Водораслово гориво - биология

Водорасли гориво е гориво, което се получава от водорасли. [1] Водораслите са фотосинтезиращи организми, които живеят във водата и които не трябва да са филогенетично свързани. Повечето живеят или в прясна, или в солена вода. Водораслите се състоят от много различни съединения и могат да се използват като биогориво чрез различни процеси. Обикновено е между четири различни Водорасли горива диференцирано: [2]

Биодизел: Маслото може да се получи от някои видове водорасли. Това може да се превърне в гориво чрез преестерификация, чиито свойства са сравними с дизеловото гориво.
Биоетанол: Въглехидратите, които съставляват голяма част от масата на водораслите, могат да бъдат превърнати в етанол чрез алкохолна ферментация.
Биогаз: чрез ферментиране на масата на водораслите в метан (CH4) и въглероден диоксид (CO2) може да се получи богат на енергия биогаз.
Биоводород: някои видове водорасли образуват водород (H2) при определени условия.

Засега няма търговско производство на гориво от водорасли. Интензивни проучвания обаче се провеждат в пилотен мащаб. [3]

Култура на водорасли

Досега отглеждането на водорасли служи основно за осигуряване на суровини за химическата и фармацевтичната промишленост и за осигуряване на хранителни добавки или като храна [4]. Има видове многоклетъчни макроводорасли (напр. Кафяви водорасли, Laminaria sp., Palmaria sp.) или единичните до многоклетъчните микроводорасли (напр. Chlorella sp., Spirulina sp.) използвано. Богати на въглехидрати видове като Саргасум, Грацилария, Prymodium parvum или Euglena gracilis на въпрос [5]. . Те могат да идват от естествени запаси или от отглеждане. При изследвания на производството на гориво от водорасли се използват видове от двата класа. Използват се различни системи за отглеждане:

Култивиране в отворени резервоари

Отглеждането на водорасли може да се извърши чрез аквакултури, напр. Б. в открити басейни, случва се. Контролът на условията е възможен само в много ограничена степен с този метод, така че високият потенциал за растеж на водораслите може да се използва само в ограничена степен.

Култивиране в реактори с водорасли

Реакторите с водорасли (фотобиореактори) са затворени системи под формата на стъклени тръби, плочи или колони. Могат да се използват само свободно плуващи микроводорасли. Предимството на системата е, че има значително по-голяма повърхност, за да може да влезе повече светлина. В допълнение, условия като хранителни вещества, концентрация на CO2 и O2, температура, смесване и др. Могат да бъдат по-добре контролирани. В сравнение със селскостопанските култури, на площ може да се свърже кратно на CO2. Необходими са обаче високи инвестиционни и оперативни разходи. [6] Необходимият за отглеждане CO2 може да идва от горивни процеси, например от електроцентрали, работещи на въглища. Използването на въздух има недостатъка, че концентрацията на CO2 е много ниска при 0,038% и разходите за впръскване на газ са високи.

Производство на гориво

Когато се култивира в отворени резервоари, водораслите първо трябва да бъдат възстановени. По време на култивирането в биореактори водораслите с ниска концентрация се отделят от водния хранителен разтвор чрез центрофугиране или филтриране. Последващите стъпки на процеса са все още в процес на разработване. Например водорасли с високо съдържание на масло могат да бъдат пресовани или извлечени с помощта на хексан. Маслото съдържа основно терпени, които могат да бъдат преработени в гориво. Процесите за производство на етанол и биогаз могат да бъдат получени от съществуващи инсталации, които използват други суровини. В допълнение към непроменената маса на водораслите тук могат да се използват и остатъците от пресата от добива на нефт. Биоводородът може да бъде получен директно от биореактора като газова смес с кислород (O2).

Предимства и недостатъци

В момента се извършват интензивни изследвания, за да направят водораслите използваеми за производството на биогорива и за отделяне на CO2. Изброени са различни предимства и недостатъци на горивото от водорасли:

Ползи

Добивът на площ е значително по-висок при отглеждането в реактори с водорасли, отколкото при земеделското производство на биомаса. Продуктивността на микроводораслите е дадена 15 пъти по-добре от рапицата [7], в сравнение с царевицата е даден коефициент 10 [6]
При отглеждането на водорасли CO2 може да се извлече от отработените газове, напр. Б. от електроцентрали на въглища, заловени и фиксирани като биомаса.

недостатък

Пространството, необходимо за пълното улавяне на CO2 от отработените газове на електроцентрала, работеща на въглища, е много голямо. За въглищна електроцентрала с мощност от 1100 MW и годишни 5,4 милиона тона емисии на CO2 се изчислява, че между 21 500 и 64 500 ха (215 до 645 км 2) ще трябва да бъдат оборудвани с реактори с микроводорасли. При разходи от 100 000 до 150 000 €/ха ще са необходими общи инвестиции в милиарди. [6] Пилотна централа, пусната в експлоатация от RWE Power в края на 2008 г., е с размер 600 m 2, което в идеалния случай би съответствало на 1/300 000 от необходимата площ. [8-ми]
Оперативните разходи са друг важен фактор. Прогнозите предполагат от 30 000 до 40 000 евро на хектар годишно. [6] Федералната агенция по околна среда оценява разходите за отглеждане на водорасли за фиксиране на CO2 като изключително високи и в момента не вижда позиции в производствения процес, които да доведат до значителни икономии на разходи. [7]
Потреблението на енергия за производство е високо. Например, изпомпването на суспензията от водорасли и отделянето на биомасата с ниска концентрация чрез центрофугиране или филтриране е много енергоемко.
През зимата продуктивността е значително по-ниска, защото, от една страна, водораслите растат по-добре при по-високи температури, а от друга страна, слънчевата радиация и по този начин фотосинтезата е значително по-ниска.