Как можно выращивать биодизельное топливо - Энергетика и промышленность России - № 01-02 (333-334) январь 2018 года - WWW.EPRUSSIA.RU - информационный портал энергетика
16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/333-334/7099861.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 01-02 (333-334) январь 2018 года

Как можно выращивать биодизельное топливо

Новые технологии Иван ТРОХИН

Современные энергетические биотехнологии позволяют в прямом смысле выращивать экологически чистое топливо для дизельных двигателей.

Дизельные электростанции и транспорт являются весьма экономичными с термодинамической точки зрения преобразователями тепловой энергии, получаемой в результате сгорания топлива, в механическую и электрическую энергию. Однако их экологические показатели до сих пор оставляют желать лучшего. Что же здесь еще можно придумать? Оказывается, что в решении данной проблемы могут помочь водоросли.

Гораздо более чистые выхлопы будут у двигателей внутреннего сгорания, работающих на биодизельном топливе, которое в массовых объемах становится выгодно получать из быстро возобновляемого биосырья – водорослей (М. Ю. Росс, Д. С. Стребков. Биодизельное топливо из водорослей / Под ред. Ю. М. Щекочихина. – М., 2008). Последние реально просто культивировать в гигантских масштабах, используя для этого специальные технологические установки – фотобиореакторы.



Спектр штаммов

В природе существует множество разновидностей водорослей. Самыми быстрорастущими растениями на Земле являются микроводоросли. Только их, к примеру, насчитывается более 30 тысяч видов! Микроводоросли еще называются фитопланктоном либо микрофитами, и они составляют основное количество культивируемых водорослей.



Фотобиореакторы

Альтернативным открытому способу выращивания водорослей (например, в прудах и озерах) является закрытый, при котором штаммы водорослей (здесь и далее речь пойдет о микроводорослях, которые и являются наиболее пригодными для переработки в биодизельное топливо) выращиваются в специальных технологических установках – фотобиореакторах (фото). В конструкции последних обязательно входит источник света, и сам свет используется максимально эффективно, что весомо увеличивает производительность такой установки по водорослям.

Фотобиореактор может устанавливаться вертикально, что экономит производственные площади. Он представляет собой закрытую конструкцию и работает как автоматизированная система непрерывного действия, в которой условия культивирования водорослей строго выдерживаются. Однако нужно понимать, что капитальные вложения на создание фотобиореактора окупятся только через некоторое время.

В фотобиореакторе реализуется перемешивание культурной среды в процессе микробиологического синтеза. Фактически любой прозрачный контейнер либо даже закрытый тепличным способом пруд может являться фотобиореактором. В биотехнологической же промышленности классические фотобиореакторы включают в свой состав такие элементы: выростные емкости с источниками света, полиэтиленовые рукава или мешки, стеклянные либо пластиковые трубки.

Целевое действие фотобиореактора направлено на создание оптимальных условий для жизнедеятельности культивируемых в нем клеток и микроорганизмов. Здесь обеспечивается дыхание, подвод питания и отвод метаболитов – веществ, образующихся в организме в процессе обмена веществ. Все это осуществляется путем равномерного перемешивания газовой и жидкой составляющих содержимого фотобиореактора. При этом необходимо отметить, что нежелательно подвергать клетки тепловому или механическому воздействию.

Конструктивных исполнений фотобиореакторов существует очень много. Интересно, что отдельные конструкции, разработанные еще в 1980‑х гг., даже сегодня являются образцами простоты и эффективности. К примеру, здесь можно отметить весьма удачную конструкцию фотобиореактора, созданного по авторскому свидетельству СССР SU 1570678 и являющегося изобретением.



Топливо из масла

После того как биомасса водорослей выращена и ее урожай собран, необходимо выделить растительное водорослевое масло для дальнейшей его конверсии в биодизельное топливо. Наиболее просто отжимать водорослевое масло механическим способом с помощью различных прессов, подходящих для той или иной разновидности водорослей.

Часто бывает, что при механическом отжиме комплексно используется еще химическое разрушение клеточных стенок водорослей за счет применения химических веществ. Использование органических растворителей приводит к увеличению экстракции масла из биомассы водорослей. Кстати, свежее выжатое водорослевое масло с высокой вязкостью уже реально возможно использовать в качестве топлива для питания адаптированных дизельных двигателей.

С теоретической точки зрения, весьма благоприятной для практического воплощения, биодизельное топливо из водорослей способно полностью заменить традиционное дизельное топливо. Биодизельное топливо не содержит серу, не является токсичным и легко разлагается. Поэтому инвестиции в развитие производства биодизельного топлива из водорослей – это вклад в будущее человечества и его устойчивое развитие в гармонии с окружающей природой.

Помимо механического отжима, возможна еще ультразвуковая экстракция. Для реализации этого высокотехнологичного способа выделения растительного масла из биомассы водорослей необходим кавитационный реактор. В нем ультразвуковые волны используются с целью создания кавитационных пузырей в среде биомассы водорослей. Когда эти пузыри взрываются в непосредственной близости от стенок клеток водорослей, то это порождает ударные волны и жидкостные струи, обеспечивающие разрыв мембран, и содержимое изливается в растворитель. В этом, если рассматривать процесс поверхностно, и заключается идея получения биодизельного топлива из водорослевого масла.



Переэтерификация

Как уже отмечалось выше, водорослевое масло, подобно другим растительным маслам, является очень вязким, если сравнивать его с традиционным дизельным топливом. Поэтому необходимо еще реализовать процесс конверсии растительного водорослевого масла в биодизельное топливо – переэтерификацию.

В технологическом процессе переэтерификации водорослевого масла в биодизельное топливо обычно используется этанол (этиловый спирт) и этилат натрия как катализатор. Этилат натрия образуется в результате протекания химической реакции этанола с натрием. Затем водорослевое масло (триглицериды) в присутствии катализатора образует биодизельное топливо и глицерол. Полученную химическую смесь разделяют определенным образом и выделяют из нее собственно биодизельное топливо.

Кроме рассмотренного выше технологического процесса снижения вязкости водорослевого масла, существуют и другие методики. Например, можно разбавлять 25 частей водорослевого масла с 75 частями традиционного дизельного топлива. Правда, полученная смесь уже не будет являться биодизельным топливом в чистом виде.



Водоросли – везде

Таким образом, подводя итоги сказанному выше, необходимо отметить, что водоросли – это реальное биоэнергетическое сырье для массового выращивания и последующей конверсии, в частности, в биодизельное топливо. Водоросли имеют поразительно высокую урожайность, а их сырьевая себестоимость, если вести разговор о развертывании и налаживании массовых производств, окажется с течением времени более или менее низкой. Экологически перспективные технологии сегодня востребованы и спрос на них обязательно будет возрастать.

Водоросли можно выращивать практически повсеместно, лишь бы достаточно было солнечного света. Более того, если их выращивать с использованием выбросов газов от тепловых электростанций, то при таком производстве биодизельного топлива из водорослей попутно будет реализовываться эффект снижения содержания углекислого газа и оксидов азота в атмосфере. Сегодня это тоже очень важное экологическое направление.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 01-02 (333-334) январь 2018 года: