ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина VI, брой 5, 2014

Гориво от водорасли

Гориво от водорасли

Горивото от водорасли, или биогориво от водорасли, е една от алтернативите на изкопаемите горива, която използва водорасли като източник на природна енергия. Съществуват компании и правителствени агенции, които влагат усилия да се намали капиталът и експлоатационните разходи, така че производството на гориво от водорасли да стане публично достъпно. Реколтата от водорасли, също както изкопаемите горива, отделя въглероден диоксид при изгаряне, но за разлика от изкопаемите горива този въглероден диоксид се отнема от атмосферата по време на растежа на водорасли и други източници на биогорива. Интересът е голям към отглеждането на водорасли за производството на растително олио, биодизел, биоетанол, биобензин, биометанол, биобутанол и други биогорива, използвайки земя, която не е подходяща за отглеждането на агрикултури. Част от привлекателните характеристики на горивата от водорасли са, че могат да бъдат отглеждани с минимално въздействие върху източниците на прясна вода, могат да се произвеждат чрез използването на океанска или отпадна вода, а също така са биоразградими.

Водораслите струват повече за единица маса поради големия капитал и експлоатационни разходи, но въпреки това се твърди, че дават между 10 и 100 пъти повече гориво за единица площ от други култури, от които се произвежда биогориво от второ поколение. Обаче тези твърдения остават нереализирани в широк спектър. Според Организацията за биомаса от водорасли, горивото от водорасли може да достигне цена, сравнима с тази на петрола през 2018г., ако се осигурят кредити за производството му. Но тази година Председателят и Главен изпълнителен директор на Exxon Mobil Рекс Тилерсон заяви, че след като от 2009г насам е похарчил 600млн. долара за разработки, съвместно с компанията Synthetic Genomics на Дж. Крег Вентер., е на мнение, че горивото от водорасли е вероятно на повече от 25 години от достигане на публично разпространение. От друга страна, Algenol твърдят, че вече са произвели 0,008m3/m2 етанол и се надяват да започнат масово производство през 2014г.

Горива
Мазнините или маслената част на биомасата от водорасли могат последващо да бъдат извлечени и преобразувани в биодизел чрез процес, подобен на този, използван при всеки друг вид растително масло, или да бъдат преобразувани в рафинерия до заместители на нефтените горива. Въглехидратното съдържание на водораслите може да ферментира до биоетанол или биобутанол.

Биодизел
Съществуват предположения, че биодизелът би могъл да бъде единственият надежден метод, по който да се произведе достатъчно гориво за да се замести текущото потребление на дизел. Ако биодизелът, получен от водорасли, замени годишното глобално производство на 1,1млрд тона конвенционален дизел, то тогава ще бъде необходима площ от 573млн. декара, което ще го направи доста предпочитан в сравнение с другите биогорива.

Тъй като нямат структурни части като листа, стебла и корени и растат плавайки в богата хранителна среда, водораслите имат по-бърз растеж от наземните растения. Също така, биомасата от водорасли може да даде много по-големи маслени фракции от конвенционалните култури, на60% срещу 2-3% за соева биомаса. Добивът за единица площ от водорасли е около 4700 до 18хил.m3/km2/година. Проучвания сочат, че до 60% от сухата маса на някои водорасли може да бъде трансформирана в масло.

Биобутанол
Бутанолът може да бъде получаван от водорасли или диатомеи в биорафинерии, захранвани със слънчева енергия. Това гориво има енергийна плътност 10% по-малка от тази на бензина и по-голяма от тази на етанола и метанола. При повечето бензинови двигатели бутанолът може да замени бензина без никакви модификации. При няколко теста е установено, че потреблението на бутанол е подобно на това на бензин, а когато е смесен с бензин осигурява по-добро изпълнение и корозионна устойчивост от тази на етанола. Зеленият отпадък, получен след маслената екстракция на водораслите, може да бъде използван за производството на бутанол.

Биобензин
Биобензинът също се получава от биомаса от водорасли. Както и традиционно получаваният бензин, той съдържа между 6 (при хексана) и 12 (при додекана) въглеродни атома в една молекула и може да бъде използван при ДВГ.

Метан
Метанът, основната съставка на природния газ, може да бъде получаван от водорасли по различни начини – най-често газификация, пиролиза или анаеробна ферментация. При газификацията и пиролизните методи метанът се извлича при висока температура и налягане. Анаеробната ферментация е прост метод, който се състои от разграждане на водораслите до прости компоненти, които се трансформират в мастни киселини посредством микроби (напр. кисели бактерии), след което всички твърди частици се отстраняват. Накрая се добавя метаногенна бактерия за освобождаването на газова смес, която съдържа метан. Проучвания показват, че биомасата от водорасли може успешно да бъде трансформирана в биогаз посредством анаеробна ферментация. Следователно, с цел да се подобри общият енергиен баланс по отношение обработването на водорасли, е предложено енергията, съдържаща се в отпадната биомаса, да се извлече посредством анаеробна ферментация и да се получи метан за производството на електричество.

Водороден крекинг за производството на транспортни горива
Водораслите могат да се използват за получаването на „зелен дизел” посредством процес на водороден крекинг, който разрушава молекулите до получаването на по-къси въглеводородни вериги, използвани при дизеловите двигатели. Той има същите химични свойства като традиционния дизел, което означава че не са необходими нови двигатели, газопроводи или инфраструктура за разпространението и употребата му. Но все още не е достигната производствена цена, конкурентна на тази на петрола.

Въздействие върху околната среда
За разлика от биогоривата, получавани от земни растения като царевица и соя, отглеждането на водорасли дава като краен резултат значително по-малка използвана площ поради по-голямото количество масло, съдържащо се във водораслите, в сравнение с другите маслодайни култури. Те могат да бъдат отглеждани върху неплодородни земи, неизползваеми от обикновените култури, и могат да използват вода от соленоводни басейни, която не е питейна и не може да се използва за напояването на други земеделски посеви. Производството им също така не изисква външни добавки като инсектициди или хербициди, премахвайки всякакъв риск от генериране на прилежащи отпадни потоци от пестициди. Още повече, в сравнение с горива като дизел или петрол, при горенето си биогоривата от водорасли не отделят серни оксиди и отделят редуцирани количества от въглероден оксид, неизгорели въглеводороди и намалени емисии на вредни замърсители.

Проучванията са установили, че замяната на изкопаеми горива с възобновяеми енергийни източници, каквито са биогоривата, предоставя възможност за намаляване на емисиите на въглероден диоксид с до 80%. Тъй като растителните източници за производство на биогорива нямат необходимия производствен капацитет за да отговорят на настоящите енергийни нужди, други алтернативи подобни на водораслите са били предложени. Системите, базирани на водорасли, могат да уловят приблизително 80% от въглеродния диоксид, изхвърлян от една електроцентрала, когато има достатъчно слънчева светлина. Въпреки че в последствие този въглероден диоксид ще бъде отделен в атмосферата при изгаряне на горивото, важно е да се помни, че този въглероден диоксид ще бъде отделен в атмосферата така или иначе. Следователно възможността за намаляване на цялото количество отделен въглероден диоксид се крие в предотвратяване на отделянето му от изкопаеми горива.

Производството на водорасли предоставя и възможността да се използват потоци от отпадни солени води или отпаден въглероден диоксид като източници на енергия. Това е предпоставка за появата на нова стратегия за производството на биогорива, в съгласие с третирането на отпадни води за получаването на пречистена вода. При използването си в биореактор реколтата от водорасли ще съдържа значителни количества органични съединения, както и замърсявания от тежки метали, абсорбирани от потоците отпадни води, които в противен случай биха били освободени директно в повърхностните и подпочвените води. Още повече, този процес позволява и възстановяването на фосфор от отпадъци, който е съществен, но и рядък елемент в природата, резервите от който се смята, че ще се изчерпат в следващите 50 години.

Икономическа надеждност
При днешната икономика биогоривата от водорасли са придобили голямо значение, дължащо се на възможността да бъдат потенциален заместител на енергийните източници, които използваме. Въпреки това, при нарастващите нива на емисии въглероден диоксид и тенденцията им да нараснат дори повече през следващите десетилетия, много от проучванията са насочени не само към намирането на подходящ възобновяем енергиен източник, но и на устойчиво енергийно производство, което да не въздейства неблагоприятно върху околната среда. Координирането на нарастващи количества енергия и в същото време намаляващ товар от въглероден диоксид в атмосферата е причината, довела до желанието на индустрията да инвестира в биогорива. Причината, която се крие зад този стремеж е че биогоривата от водорасли ще имат капацитета да използват въглеродния диоксид от атмосферата за получаване на въглеводороди, които могат много лесно да бъдат изгаряни за получаването на енергия.