16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/teploenergetika/5/103.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 02 (05) апрель 2013

Биотопливо из водорослей – поршневым электростанциям!

Биотопливо из водорослей – поршневым электростанциям!

Водоросли как энергетическая растительность представляется сегодня в мире очень перспективным возобновляемым сырьем для производства биотоплив. В малой энергетике весьма эффективными объектами полезного использования водорослевых топлив могут стать различные тепловые поршневые электростанции.

Чем же привлекательна такая «зеленая» биотопливно-электростанционно-поршневая комбинация? Биотопливо, являясь возобновляемым энергоносителем, безусловно должно составлять все большую и большую конкуренцию традиционным исчерпаемым природным энергетическим богатствам, таким, как нефть и природный газ. Но что полезного можно получить из водорослей? Оказывается, сегодня специалистами в области биоэнергетики рассматриваются в общем‑то два определенно возможных направления энергетического использования водорослей: прямое сжигание водорослевой биомассы и ее переработка в жидкое моторное топливо – биодизель. Оба направления принципиально актуальны в малой тепловой энергетике, только первое – для реализации в водогрейных котельных и мини-ТЭЦ на базе паровых котельных, а второе – все же больше для тепловых поршневых мини-электростанций с дизельными двигателями. В последнем случае экологические показатели работы установок будут существенно лучше, чем у электростанций на дизельном топливе из нефти, которые сейчас работают и даже еще внедряются в нашей стране.

Дизельные поршневые электростанции являются куда более экономичными при своей работе, чем турбинные, которые тоже могут работать на дизельном топливе. Коэффициент полезного действия у поршневых двигателей внутреннего сгорания выше, чем у газовых турбин. А паровые мини-электростанции, работающие по циклу Ренкина, энергетически тоже выгоднее в поршневом исполнении, а не паротурбинном. По крайней мере, это определенно справедливо при электрических мощностях до 1,2 МВт. Паровые поршневые двигатели вместо паровых турбин особенно эффективно работают в паровых котельных, переведенных в режим мини-ТЭЦ (см. статью «Что объединяет котельную и самолет?» – «ТЭ» № 2 (02) за 2012 год и сайт eprussia.ru/teploenergetika)).

При использовании водорослей на паровых мини-электростанциях непосредственно в качестве своеобразного твердого топлива затраты при его получении фактически минимальны, если сравнивать с производством жидкого биотоплива из водорослей. И если на потребительские нужды в большей степени требуется тепловая энергия, а не электрическая, то паровая поршневая мини-ТЭЦ – очень выгодный и неприхотливый в эксплуатации собственный источник энергии. В сущности, это получается локомобильная электростанция, только построенная по‑современному: блочно-модульная компоновка, высокоэффективная топка котла для сжигания твердого топлива в высокотемпературном циркулирующем кипящем слое и, конечно… паровые моторы, скажем, от германской фирмы Spilling Energie Systeme GmbH или чешской компании PolyComp a.s., а может даже отечественные паропоршневые двигатели в скором времени будут производиться.

Что касается переработки водорослей в жидкое биотопливо, то она, естественно, энергетически затратна, как и любое производство моторных топлив: из прочей биомассы или нефти. Правда, стоит особо подчеркнуть факт того, что инвестиции в биотехнологии – это инвестиции в будущее человечества и думать здесь нужно прежде всего об экологических, а не экономических выгодах от реализации новых технологий. Это должно относиться, по крайней мере, к странам с мощным экономическим потенциалом, в число которых, по существу, входит и Россия. Так или иначе, но разведанные запасы невозобновляемых природных энергетических ресурсов истощаются, и затраты на добычу последних будут в обозримом будущем только расти. Со стороны самих электростанций особой проблемы перехода на потребление биодизельного топлива уже нет. Разработчики и производители дизельных электростанций очень часто в линейке своей продукции уже предлагают и биотопливные модификации.

Жидкое биотопливо из водорослей относится даже к отдельному и самому современному поколению биотоплив – третьему. Согласно докладу FAO (Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН) «Положение дел в области продовольствия и сельского хозяйства-2008», биотопливом первого поколения считается обычно жидкое биотопливо на основе культур, содержащих сахар или крахмал (кукуруза, рожь, пшеница, сахарная свекла и другие), либо масличных культур (рапс, соя, подсолнечник и прочие). Биомасса первых двух групп служит для производства этанола, а третьей – для выработки биодизеля. Биотоплива второго поколения возможно получать в результате переработки лигноцеллюлозной биомассы (все целлюлозосодержащие отходы на Земле, к числу которых относятся: сельскохозяйственные и отходы лесоводства – солома сельхозкультур, стебли растений, листья; отходы деревообработки, например в виде опилок; органические вещества из городского мусора). Это сырье более устойчиво к расщеплению, чем сахар, крахмал и масло.

Отличительная особенность водорослей, если сравнивать с сырьем для биотоплив первого и второго поколений, проявляется и в том, что их разведение может быть организовано в водоемах, как незадействованных, так и используемых для нужд сельского или рыбного хозяйства, либо – в специальных фотобиореакторах, то есть установках, где создаются и поддерживаются благоприятные условия выращивания водорослей. Кроме этого, водорослевая растительность поглощает при своем росте в процессе фотосинтеза, помимо солнечных лучей, еще и углекислый газ, что улучшает экологическую обстановку в прилегающих к водоемам зонах. Масляный и жировой составы водорослей по структуре молекул не отличаются от тех, что у нефти.

В последние годы ученые и специалисты из Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) Российской академии сельскохозяйственных наук развивают очень интересные в плане дальнейшего практического использования инновационные технологии получения биотоплив из так называемых микроводорослей. Естественно, что до развертывания крупного производства необходимо научиться прогрессивно культивировать микроводоросли: выращивать их штаммы в лабораторных фотобиореакторах (первый этап) с последующим высевом и доращиванием штаммов микроводорослей уже в промышленных фотобиореакторах или водоемах (второй этап). Такая технология культивирования микроводорослей представляется разработчиками как двухэтапная. При этом разведение микроводорослей в водоемах предусматривается с использованием беспилотных летательных аппаратов для целевого мониторинга условий культивирования в ходе промышленного выращивания фитомассы микроводорослей. Технологические процессы сбора урожая и отделения фитомассы от воды могут быть реализованы с помощью соответствующей плавающей техники и специального оборудования для обезвоживания.

Производство биотоплив из фитомассы микроводорослей, выращенных в промышленных фотобиореакторах или водоемах, возможно вести в двух направлениях: получение микроводорослей как конечного товарного продукта – биотоплива для прямого сжигания в топках котельных установок паровых мини-ТЭЦ либо переработка микроводорослей в жидкое биотопливо третьего поколения с целью последующего использования как моторного топлива (см. таблицу). К последнему направлению относится производство биодизеля из жиров микроводорослей, а также – биоэтанола из микроводорослевой клетчатки. С единицы площади водной поверхности принципиально возможно собирать урожай микроводорослей с последующей их переработкой в биотопливо третьего поколения, количество которого будет существенно превышать соответствующий показатель по получению жидкого биотоплива из сельскохозяйственных культур (например, рапса), собираемых с такой же площади занимаемой ими поверхности Земли. К тому же водоросли как альгакультура (водная культура), да еще и непищевого назначения не создает никакой территориальной конкуренции сельскохозяйственному растениеводству (в отличие от многих других биотопливных культур) и предоставляет реальную возможность снизить, а может, в перспективе, даже практически свести к минимуму необходимость использования пищевых культур в качестве сырья для производства жидкого биотоплива.

Для скорейшего внедрения таких привлекательных микроводорослевых экотехнологий целесообразно использовать не вовлеченные в сельскохозяйственную деятельность гидротерритории и зоны, где возможно разместить фотобиореакторы. Особый интерес здесь представляют рыбоводческие хозяйства. Микроводоросли способствуют также подавлению патогенной микрофлоры (к примеру, сине-зеленых водорослей), что позволяет упростить и, следовательно, удешевить процесс ее удаления при обслуживании прудов рыбных хозяйств. Если засеять штаммом хлореллы два нагульных пруда (для выращивания, то есть нагула товарной рыбы) площадью 20 квадратных метров, то с каждого будет обеспечиваться, что установлено, прирост товарной рыбы на 2‑4 центнера с гектара по сравнению с рыбным урожаем в контрольных прудах. Вот такие дополнительные выгоды от разведения микроводорослей могут ожидаться в рыбных хозяйствах!

Специально по тематике «Биодизельное топливо из водорослей» в 2008 году была выпущена одноименная монография «Издательством ВИЭСХ». Ее авторы М. Ю. Росс и Д. С. Стребков – известные специалисты в области возобновляемой энергетики. Хочется надеяться, что изложенные в ней знания непременно получат практическое воплощение при производстве такого перспективного экотоплива, как биодизельное из водорослей. А современные биодизельные поршневые электростанции могут стать хорошим «полигоном» для реальных проб этого топлива в действии. Тогда наконец‑то должны проявиться экологическо-экономические преимущества биодизельной энергетики по сравнению с традиционной «грязной» дизельной – сначала на стационарных энергетических объектах, а затем – может, постепенно, и в энергетике автомобильного транспорта, где дизельные и бензиновые моторы являются базовыми приводными двигателями.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 02 (05) апрель 2013: