Текст книги "Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография"

Marine Biology Field Station: самодостаточная электростанция, работающая на морских водорослях [4-17].

Дизайнер Bukowska Arkitekter из Стокгольма, Швеция, недавно предложила новый проект строительства оффшорной электростанции, выращивающей морские водоросли и вырабатывающей из них биотопливо для собственных нужд (Marine Biology Field Station). Впрочем, разработчик планирует использовать электростанцию не только в качестве объекта, производящего электроэнергию, но и в качестве демонстрационной площадки и учебного центра по возможностям применения альтернативной энергетики.

Микробы, обитающие в желудке человека, производят биотопливо из морских водорослей[4-17].

Рис. 4–9. Морские водоросли – сырье для производства биотоплива

Исследователи из Лаборатории биоархитектуры и университета Вашингтона в Сиэтле разработали новый технологический процесс, в котором генетически модифицированные микробы, обычно встречающиеся в желудке человека, расщепляют экзотические сахара в морских водорослях. Развитие этой технологии может означать революцию в производстве биотоплива, поскольку морские водоросли не нуждаются в удобрениях и особых условиях для своего роста, а также не содержат вещество лигнин, которое сегодня используется для выработки биомассы, но которое очень трудно расщепляется на простые химические вещества. Кроме того, недавно разработанный процесс превращения водорослей в биомассу происходит при относительно невысоких температурах, поэтому его с полным правом назвать энергоэффективным.

Ген, контролирующий цветение сорго, увеличивает производство биомассы из этого растения [4-17].

По данным исследования, недавно опубликованного в журнале Протоколы Национальной академии наук, гибрид сорго, который не цветет и наращивает в три раза большую массу стеблей и листьев, которые служат в качестве биомассы, будет способствовать дальнейшему развитию биоэнергетической промышленности. Группа ученых из техасского НИИ AgriLife Research обнаружила ген, который регулирует цветение сорго в соответствии с нуждами производства.

Рис. 4-10. Внешний вид гибрида Сорго, дающий втрое больше биомассы.

Thomson Airways планирует полет самолета на растительном масле[4-17].

Рис. 4-11. Самолет компании Thomson Airways, использующий биотопливо

Как утверждают ученые, очень скоро авиационная промышленность станет абсолютно безвредной для окружающей среды. Недалек день, когда вы будете лететь на самолете, который в качестве топлива использует растительное масло, и британский авиаперевозчик Thomson Airways может стать одним из первых в этой области. Компания планирует совершить первый полет своего авиалайнера, работающего на растительном масле, в Испанию.

Австралийский угольный завод сокращает выбросы углекислого газа[4-17].

Компания MBD Energy, являющаяся мировым лидером в области развития промышленного производства водорослей, заключила с компанией OriginOil договор о сотрудничестве в разработке и поставке уникальной системы по выращиванию водорослей для улавливания углекислого газа в атмосфере и последующему производству биотоплива. Выбрав направлением своей деятельности биологические способы борьбы со все возрастающим загрязнением воздуха, компании 24 мая этого года запустили пилотный проект новой системы на угольной электростанции в Таронге, Австралия.

Поиск испанскими учеными топлива будущего [4-17].

Почти 400 труб зеленого цвета высотой в восемь метров, заполненных миллионами микроскопических морских водорослей, расположены на равнине поблизости города Аликанте, Испания. Рядом работает цементный завод, выбросы углекислого газа которого улавливаются и транспортируются в трубопроводе в «зеленую нефтяную» фабрику. Именно так испанские ученые представляют себе получение топлива будущего: био-нефть, произведенная морскими водорослями, поглощающими углекислый газ от заводов.

Синтез изобутанола из целлюлозы растений[4-17].

Последствия энергетического кризиса все еще дают о себе знать, поэтому сегодня так важно дальнейшее развитие и реализация технологических инноваций в области альтернативных источников энергии, в частности в области производства биологического топлива. Исследователи из Научно-исследовательского центра биоэнергетики (BESC) от Минэнерго США, похоже, могут нам предоставить эффективное решение. Ученые разработали технологию получения изобутанола из целлюлозы растительного происхождения с помощью бактерий. Являясь спиртом более высокого качества, изобутанол имеет почти такую же теплоту сгорания, что и бензин, следовательно, он может рассматриваться как экологически чистая альтернатива бензину в двигателях внутреннего сгорания автомобилей.

Новый способ использования микробов для производства биотоплива[4-17].

Это почти революционный прорыв – группа американских исследователей из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, успешно апробировала способ использования микробов для производства биотоплива, который в готовом виде будет стоить гораздо дешевле существующих аналогов. Это стало достижимо благодаря «обману» некоторых разновидностей микробов, которых ученые «заставили» потреблять белок для биологического преобразования этого белка в жир и другие вещества, которые затем могут быть очищены для производства биологического топлива.

«Скороварка» для производства биотоплива из водорослей[4-17].

Исследователи Мичиганского университета решили попробовать использоваться высокие температуры для улучшения производительности выработки биологического топлива на основе морских водорослей. Они недавно обнаружили, что такой процесс, как нагревание микроводорослей в анклаве, уменьшает длительность по времени, а также средства, необходимые для превращения слизистой субстанции в биотопливо. После соответствующего усовершенствования этот процесс, по мнению ученых, может привести, наконец, к появлению на рынке топлива на основе водорослей с низкой себестоимостью и низким уровнем выбросов – отличной альтернативы ископаемым видам топлива.

Sundrop Fuels использует интенсивное солнечное тепло для производства биотоплива[4-17].

Технология кажется ультра-фантастической: интенсивное солнечное тепло, которое может выпарить биомассу (дрова, отходы земледелия и т. д.) в синтетическое топливо. Однако процесс, разработанный компанией Sundrop Fuels, представляется вполне реальным, кроме того, эта технология поможет производить вдвое больше бензина или дизельного топлива по сравнению с обычными системами газификации биомассы.

Топливо из правительственной макулатуры [4-17].

Впервые в истории США на улицах Вашингтона можно увидеть автомобили, которые расходуют топливо, сделанное из использованных правительственных бумаг. Именно, компания Novozymes в партнерстве с компанией Fiberight разработала уникальную технологию производства биологического топлива из макулатуры, которая тонами выбрасывается после использования в начальственных кабинетах Белого дома и других правительственных учреждений.

Исследователи сконструировали табачные листья, которые смогут увеличить производство биотоплива[4-17].

Исследователи из лаборатории фундаментальной биотехнологии Университета Томаса Джефферсона обнаружили способ увеличить производство биотоплива, используя для этого сконструированные с помощью генной инженерии табачные листья, в которых увеличена доля масел. Их работа была опубликована в онлайновом журнале Plant Biotechnology Journal.

Глицерин: от мыла до главной составляющей в производстве биотоплива[4-17].

Как известно, топливоперерабатывающие предприятия производят огромное количество сырого глицерина в качестве побочного продукта. И хотя в настоящее время глицерин высшего сорта широко используется в косметической, пищевой и медицинской промышленности для производства товаров народного потребления, все же большие объемы сырого глицерина просто ликвидируются в виде отходов, а иногда даже нелегально.

Nanofarming-процесс предлагает более щадящий способ получения биотоплива из водорослей[4-17].

Последняя преграда к экономической конкурентоспособности биотоплива, похоже, вскоре падёт, благодаря новой разработке в области его выработки на основе нанотехнологий. Новая технология использует крошечные наночастицы, которые способны поглощать свободные жирные кислоты из живых микроводорослей. В настоящее время эта технология разрабатывается Национальной лабораторией Эймса Департамента энергетики США и Государственным университетом Айовы, в тесном сотрудничестве со специалистом в области производства биотоплива компанией Catilin, Inc.

Авиакомпания KLM Royal Dutch Airlines провела первый в Европе пассажирский рейс на смеси из реактивного и биологического топлива[4-17].

Промышленная авиация вносит значительный вклад в загрязнение окружающей среды посредством выбросов парниковых газов, но производители и управление по авиации принимают меры по решению этой проблемы. И вот недавно, для того, чтобы доказать ценность биотоплива в авиации, голландская авиакомпания KLM Royal Dutch Airlines завершила рейс Boeing 747 с 40 пассажирами на борту на топливе, которое производится из непищевых культур. Для одного из его четырех двигателей использовалась смесь из 50 процентов биокеросина и 50 процентов реактивного топлива. Самолет провел в воздухе над Нидерландами один час.

Бактерии превращают парниковые газы в топливо [4-17].

Команда исследователей из США недавно объявила о создании ими генетически модифицированных бактерий, которые, поглощая углекислый газ, вырабатывают изобультиральдегид. Его впоследствии можно использовать для производства изобутана.

Прорыв в производстве биотоплива: микробы вырабатывают топливо из воздуха[4-17].

Компания Joule Biotechnologies объявила о создании производства топлива непосредственно из богатого углекислым газом воздуха, используя сконструированные с помощью генной инженерии фотосинтетические микробы. Само преобразование углекислоты в топливо было названо компанией Helioculture-процессом.

Ученые из Гарварда создали батареи на основе почвенных бактерий[4-17].

Группа Бостонского колледжа создала аккумуляторы из микробных топливных элементов (microbial fuel cell, MFC), которые получают энергию из природных бактерий, содержащихся в почве. Если это изделие получит дальнейшее развитие, то можно надеяться, что 500 миллионов людей в странах Южной Африки, где нет доступа к электричеству, будут обеспечены энергией от экологически чистых батарей.

Camelina (рыжик) выбрано в качестве биотоплива для испытаний авиацией ВМС США[4-17].

Не так давно ВМС США объявили о планах протестировать несколько видов авиационного биотоплива в истребителе F/A-18. В то время они еще не решили, ни кто будет поставлять топливо, ни что будет использоваться в качестве исходного сырья – только то, что оно должно быть из непродовольственных культур. Теперь стало известно, что в качестве биотоплива для программы испытаний ВМС США выбрано топливо на основе Camelina* компании-производителя Sustainable Oils, Монтана.

Первый в мире автомобиль на энергии водорослей попытается пересечь США, используя 25 галлонов топлива[4-17].

В Сан-Франциско состоялось открытие первого в мире транспортного средства на топливе из водорослей, которое окрестили Algaeus. Гибридный автомобиль с модулем plugin, совмещающий в себе, подобно Prius, никель-металл-гидридные батареи и вилку для подзарядки от электрической сети, работает на зеленой нефти от компании Sapphire Energy, при этом никаких изменений в бензиновом двигателе не нужно. Проект оказался настолько эффективным, что Algaeus может проехать на 25 галлонах топлива от побережья до побережья!

Водоросли – биотопливо будущего [4-17].

Поиски экологических альтернатив ископаемым видам энергии прямой дорогой ведут к исследованию Мирового океана, поскольку именно он является громадным механизмом воспроизведения биологических ресурсов. Наибольшим потенциалом, в вопросе получения биологического топлива обладают морские водоросли, растущие повсеместно, выносящие любые экстремальные температуры и обладающие способностью быстрого размножения.

Российские ученые выращивают микроводоросли для производства биотоплива [4-17].

Новосибирские исследователи уверены, что на сегодняшний день микроводоросли являются самым перспективным сырьем для биотоплива.[4-19].

По мнению новосибирских биологов и химиков, микроводоросли – это самое перспективное на сегодняшний день сырье, которое наряду с растительными маслами, отходами переработки злаковых, тростником, опилками и многим другим составляют основу для производства альтернативного топлива.

Института катализа СО РАН применил технологии каталитических процессов, что позволяет получать биотопливо с более высокими характеристиками, которые могут использоваться в качестве добавок к традиционным моторным топливам. По своим характеристикам выращенные в Новосибирске микроводросли превосходят наземные растения. Они содержат до 80 % жиров от сухого веса.

НАСА помещает водоросли в пакеты со сточными водами в попытке получить авиатопливо. [4-17].

Космическое агентство выращивает водоросли для биотоплива в пластиковых пакетах, наполненных сточными водами, которые плавают в океане.

Процесс невероятно прост. Начинается всё с помещения водорослей в пластиковые пакеты, наполненные сточными водами; эти пакеты в истинно НАСАвском стиле имеют искусный акроним, ОМЕГА (или ОМЕВВ), что в переводе с английского означает «офшорные (морские) мембранные емкости для выращивания водорослей»

Пакеты ОМЕГА – это полупроводящие мембраны, которые НАСА разработало для вторичного использования сточных вод астронавтов в длительных космических миссиях. В этом случае мембраны позволяют выход пресной воды, но предотвращают просачивание соленой (морской) воды.

Затем водоросли в пакетах начинают поглощать питательные вещества сточных вод. Растения очищают воду и выделяют липиды – жирорастворимые молекулы, – которые будут после использованы в качестве топлива.

Система беспроигрышна, сообщил он. Даже в случае, если ОМЕГА-пакет протечет, соленая морская вода уничтожит водоросль, предотвратив распространение экспансионистских видов.

Пластиковые пакеты от НАСА предназначены существовать вплоть до 3-х лет… После этого они могут стать вторичным сырьем, как пластмассовая мульча, или могут быть раздроблены, и использоваться для улучшения качества почвы и сохранения влаги.

Продукции, получаемой из ОМЕГА, хватит, чтобы снабдить топливом авиационные нужды США – 21 биллион галлонов (68 млн. т углеводородов) в год. Чтобы сделать это, потребуется 10 миллионов акр (4.05 млн. га) площади океана.

Сложности.

Конечно, любая технология сталкивается с проблемами.

Специалистам НАСА необходимо найти пластмассу, способную выдержать дробящие волны и холодную температуру, не становясь слишком хрупкой для осмоса.

Qantas испытает биотопливо из морских водорослей[4-18].

Авиакомпания Qantas (Австралия) подписала контракт с американской энергетической компанией Solazyme о совместной работе по внедрению технологии производства биологического топлива из морских водорослей в Австралии в течение ближайших 12 месяцев, сообщает Flightglobal.com. Подобное соглашение Qantas также подписала с компанией Solena (США), которая занимается производством биотоплива из бытовых отходов. Подписанные соглашения являются частью программы авиакомпании Qantas, направленной на оценку возможности использования альтернативных видов топлива, а также на поиск партнеров в этой области. "Затраты и экологические последствия, связанные с традиционными видами реактивного топлива, приводят к необходимости коммерциализации альтернативных источников топлива. Qantas будет оценивать возможность использования каждой технологии на основании коммерческих и устойчивых критериев", – отметил руководитель Qantas Алан Джойс.

4-1. Siemens – Биотопливо – www.science-award.siemens.ru.

4-2. Панцхава Е.С., Березин И.В., Техническая биоэнергетика, Биотехнология, 1986, № 3, с. 8–15.

4-3. O., Rosillo-Calle F., 10 Biomass (Other then Wood)// Survey of Energy Resources., 1998, 18^th Edition, p. 227–257.

4-4. Курс обучения DIERET – Энергия Биомассы – Ecomuseum.kz www.ecomuseum.kz.

4–5. Т.А. Железная, Г.Г. Гелетуха., Обзор современных технологий газификации биомассы. Технологии газификации биомассы, 2008, www.escoecosys.narod.ru.

4–6. Биотопливо – альтернативный вид топлива, culibin777.livejournal.com.

4-7.Е.С. Панцхава и др., Биогазовые технологии., М., 2008, 217 стр.

4-8. The Future of Ethanol: Cellulosic.,www.web.extension.illinois.edu.

4-9. Девис А., Шуберт Р., Альтернативные природные источники энергии в строительном проектировании// М., Стройиздат, 1983, 189 с.

4-10.Международная биоэнергетика, № 3 (20), 2011, стр. 32–33.

4-11. Lufthansa начала экспериментальные полеты на биотопли-Be.,www. media.lufthansa.com.

4-12. A-10 Thunderbolt II of US Air Force flies on biofuel., www.commodityonline.com.

4-13. Королевские ВВС Нидерландов продемонстрировали вертолет Apache на биотопливе., www.cheburek.net.

4-14. AVIATION IMAGES Photo Gallery by Rob Finlayson at pbase.com.,

www.pbase.com.

4-15. Creating Jet Fuel from Biomass Waste – OilPrice.com, Alternative Energy, www.oilprice.com.

4-16. Я. М. Паушкин, Г. С. Головин, А. Л. Лапидус, А. Ю. Крылова, Е. Г. Горлов, В. С. Ковач., Получение моторных топлив из газов газификации растительной, Институт горючих ископаемых.,

www.promeco.h1.ru.

4-17. Биологическое топливо – Cheburek.,net.,www.cheburek.net.

4-18. Qantas испытает биотопливо из морских водорослей., www.air-stream.net.

4-19. Российские ученые выращивают микроводоросли для…www.smartgrid.ru.

Глава 5. Сырье для биоэнергетики

Получение энергии из биомассы является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей во многих странах мира. Этому способствуют такие ее свойства, как большой энергетический потенциал и возобновляемость. А так-же тот фактор, что она может быть произведена и использована без значительных финансовых затрат, что немаловажно для малоразвитых стран.

Все источники биосырья для биоэнергетики можно разделить на три основные группы.

К первой относятся специально выращиваемые для энергетических целей наземные растения. Наибольшее значение имеют лесоводческие энергетические хозяйства для выращивания различных пород деревьев: эбеновое дерево, эвкалипт, пальма, гибридный тополь и др. Одними из перспективных энергетических культур являются сладкое сорго, земляная груша, сахарный тростник.

Рис. 5–1. Уборка урожая Энергетической вербы в Валынской области в Украине.

Рис. 5–2. Сахарный тростник (Saccharum officinarum) Египет

Рис. 5–3. Унаби, Китайский финик, Ююба китайская. Луксор.

Рис. 5–4. В Ровенской области (Украина) будут сажать энергетические ивы.

Рис. 5–5. Биотопливо из Ивы

Рис. 5–6. Paspalum dilatatum / Рис. 5–7. Генномодифицированная Panico brasiliano Энергетическая культура компании Ceres (США)

Рис. 5–8. Энергетическое сорго

Рис. 5–9. Тополь.(Парагвай и Уругвай)

Рис. 5-10.Chrysophyllus Bamboo

Рис. 5-11.Эбеновое дерево [5–2].

Рис. 5-12. Быстрорастущая пальма.[5–3]

Рис. 5-13. Гибридный тополь – тополь советский. [5–4]

Рис. 5-14. Гибридные пирамидальные тополя.[5–5]

Рис. 5-15. Betula maximowicziana (берёза Максимовича)[5–6]

Рис. 5-16. Кипарисовик Лавсона

Рис. 5-17. Хвойное дерево.

“Columnaris” 190–210 см [5–7]. Быстрорастущий сорт Туи [5–8].

Ко второй группе источников биомассы относятся различные органические остатки и отходы:

• биологические отходы животных (навоз, птичий помет и др.);

• остатки от сбора урожая сельскохозяйственных культур и побочные продукты их переработки: багасса (жом сахарного тростника), солома ржи и пшеницы, кукурузные кочерыжки, стебли хлопка, скорлупа земляного ореха, отходы картофеля, рисовые шелуха и солома и др.;

• отходы лесозаготовок, лесопиления и деревообработки: кора, опилки, древесные щепки, стружки;

• промышленные сточные воды (в частности, текстильных, молочных, а также других предприятий по переработке пищевых продуктов);

• городские отходы (твердые и сточные воды).

Третья группа – это водные растения – морские водоросли, гигантские ламинарии (бурые водоросли), водяной гиацинт. Наряду с океаном, который рассматривается как основной поставщик крупных морских бурых водорослей, водорослей, обитающих на дне водоема и плавающих в стоячей воде, анализируются возможности использования биомассы эстуарий, соленых и пресноводных болот.

Как возможные источники биомассы предлагаются также: гибридный сорго, микроводоросли, пресноводные макрофиты и макроводоросли, маниока (пищевое растение в тропиках).[5–9]

Рис. 5-18. Сорго сахарное [5-10].

Рис. 5-19. Суданковые гибриды Сорго Сабантуй [5-10].

Рис. 5-20. Гибрид Сорго Солярис[5-10].

Рис. 5-21. Маниока [5-11].

Рис. 5-22. Эйхорния – плавающее водное растение. [5-12].

Рис. 5-23. Красные водоросли (Lithothamnion) / Рис. 5-24. Морская водоросль – Ламинария [5-13]

Рис. 5-25. Бурые морские водоросли. Рис. 5-26. Биореакторы для [5-14] биотехнологического производства – биомассы микроводорослей Dunaliella [5-15].

Рис. 5-27. Микроводоросль хлорелла. [5-16].