet til ikke-energiintensive formål (for eksempel i små gårder).

Markedsestimater

70% - dette er hvor mye andelen avfall som vil bli behandlet med bioteknologiske metoder vil øke innen 2020 i Russland, sammenlignet med 2012. I EU vil andelen elektrisitet fra biogass være ca 8%. Den sannsynlige perioden for maksimal manifestasjon av trenden: 2020–2030.

Drivere og barrierer

En økning i organisk avfall og en økning i etterspørsel etter elektrisitet.

Mulighet for drift av bioreaktorer som MTE på forskjellige energikilder, inkludert spillvann.

Utilstrekkelig investeringsnivå som kreves for å bygge inn MFC i teknologiske prosesser, en lang periode med tilbakebetaling.

Behovet for å koble bioreaktorer til avfallsgenereringssteder.

Relativt lav effektivitet av de nåværende fungerende eksperimentelle industrielle designene av bioreaktorer av MTE-typen.

Struktur analyse

Studier av mikrobielle elektrokjemiske systemer etter type: 2012 (%)

Biologisk nedbrytbar polymeremballasje

Den utbredte distribusjonen av emballasje laget av syntetiske polymerer (poser, filmer, beholdere) fører til en forverring av problemet med miljøforurensning. Det kan løses ved å bytte til emballasjemateriale laget av biologisk nedbrytbare polymerer, som er raskt resirkulert og praktisk å bruke.

I de fleste utviklede land er det en tendens til å fortrenge harde og lange (opptil flere hundre år) nedbrytende syntetiske polymerer av biologisk nedbrytbare produkter ved produksjon av emballasje (med en gjenvinningsperiode på 2-3 måneder). Det årlige volumet av forbruket i Vest-Europa alene er omtrent 19 tusen tonn, i Nord-Amerika - 16 tusen tonn. Samtidig, når det gjelder en rekke indikatorer, henger biopolymeremballasjematerialer fremdeles etter tradisjonelle syntetiske.

Teknologier for produksjon av biopolymermaterialer basert på polymjelsyre fra vegetabilske sukker av korn og sukkerroer tillater produksjon av emballasje med høye forbrukeregenskaper: elastisk og holdbar, motstandsdyktig mot fuktighet og aggressive forbindelser, ugjennomtrengelig for lukt, med høye barriereegenskaper og samtidig effektivt og raskt nedbrytende ... Forbedringen av teknologiene er rettet mot å redusere material- og energiforbruket.

Effekter

Dannelse og utvikling av nisjemarkeder - krympepakker, fukt- og luktbeskyttede poser, støtsikre beholdere osv.

Redusere økonomiens avhengighet av olje- og gassråvarer.

Redusere den negative påvirkningen på miljøet.

Å øke befolkningens økologiske kultur og stimulere til en sunn livsstil gjennom massiv bruk av høykvalitets og praktisk biologisk nedbrytbar emballasje.

Markedsestimater

Markedet for biopolymerer laget av fornybare ressurser vil vokse med 8-10% årlig. Segmentet emballasjemateriale vil utvikle seg mest intensivt. Allerede utgjør dette segmentet 90% av dagens verdensforbruk av biopolymerer (205 millioner tonn). Kapasiteten til biopolymermarkedet i 2020 vil nå 4 milliarder dollar. Den sannsynlige perioden for den maksimale manifestasjonen av trenden: 2025–2030.

Drivere og barrierer

Å skjerpe miljøkravene til emballasjematerialer, øke kostnadene ved resirkulering av tradisjonell emballasje.

Redusere bruken av ikke-nedbrytbar emballasje på grunn av behovet for å spare ikke-fornybare olje- og gassressurser i utviklede land.

Utilstrekkelig utviklet miljøutdanning blant befolkningen og næringslivet.

Høyere kostnader for biologisk nedbrytbare polymerer sammenlignet med syntetiske.

Struktur analyse

Biopolymermaterialer på markedet for produksjon av bioplast: 2010–2011 (%).

Under Open Reading publiserer vi utdrag fra bøker i henhold til forlagene. Mindre forkortelser er angitt med ellips i parentes. Forfatterens mening kan ikke sammenfalle med redaksjonens oppfatning.

Alger, oljeproduksjon og SGT LipiTrigger ™ teknologi

Selv om alger er svært effektive omformere av solenergi til fornybar biomasse, lagrer de fleste alger som er kjent for forskere solenergi i form av sukker, som sukrose eller stivelse, i stedet for essensielle oljer (fett eller lipider), dvs. triacylglyserider eller fosfolipider. I nærvær av lys, karbondioksid og noen sporstoffer, lagrer de fleste alger bare omtrent 15-20% av tørrvekten som fett. Bare under visse forhold er alger i stand til å bytte til en prosess kjent som en “lipidutløser” og lagre fotosyntetiske produkter i cellene i form av oljer - en mer verdifull form enn sukker.

Hvorfor Eco Fuel?

Fossile brensler som kull, olje og naturgass er ikke fornybare energikilder og går gradvis ned. Bruk av fossilt brensel i forbrenningsmotorer eller gasturbiner frigjør klimagasser og andre miljøskadelige komponenter i atmosfæren. Verden bruker i dag omtrent 30 milliarder fat (eller 1,26 billioner liter) olje per år, eller 82 millioner fat (eller 3440 millioner liter) olje daglig. Eksperter advarer om at oljeproduksjonen ikke vil holde tritt med veksten i global etterspørsel i nær fremtid.

Hva er algeoljer?

Hva er triacylglyserider (TAG)?

Hvor raskt vokser alger?

Er det dyrt å dyrke alger?

Alger har relativt enkle krav til dyrking, og de trives i et mineralfattig miljø. Alger trenger bare vann, sollys og karbondioksid, og betydelig mindre nitrogen enn landbruksplanter. De er metabolsk veldig allsidige. Noen alger kan vokse ikke bare under fototrofiske forhold (dvs. i nærvær av lys og karbondioksid som karbonkilde), men også under heterotrofiske forhold (dvs. i fravær av lys, men med glukose og andre organiske molekyler som råmaterialer) ... Heterotrof dyrking av alger ved bruk av sukker som karbonkilde fører til et betydelig høyere oljeinnhold i alger sammenlignet med kontrollalgene dyrket under fototrofiske forhold. Imidlertid er bruken av glukose (sukker) for heterotrof algevekst og oljeutvinning kostbar og konkurrerer med matvaremarkedet. Dette gjør det vanskelig å bruke metoden økonomisk.

Hva koster det å dyrke alger?

Et reelt alternativ?

Økende global produksjon av biodiesel fra avlinger og vegetabilsk olje har blitt dyrere de siste årene, delvis på grunn av økende gjødsel- og transportpriser. Å lage oljer fra grønne alger ved å bruke billig avfall er et veldig attraktivt alternativ for neste generasjons biodrivstoff. Den åpenbare fordelen med å bruke grønnalgeolje i stedet for matavledet olje er at den ikke konkurrerer med mat og ikke påvirker matvareprisene.

Er algeoppdrett løsningen?

I 1980 fokuserte forskningsprogrammer fra Department of Energy og andre laboratorier på å bygge store algeoppdrett i de mest solrike områdene i USA.

Flere algeoppdrett i åpne grunne dammer er testet i USA ved bruk av karbondioksidutslipp som algeråstoff. Imidlertid hadde ringformede algedammer flere ulemper.

1. Begrenset produksjon av biomasse på grunn av den lave dybden på dammen. Dammer av denne typen er grunne for at algene skal få nok sollys.

3. Avhengighet av lokale karbondioksidkilder for høy biomasseproduksjon. Begrenset antall egnede kilder med høyt karbondioksidutslipp, ideelt sett fossildrevne kraftverk.

4. Vanskeligheter med å avle laboratorieorganismer i åpne dammer

Hvorfor akkurat teknologien for produksjon av olje fra alger

Energisikkerhet: diversifiserer energikilder.
Sysselsetting: skape arbeidsplasser for grønne krager
Miljø: karbondioksidgjenvinning og klimabeskyttelse
Sosialt ansvar: implementering av bærekraftig produksjon av biodrivstoff fra ikke-matkilder