Из всех вариантов экологически чистой энергии, находящихся в разработке, именно биотопливо на основе водорослей наиболее близко напоминает состав сырой нефти, откачиваемой из-под морского дна. В конце концов, многое из того, что мы знаем как нефть, образовалось из этих самых микроорганизмов в результате естественного теплового превращения, которое происходило в течение миллионов лет.
Теперь исследователи Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США в Ричленде, штат Вашингтон, нашли способ не только копировать, но и ускорить этот процесс «приготовления» до такой степени, что небольшая смесь водорослей и воды может быть превращена в вид сырой нефти менее чем за час. Помимо способности легко перерабатываться в горючие газы, такие как реактивное топливо, бензин или дизельное топливо, запатентованная технология также генерирует в качестве побочного продукта химические элементы и минералы, которые можно использовать для производства электроэнергии, природного газа и даже удобрений, возможно, для роста. еще больше водорослей. Это также может помочь открыть водоросли как жизнеспособную альтернативу; Анализ показал, что внедрение этой технологии в более широком масштабе может позволить компаниям коммерчески продавать биотопливо всего за два доллара за галлон.
«Когда дело доходит до этого, американцы не похожи на европейцев, которые, как правило, больше заботятся о сокращении своего углеродного следа», - говорит ведущий исследователь Дуглас С. Эллиотт, который 40 лет исследовал альтернативные виды топлива. «Движущая сила для принятия любого вида топлива, в конечном счете, является ли он столь же дешевым, как бензин, который мы используем сейчас».
Ученые уже давно заинтригованы списком преимуществ, присущих водорослям перед другими источниками энергии. Например, министерство энергетики США считает, что увеличение производства топлива из водорослей для удовлетворения ежедневного потребления нефти в стране займет около 15 000 квадратных миль земли, что примерно равно размеру небольшого штата, такого как Мэриленд. Для сравнения, замена только поставок дизельного топлива, произведенного биодизельным топливом из соевых бобов, потребовала бы выделения половины земельной массы страны.
Помимо возможности получения гораздо более высоких урожаев, водорослевое топливо по-прежнему чище нефти, поскольку морские растения поглощают углекислый газ из атмосферы. В сельском хозяйстве водоросли процветают в самых разных местах обитания, от океанических территорий до сточных вод. Он не опасен, как ядерное топливо, и биоразлагаем, в отличие от солнечных батарей и других механических воздействий. Он также не конкурирует с запасами продовольствия и, опять же, достаточно похож на бензин, чтобы его можно было точно так же перерабатывать с использованием существующих мощностей.
«Этанол из кукурузы нужно смешивать с газом и модифицированным растительным маслом для использования с дизельным топливом, - говорит Эллиотт. - Но то, что мы делаем здесь для преобразования водорослей, - это скорее прямой путь, который не требует специальной обработки или смешивания. "
Или, как говорит исследователь водорослей Юрген Полл из Бруклинского колледжа: «Мы не можем летать на самолетах с этанолом. Нам нужно масло», - говорит он CBS News .
Но в то время как инфраструктура для производства этанола на основе кукурузы расширилась до такой степени, что большинство автомобилей на дороге работают на бензиновых смесях, состоящих из 10-процентного биотоплива, продолжающаяся разработка топлива из водорослей продвинулась очень ледяно, так как первоначальный интерес к 1980-е годы. Согласно отчету New York Times, отраслевые эксперты объясняют это томлением из-за отсутствия приемлемого способа производства топлива из водорослей стоимостью до 10 долларов за галлон. Тем не менее, обещание масла из водорослей было достаточно заманчивым, так что ExxonMobil в 2009 году привлекла экспертизу лаборатории синтетической геномики всемирно известного биоинженера Крейга Вентера для изготовления генетического штамма богатых липидами водорослей, чтобы компенсировать затраты на культивирование и переработка вещества в коммерчески привлекательный ресурс. Тем не менее, несмотря на инвестирование 600 млн. Долл. США в весьма амбициозные усилия, проект столкнулся с «техническими ограничениями», что вынудило компанию признать в начале этого года, что топливо из водорослей «вероятно, еще дальше», чем 25 лет, чтобы стать основным.
Система гидротермального сжижения, разработанная командой Эллиотта, не является чем-то новым. Фактически, ученые возились с технологией в условиях энергетического кризиса 1970-х годов как способа газификации различных видов биомассы, таких как древесина, и, в конечном итоге, отказались от нее десятилетие спустя, когда цены на бензин вернулись к более разумным уровням. Лабораторная версия PNNL, однако, «относительно нова» и разработана просто для демонстрации того, как замена дорогостоящих методов, таких как сушка водорослей перед смешиванием в химикатах, с упрощенным подходом делает весь процесс намного более экономически эффективным на всех этапах. Эллиот объясняет, например, что основная часть расходов идет на выращивание водорослей, которые выращиваются либо в так называемой системе с открытым водоемом, похожей на естественную среду, либо в хорошо контролируемых условиях, встречающихся в системах с замкнутым контуром. Система с открытым прудом не слишком дорогая в эксплуатации, но, как правило, дает больше загрязненных и непригодных к использованию культур, в то время как искусственные условия, где водоросли выращиваются в прозрачных закрытых контейнерах и скармливают сахар, дороги в обслуживании.
«У людей есть немного неточная идея, что вы можете выращивать водоросли в любом месте только потому, что они обнаружат, что они растут в таких местах, как их бассейн, но добыча топливных водорослей в больших масштабах на самом деле очень сложная задача», - говорит Эллиотт. «Прелесть нашей системы в том, что в нее можно добавлять практически любые водоросли, даже смешанные. Вы можете вырастить столько, сколько сможете, любой сорт, даже более низкий тип липидов, и мы можем превратить его в сырой ».
Репортер Forbes по энергетике Кристофер Хельман имеет хорошее описание того, как работает этот конкретный метод гидротермального сжижения:
«Вы начинаете с источника водорослей, смешанных с водой. Идеальный раствор - это 20% водорослей по массе. Затем вы непрерывно отправляете его в длинную трубку, которая удерживает водоросли при температуре 660 градусов по Фаренгейту и 3000 фунтов на квадратный дюйм в течение 30 минут при перемешивании. это. Время в этой скороварке разрушает водоросли (или другое сырье) и превращает их в масло.Учитывая 100 фунтов сырья водорослей, система даст 53 фунта «био-масла» в соответствии с исследованиями PNNL. По химическому составу масло очень похоже на легкую, сладкую сырую нефть со сложной смесью легких и тяжелых соединений, ароматических соединений, фенольных соединений, гетероциклических соединений и алканов в диапазоне от С15 до С22 ».
Эксплуатация, по сути, плиты для экстремальных давлений при такой постоянной высокой температуре и напряжении, требует достаточного количества энергии, хотя Эллиотт отмечает, что они построили свою систему с функциями рекуперации тепла, чтобы максимизировать тепло путем его повторного включения в процесс, что должно привести к значительному увеличению чистой энергии в целом. В качестве бонуса, последующая химическая реакция оставляет после себя целый ряд соединений, таких как водород, кислород и углекислый газ, которые можно использовать для образования природного газа, в то время как оставшиеся минералы, такие как азот, фосфор и калий, хорошо работают в качестве удобрения.
«Это способ имитировать то, что происходит естественным образом в течение непостижимого отрезка времени», - добавляет он. «Мы просто делаем это намного, намного быстрее».
Команда Эллиотта предоставила лицензию на эту технологию стартап-корпорации Genifuel из Юты, которая надеется развить результаты исследования и в конечном итоге внедрить его в более крупную коммерческую среду. Он полагает, что для обеспечения финансовой устойчивости технология должна быть масштабирована для преобразования примерно 608 метрических тонн сухих водорослей в сырую нефть в день.
«Это сложная задача - создать биотопливо, которое будет конкурентоспособным по стоимости с установленным топливом на основе нефти», - заявил президент Genifuel Джеймс Ойлер в своем заявлении. «Это огромный шаг в правильном направлении».
