Биотопливо на основе водорослей: Топливо из водорослей по составу больше похоже на зелёнку, чем на нефть

Биотопливо из водорослей – поршневым электростанциям! — № 02 (05) апрель 2013 — Тепловая энергетика — WWW.EPRUSSIA.RU



Биотопливо из водорослей – поршневым электростанциям! — № 02 (05) апрель 2013 — Тепловая энергетика — WWW.EPRUSSIA.RU — информационный портал энергетика

http://www.eprussia.ru/teploenergetika/5/103.htm

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 02 (05) апрель 2013

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.

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

• С 2014 года в Белоруссии будут строить только энергоэффективные дома

  Для реализации такого решения, которое может благоприятнейшим образом повлиять на стремительное развитие экономики страны, разрабатывается соответствующая республиканская программа. <br>

• 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. <br>

• Работа ресурсоснабжающих организаций в новых условиях

  В марте в Москве прошел Всероссийский практический семинар «Государственная политика в области тарифного регулирования и реформирования организаций ЖКХ». <br>

• Мусоросжигающий завод в Кардиффе будет обогревать дома и офисы

• Методы и устройства экономии топлива в тепловых двигателях

  Теплоэнергетика и транспорт являются основными мировыми потребителями топлива и одновременно – <br>основными загрязнителями окружающей среды. Поэтому энергосбережение важно именно в этих отраслях. <br>



Смотрите и читайте нас в

• — Выберите область поиска —
• — Выберите область поиска —
• Искать в новостях
• Икать в газете
• Искать в каталоге

‘

Биотопливо из водорослей: плюсы и минусы технологии

хостел Екатеринбурга эконом класса в центре цены;абонентская обслуживание по охране труда

Автор статьи:
nomitech. ru

Если верить рекламным лозунгам, то современное биотопливо является эффективной и экологически привлекательной альтернативой бензину и дизельному топливу. Однако на практике при производстве и использовании биотоплива, специалисты зачастую сталкиваются с множеством специфических проблем, о которых большинство людей и не подозревает. Развитие технологии получения биотоплива можно условно поделить на три периода. Во время первых двух периодов биотопливо производили из растительных культур и животных отходов. В настоящее время идёт освоение новой технологии биотоплива (биотопливо третьего поколения), где в качестве источника сырья выступают водоросли. Получение биотоплива из водорослей было воспринято во всём мире с большими надеждами и ожиданиями. Считалось, что на искусственной основе учёным удалось воспроизвести сущность создания ископаемых видов топлива (таких, как мазут и газ), которые происходят из древнейших видов водорослей.

Также учёные были преисполнены надежд на тот, что использование водорослей для изготовления биотоплива окажется намного эффективнее технологии переработки наземных растений. На совершенствование процесса переработки водорослей в биотопливо были потрачены значительные средства, однако с течением времени выяснилось, что ожидания и надежды специалистов себя не оправдали. Практика показала, что переработка водорослей в биотопливо не может считаться коммерчески выгодным и экологически оправданным процессом.

Оказалось, что количество биотоплива на основе водорослей примерно соответствует количеству биотоплива, полученного в результате переработки наземных растений. Кроме того, для выращивания водорослей, из которых будет производиться биотопливо, потребуются водоёмы довольно большой площади. Например, чтобы обеспечить биотопливом только 10% транспортных средств ЕС, понадобятся пруды, общая площадь которых превысит площадь Бельгии в три раза. Чтобы вырастить в таких прудах высококачественные водоросли, придётся потратить для этого количество удобрений, эквивалентное 50% современных потребностей Европейского Союза в сельском хозяйстве. Ко всему прочему, эти пруды должны находиться рядом с предприятиями тяжёлой промышленности, которая сможет обеспечить водорослям уровень CO₂, необходимый для фотосинтеза.

Однако нельзя считать провальной деятельность учёных в освоении производства биотоплива третьего поколения. В результате проведенных исследований были получены важные результаты, которые могут быть использованы при выращивании микроводорослей для поддержки рыбного хозяйства и производства различных биодобавок. Массовое производство микроводорослей поможет созданию продуктов, содержащих омега-жирные кислоты, являющиеся компонентом корма для выращивания промышленных пород рыбы.

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech. ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

ExxonMobil делает ставку на биотопливо из водорослей

• Биотопливо из водорослей изначально выглядело многообещающе, но несколько ключевых проблем помешали крупным исследовательским усилиям, включая разработку штамма водорослей, способного производить дешевое топливо в изобилии, и расширение производства для удовлетворения глобального спроса на энергию.
• Другие решения в области альтернативной энергетики, включая энергию ветра и солнца, опережают достижения в области биотоплива из водорослей.
• Чтобы биотопливо из водорослей стало жизнеспособным, требуется гораздо больше денег и времени, чтобы биотопливо из водорослей стало жизнеспособным, даже в течение длительного периода времени, вплоть до середины века. В то время как крупные игроки, такие как Shell и Chevron, отказались от этих усилий, ExxonMobil продолжает работу.
• В 2017 году ExxonMobil и Synthetic Genomics объявили, что они использовали технологию редактирования генов CRISPR для создания штамма водорослей, который может проложить путь к низкоуглеродному топливу и устойчивому будущему. Но многие экологи отнеслись к этому утверждению скептически, заподозрив гринвошинг.

Исследования в области биотоплива из водорослей получили ранний всплеск в 1970–90-х годах. Затем, в течение короткого промежутка времени, примерно с 2009 по 2017 год, эта технология альтернативного топлива стала любимцем индустрии возобновляемой альтернативной энергетики. Это было воспринято как решение многих мировых климатических проблем из-за способности водорослей улавливать углерод без значительного повышения цен на продукты питания, как это потенциально может быть в случае с другими видами топлива из биомассы, полученными из кукурузы, сои и сахарного тростника.

Биотопливо из водорослей, которому предсказывали большой успех, было ускорено в исследованиях и разработках биотехнологическими компаниями в союзе с крупными корпорациями, включая Shell, Chevron и Exxon.

Но после многочисленных неудач, неудачных испытаний и огромных непредвиденных производственных затрат биотопливо из водорослей сегодня больше не является фаворитом, и многие компании выбыли из гонки, включая Chevron и Shell.

Тем не менее, даже несмотря на то, что его первоначальный блеск потускнел, сегодня он остается соблазнительным природным решением проблемы изменения климата, и некоторые компании, в том числе ExxonMobil, все еще активно его используют.

Райан Дэвис и его коллеги из Sandia National Laboratories разработали метод повторного использования критически важных и дорогостоящих питательных веществ для выращивания водорослей, фосфатов и азота. Изображение предоставлено Sandia Labs.

Что такое биотопливо из водорослей и водорослей?

«Что такое водоросли?» оказывается удивительно сложным вопросом. Они являются одними из самых простых производителей органических продуктов в мире, использующих свет и углекислый газ для производства биомассы. Зеленые водоросли, например, используют для роста фотосинтез. Но водоросли относятся не только к растениям. Скорее, это очень разнообразная и генетически разнообразная группа организмов, происходящих из четырех биологических царств: бактерии, хромисты, растения и простейшие.

По оценкам последних исследований, на Земле насчитывается от 30 000 до 1 миллиона видов водорослей с поразительным разнообразием, начиная от микроскопических диатомовых водорослей (одноклеточных морских организмов, производящих более 20% мирового кислорода) и заканчивая гигантскими морскими водорослями ( достигая высоты 100 футов или 30 метров). Водоросли содержат строительные блоки всей органической жизни: белки, липиды, углеводы и нуклеиновые кислоты, причем липиды особенно и потенциально полезны для производства энергии

Превращение водорослей в биотопливо начинается в лаборатории, где каждый штамм тестируется, а затем генетически модифицируется, чтобы расти быстрее и быть богаче липидами, нерастворимыми в воде жирными кислотами, которые производят масло водорослей, основной ингредиент желанной жидкости. биотопливо. Согласно недавнему исследованию Индийского технологического института, микроводоросли могут содержать от 15 до 77% масла, что делает их привлекательными кандидатами на роль биодизеля.

(L-R): суспензия водорослей; биосырая нефть; и, после дальнейшей переработки, переработанную биосырую нефть, содержащую в основном компоненты бензина и дизельного топлива. Изображение предоставлено Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией через Flickr (CC BY-NC-SA 2.0). Суспензия водорослей. Изображение предоставлено Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией через Flickr (CC BY-NC-SA 2.0).

Поиск, тестирование и усовершенствование штаммов водорослей, чтобы они становились сильнее и быстрее — превращая их в суперзвезды биотоплива — это то, что называется биоразведкой. А делать это дорого и долго.

На протяжении многих лет достижение революционного прорыва в технологии биотоплива из водорослей (быстро растущие и развивающиеся в лаборатории водоросли, богатые липидами) рассматривалось индустрией как эквивалент роял-флеша в покере: нечто, над чем нужно работать и на что надеяться. , но очень трудно достичь в игре с альтернативными видами топлива, и всегда далеко.

Но создание идеальных микроводорослей будет лишь первым шагом. Затем исследователям нужно было собрать водоросли, разрушить клеточные стенки химическими растворителями, затем извлечь внутренние липиды, белки и углеводы, которые проходят заключительный этап обработки для превращения их в биотопливо. Затем, конечно, возникла необходимость масштабировать весь процесс, выращивая микроводоросли в промышленных масштабах в огромных открытых бассейнах, требующих огромного количества земли и огромного количества пресной или соленой воды.

Эта пугающая сложность объясняет, почему индустрия биотоплива из водорослей сегодня остается специализированной и очень дорогой игрой, в которую играют только те, кто может себе позволить и терпеть высокий риск. Будь то ученые, играющие со временем; венчурные капиталисты, делающие ставку на большую краткосрочную прибыль, а не на отдаленную долгосрочную прибыль; или биотехнологические фирмы, пытающиеся быстро заработать, не тратя два, чтобы создать жизнеспособный продукт, — большинство в конечном итоге проигрывают дому.

Ученые исследуют штаммы водорослей для биотоплива. Изображение предоставлено Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии.

Некоторые крупные игроки поставлены в тупик наукой

Большинство инноваций в технологии биотоплива из водорослей финансируются и реализуются частными компаниями, такими как Algenol во Флориде или Synthetic Genomics в Южной Калифорнии. Тем не менее, правительство США также сыграло важную роль в финансировании проектов и партнерстве с частными организациями в стремлении найти окончательный штамм водорослей (или несколько вместе), который будет успешно конкурировать на рентабельном уровне с ископаемым топливом.

Исторически сложилось так, что для большинства компаний эта выигрышная рука так и не пришла или, возможно, наступит через десятилетия. Компании, в том числе Algenol и TerraVia Holdings (ранее Solazyme), которые первоначально инвестировали значительные средства в биотопливо из водорослей в первом десятилетии нулевых, несколько лет назад отказались от поиска, вместо этого производя потребительские товары на основе водорослей. Некоторые, как Sapphire Energy, несмотря на разворот, сдались. Как уже отмечалось, и Shell, и Chevron, которые изначально вложили значительные средства в эту технологию, отказались от этих усилий.

Почему безумие, а потом упадок? В компаниях и организациях, в лабораториях и государственных учреждениях узнали, что наука намного сложнее, чем предполагалось изначально.

В то время как другие альтернативные возобновляемые источники энергии, а именно солнечная, ветровая и геотермальная, за последние 15 лет добились больших успехов с точки зрения инноваций, снижения затрат и внедрения, биотопливо из водорослей все еще находится в стадии исследований и разработок.

Эксперты говорят, что даже с такими достижениями в области редактирования генов, как технология CRISPR, потребуются гораздо большие инвестиции — многие миллионы долларов, — чтобы наука о биотопливе из водорослей заработала. И у большинства компаний, изначально поддерживаемых венчурными капиталистами, нет финансирования второго и третьего раундов, необходимого для того, чтобы остаться в игре.

Пробирки, заполненные различными штаммами водорослей. Поиски эффективного биотоплива из водорослей и его масштабирование, вероятно, потребуют десятилетий и многих миллионов долларов в будущем. Изображение предоставлено Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии через Flickr.

Государственная поддержка критична

В первые дни альтернативной энергетики на Диком Западе биотехнология водорослей выглядела настолько многообещающе, что правительство США вложило значительные средства.

Биотехнологическая фирма Solazyme, например, получила около 22 миллионов долларов США на строительство завода по биопереработке водорослей Министерством энергетики США (DOE). Во время своего стремительного взлета Solazyme также получила контракт Министерства обороны на поставку ВМС США топлива на основе водорослей, а также получила многочисленные национальные награды за возобновляемые источники энергии. Затем, в 2017 году, TerraVia Holdings, ранее Solazyme, подала заявление о банкротстве по главе 11.

Выведенный из эксплуатации эсминец класса Spruance Paul F. Foster (EDD 964) проводит успешную демонстрацию использования на борту альтернативного топлива во время плавания в Тихом океане на смеси 50-50 полученного из водорослей, гидрообработанного водорослевого масла и нефти. Изображение предоставлено ВМС США.

Сегодня, после ухода многих частных компаний и ряда дорогостоящих неудачных попыток производства работающего жидкого топлива из водорослей в больших масштабах, намного сложнее создать прочные партнерские отношения или получить федеральные средства.

Государственные чиновники США, такие как Дэниел Фишман, менеджер по технологиям в Управлении биоэнергетических технологий Министерства энергетики США (BETO), остаются задумчивыми, но с надеждой на будущее водорослей. «Мы очень рады тому, что продукты декарбонизации поступают в экономику, и прилагаем все усилия», — говорит он, имея в виду цель президента США Джо Байдена значительно сократить выбросы парниковых газов за счет кардинального пересмотра политики в области изменения климата.

На самом деле, администрация снова обращается к биотопливу, чтобы помочь решить некоторые из наиболее сложных энергетических проблем страны. «Альтернативы, которые могут иметь смысл для автомобилей, на самом деле не работают в авиационной отрасли», — отмечает Фишман.

Еще в апреле Министерство энергетики выделило 61,4 миллиона долларов на новые исследования в области биотоплива и в настоящее время принимает предложения. «Биотопливо — один из наших самых многообещающих путей к безуглеродной авиации и судоходству», — сказала министр энергетики Дженнифер М. Грэнхольм.

Тем не менее, Фишман говорит, что он не решается делать какие-либо точные прогнозы биотоплива из водорослей, но говорит, что Министерство энергетики и его партнеры находятся на пути к выполнению обязательства по демонстрации значительного роста водорослей на определенном участке земли и увеличению производства в открытых прудах. к 2025 году.

Цель к 2050 году, достигнутая с помощью государственных и частных партнерств, состоит в том, чтобы открыть, усовершенствовать и произвести штамм водорослей, который окажется конкурентоспособным по стоимости с ископаемым топливом на энергетическом рынке.

Пруды Raceway, где водоросли выращивают для биотоплива. Изображение предоставлено Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии.

Как работает наука

Аманда Бэрри — менеджер по исследованиям и разработкам в Sandia National Labs в Альбукерке, штат Нью-Мексико. Она также является главным исследователем проектов LEAF (использование свойств водорослей в качестве топлива) в рамках программы Министерства энергетики США BETO.

Для нее хороший день в лаборатории — это когда водоросли остаются зелеными, потому что многие, как она объясняет, умирают на этапе генетического тестирования.

После того, как в одной лаборатории будет обнаружен хорошо растущий штамм, его можно передать, протестировать и интегрировать на национальном уровне в рамках проекта DOE BETO по разработке комплексного скрининга, оптимизации сортов и верификации (DISCOVR), консорциума национальных лабораторий ( одной из которых является Sandia National Laboratories), которые предназначены для тестирования штаммов водорослей на предмет потенциальной продуктивности в рамках исследований.

Наряду с разработкой систем выращивания водорослей, исследователи из Sandia также испытывают методы ускорения роста водорослей, которые можно выращивать на открытом воздухе в больших водоемах, где вода постоянно движется с помощью весла.

Королевский стрейт-флеш, который ищет Sandia Labs, представляет собой штамм водорослей, способный быстро и устойчиво расти при минимальном количестве питательных веществ на открытом воздухе — возможно, водоросль с именно той липидной цепью, которая однажды будет использоваться в качестве реактивного топлива.

Чашка Петри с различными образцами цианобактерий для тестирования биотоплива. Изображение предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии и Деннисом Шредером. Предсказывалось, что биотопливо из водорослей станет большим победителем, и биотехнологические компании быстро включили его в исследования и разработки в сотрудничестве с крупными корпорациями, занимающимися ископаемым топливом, и другими, но успех был недостижим. Изображение от Honeywell через Wikimedia Commons.

Synthetic Genomics объединяется с ExxonMobil

Synthetic Genomics, биотехнологическая компания, основанная 15 лет назад, со штаб-квартирой в Ла-Хойя, штат Калифорния, — место, богатое как солнцем, так и соленой водой, что делает его идеальным местом для исследований водорослей.

Однако у компании есть еще одно большое преимущество в биотопливной отрасли. Synthetic Genomics — одна из последних крупных биотехнологических лабораторий, заключившая бесценное партнерство с крупной корпорацией, которая может вкладывать миллионы долларов в исследования и разработки. Этим партнером является ExxonMobil, крупнейшая в мире публичная нефтегазовая компания.

В 2017 году ExxonMobil объявила, что она вместе с Synthetic Genomics использовала технологию редактирования генов CRISPR для создания штамма водоросли, который, по словам нефтяной компании, может проложить путь к низкоуглеродному топливу и устойчивому будущему, которое «сократит риск изменения климата».

Но после многих лет исследований и многих других неудач в сфере высоких технологий некоторые защитники окружающей среды сомневаются в мотивах продолжающегося финансирования ExxonMobil исследований, направленных на поиск Святого Грааля: штамма микроводорослей, производящего энергию.

Критики особенно задаются вопросом, может ли гигант, работающий на ископаемом топливе (известный своими длительными кампаниями по дезинформации о климате), быть более заинтересованным в возможностях PR и гринвошинга, предлагаемых в связи с альтернативной технологией биотоплива.

С момента объявления CRISPR в 2017 году ExxonMobil использовала социальные сети, включая Facebook, Instagram и Twitter, для распространения своей кампании «Миниатюрная наука», утверждая, что микроводоросли могут «заправлять грузовики, корабли и самолеты завтрашнего дня», при этом поглощая CO ₂  из окружающей среды, согласно критике Джозефа Уинтерса, опубликованной в Harvard Political Review .

Аналитики отмечают, что биомасса водорослей, независимо от того, используется ли она в качестве топлива, добавки к пище или напиткам — все водоросли , повсеместно, на самом деле — действительно поглощает CO ₂ из окружающей среды. Но критически все зависит от масштаба. Нынешние возможности выращивания биотоплива из водорослей не могут даже отдаленно компенсировать огромное количество углерода, которое ExxonMobil ежегодно выбрасывает в атмосферу невозобновляемым топливом — чистые выбросы парниковых газов компании в 2019 году составили примерно 120 миллионов метрических тонн эквивалента углекислого газа..

На заводе St. Marys Cement компания Pond Biofuels извлекает углекислый газ из дымовых газов и выращивает водоросли, чтобы уменьшить загрязнение и произвести полезный продукт. Изображение Дэвида Доджа/Green Energy Futures через Flickr (CC BY-NC-SA 2.0).

Независимо от мотивов ExxonMobil, Synthetic Genomics кажется уверенной в своем партнерстве и даже продолжила свои исследования во время пандемии. Микеле Рубино, представитель Synthetic Genomics, сказал, что компания удвоила свои исследования водорослей за последние три или четыре года, отказавшись от других программ, чтобы посвятить себя исключительно поиску решения проблемы водорослей.

Однако он прямолинейно и реалистично оценивает потенциал водорослей в качестве замены невозобновляемого топлива. «Мы не думаем, что он когда-либо будет конкурировать, этого просто не произойдет», — говорит Рубино. «Нефть и нефть имеют 150-летнюю фору».

Так зачем продолжать? Рубино объясняет, что, хотя работа идет медленно и стабильно, прогресс есть. Компания вышла на открытый воздух два года назад, и ее сорта, выращенные в пруду, обещают выполнить цель компании и ExxonMobil по производству 10 000 баррелей топлива из водорослей в день к 2025 году. Согласно последнему отчету, текущий ежедневный объем производства ExxonMobil включает 4 миллиона баррелей. нефти и природного газа.

Впереди долгая дорога

Что бы ни случилось с сотрудничеством ExxonMobil и Synthetic Genomics, их путь к успеху полон неприятных камней преткновения.

Одной из проблем является загрязнение. Что произойдет, спросите защитники окружающей среды, если и когда генетически измененные водоросли попадут в мир природы? Могут ли сильные микроводоросли, генетически модифицированные для сверхбыстрого роста, разрушать экосистемы, нанося ущерб местным водорослям и другим водным организмам?

Рубино заверил Монгабея, что водоросли, выведенные в лабораториях синтетической геномики, больше угрожают миру природы, чем наоборот. «Поскольку они выращены в лаборатории, это делает их крайне невыгодными в реальном мире», — говорит он.

Агентство по охране окружающей среды США, похоже, согласно с этой оценкой. Недавно компания одобрила один из штаммов Synthetic Genomics для использования на открытом воздухе. Чтобы получить это одобрение, водоросли необходимо было протестировать в воздухе, почве и воде.

Другие вопросы: вода, земля, удобрения и потребление энергии. Когда биотехнологические компании начали экспериментировать с большими открытыми прудами с водорослями, использование пресной воды было серьезной проблемой, хотя большинство современных исследований, в том числе и Synthetic Genomics, используют большое количество соленой воды для выращивания водорослей. Еще одной проблемой является использование большого количества синтетических азотных и фосфорных удобрений для выращивания, поскольку глобальное чрезмерное использование уже резко дестабилизировало биогеохимические естественные циклы азота и фосфора на Земле, создав обширные мертвые зоны океана. Другой большой проблемой является количество энергии и земельных площадей, необходимых для масштабного производства биотоплива из водорослей.

Экспериментальный открытый пруд с морскими водорослями размером с акр в Калифорнии, где ExxonMobil и Synthetic Genomics делают следующий шаг к своей цели — производству биотоплива в больших масштабах. Изображение предоставлено Synthetic Genomics.

Этот вопрос масштаба может быть главным камнем преткновения: даже если ExxonMobil и Synthetic Genomics достигнут своей цели по производству 10 000 баррелей в день к 2025 году, это всего лишь капля в море по сравнению с 97 103 871 баррелем нефти, используемой по всей планете каждый день. Увеличение биотоплива из водорослей, чтобы оно могло конкурировать с нефтью, производимой во всем мире, очевидно, еще далеко.

Что снова вызывает вопрос: зачем продолжать инвестировать? Зачем продолжать этот долгий и трудный путь, когда выплата может быть минимальной, что далеко не соответствует великой мечте о спасающем мир возобновляемом топливе, усиленном человеческой изобретательностью — королевском стрит-флеше на века?

Как и потенциал водорослей, конец игры еще предстоит увидеть.

Изображение баннера: Посреди резервуаров для выращивания водорослей исследователь Брайан Двайер просматривает образец перед измерением мутности. Изображение предоставлено Sandia National Laboratories через Flickr (CC BY-NC-ND 2.0).

Разъяснения : После первоначальной публикации этой статьи Управление биоэнергетических технологий Министерства энергетики и Национальные лаборатории Сандии связались с Монгабеем и предоставили ряд незначительных разъяснений. Те изменения, которые добавили деталей, но существенно не изменили содержание рассказа, были включены в произведение.

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ: Используйте эту форму, чтобы отправить сообщение автору этого сообщения. Если вы хотите опубликовать публичный комментарий, вы можете сделать это внизу страницы.

Статья опубликована Гленном Шерером

водоросли, Альтернативная энергия, Биоэнергетика, Биотопливо, Сохранение углерода, Биоэнергетика с отрицательным выбросом углерода, Изменение климата, Политика в области изменения климата, Наука о климате, Сохранение, Энергия, Окружающая среда, Популярные, Топливная эффективность, Газ, Глобальное потепление, Зеленый, Зеленая энергия, Теплица Выбросы газа, парниковые газы, оптимистичная окружающая среда, влияние изменения климата, природные ресурсы, нефть, загрязнение, переработка, возобновляемая энергия, исследования, устойчивое развитие, отходы

ПЕЧАТЬ

Биотопливо из водорослей | Биоэнергетика | NREL

NREL разрабатывает технологии и помогает подготовить рабочую силу нового поколения к
обеспечить коммерциализацию водорослевого биотоплива.

Текстовая версия

Мы сосредоточены на понимании текущих затрат на производство биотоплива из водорослей и
использование этой информации для определения и разработки стратегий снижения затрат. Наша работа
распределяется по всей цепочке создания стоимости от идентификации производственного штамма
на биотопливо и биопродукты модернизации.

Узнайте о наших возможностях технико-экономического анализа биотоплива из водорослей.

Избранные публикации

Комбинированная переработка водорослей: новый интегрированный процесс биопереработки для производства водорослей
биотопливо и биопродукты, Algal Research (2016)

Проектирование и экономика производства водорослевой биомассы: производство водорослевой биомассы
в системах открытых прудов и переработка путем обезвоживания для последующего преобразования , Технический отчет NREL (2016 г. )

Фосфокетолазный путь способствует метаболизму углерода у цианобактерий, Nature Plants (2015)

Предварительная обработка биомассы водорослей, катализируемая кислотой, для комплексной обработки на основе липидов и углеводов
производство биотоплива, Зеленая химия (2015)

Производство этиленобразующих ферментов и биоэтилена, Биотехнология для биотоплива (2014)

Просмотреть все публикации NREL по биотопливу из водорослей .

Возможности

Сохранение штаммов биотоплива из водорослей

Ввиду растущего значения водорослей в будущем биотоплива и продуктов питания
земледелие, долгосрочное сохранение генетического разнообразия и исходного состояния
организм критичен. Штаммы водорослей могут генетически дрейфовать с течением времени по мере адаптации
к ограниченному свету и условиям роста в лабораторных условиях, особенно когда
штаммы поддерживаются в постоянных условиях, таких как коллекция культур для
лет подряд. Тщательно заморозив эти культуры в жидком азоте, мы можем бесконечно
сохранить генетическое состояние образца для будущих исследований в области производства биотоплива
и другие полезные черты.

Контактное лицо: Эрик Кношауг

Производство транспортного топлива из этилена, полученного фотосинтезом

Мы разрабатываем цианобактерию Synechocystis sp. для производства этилена и др.
продукции при фототрофном росте. Исследования биоэтилена NREL получили в 2015 г. научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы.
100 Award, а также награду Editor’s Choice Award журнала R&D в категории «Материалы/механика».
категория.

Контактное лицо: Jianping Yu

Выявление многообещающих штаммов

NREL сотрудничает с Лос-Аламосской национальной лабораторией (LANL) и Pacific Northwest
Национальная лаборатория идентифицирует небольшое количество потенциальных штаммов водорослей
проявляющие свойства, необходимые для развертывания, в том числе температурные оптимумы для
летние и озимые культуры, рост как в соленой, так и в пресной воде, а также генетическая гибкость.

Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт LANL Greenhouse.

Контактное лицо: Michael Guarnieri

Штаммы инженерного биотоплива

Мы оцениваем потенциал инженерии на основе малых РНК в водорослях и других
липогенные микроорганизмы путем проведения исследований малой РНК цельных клеток для выявления
регулирующие РНК, которые влияют на гены и пути производства биотоплива. Однажды идентифицированный,
эти небольшие виды РНК будут использоваться для конструирования организмов для увеличения производства биотоплива.
производство и другие полезные свойства.

Контактное лицо: Эрик Кношауг

Создание испытательных стендов

Являясь членом Государственно-частного партнерства по исследованию водорослей, возглавляемого Университетом штата Аризона,
мы сосредоточены на создании устойчивой сети региональных испытательных стендов для сбора
и обмениваться информацией в сообществе исследователей и разработчиков водорослей, содействовать
инновации и ускорить рост производства биотоплива и биопродуктов из водорослей.
Наши цели — расширить доступ заинтересованных сторон к высококачественной продукции для выращивания в открытом грунте.
и лабораторные помещения; поддерживать технико-экономические, экологические и ресурсные
моделирование деятельности; закрыть критические пробелы в знаниях; и информировать анализы состояния
технологии производства водорослевого биотоплива и биопродуктов.

Контактное лицо: Филип Пиенкос

Исследование системной биологии

Мы работаем в многопрофильной группе под руководством Университета Джона Хопкинса, чтобы
построить симбиотические отношения между микробными фототрофами (цианобактериями или
водоросли) и гетеротрофы (бактерии или дрожжи), что позволяет развивать сопряженную систему
для легкой фиксации CO2 и высокоэффективного синтеза пригодных для использования масел
в качестве биотоплива.

Контактное лицо: Michael Guarnieri

Улучшение сбора урожая и термокаталитическая обработка

последующие процессы преобразования, снижают потребление энергии и воды и дают более высокую концентрацию
биомассы при сборе урожая.

Контактное лицо: Jacob Kruger

Преобразование биомассы из водорослей

NREL разрабатывает новые технологические решения для снижения стоимости производства биотоплива из водорослей
за счет более полного использования биомассы водорослей. Мы разработали недорогой,
низкоэнергетический метод деконструкции биомассы водорослей для восстановления и модернизации
липидов, углеводов и белков в биотопливо и биопродукты.

Контактное лицо: Филип Пиенкос

Получение попутного продукта из компонентов биомассы водорослей

стоимость побочных продуктов и, в конечном счете, количественная оценка стоимости биомассы для различных
путей преобразования или модернизации. Мы намерены установить новый стандарт для водорослей
повышение ценности биомассы на основе общего потенциального дохода на тонну. По аналогии с
идея замены всего барреля сырой нефти возобновляемыми альтернативами, мы
исследовать варианты производства химических веществ биологического происхождения, которые потенциально
заменить нефтехимическую продукцию, т. е. иметь высокую стоимость и занять большой рынок
достаточно, чтобы повлиять на стоимость производства биотоплива.

Контактное лицо: Lieve Laurens

Технические стандарты для индустрии водорослей

Наша группа работает над скоординированной разработкой стандартных аналитических процедур
для характеристики биомассы водорослей. Для этого мы ведем исследования по развитию
и проверка новой методологии для определения и описания основных компонентов
водорослевая биомасса. Стандартные методы анализа биохимического состава можно бесплатно скачать в Интернете. Основу анализа компонентов микроводорослей продолжает анализ водорослей.
Организация биомассы посредством распространения измерений промышленных водорослей
документ, теперь в версии 7.0. Дополнительную информацию можно найти на веб-сайте организации по биомассе водорослей, где можно загрузить документ IAM.

Контактное лицо: Lieve Laurens

Повышение ценности зеленой сырой нефти, полученной из водорослей Поддержка достижений в производстве биомассы водорослей
проект, возглавляемый Фондом водорослей, который работает с университетами, компаниями по производству биотоплива из водорослей, а также с общественными и профессиональными организациями.
технических колледжей разработать учебный план на основе водорослей для подготовки будущих кадров.

Контактное лицо: Lieve Laurens

Подготовка кадров нового поколения
проект, возглавляемый Фондом водорослей, который работает с университетами, компаниями по производству биотоплива из водорослей, а также с общественными и профессиональными организациями.

технических колледжей разработать учебный план на основе водорослей для подготовки будущих кадров.

Контактное лицо: Синди Герк

Выполнение технико-экономического анализа

Мы предоставляем технико-экономическое моделирование и анализ для поддержки
программа исследований и разработок в области биомассы. Сюда входит создание
технологические и экономические модели (с рецензируемой документацией) для выращивания, переработки,
и преобразование биомассы водорослей в топливо и побочные продукты, связанные с ключевыми параметрами процесса
с общей экономикой процесса.

Contact: Ryan Davis

Research Team

Principal Investigators

Engineers

Tao Dong

Bob McCormick

Eric Tan

Ed Wolfrum

Scientists

Earl Christensen

Джина Чупка

Лиза Фаутс

Шэрон Смолински

Энн Стараче

Эрик Ваделиус

Стефани Ван Вайхен

Wei Xiong

Техники/Техническая поддержка

Ник Суини

Аспиранты/стажеры

Algas Dahlin

Colloborators 9009

ALGAS Dahlin

.