Конвейерный биореактор
Жидкая масса водорослей перед обработкой. Фото: pnnl.gov

Жидкая масса водорослей перед обработкой. Фото: pnnl.gov

Американские ученые поставили биотопливо из водорослей на порог промышленного производства

Ученые из министерства энергетики США продемонстрировали непрерывный процесс получения нефти из водорослей. Описание технологии опубликовано в журнале Algal Research, а две коммерческие компании уже трудятся над пилотным проектом перерабатывающего завода.

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (PNNL) при министерстве энергетики США разработала техпроцесс, который позволяет преобразовывать жидкую массу водорослей в бионефть менее чем за час. Особенность экспериментальной установки в том, что она работает и выдает нефтепродукты постоянно, так что на ее основе будет несложно организовать промышленное производство.

До сих пор переработка водорослей в нефтепродукты была возможна лишь партиями в силу сложности химических процессов. Более того, сырье для переработки требовалось сначала высушивать: технология гидротермического сжижения, лежащая в основе установки PNNL, была придумана еще в 70-х, но до сих пор считалась неэффективной.

Осушение биомассы требует значительных затрат средств и энергии, которых новый техпроцесс позволяет избежать. Кроме того, одним из побочных продуктов этого процесса является вода, насыщенная метаном. Последний также можно выделить и использовать как горючее, а воду использовать для дальнейшей культивации биомассы.

Для гидротермического сжижения пригодно множество видов водорослей, что решает еще одну проблему, свойственную другим способам переработки. В последние годы исследования велись в направлении подбора и даже генной инженерии видов водорослей, наиболее подходящих для выделения углеводородов. Ключевой характеристикой здесь является способность растений вырабатывать липиды (жиры) — правда, чем больше ресурсов организм тратит на эту работу, тем менее он устойчив к внешним воздействиям, и тем тяжелее поддерживать здоровую популяцию. Для разработанного в США процесса непрерывной перегонки содержание липидов в биомассе непринципиально.

Установка, созданная учеными PNNL, называется химическим реактором, или биореактором. Обычно в биоэнергетике так называют всю систему получения топлива — от систем культивации (как правило, закрытых) и до выработки конечных продуктов — дизеля, газолина или авиационного топлива. Однако в данном случае речь идет только об участке переработки биологического сырья в «грязную» нефть.

Внутри биореактора поддерживается температура 350 градусов по Цельсию и давление около 20,7 мегапаскалей — создатели сравнивают его со скороваркой. В этих условиях происходят два ключевых процесса: гидротермическое сжижение и каталитическая гидротермическая газификация.

В результате жидкая масса водорослей разделяется на смесь углеводородов, насыщенную метаном воду и остатки биоматериала, богатые фосфором, азотом и калием. Последние можно использовать как удобрения для следующего урожая. Полученная таким образом бионефть пригодна для переработки традиционными способами в авиатопливо, газолин или дизель.

Схожее исследование было опубликовано два года назад в журнале Green Chemistry. Хотя речь там не шла о непрерывном цикле, автор также демонстрировал метод выделения углеводородов из мокрых водорослей при высоких температурах (100—140 градусов по Цельсию) и давлении методом гидролиза в ионизированной жидкости, что позволяло снизить затраты.

Проект ученых министерства энергетики, скорее всего, найдет применение в промышленности: базирующаяся в Юте корпорация Genifuel лицензировала технологию и вместе с неназванным партнером готовится к строительству пробного завода по переработке биомассы. На прошлой неделе также стало известно, что нефтехимический холдинг Phillips-66 и биоэнергетическая компания Sapphire Energy начали совместное исследование с целью выяснить, возможна ли переработка бионефти на обычных НПЗ с соблюдением всех необходимых экологических норм.

Водоросли — наиболее перспективный источник биотоплива. На то же количество конечного продукта (углеводородов) требуется гораздо меньшая площадь посева, чем для более привычных кукурузы и сои. При этом водорослям подходят непригодные для других культур почвы, соленая и техническая вода и не нужны инсектициды и гербициды, хотя, конечно, чем сложнее дальнейший химический процесс, тем важнее учитывать все эти факторы.

Биотопливо обладает свойством углеродной нейтральности. Водоросли активно поглощают углекислый газ при наличии света, поэтому системы их разведения и переработки можно сочетать с промышленными производствами. После сгорания биотоплива собранный углекислый газ все равно попадет в атмосферу, но, в отличие от ситуации с ископаемыми углеводородами, он оказался бы там в любом случае.

Кроме того,

водоросли давным-давно используются в очистке сточных вод. В начале декабря инженер из Калифорнии продемонстрировал сложную систему каналов, которая позволила бы культивировать растения, пригодные для переработки в нефть именно на канализационных отходах.

Из разных сортов водорослей при помощи разных химических процессов можно получить этанол, бутанол, метан, газолин, авиационное и дизельное топливо. Некоторые виды последнего можно использовать в двигателях, предназначенных для традиционного дизеля, без каких-либо модификаций.

В 2007 году американские ученые вывели формулу экономической эффективности для биотоплива, полученного из водорослей. При сегодняшней цене на обычную нефть, стоимость одного галлона (3,8 литра) бионефти не должна превышать $2,86.

На современном уровне развития технологий это возможно при условии производства 10 тысяч тонн биомассы в год — тогда галлон бионефти будет стоить около $1,78. Технология, продемонстрированная министерством энергетики США, может существенно приблизить этот момент.

Комментарии

19 декабря 2013, 10:31
А идея с канализацией может решить не одну проблему. Конечно очистить канализацию от многих вредоносных бактерий очень важное дело,а когда на отходах можно еще и денег заработать-это вдвойне приятно,особенно для Америки,которая в страшном сне видит ,когда закончится нефть.
19 декабря 2013, 11:01
На нефти свет клином не сошелся. Уже сейчас везде массово начинают производиться гибридные авто, а будущее все же за электромобилями. Нефть постепенно будет терять в цене.
19 декабря 2013, 14:07
Будущее за атомобилями,потому как электромобили все еще слишком сильно загрязняют окружающую среду на стадии производства,заправки и утилизации.
19 декабря 2013, 11:21
Ну вот, теперь еще и все водоросли к чертям собачьим на свою ненаглядную нефть переведут - ведь когда процесс наладится одной только канализацией дело не закончится...!(((
20 декабря 2013, 07:48
У нас этого биотоплива еще на 100 лет только в газовом виде..
20 декабря 2013, 09:09
Ну как мы быстро продаем его может и не на сто,потребление то увеличивается,хотя если построят *южный* газопровод,тогда газпром лишится заработков ,может начнет всячески рекламировать перевод ДВЗ на газ.
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
История, политика и наука с её дронами-убийцами
Читайте ежедневные материалы на гуманитарные темы. Подпишитесь на «Русскую планету» в соцсетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»