Конвейерный биореактор

Жидкая масса водорослей перед обработкой. Фото: pnnl.gov

Американские ученые поставили биотопливо из водорослей на порог промышленного производства

Елена Коваленко

19 декабря, 2013 09:20

3 мин

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.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе