Паливо з водоростей - біологія

Паливо для водоростей - це паливо, яке отримують із водоростей. [1] Водорості - це фотосинтезуючі організми, які мешкають у воді і не повинні бути філогенетично спорідненими. Більшість живуть або в прісній, або в солоній воді. Водорості складаються з безлічі різних сполук і можуть використовуватися як біопаливо за допомогою різних процесів. Зазвичай це між чотирма різними Паливо з водоростей диференційовано: [2]

Біодизель: Олію можна отримувати з деяких видів водоростей. Це можна перетворити на паливо за допомогою переетерифікації, властивості якої порівнянні з дизельним паливом.
Біоетанол: вуглеводи, які складають значну частину маси водоростей, можуть бути перетворені в етанол шляхом спиртового бродіння.
Біогаз: шляхом ферментації маси водоростей до метану (CH4) та вуглекислого газу (CO2) можна отримати енергетично багатий біогаз.
Біоводень: деякі типи водоростей утворюють водень (Н2) за певних умов.

Поки що комерційного виробництва водоростей для водоростей немає. Однак інтенсивні дослідження проводяться в пілотному масштабі. [3]

Культура водоростей

До цього часу вирощування водоростей в основному служило для забезпечення сировиною для хімічної та фармацевтичної промисловості та забезпечення харчовими добавками або як їжа [4]. Є види багатоклітинних макроводоростей (наприклад, бурі водорості, Laminaria sp., Palmaria sp.) або поодинокі до багатоклітинних мікроводоростей (наприклад,. Chlorella sp., Spirulina sp.) використовується. Багаті вуглеводами види, такі як Саргасум, Грацилярія, Prymodium parvum або Euglena gracilis під питанням [5]. . Вони можуть надходити як з природних запасів, так і з вирощування. У дослідженнях виробництва водоростей для водоростей використовуються види обох класів. Використовуються різні системи вирощування:

Вирощування у відкритих резервуарах

Вирощування водоростей можна проводити за допомогою аквакультури, напр. Б. у відкритих басейнах бувають. Контроль за умовами можливий лише в дуже обмеженій мірі за допомогою цього методу, так що високий потенціал росту водоростей може бути повністю використаний.

Вирощування в реакторах з водоростями

Реактори з водоростями (фотобіореактори) - це закриті системи у вигляді скляних трубок, пластин або колон. Можна використовувати тільки мікроводорості, що вільно плавають. Перевага системи полягає в тому, що є значно більша поверхня, щоб проникало більше світла. Крім того, такі умови, як поживна речовина, концентрація СО2 та О2, температура, змішування тощо можна краще контролювати. Порівняно із сільськогосподарськими культурами, на ділянку можна зв’язати кратний вміст СО2. Однак необхідні високі інвестиційні та експлуатаційні витрати. [6] СО2, необхідний для вирощування, може надходити від процесів згоряння, наприклад від вугільних електростанцій. Недолік використання повітря полягає в тому, що концентрація CO2 дуже низька - 0,038%, а витрати на закачування газу високі.

Виробництво палива

При культивуванні у відкритих резервуарах водорості спочатку слід відновити. Під час вирощування в біореакторах водорості з низькою концентрацією відокремлюють від водного поживного розчину центрифугуванням або фільтруванням. Подальші етапи процесу в основному все ще перебувають у стадії розробки. Наприклад, водорості з високим вмістом олії можна пресувати або витягувати за допомогою гексану. Нафта в основному містить терпени, які можна переробити у паливо. Процеси отримання етанолу та біогазу можуть бути отримані на існуючих заводах, які використовують іншу сировину. На додаток до незміненої маси водоростей, тут також можуть бути використані залишки пресу при видобутку нафти. Біоводень можна отримувати безпосередньо з біореактора у вигляді газової суміші з киснем (O2).

Переваги і недоліки

В даний час проводяться інтенсивні дослідження, щоб зробити водорості придатними для виробництва біопалива та для розділення CO2. Перераховані різні переваги та недоліки водорості:

переваги

Урожайність на площу значно вища при вирощуванні в реакторах з водоростями, ніж при сільськогосподарському виробництві біомаси. Продуктивність мікроводоростей дається в 15 разів краще, ніж ріпак [7], порівняно з кукурудзою, коефіцієнт 10 дається [6]
При культивуванні водоростей CO2 може вилучатися із вихлопних газів, напр. Б. від вугільних електростанцій, перехоплених та зафіксованих як біомаса.

недолік

Простір, необхідний для повного захоплення CO2 з відпрацьованих газів вугільної електростанції, є дуже великим. Для вугільної електростанції потужністю 1100 МВт та річним викидом СО2 5,4 млн. Т, за оцінками, від 21 500 до 64 500 га (від 215 до 645 км 2) доведеться обладнати реакторами з мікроводоростями. При вартості від 100 000 до 150 000 €/га були б необхідні загальні інвестиції у мільярди. [6] Експериментальна установка, введена в експлуатацію RWE Power наприкінці 2008 року, має розмір 600 м 2, що в ідеалі відповідало б 1 300 000 необхідної площі. [8-й]
Операційні витрати - ще один важливий фактор. За оцінками, передбачається від 30 000 до 40 000 євро за гектар на рік. [6] Федеральне агентство з охорони навколишнього середовища також оцінює надзвичайно високі витрати на вирощування водоростей для фіксації вуглекислого газу і в даний час не бачить жодних моментів у виробничому процесі, які могли б призвести до значної економії коштів. [7]
Витрати енергії на виробництво високі. Наприклад, перекачування суспензії водоростей та відділення низькоконцентраційної біомаси центрифугуванням або фільтруванням є дуже енергоємним.
Взимку продуктивність значно нижча, оскільки, з одного боку, водорості краще ростуть при більш високих температурах, а з іншого - сонячна радіація і, отже, фотосинтез значно нижчий.