Наука 21 век » Биогаз из микроскопических водорослей - многообещающий источник ископаемого топлива. Биогаз из водорослей
Удобрения и биотопливо из сине-зеленых водорослей
Сине-зеленые водоросли могут стать настоящим золотым клондайком. Зловонные и уродливые водоросли несложно преобразовать в удобрения и биотопливо. Это доказали в Кременчуге, который известен кразами. Ученые из Кременчугского университета создали чудо-установку и уже получили патент на свое изобретение. Осталось только дождаться инвесторов, которые пожелают вложить деньги в экологический проект. «Де дівчата ноги мили – ой, там хлопці воду пили…»Шуточная народная песня лучше всего иллюстрирует современную трагедию Днепра: из него пьет воду больше половины Украины и туда же сливает сточные воды. Могучий природный механизм самоочищения Днепра уже не работает - река задыхается. Сине-зеленые водоросли поглощают кислород, душат рыбу, портят отдых пляжникам, накидывают хлопот водоканалу и вообще - превращают Днепр в болото. Эти проблемы давно волновали доктора физико-математических наук, профессора Александра Елизарова, который родился и вырос в с. Табурище (ныне - один из районов Светловодска) и хорошо помнит чистый, нетронутый каскадом водохранилищ Днепр: - Сегодня Гоголь уже не сказал бы: «чуден Днепр при тихой погоде». В особенности это касается июля-августа, когда река больше похожа на сточную канаву, чем на реку, воспетую поэтами. Проблема сине-зеленых водорослей актуальна для Днепродзержинского, Каховского и Кременчугского водохранилищ. Зато в Киевском, которое расположено севернее, сине-зеленые не такие активные. На кафедре физики КГУ имени Остроградского поставили вопрос: можно ли предложить проект очистки больших вод? Ученые предположили - если собрать пятисантиметровый слой со всей поверхности Днепра, где собственно и аккумулируются в тихую погоду сине-зеленые, то объемы будут не больше потребления и очистки воды крупным мегаполисом, скажем, Москвой. А из этого следует, что идея не столь утопична, как кажется на первый взгляд. Биогаз из сине-зеленых водорослей - это обычный естественный процесс гниения и разложения. - Во время цветения сине-зеленые спонтанно частично превращаются в метан, - рассказывает профессор Елизарalternativenergy.ru
Биотопливо из водорослей. Cleandex
По своим энергетическим характеристикам водоросли значительно превосходят другие источники.
200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США. 200 тысяч гектаров — это менее 0,1% земель США пригодных для выращивания водорослей.
Однако, водоросли, содержащие большее количество масла, растут медленнее. Например, водоросли, содержащие 80% нефти вырастают раз в 10 дней, в то время как, водоросли, содержащие 30% -3 раза в день.
Производство водорослей привлекательно еще и тем, что в ходе биосинтеза поглощается углекислый газ из атмосферы.
Однако, основная технологическая трудность заключается в том, что водоросли чувствительны к изменению температуры, которая вследствие этого должна поддерживаться на определенном уровне (резкие суточные колебания недопустимы).
Также коммерческому применению водорослей в качестве топлива препятствует на сегодняшний день отсутствие эффективных инструментов для сбора водорослей в больших объемах. Также необходимо определить наиболее эффективные для сбора масла виды.
Технологии выращивания водорослей
Департамент Энергетики США исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гаваи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м2. Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 гр. водорослей с 1 м2 в день.
Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.
Компания BioKing приступила к серийному производству запатентованных биореакторов по разведению водорослей, пригодных к немедленной эксплуатации, которые включают быстрорастущие водоросли с высоким содержанием масла.
Испанские ученые нашли один из видов микроводорослей, которые способны гораздо быстрее размножаться, чем другие биологические собратья при определенном освещении. Если в открытом море каждый кубометр воды приходится до 300 экземпляров водорослей, то исследователи получили 200 млн. экземпляров на тот же кубометр воды.
Микроводоросли растут в пластиковом цилиндре диаметром в 70 см и длиной в 3 м. Водоросли размножаются делением. Они делятся каждые 12 часов, и постепенно вода в цилиндре превращается в зеленую плотную массу. Один раз в день содержимое цилиндра подвергается центрифугированию. Остаток представляет собой практически стопроцентное биотопливо. Насыщенная жирами часть этой массы преобразуется в биодизель, а углеводороды — в этанол.
Разработки биотоплива из водорослей
Корпорация Chevron, один из мировых энергетических гигантов начали исследование возможности использования водорослей в качестве источника энергии для транспорта, в частности, для реактивных самолетов. В ходе исследований будут изучены виды водорослей, которые содержат максимальный процент масел в своем составе, а также разработаны методы культивирования водорослей.
Компания Honeywell, UOP недавно начала проект по производству военного реактивного топлива из водорослевых и растительных масел.
Компания Green Star Products завершила вторую фазу испытаний демонстрационного завода по производству биодизеля из водорослей в Монтане. Во время второй фазы выбирались оптимальные условия для выращивания водорослей штамма zx-13.
GSPI разработала гибридную систему выращивания водорослей в прудах — Hybrid Algae Production System. Обычные водоросли живут при температуре воды около 30 по Цельсию, zx-13 выживают при температуре около — 44. zx-13 также продемонстрировали хорошую устойчивость к повышенному содержанию солей в воде.
Однако, во второй фазе испытаний GSPI не удалось отработать технологию сбора водорослей. Водоросли созрели раньше, чем ожидалось, и оборудование ещё не было готово. Технология GSPI позволяет собирать водоросли размером более 2 мкрн. Водоросли меньшего размера возвращаются в пруд для дальнейшего выращивания.
На следующем этапе технология GSPI будет испытываться на пруду площадью 100 акров. Ведутся переговоры о размещении 100-акрового пруда в Калифорнии, Миссури и Юте. В дальнейшем возможно увеличить площадь до 500 — 1000 акров.
Крупная энергетическая компания Японии Tokyo Gas Co намерена построить демонстрационный завод, на котором из морских водорослей будут получать электричество. Для работы газовых генераторов на станции будет использоваться метан, выделяемый из мелко изрубленных водорослей.
Для ряда японских префектур, включая столичную, загрязнение побережья водорослями остается серьезной экологической проблемой. Они нередко выделяют при гниении зловонный запах и портят пейзаж.
Между тем новейшая разработка японских специалистов предлагает решить эту проблему с экономической выгодой. Экспериментальная модель завода с газовым электрогенератором, которая уже работает в лаборатории несколько лет, позволяет в день уничтожать до 1 тонны водорослей.
При этом вырабатывается около 9,8 киловатт электроэнергии. Эта пилотная установка позволяет получать около 20–30 куб метров метана в месяц — этого объема достаточно, чтобы ровно на половину сократить месячный расход на электричество средней семьи.
По подсчетам Tokyo Gas, строительство предприятия, в зависимости от производственной мощности, требует от нескольких десятков млн до 200 млн иен.
Испанская фирма Bio-Fuel-Systems планирует не только изготовлять из водорослей горючее, но и снижать уровень двуокиси углерода, который образуется при производстве электроэнергии с использованием органических видов топлива. В 2008 году запланировано строительство подобной установки в районе города Аликанте.
Компании Shell и HR Biopetroleum намерены построить на Гавайских островах опытный завод по получению растительного масла из микроводорослей и его дальнейшей переработке в биотопливо.
Микроводоросли будут выращивать на месте, в специальном открытом бассейне с морской водой. Виды микроводорослей будут отобраны для дальнейшего использования из местных образцов морских организмов, в качестве критерия отбора будут использованы быстрый рост водорослей и максимальный выход растительного масла
Авиационная промышленность также заявила о начале разработок по использованию морских водорослей, в качестве сырья для производства авиационного топлива. Компания Боинг сообщила, что альтернативой биодизелю, произведенному из морских водорослей, в будущем может стать производство авиационного биотоплива.
Согласно документу, никакое биотопливо, которое сегодня производится, не может быть использовано в качестве авиационного топлива. Этанол поглощает воду и разъедает двигатель и топливный провод, в то время как биодизель замерзает при низких температурах (на крейсерской высоте). Кроме того, биотопливо обладает более низкой термической стабильностью, чем обычное реактивное топливо.
Специалисты Боинга считают, что оптимальным сырьем для производства биотоплива станут морские водоросли, из которых получают в 150 — 300 раз больше масла, чем из сои. По их мнению, биотопливо из водорослей — это будущее для авиации. Так, если бы весь флот авиалиний мира по состоянию на 2004 год использовал 100% биотопливо, полученное из морских водорослей, понадобилась бы 322 млрд. литров масла.
Для выращивания этих водорослей необходима земля площадью 3,4 млн. га. В расчете принято, что с одного гектара получается 6 500 литров ежегодно. Для этих целей, возможно, использовать земли, которые не пригодны для выращивания пищевых сельхозкультур.
www.cleandex.ru
Топливо из водорослей
Перспективным сырьем для биотоплива являются морские микроводоросли, которые не требуют ни чистой воды, ни земли.
Исследователи определили состав биотоплива, полученного из микроводорослей Spirulina platensis, с помощью масс-спектрометрии высокого разрешения. Ученые изучили две фракции биотоплива, которые получаются после того, как массу из водорослей обработают специальным методом. Кроме того, они показали, что биотопливо по составу имеет мало общего с нефтью, зато у него есть что-то общее с зеленкой – той самой, что можно купить в любой аптеке. Работа была сделана группой ученых из Сколтеха, Института энергетических проблем химической физики имени В. Л. Тальрозе РАН, Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН, Объединенного института высоких температур РАН, МГУ и Московского физико-технического института. Исследование опубликовано в журнале European Journal of Mass Spectrometry. Кратко о нем рассказывает пресс-релиз Московского физико-технического института.
Водоросли как спасение экологии
Биотопливо, как альтернативный источник энергии, представляет особенный интерес для изучения, ведь оно помогло бы решить такие проблемы, как истощение запасов нефти и глобальное потепление. В отличие от нефти, биотопливо производится из возобновляемых природных ресурсов, а при его сжигании выделяется меньше парниковых газов. Бразилия, например, уже обеспечивает с помощью биотоплива 40% своих потребностей.
В качестве сырья для биотоплива используют сельскохозяйственные культуры и другие растения. Однако в этом случае приходится занимать плодородную землю, которая могла бы вместо этого кормить людей. Перспективным сырьем для биотоплива являются морские микроводоросли, которые не требуют ни чистой воды, ни земли. Водоросли активно поглощают углекислый газ, а значит их использование действительно полезно для уменьшения парникового эффекта. Топливо из микроводорослей называют биотопливом третьего поколения, и в настоящее время ведутся активные разработки по его производству.
Рецепт биотоплива
Если мы узнаем состав биотоплива, мы сможем усовершенствовать процесс его производства. Первоначальные техники получения горючего из водорослевой массы были энергетически невыгодными, так как много энергии затрачивалось на высушивание водорослей, в которых содержится много воды.
Для коммерческого применения нужен был новый, более эффективный метод. И такой метод придумали – это так называемое гидротермальное сжижение: мокрую биомассу нагревают до температуры больше 300℃, сжимают давлением в 200 атмосфер и на выходе получают топливо. Примерно тот же принцип действует в природе, когда под воздействием больших температур и высокого давления в недрах Земли образуется нефть, только в реакторе это происходит быстрее. В результате получается две фракции: жидкое биотопливо и густая масса, которая остается в реакторе. Это смеси, состоящие из тысяч индивидуальных компонентов и для определения их состава наилучшим образом подойдет масс-спектрометрия.
Масс-спектрометрия
Масс-спектрометрия – метод исследования, с помощью которого можно определить состав вещества. Метод основан на том, что в электрическом и/или магнитном поле разные соединения ведут себя по-разному – в зависимости от их соотношения массы и заряда m/z. На выходе получается масс-спектр – график с пиками интенсивности, где каждому пику соответствует свое значение m/z.
Масс-спектры жидкой фракции (вверху) и твердой фракции (внизу)
Ученые исследовали с помощью масс-спектрометрии биотопливо, полученное из водорослей Spirulina platensis. В процессе гидротермального сжижения все вещества с температурой кипения меньше 300 градусов выходят из реактора в виде газа и охлаждаются в специальной емкости. Таким образом, получается жидкая фракция, а в реакторе остается твердая фракция. Масс-спектрометрический анализ показал, что обе фракции содержат больше всего веществ, у которых в составе есть N и N2, но компоненты твердой фракции более разнообразны и по свойствам отличаются от компонентов жидкой фракции. Найденные в биотопливе вещества не имели ничего общего с веществами, которые содержатся в обычной сырой нефти, хотя и являются горючими. Масс-спектрометрия позволяет узнать только молекулярные формулы веществ (например, C18h45N2). Чтобы получить какую-нибудь информацию о структуре молекул, исследователи применили метод замены водорода на дейтерий.
Замена водорода на дейтерий
Перед тем, как запустить молекулы в масс-анализатор, их нужно зарядить, иначе электромагнитное поле на них не подействует. У обычных молекул заряд z=0, в них число протонов равно числу электронов. А если, например, к молекуле присоединить протон (частица с зарядом +1), то она станет ионом с зарядом z=1. Процесс превращения молекул в ионы называется ионизацией. Когда водород заменяется на дейтерий, масса иона* становится больше и пик в спектре смещается. По тому, сместился пик или нет, ученые определяют, в каком месте в молекуле стоял водород. Однако не любой водород отдаст свое место дейтерию, точнее не любое место водород сможет освободить.
В ядре дейтерия, или тяжелого водорода, кроме протона есть нейтрон, который влияет на массу, но не на заряд
Перед запуском в масс-анализатор молекулы образца подвергают ионизации. В данном случае к нейтральным соединениям добавлялись протоны, и они превращались в положительные ионы. Присоединенный протон легко заменяется на дейтон, но оказалось, что в некоторых компонентах биотоплива замены не происходит. Ученые это поняли по интенсивности смещенного пика, который получается при замене. У обычной нефти смещенный пик имел такую же интенсивность, как несмещенный, а значит, замена произошла полностью.
В случае с биотопливом, интенсивность смещенного пика была в пять раз меньше. Это значит, что под одним пиком кроется несколько соединений и не во всех из них есть присоединенный водород, вместо которого мог бы встать дейтерий. Если вещества не поддаются ионизации, значит они уже являются положительными ионами и в таком виде содержатся в биотопливе. Эти вещества похожи на некоторые красители, такие, как например бриллиантовый зеленый, который входит в состав зеленки.
Евгений Николаев, член-корреспондент РАН, профессор Сколтеха, научный руководитель Лаборатории ионной и молекулярной физики МФТИ комментирует: «Исследование продуктов гидротермального сжижения микроводорослей с помощью масс-спектрометрии имеет важное значение для повышения эффективности производства биотоплива. Дальнейшая работа должна быть сконцентрирована на использовании сортов водорослей с максимально высоким содержанием липидов и создание таких сортов с использованием генетической модификации. Так мы сможем выбрать из них самое эффективное сырье для биотоплива». опубликовано econet.ru
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet
econet.ru
Биогаз из микроскопических водорослей - многообещающий источник ископаемого топлива
Могут ли микроводоросли быть топливом будущего? Исследователи совершенствуют технологию, которая преобразует влажную водорослевую биомассу в биогаз, который совместим с современными системами распределения природного газа. Такой биогаз становится все более многообещающим альтернативным ископаемымтопливом. На протяжении последних лет исследователи из Института Пауля Шеррера (Швейцария) и Федеральной политехнической школы Лозанны (Франция) разрабатывали SunCHem, эффективный и экономичный процесс выращивания и преобразования микроводорослей в синтетический природный газ - биотопливо, которое полностью совместимо с современной газораспределительной системой. В статье, опубликованной в конце января 2014, они раскрыли новую технологию непрерывного преобразования биомассы в биогаз. Статья появилась в онлайн версии журнала Catalysis Today. 
Хотя для преобразования биомассы в биогаз природе требуются миллионы лет, процесс SunCHem занимает менее часа. Особенность, позволяющая достигнуть подобных результатов, заключается в так называемом процессе гидротермальной газификации. На первом этапе вода, содержащая водоросли, нагревается под давлением до сверхкритического жидкого состояния (почти 400оС). В таком состоянии она эффективно растворяет органическую материю, из которой состоит биомасса, в то время как неорганические соли становятся плохо растворимыми и могут стать концентратом питательных веществ. Посредством газификации оставшегося вещества в присутствии катализатора оно разделяется на воду, углекислый газ и богатый метаном биогаз.
Несмотря на то, что такой способ дороже использования природного газа в 5-7 раз, микроводоросли являются гораздо менее спорным решением по сравнению с другими источниками биотоплива. Их можно выращивать в водных каналах, которые строятся на необработанной земле, что не приводит к сокращению площадей, занятых под сельское хозяйство. Несмотря на то, что водорослям нужна вода, требования к ее свойствам не такие уж и высокие. В зависимости от вида водоросли можно выращивать в соленой или пресной воде, а в будущем их, вероятно, можно будет использовать для обработки отработанной воды. Исследование, опубликованное в прошлом году, отмечает, что на каждую единицу энергии, потраченную на производство биогаза, приходится от 1.8 до 5.8 единиц полученной энергии.
Для повышения экономичности и эффективности, а также для снижения стоимости процесс можно осуществлять в замкнутой системе. «Доступ к некоторым питательным веществам, таким как фосфаты, ограничен, но мы можем получить их в процессе газификации биомассы. Их повторное поступление в воду, в которой мы выращиваем водоросли, оказывает значительный положительный эффект на их рост», - говорит Марилюс Банью (Mariluz Bagnoud), один из ведущих авторов исследования.
В рамках опубликованной работы ученые доказали возможность функционирования системы в рамках непрерывного процесса. Однако они обнаружили, что длительное использование отработанных питательных веществ и воды приводит к снижению рабочих показателей системы.
«Мы обнаружили эффект дезактивации катализатора, используемого в процессе газификации. Мы также предвидим возможность накапливания незначительного количества алюминия, – говорит Банью. – Влияние токсичности алюминия на микроводоросли зависит от кислотности. Посредством выращивания водорослей в условиях нейтральной кислотности токсичное воздействие может быть устранено практически полностью. Следующий этап заключается в совершенствовании процесса для повышения продолжительности работы катализатора, который дезактивируется под воздействием содержащейся в водорослях серы».
По материалам Phys. Org.
Иван Штепа nauka21vek.ru
nauka21vek.ru
Биогаз: ответ раньше вопроса | Всемирный Русский Народный Собор
Среди задач, обозначенных на разных уровнях в качестве промежуточных этапов модернизации российской экономики, одной из наиболее актуальных является развитие высокоинтеллектуальных отраслей промышленности и энергетики. В их числе — биотехнологии и альтернативные источники энергии.
В России планируется к 2020 году довести уровень производства с использованием биотехнологий до 1% валового внутреннего продукта. В целом, по экспертным оценкам, мировой рынок биотехнологий к 2025 году может составить порядка 2 трлн долларов США. Что касается биоэнергетики, то ожидается, что уже в 2014 году в некоторых странах возникнет так называемый сетевой паритет, когда стоимость электроэнергии, полученной из альтернативных источников, будет меньше или сравняется по стоимости с электроэнергией, выработанной из традиционных источников.
В значительной степени такое положение станет возможным благодаря, прежде всего, широкому внедрению установок солнечных батарей, стоимость которых за последние два года упала на 70% из-за обилия дешёвых панелей китайского производства, в связи с чем США, Индия и Малайзия планируют применение антидемпинговых мер. Вместе с тем, биоэнергетика тоже весьма близка к своему переходу в массовое, промышленное качество, причём Российская Федерация имеет ряд практических наработок, способных при правильном обращении обеспечить значительное конкурентное преимущество.
4 февраля 2014 г. в Белгороде состоялось заседание президиума Совета по модернизации экономики и инновационному развитию России, в ходе которого премьер-министр РФ Дмитрий Медведев осмотрел крупнейшую в России биогазовую станцию «Лучки» в Прохоровском районе Белгородской области, обеспечивающей поставки электрической и тепловой энергии жителям района, где проживают более 30 тыс. человек. Пуск станции «Лучки» состоялся 25 июня 2012 года, а 20 июля 2012 года она вышла на проектную мощность 2,4 МВт. К настоящему времени выработка электроэнергии станцией с момента её пуска составляет более 25 млн кВт/ч. Биогазовая станция «Лучки» предотвратила выброс в атмосферу более 18700 т углекислого газа, который произошёл бы при выработке электроэнергии менее экологичными способами. Попутно, станция перерабатывает около 75 тысяч тонн отходов ежегодно, что весьма важно для Белгородской области — одной из самых развитых по части сельского хозяйства областей России.
Количество отходов агропромышленного комплекса России сегодня достигает всего 600 млн. т в год (225 млн. т сухого вещества), причём большая часть этих отходов не утилизируется. На станции перерабатываются биоотходы с четырёх белгородских агропредприятий. Технология принципиально не содержит в себе трудностей: биогаз — газ, получаемый в ходе брожения биомассы (органических отходов) посредством воздействия различных видов бактерий. Он состоит из метана (60-85%) и углекислого газа (15-40%), его теплота сгорания составляет от 21 до 27,2 МДж/м³. При переработке 1 т свежих отходов крупного рогатого скота и свиней можно получить от 45 до 60 м³ биогаза, 1 т куриного помета — до 100 м³ биогаза. По теплоте сгорания 1 м³ биогаза эквивалентен 0,8 м³ природного газа, 0,7 кг мазута или 0,6 кг бензина.
Для работы электрогенераторов в качестве сырья вполне пригоден «натуральный» биогаз, без какой — либо очистки. Для заправки автомобилей устанавливается дополнительная система очистки биогаза, который в результате становится полным аналогом газа природного — 90% метана (Ch5) и 10% углекислого газа (CO2). В Швеции, Финляндии и Австрии биогазом обеспечивается 15-20% всего внутреннего потребления. В России подпрограмма развития использования возобновляемых источников энергии предусматривает увеличение до 2020 года доли альтернативной электроэнергии в восемь раз, что не выглядит слишком смелым заявлением, учитывая то, что сейчас возобновляемые источники энергии, вместе взятые, включая ветер, геотермальные воды, солнце, биомассу, производят всего лишь 0,3% всего объёма электроэнергии, что в 10 раз меньше среднемирового показателя.
Россия помимо прочих своих достоинств воспринимается как мощная энергетическая держава, обладающая огромными запасами природных ресурсов и достаточным опытом их разработки. Вместе с тем, столь же огромные территории и не везде благоприятные природные или инфраструктурные условия приводят к тому, что сегодня только 37% крупных и средних сельхозпроизводителей имеют доступ к газораспределительным сетям и 20% — к сетям теплоснабжения. Программа газификации регионов России компанией «Газпром» может увеличить первый показатель до 50% процентов, но лишь косвенно повлияет на второй. Ограниченность доступа к энергии не только препятствует возникновению новых сельскохозяйственных производств, но и тормозит развитие уже существующих.
В связи с этими обстоятельствами, внедрение биогазовых установок становится, по сути, безальтернативным средством решения региональных проблем с инфраструктурой и энергодефицитом. Общая потребность российского АПК оценивается примерно в 20 тысяч станций биогаза, что сравнимо с нуждами Германии в 2020 году. Затраты на строительство одной станции в значительной степени зависят от её выходной мощности — в случае станции «Лучки» они составили 4000 евро на 1 кВт установленной мощности, что является вполне конкурентоспособной ценой.
Внутренняя стоимость природного газа в России постепенно приближается к среднемировому уровню, а исходное сырьё биогазовой станции может быть весьма разнообразным.
Как легко заметить, с точки зрения объёма конечной продукции, наиболее предпочтительным, за исключением глицерина, представляется использование отходов бойни, жира, зерна и водорослей. В этом списке зерну найдётся применение и вне бака станции биогаза, отходы бойни и жир имеют свои физические лимиты, связанные с поголовьем скота. Водоросли, несмотря на свой энергетический потенциал, остаются одной из самых малоосвоенных ниш в сфере возобновляемых источников сырья. На мировом рынке промышленных аквакультур, который оценивается в 14 млрд долларов, доминирует Китай, обеспечивающий 61% всего объёма.
В 2008 году правительство Японии заявило о планах наладить производство биотоплива из морских водорослей для решения проблемы нехватки энергоресурсов. Проект курирует Управление водных ресурсов страны, непосредственной разработкой и внедрением технологий занимается комплексный НИИ корпорации Mitsubishi и два крупных центра по изучению проблем моря в Токио и Киото. Получение биоэтанола из морских водорослей, запасы которых у побережья Японии весьма внушительны, выгоднее, чем использование для этих целей кукурузы и других злаков. Для постоянного пополнения сырьевой базы в новом производстве планируется создать широкую сеть крупных плантаций вдоль всего побережья Японского моря и выращивать на них быстрорастущие водоросли. На опытной станции компании Tokyo Gas экспериментальная установка переваривает тонну водорослей в день, создавая 20 тысяч литров метана. Генератор установки выдаёт мощность в 10 киловатт — достаточно для питания 20 домов.
Крупная японская корпорация AHI, занимающаяся машиностроением, уже анонсировала первое в мире промышленное производство авиационного топлива из морских водорослей. Цены на авиационное топливо, по данным экспертов, с 2000 года растут на 14% ежегодно, и целесообразность новой технологии очевидна. К 2018 году предприятие планирует запустить производство биотоплива в Юго-Восточной Азии и Австралии. Предпринимаются шаги по внедрению водорослевой энергетики и в других регионах мира.
Департамент энергетики США подсчитал, что 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США. 200 тысяч гектаров — это менее 0,1% земель США, пригодных для выращивания водорослей. Компания BioKing приступила к серийному производству запатентованных биореакторов по разведению водорослей, пригодных к немедленной эксплуатации, которые включают быстрорастущие водоросли с высоким содержанием масел. Подобно своим японским коллегам, корпорация Chevron, один из мировых энергетических гигантов, начала исследование возможности использования водорослей в качестве источника энергии для транспорта, в частности, для реактивных самолетов.
Компания Honeywell UOP недавно начала проект по производству военного реактивного топлива из водорослевых и растительных масел. Компания «Боинг» сообщила, что альтернативой биодизелю, произведенному из морских водорослей, в будущем может стать производство авиационного биотоплива. Специалисты «Боинга» считают, что оптимальным сырьем для производства биотоплива станут морские водоросли, из которых получают в 150-300 раз больше масла, чем из сои.
Испанская фирма Bio-Fuel-Systems планирует не только изготовлять из водорослей горючее, но и снижать уровень двуокиси углерода, который образуется при производстве электроэнергии с использованием органических видов топлива. Запланировано строительство подобной установки в районе города Аликанте. Компании Shell и HR Biopetroleum намерены построить на Гавайских островах опытный завод по получению растительного масла из микроводорослей и его дальнейшей переработке в биотопливо.
Таким образом, вся мировая конъюнктура говорит о том, что биотехнологии, по крайней мере, в сегменте использования микроводорослей перешли из категории будущего в осязаемое настоящее. Учитывая эти реалии, дальнейшее игнорирование такой тенденции может обернуться крупными убытками и потерей рынка. В данном сегменте действуют десятки компаний, многие — в ЕС, где уже начинает ощущаться «теснота». Как и во многом другом, единственным выходом для европейских компаний является поиск и освоение новых рынков. В данном случае — российский рынок может стать для них «золотым дном», учитывая 20 000 потенциальных заказов. Общий потенциал рынка биогаза, а также электро- и теплогенерации на базе биогазовых комплексов, использующих отходы аграрной промышленности, составляет в Российской Федерации более $20 млрд., а компания Bio-Fuel-Systems уже предлагает пилотные проекты российским городам.
На упоминавшемся президиуме под председательством Дмитрия Медведева участники совещания обсуждали разнообразные проекты биоэнергетики, придя к выводу, что в нашей стране такие технологии делают «первые робкие шаги». Министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров отметил, что наиболее перспективным для развития в России является производство субстратов для биодобавок, компонентов для пищевой промышленности и кормов из аквакультур, однако эта область, по его словам, пока ещё далека от практического применения.
Тем не менее, такая оценка отечественных достижений в водорослевой энергетике слишком пессимистична. То, что зарубежные партнёры делают сейчас, советские учёные предоставили в распоряжение желающих ещё в середине 80-х гг. прошлого века, в том числе, был предоставлен рабочий образец установки по добыче метана из водорослей. Уникальные научные и инженерные наработки удалось сохранить, и, более того, каждый может с ними ознакомиться: они успешно работают и сейчас. Хотя и по смежному профилю: НПО «Биосоляр МГУ» функционирует как единственный в России производитель цианобактерии спирулины, которая применяется в качестве пищевой добавки, будучи источником белка и микроэлементов.
Учитывая тридцатилетний опыт действующей лаборатории в изучении процессов образования метана и жизненного цикла микроводорослей, специалисты НПО «Биосоляр МГУ» обладают всеми необходимыми данными, технологиями и экспериментальными установками, пригодными для перехода на промышленное производство биогаза из водорослей в любой необходимый момент. В частности, была разработана конструкция «плантации» водорослей с замкнутостью процесса преобразования солнечной энергии, выращивания микроводорослей и анаэробного сбраживания с получением биогаза, которая легко поддаётся масштабированию до площади, обеспечивающей необходимый «выход» биогаза. Который может быть весьма привлекателен с коммерческой точки зрения — для производства одного миллиона тонн условного топлива в год водная микроводорослевая плантация должна иметь площадь равную 70 кв. км.
Размещается плантация на поверхности моря или озера, представляя собой систему гибко соединённых многоячеистых поплавков гексагональной формы. Оптимальный размер пилотного модуля составляет 1 квадратный километр, будучи в свою очередь составленным из фотосинтетических блоков и ячеек, минимальной единицей которых является секция в один метр. Такой формат диктуется соображениями механической прочности конструкции, сохранения естественного ритма движения воды, инсоляции и прочих факторов.
Блок образования метана включает в себя три или более резервуаров (метантенки). В них обеспечивается работа анаэробных бактерий при термофильных условиях. Кроме фото — и метанообразующих блоков в состав энергостанции «Биосоляр» входит блок круговорота питательных веществ. В метантенках после микробиологической переработки водорослевой биомассы образуются минерализованные формы питательных веществ. Они, после накопления и обогащения углекислым газом, вновь подаются в фотоблоки. В итоге процесс преобразования водорослями солнечной энергии в метан реализуется при замкнутом кругообороте по веществу. Для работы энергосистемы с производительностью 1 млн тонн условного топлива в год требуется порядка 1000 тонн питательных элементов. Состав биогаза, получаемого в метановом блоке при данной технологии, также является выгодным — метана 80%, углекислого газа 16%, 2% водорода и 2% примесей.
Всё проекты НПО «Биосоляр МГУ» были опробованы в натурных условиях, на южном побережье Крыма, где показали свою пригодность к промышленной реализации, получив дополнительную положительную оценку от сотрудников Морского гидрофизического института в Севастополе. По оценкам специалистов, технологии, разработанные генеральным директором НПО «Босоляр МГУ» М. Я. Ляминым, при их внедрении на южном побережье Крыма могли бы полностью покрыть потребности экономики Крымского федерального округа в газе.
Таким образом, на фоне общемирового бума создания и коммерческих поставок станций производства биогаза с перспективой получения «с моря» даже авиационного топлива, вот уже два-три десятилетия России доступна технология производства биогаза с любой водной поверхности, существующей в умеренном температурном режиме, которой до сих пор никто не воспользовался и не взял на вооружение. Кроме того, разработанная отечественными специалистами система даёт, по сути, сразу два разных продукта — метан и большой объём съедобной спирулины, которая может использоваться в широком спектре — от удобрений до пищевой добавки.
Интерес к российским технологиям проявляют и за рубежом. Японская корпорация Шимизу (Shimizu) представила грандиозный проект будущего — Зеленый Плот — автономные самодостаточные острова-города. Искусственные островные комплексы, напоминающие огромные лилии, планируют расположить в экваториальной части Тихого океана, отличающейся низкой активностью тайфунов и избытком солнечного света.
Каждый плавучий город будет состоять из небольших островов-районов диаметром в 3 км, которые станут компактными поселениями для 10-50 тысяч человек. Группы районов образуют город с населением около 100 тысяч человек. Города объединяются в страны с населением в 1 миллион жителей. Начало практической реализации амбициозного проекта запланировано на 2025 год. Специалисты рассматривают сегодня возможность энергообспечения острова с помощью российских технологий, разработанных НПО «Биосоляр МГУ».
Как уже говорилось, 70 квадратных километров водной поверхности достаточно для производства 1 миллиона тонн условного топлива. Согласно расчётам, в 2015 году внутреннее потребление России составит около 170 миллионов тонн у. т. Теоретически, 170 установок, подобных описанной, полностью удовлетворили бы внутренний российский спрос на нефть. Хотя суммарная площадь будет достаточно большой, примерно с треть Азовского моря. Но не приходится сомневаться в том, что простым применением уже созданных, опробованных и готовых к широкому употреблению схем, достигнуть целевого результата — восьмикратного увеличения доли альтернативной энергетики к 2020 году — более чем возможно.
Андрей Полевой
vrns.ru
миф или реальность? Новые технологии 2017
Дыхание жизни. Биогаз из водорослей: миф или реальность? Новые технологии 2017Река Днепр, в древности носящая название – Борисфен, является третьей по длине, после Волги и Дуная среди рек Европы. Её длина ранее составляла 2285 км, а после постройки водохранилищ и выпрямления реки в некоторых местах — 2201 км. Ранее сильный природный механизм самоочищения реки перестал работать, вследствие активной деятельности человека. Водоросли, интенсивно разрастающиеся в Днепре, всё больше поглощают кислород и приводят к тому, что рыба начинает задыхаться, а воды реки всё больше загрязнятся.Учёные, во главе с профессором Александром Елизаровым, из Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского в Полтавской области в Украине создали станцию по добыче биогаза из сине-зелёных водорослей, размножающихся в реке Днепр и приводящих к «цветению» воды. Изобретение способно существенно помочь в очистке реки, а также организовать процесс отопления зимой. Александр Елизаров сообщил, что получение биогаза из сине-зелёных водорослей является естественным процессом гниения и разложения водорослей. Результаты тестирования полученного биогаза в лабораториях показали его высокое энергетическое качество. Биогаз, содержащий 85% метана, не имеет вредных примесей и является экологически чистым биотопливом. Его можно использовать не только для отопления, но и для приготовления пищи.Изобретение учёных является довольно значимым. Ведь на текущий момент для получения биотоплива используются культуры, которые необходимо предварительно выращивать, а сине-зелёные водоросли растут сами по себе. Разработанная установка позволяет получить со 100% массы водорослей 15% биогаза.В Австрии изобретение заняло первое место на конкурсе научных проектов.Приглашаем ученых и всех заинтересованных лиц к обсуждению возможностей очистки рек и получения биотоплива, предложенного учёными из Кременчугского национального университета им. Михаила Остроградского.
Если Вам известны другие технологии, способные помочь людям в изменяющейся климатической ситуации в мире, присылайте информацию о них на почту [email protected] с пометкой «для Климат-контроля», а также ставьте лайк, подписывайтесь на наш канал и оставляйте свои комментарии внизу под видео.
Подробнее о климатических событиях в мире и решении климатических проблем Вы можете прочесть на сайте http://geocenter.info. А также на сайте http://allatra-science.org/ в докладе ученых АЛЛАТРА НАУКА «О проблемах и последствиях глобального изменения климата на Земле. Эффективные пути решения данных проблем». http://allatra.org/ru/pages/climate
Если Вам понравился наш выпуск — ставьте лайк, подписывайтесь на наш канал и будьте в курсе новостных климатических событий в мире.https://www.youtube.com/playlist?list=PLkQXMIL_Y_g2zhUelKqNBP1UaljeBQMny
#аномальнаяПогода #КлиматКонтроль #биогазизводорослей #новыетехнологии #пластик #КлиматическийОбзор #АллатраНаука #Землетрясения#наводнения#ИзвержениеВулкана #катаклизмы #пожар #любовь#ПланетаЗемля#НеобычныеЯвления #климат#КлиматическиеБеженцы#измененияКлимата #Геоцентр
Все видео АЛЛАТРА ТВ: http://allatra.tv/АЛЛАТРА Вести: http://allatravesti.com/МОД АЛЛАТРА: http://allatra.org/ru/
istinaryadom.ru
Читать книгу Биоэнергетика. Мир и Россия. Биогаз. Теория и практика. Монография Евгения Панцхавы : онлайн чтение
Текущая страница: 6 (всего у книги 68 страниц) [доступный отрывок для чтения: 45 страниц]
3.7.2.6. Производство биодизеляПроизводство биодизеля менее сконцентрировано, чем производство этанола: в 2009 г. на 10 стран приходилось около 77 % мирового производства. В 2009 г. производство биодизеля в мире составило
16,6 млрд. литров (рост на 9 % по сравнению с 2008 г.). В 2009 г. ведущие места по производству биодизеля заняли Германия, Франция и США [3-42]. Камелина (рыжик, рыжей) масличная однолетняя трава Camelina sativa, может расти в засушливых местах, предгорьях, нижнегорный пояс. Выход масла с 1 га 490 кг (583 л). Если занять под камелину 1 млн. га неудобий из МЗР – потенциальный выход биодизеля составит 0,5 млн. т. [3-44].
Ятрофа – Jatrofa curcas – засухоустойчивый кустарник, семена содержат до 40 % масла, потенциал разведения – огромные пространства полузасушливых земель в Индии, Китае, Австралии, Африке (от Марокко до ЮАР). Ятрофа – представитель второго поколения энергетических организмов, т. е. не имеющих пищевого значения. В Индии ятрофой может быть засеяно 30 млн. га, потенциал производства биодизеля 60 млн т. В январе 2008 года в китайской провинции Гуанси стартовала программа под названием «1 миллион му биоэнергетических лесов» 1 млн. му равен примерно 69000 га. На этой площади будет высажена ятрофа. Всего в Китае 212 миллионов гектаров маргинальных земель, на которых могут выращиваться биоэнергетические культуры. Если занять под ятрофу 200 млн. га неудобий, то только в Китае потенциальное производство биодизеля составит 400 млн. т в год.[3-44]. Производство биотоплив (этанол и биодизель) в 2007 г. достигло 53 млрд. литров, что составляет около 4 % от ежегодного мирового потребления бензина. Темпы роста производства биодизеля > 50 % в год;
Таблица. 3-2
Производство биотоплива в 2008 г. [3-44]
3.7.3. Газообразное топлив3.7.3.I. БиогазСреди биотехнологий, применяемых для производства топлив и энергии, важное место занимают биогазовые технологии. Интенсивное их внедрение в развитых и развивающихся странах, повышение эффективности и рентабельности внесли значительные изменения в переориентировку этих технологий от только энергетических к экологическим и агрохимическим (производство удобрений), особенно при переработке разнообразных органических отходов. Очевидно, это является решающей альтернативой для получения биогаза.
БИОГАЗ – 55–75 % метана, 25–45 % СО2 – получается метановым брожением биомассы (80–90 % влажности). Его теплотворная способность составляет от 5 тысяч до 7 тысяч ккал на нормальный кубический метр и зависит от концентрации метана в его составе. Количество метана, в свою очередь, зависит от биофизикохимических особенностей сырья и в некоторых случаях от применяемой технологии. Выход биогаза на одну тонну абсолютно сухого вещества составляет: 250–350 куб. м для отходов крупного рогатого скота, 400 куб. м – для отходов птицеводства, 300–600 куб. м для различных видов растений, до 600 куб. м – для отходов (барды) спиртовых и ацетоно-бутиловых заводов.
Сырьё для получения. Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, помет, зерновая и мелёная после спиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов – соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля – технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков – жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки – мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов – очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа. [3-37].
Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества.
Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20–30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60 % до 95 %. В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа. На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.
Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстрораз-лагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.
Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться. Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфид, а также водорослей. Выход газа может достигать до 500 м3 из 1 тонны.
В мире наблюдается рост использования биогаза для производства тепла и электроэнергии. Рынок биогаза на сегодняшний момент наиболее развит в странах ОЭСР, что объясняется тем, что именно развитые страны первыми внедрили программы перехода к альтернативным источникам энергии и планомерно поддерживали инициативы, направленные на внедрение новых технологий. В 2008 г. в странах ОЭСР производство электроэнергии с использованием биогаза составило около 30 ТВт-ч.
Лидером по производству биогаза является ЕС. С 1987 по 1995 годы в Европе построено более 150 биогазовых установок и станций [42]. В настоящее время европейский рынок биогазовых установок оценивается в 2 млрд. долларов США, по прогнозам он должен вырасти до 25 млрд. к 2020 году. В Европе 75 % биогаза производится из отходов сельского хозяйства, 17 % – из органических отходов частных домохозяйств и предприятий, еще 8 % – из отходов сточных вод (установки в канализационно-очистных сооружениях). Первое место по количеству действующих биогазовых заводов принадлежит Германии – в 2010 году их насчитывается более 9 000. Только 7 % производимого данными предприятиями биогаза поступает в газопроводы, остальное – используется для собственных нужд производителя. В 2007 г. объем электроэнергии, производимого с помощью биогаза, составил около 2,9 ТВт-ч. В перспективе 10–20 % используемого в стране природного газа может быть заменено биогазом.[42].
В 2001 году в мире было введено в эксплуатацию более 1000 биогазовых установок и станций, из них – 45 % в Европе, 15 % – в США, затем идет Бразилии и другие страны (Китай, Индия и т. д.)
С точки зрения масштабов применения биогаза лидирует Дания. Среди других европейских стран с высокими темпами развития рынка биогаза стоит выделить Великобританию, Швецию, Норвегию, Италию, Францию, Испанию, Польшу и Украину.
В США действует всего около 200 биогазовых заводов, работающих на сельскохозяйственных отходах. При этом в США довольно высокий уровень утилизации биогаза свалок – около 50 %, биогаза сточных вод – около 10 %.
В последние годы эти технологии были детально оценены в Дании, которая стала первой страной, успешно продемонстрировавшей коммерческие биогазовые заводы по переработке отходов животноводства и других сельскохозяйственных отходов для получения тепловой и электрической энергии.
В Дании вклад биогаза в энергетический баланс страны составляет 20 %.
Значительная часть производимого биогаза используется для получения электрической энергии с к.п.д. 31 %, производительность по электроэнергии на 1 тонну перерабатываемых отходов варьирует от 48 до 104 кВт час.
Рис. 3–8. компания Lemvig Biogas стала самой крупной установкой по производству биогаза в Дании.[3-30].
Энергоемкость всего производимого в 2011 г. в Дании биогаза – 4.1 РДж или 1 млн. ту.т./год. [3-31] 46 % централизованных станций, 27 % фермерских станций.
Сельскохозяйственные биогазовые станции перерабатывают: 2.5 млн. т навоза или 5 % от общего объема навоза, 0.5 млн. т органических отходов.
В Дании эксплуатируются: 22 централизованных биогазовых станций мощностью от одного до 4.5 МВт и 60 фермерских мощностью от 0.25 до одного МВт.
Общее число биогазовых станций 172, из них – 60 индивидуальных фермерских, 21 большие кооперативные, 61 станция перерабатывает сточные воды, 25– на мусорных полигонах с получением лендфилл-газа и 5 станций крупных индустритальных компаний. [3-31].
Для генерации тепла и энергии используется навозная жижа из примерно 75 ферм, а также отходы и остаточные продукты из промышленного производства Это способствует формированию здоровой экономики, как для установки, так и для бытового потребления тепла. Кроме того, следует выделить связанные с этим дополнительные преимущества такие, как уменьшение загрязнения окружающей среды и снижение выбросов парниковых газов. Каждый год из производимого биогаза генерируется более 21 миллиона кВт. ч Это электричество продается местной сети электроснабжений. Избыточное тепло из системы охлаждения газового двигателя превышает 18 миллиона кВт. ч. в год. Это тепло распределяется между пользователями центральной котельной Lemvig. Количество пользователей составляет более 1000 домов. Установка для производства биогаза была построена под ключ компанией BWSC [3-29].
Рис. 3–9. Расположение биогазовых установок в Дании. Красные точки– общие кустовые фермерские биогазовые станции (22), синие-отдельные фермерские биогазовые станции [3-30].
Рис. 3-10. Компания Lemvig Biogas может принимать грузы органических отходов от 200 до 10 000 тонн за один раз либо в порту Лемвиг (максимальная осадка 4 м), либо в порту Тюборон (макс. осадка 8,5 м).[3-29].
Дания – мировой лидер в индустриальном производстве биогаза. Доля ВИЭ, как ожидают, к 2035 г. увеличится до 35 %. Наряду с другими возобновляемыми источниками энергии правительство Дании представляет налоговые льготы и для производителей биогаза, т. е. около 20 % капитальных инвестиций для централизованного биогаза и 30 % для индивидуальных станций или установок [3-25].
В течение последних 10 лет наибольшее внимание в этой стране уделялось строительству больших централизованных биогазовых заводов, которые занимаются переработкой отходов животноводства и птицеводства, создающих серьезные экологические проблемы в некоторых районах. В 1996 г. в эксплуатации находилось 18 централизованных биогазовых заводов, способных ежегодно обрабатывать 1,2 млн т биомассы (75 % отходов), давая от 40 до 45 млн м3 биогаза, что эквивалентно 24 млн. м3 природного газа (в среднем 37,5 м3 биогаза на 1 т отходов). [3-13].
Большие количества биогаза производятся главным образом при перереработке твердых бытовых отходов городов: в США – эквивалентно 93–10.15 Дж, Германии -14 1015, Японии – 6 • 1015, Швеции – 5 • 1015 Дж [22]. В Индии, как и в Китае, основной упор сделан на семейные и общинные биогазовые установки – в 1993 г. их было около 1 850 тыс. Однако они требуют первоначальных относительно высоких инвестиций и поэтому не всегда доступны индийским крестьянам. Только в тех случаях, когда нет других источников биомассы, биогаз становится важным источником энергии [3-24].
Основные положения национальной программы Индии по развитию биогазовых технологий включают в себя:
1. снабжение чистой энергией для приготовления пищи;
2. получение органических удобрений, обогащенных элементами химических удобрений;
3. повышение уровня жизни крестьян;
4. улучшение санитарно-гигиенических условий быта и работы [3-25]. Политическая тенденция – поддерживать строительство биогазовых станций большой производительности.
Китай известен своей сельской программой создания крестьянских биогазовых установок. С 50-х годов ХХ века было установлено более 35 миллионов крестьянских домашних биогазовых реакторов с ежегодным выходом биогаза 26.5 млрд. м3. Цель разработки составляет создание до 80 миллионов единиц к 2020 году, в том числе в климатически холодных регионах в северных районах Китая. [26, 37, 56].
Индия имела в 1983 г. 58 тыс. семейных установок, планирует к 1985 г. построить до 400 тыс. установок такого типа.
В странах ЕЭС в 1978 г. была 41 установка, в 1983 г. – 571 установка, работающие на жидких отходах, и 17 установок, перерабатывающих в биогаз (до 100 млн. м3 в год) городской твердый мусор.
В США широкое распространение получили крупные биогазовые установки по переработке городского твердого мусора со средней мощностью до 100 млн. м3 биогаза в год.
Значительная часть производимого биогаза используется для получения электрической энергии с к.п.д. 31 %, производительность по электроэнергии варьирует от 48 до 104 кВт час на 1 тонну перерабатываемого сырья, как правило, органических отходов. [3-27].
К производству биогаза относится также получение ЛЕНДФИЛЛ – ГАЗА, или биогаза – из мусорных свалок [3-28]. В настоящее время во многих странах создаются специальные инженерно обустроенные хранилища для твердых бытовых отходов с целью извлечения из них биогаза, используемого для производства электрической и тепловой энергии [23-8].
Таблица 3-3
Количество различных типов энергооборудования в мире по использованию лэндфиллгаза
Рис. 3-11. Лэндфилл-газ завод в местечке Сэиксаль, Португалия.[3-26].
Общий объем переработки ТБО – 4 млн. тонн/год, газ используется для электростанции мощностью 2 МВт.
В США к 2002 году находилось в эксплуатации 350 заводов по производству лэндфилл-газа, в Европе – 750 заводов., всего в мире-1152, общее количество производимой энергии – 3929 МВт, количество обрабатываемых отходов – 4548 млн. тонн, общая скорость (мировая) выделения лэндфилл-газа – 1.6 млн. куб. м в час.
Рис. 3-12. Электростанция из 13 модулей, использующая лэндфилл-газ в Местечеке Мон-Сант-Гуиберт, Бельгия (Переработка 300 тысяч тонн ТБО в год, мощность электростанции 9.5 МВт, мощность модуля -700 кВт. Скорость поступления лэндфилл-газа (50 % метана) – 5500куб. м/час)[3-26].
Биогаз дает 8 % электрической энергии, произведенной из возобновляемого сырья в США (данные 2006 г.). лендфилл-газ в 2005 г. составлял 24 % от всего количества метана (его производили более 350 заводов). Больше всего биогазовых фермерских установок находится в Калифорнии, Пенсильвании, Висконсине и Нью-Йорке. Приведенные данные свидетельствуют о широкомасштабной поддержке производства биогаза в США.[3-32].
Достижения различных стран – развитых и развивающихся– в области производства и потребления биотоплив представляют значительный интерес как для решения локальных энергетических проблем в современной России, так и для выхода России в качестве крупного поставщики биотоплив на мировой и европейские рынки.
В африканских странах сегодня работает 2 млн. биогазовых предприятий, которые обеспечивают газом около 10 млн. человек. 80 % твердого остатка, образуемого в результате работы установок идет на удобрения. По расчетам экспертов, емкость биогазового рынка в Африке – 20 млн. установок [3-42].
Таблица. 3-4
Оценочная стоимость биотоплива в Штате Айова (США)[3-26]
Производство биогаза из отходов животноводства и растениеводства. Навоз к.р.с. (1,3 млрд. голов) общее количество 9,5 млрд. т в год. Потенциальный выход биогаза ок. 570 млрд. куб. м/год – эквивалентно 1.1трлн. кВт. ч Из навоза свиней и помета птиц можно получить еще 70 млрд. куб. м биогаза, эквивалентных 140 млрд. кВт. ч При производстве биогаза параллельно получается высококачественное органическое удобрение (на два порядка эффективнее навоза). Потенциальный выход органического удобрения 11,2 млрд. т в год.
В мире работают сотни больших биогазовых заводов, перерабатывающих навоз. В Германии их 500 (сырьем служит смесь из 70 % коровяка и 30 % птичьих фекалий), в США создан крупный биогазовый завод, на котором утилизируется навоз от 115 тыс. коров! Этот опыт, несомненно, полезен для России, где вновь начато строительство крупных животноводческих комплексов, навоз которых пока накапливается в хранилищах.
В Швеции, которая сегодня стала лидером по использованию нетрадиционной энергетики в ЕС, биогаз получают из отходов мясокомбинатов (внутренностей животных). Даже курсирует особый поезд, работающий на сжиженном биогазе. Биогаза, полученного при переработке внутренностей одной коровы, достаточно, чтобы поезд проехал 4 км. [3-37].
В нашем климате для того, чтобы успешно протекал биохимический процесс, метантенк нужно подогревать. В Мурманской области
работают две крупных биогазовых установки с реакторами объемом в 50 м3.
Близок к биогазу свалочный газ, который вырабатывается в толщах гигантских «метантенков» – старых городских свалок и добывается оттуда через скважины примерно так же, как природный газ. Биогаз – газ, получаемый метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трёх групп бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид – бактерии гидролизные, второй – кислотообразующие, третий – метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида.
3.7.3.2. БиоводородБиоводород – водород, полученный из биомассы термохимическим, биохимическим или другим способом, например водорослями.
В настоящее время во всём мире ежегодно производится около 50 млн тонн водорода. Из них примерно 48 % производится из природного газа, 30 % из нефти, и 18 % из угля. При производстве водорода из углеводородов получается большое количество CO2, который является одной из причин глобального потепления. К тому же не все страны обладают собственными углеводородами. Решением этих проблем может стать производство водорода из биомассы.
Термохимический метод При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500–800 °C (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется h3, СО и Ch5. Себестоимость процесса $5–7 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до $1,0–3,0. [3-37].
Биохимический метод В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes, Enterobacter cloacae. Возможно применение различных ферментов для ускорения производства водорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Процесс проходит при температуре 30 °C и нормальном давлении. Себестоимость водорода около $2 за кг.
Биофотолиз Учёные калифорнийского университета в Беркли (UC Berkeley) 1999 году обнаружили, что если водорослям не хватает кислорода и серы, то процессы фотосинтеза у них резко ослабевают и начинается бурная выработка водорода. Водород может производить группа зелёных водорослей, например, Chlamydomonas reinhardtii. Водоросли могут производить водород из морской воды, или канализационных стоков.
3.7.4. Синтез-газСинтез-газ (сингаз), смесь газов, главными компонентами которой являются монооксид углерода СО и водород Н2, которую можно получать в процессе термической обработки биомассы с использованием различных технологий. В настоящее время известно о нескольких инициативах по реализации проектов в области производства синтез-газа в некоторых странах, например в США, Европе, Японии, Австралии и Индии [3-37].
3.8. Биотоплива третьего поколенияТопливо, полученное из водорослей. Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросного тепла ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого тропического климата.[3-41].
Микроводоросли – сырье для производства биодизеля, биоэтанола и биоводорода.
Испанская фирма Bio-Fuel-Sistems (BFS): из одного кг пасты водорослей можно получить 5700 ккал топлива. Англо-голландский нефтеконцерн Royal Dutch Shell на Гавайях. Водоросли выращивают в прудах-накопителях сточных вод, продуктивность по выходу масла с гектара в 15 раз больше чем при производстве пальмового мала.
Компания «БиодизельДнипро», взяв за основу водоросли «Ботриокопкус брауний», разработала новый метод получения большого количества водорослевой биомассы в краткие сроки и нашла способ получения углеводородов близких по своим качествам к природной нефти и пригодной для изготовления транспортного топлива.[3-47].
Технология разработанная компанией имеет следующие преимущества: углекислый газ, выделяемый при каталитическом крекинге, подается в биореакторы и не попадает в атмосферу. В них он перерабатывается водорослями и полностью утилизируется с выделением кислорода. После отжима от воды и смешивания с катализатором полученная углеводно-водорослевая биомасса поддается биокаталитическому крекингу. Во время этого процесса выделяется CO2, но он тоже направляется к биореакторам, поэтому все выбросы углекислого газа поглощаются водорослями (одна тонна преобразует 2 тонны вредной для окружающей среды субстанции).
В мире все больше ученых концентрируются на производстве биотоплива третьего поколения из водорослей.
Количество лабораторий, занимающихся проблемами производства биотоплива из водорослей в мире выросло в несколько сотен раз. Если в 2006 году этой проблемой занималось около 10 лабораторий во всем мире, то в 2009 число институтов, изучающих эту проблемы перевалило за 200. Инвестиции в этот сектор достигли почти 4 млрд долларов США. [3-48]. Водоросли представляют собой непищевую биомассу, поэтому ее использование для производства топлив не представляет угрозы продовольственной безопасности. Биотоплива третьего поколения можно выращивать промышленно в биореакторах или фотобиореакторах, освещаемых как естественным, так и искусственными источниками света, либо в открытых резервуарах на некультивируемых почвах, включая пустыни. Основные преимущества водорослей, как источника высокоэнергетически насыщенной биомассы, по мнению экспертов, состоит в том, что они растут в 20–30 раз быстрее наземных растений (некоторые виды могут удваивать свою массу несколько раз в сутки), а также производят в 15-100 раз больше масла с гектара, чем альтернативные рапс, пальмовое масло, соя или ятрофа.
iknigi.net
