ЭНЕРГИЯ ИЗ ВОДОРОСЛЕЙ:

ПОЧТИ НЕИСЧЕРПАЕМЫЙ РЕСУРС

Возможно, вам приходилось, прогуливаясь по морскому побережью в конце лета, видеть горы водорослей, вынесенных прибоем на берег, гниющих и источающих неприятный запах…
Всему виной — процесс брожения, во время которого выделяется огромное количество энергии. Так почему бы не использовать ее, если мировой океан, кажется, сам предлагает человеку этот почти неисчерпаемый ресурс?

Япония: брожение в промышленных масштабах

Неудивительно, что первыми в мире задались целью превратить водоросли в источник энергии жители островного государства — Японии, имеющие к тому же совершенно практический интерес к использованию альтернативной энергии во всех ее видах. В стране, не имеющей собственных запасов природных углеводородов, ветер, солнце и океан стали в XXI веке одним из источников
национального благосостояния.

 

Говоря вкратце, японская технология включает в себя процессы сбора
водорослей, их измельчения с добавлением воды до состояния жижи, а затем ее ферментирования с использованием микроорганизмов. В результате такого промышленного брожения выделяется газ — метан, который затем поступает в газовый двигатель. Тот вращает генератор, который в свою очередь вырабатывает электричество.

Именно таким способом электростанция компании Tokyo Gas, созданная при участии специалистов Организации по развитию энергетических и промышленных технологий NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization), перерабатывает тонну водорослей в день, превращая их в двадцать тысяч литров метана. Чтобы увеличить мощность генератора, к метану, выработанному из водорослей, добавляют чистый природный газ. Выдаваемой генератором мощности в десять киловатт вполне хватает для того, чтобы обеспечить электричеством десяток домов в столице страны — тех самых, которые занимают офисы и производственные помещения компании Tokyo Gas. Немного для начала — но руководство компании рассчитывает, что местные власти и предприятия, занятые уборкой береговой линии, заинтересуются перспективой очистки пляжей от водорослей с максимальной пользой для дела.

Стэнфордский эксперимент и фермы Миннесоты

Ученые одного из самых статусных университетов в мире — Стэнфордского — задались целью получить электроэнергию непосредственно из водорослей. Их клетки вырабатывают электричество в процессе фотосинтеза, при котором растения превращают солнечный свет в химическую энергию и далее — в электрический ток. Чтобы его заполучить, американские исследователи сделали микроскопически тонкий золотой наноэлектрод, которым проникли внутрь одноклеточной водоросли Chlamydomonas reinhardtii, а именно — в ее хлоропласты. При этом подопытный представитель океанской флоры не погиб и отдал возбужденные светом электроны вместо того, чтобы привычно использовать их для синтеза сахаров и полисахаридов. Сила тока, полученного от одной-единственной клетки, достигала при этом 1,2 пикоампера.
Это лишь эксперимент, результаты которого могут получить промышленное применение, образно говоря, не завтра, а послезавтра, с дальнейшим развитием технологий. Однако водоросли, морские и речные, отлично подходят и для производства биотоплива.

Водоросли идеально подходят для производства биотоплива по объему выхода биомассы на квадратный метр культивируемых площадей. Они отлично разлагаются микроорганизмами — при этом ни серы, ни других токсичных
веществ в большинстве их видов не содержится. Наконец, водоросли обеспечивают высокий процент выхода готового к использованию
топлива — для многих видов он может легко превышать половину от
первоначальной массы.

Тут нужно вспомнить, что американские ученые, возможно, первыми
в мире начали масштабно экспериментировать с выращиванием водорослей как источника энергии — произошло это еще во время нефтяного кризиса в США в семидесятых годах прошлого века. Именно тогда в рамках проекта ASP (Aquatic Species Program) лаборатория NREL взялась установить перечень подвидов водорослей, подходящих для производства биотоплива. Для его выработки применялись расположенные под открытым небом прозрачные «садки», в которые из соседней ТЭЦ, сжигающей уголь, подавался углекислый газ. В результате был составлен список из более чем трехсот пунктов, содержавший названия водорослей, подходящих для выработки биотоплива. В основном это
разновидности диатомовых (кремневых) водорослей (diatoms) и зеленых водорослей (Chlorophyceae), которые при культивировании в оптимальных полевых условиях позволяют достичь производительности от 1850 галлонов с каждого акра. Для сравнения, у рапса, особенно широко используемого для производства биотоплива, урожайность не превышает 127 галлонов с акра.

 

Уже в наше время на очистной станции в Миннесоте американские
ученые проводят эксперименты, выращивая водоросли в фильтрате сточных вод. Среда, изобилующая фосфатами и нитратами и губительная для
реки, оказалась благоприятной и питательной для водорослей. Необходимую углекислоту можно получать здесь же — сжигая осадок из стоков.

Некоторые виды водорослей уже давно выращиваются для нужд фармацевтической и пищевой промышленности (добавки, компоненты диетического питания и так далее), однако объемы этого производства не сопоставимы с теми, которые требуются для получения биотоплива.

Нужно отметить принципиальное отличие сбора водорослей от их промышленного производства для дальнейшей переработки в биотопливо. Во втором случае требуется огромное количество воды, что локализует этот процесс в районах, сопредельных с крупными водоемами.
Что же касается видов альтернативного топлива, которые можно вырабатывать из водорослей, таковых множество: это биоэтанол, биодизель, биоводород, биогаз, биобутанол — и, наконец, просто биомасса, которую можно сжигать для получения тепла или электричества по «японской» методике.

«Висячие сады» Израиля

Это ближневосточное государство с избытком солнца и морской воды является идеальным местом для выращивания водорослей, а также их последующей переработки в биотопливо. Израильская компания UniVerve развивает новый проект в Димоне, цель которого — разработать экономически обоснованный и технологически стабильный процесс превращения аквакультур в чистую энергию. Большинство штаммов водорослей, отобранных в ходе развития проекта, уже демонстрирует высокое содержание масел и хороший рост в соленой воде при невысоких эксплуатационных затратах на оборудование фермы. Хотя в данном случае правильнее будет сказать — сада, висячего сада.
Израильская компания разработала и запатентовала оригинальную систему выращивания водорослей в подвесных емкостях V-образной формы. Технология получила название HAVP; ее особенность — способность обеспечить максимальное количество света, необходимого для фотосинтеза. Кроме того, HAVP позволяет существенно снизить затраты на производство по сравнению с традиционными прудами — контейнеры просто обслуживать, удобно чистить; сбор водорослей при этом является куда менее трудозатратным. По завершении цикла выращивания водоросли сушат и подвергают переработке в биотополиво.
Фитобиореакторы на стенах домов

Вертикальное озеленение зданий, так называемые «живые жалюзи» — не только тренд ландшафтного дизайна. Панели из живых водорослей на стенах домов смогут в значительной мере содействовать их экономичному энергообеспечению, выступая своего рода биореакторами.
Помимо своей очевидной экологичности подобные системы призваны вырабатывать электроэнергию и частично снижать энергопотребление от центральной сети. Технология пока находится в стадии разработки — ей активно занимаются специалисты из Германии, Франции и ряда других стран. Одно их агентств, разрабатывающих тему биореакторов — французское X-TU, под патронажем Университета Нанта развивающее проект Symbyo2, чье название указывает на симбиоз бетонных и зеленых джунглей, в которые должна превратиться городская застройка будущего.
В рамках проекта в Сен-Назере, расположенном рядом с университетской лабораторией, сотрудники агентства устанавливают на стенах зданий панели с водорослями, к которым подается вода с питательными веществами, необходимыми для роста микроорганихмов. Ученые утверждают, что использование таких систем способно как минимум наполовину сократить потребление зданиями тепла.

Пока проект французских исследователей находится в стадии научного эксперимента. Следующим шагом должна стать установка «зеленых» панелей на фасад местного мусоросжигающего завода AlcéadeNantes — как считают ученые, тепло и углекислый газ, выделяющиеся при термической утилизации отходов, создадут наилучшую среду для жизнедеятельности водорослей.

При ближайшем рассмотрении система не так уж сложна. Она представляет собой специальный каркас, на который крепится множество емкостей без крышек. С помощью системы автополива в них подается вода и необходимые минералы. Создание «тепличных» условий для роста водорослей позволит понять, на какую максимальную энергоотдачу от них можно будет в перспективе рассчитывать.

Для нашей страны системы вертикального озеленения с использованием водорослей представляют собой нечто совершенно новое: в России «зеленые панели» именно такого рода пока можно увидеть разве что в качестве экспонатов на международных специализированных выставках.

 

Перспективы биотоплива из водорослей

В историческом масштабе идея переработки водорослей в биотоплива нова: ей нет еще и пятидесяти лет. К тому же ее практическое развитие началось, по большому счету, только в последнее десятилетие.

Выгоды такого биотоплива очевидны — огромный ресурс неприхотливого исходного материала с возможностью почти полной его переработки, абсолютная экологичность производственного процесса, невысокие трудозатраты, а также возможность использовать промышленные отходы других предприятий (прежде всего — углекислый газ). Что касается выращивания водорослей, оно происходит очень быстро — некоторые их подвиды удваивают свой объем каждые 48 часов. Что касается их сбора — это, как уже было сказано, практически неисчерпаемый ресурс: истощить запасы водорослей в мировом океане человеку не под силу.

Разумеется, при всех перечисленных достоинствах получение топлива из водорослей связано с рядом трудностей. В их числе — отсутствие «идеальной» культуры, необходимость совершенствования технологии, пока связанной с использованием большого количества воды, и, конечно же, иррациональный консерватизм, подчас препятствующий привлечению нужных объемов инвестиций в новое перспективное направление. Как бы там ни было, производство биотоплива из водорослей год от года находит все большее число сторонников в разных странах. По некоторым из экспертных оценок уже к концу нынешнего десятилетия совокупный оборот от переработки водорослей может достичь показателя в 100 миллиардов долларов.

Распечатать

Категории
Наука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие