Сложности промышленного производства биотоплива из водорослей

В новом докладе Национального исследовательского совета (США) говорится, что расширение производства биотоплива за счет водорослей для удовлетворения менее чем 5% от общей транспортной потребности США (около 39 миллиардов литров) может грозить неоправданным, излишним, потреблением энергии, воды и питательных веществ. Однако эти опасения не являются непреодолимым препятствием для будущего производства, и инновации, которые сейчас нуждаются в исследовании и разработке, могли бы раскрыть биотопливный потенциал водорослей полностью.

Биотопливо, получаемое на основе водорослей и цианобактерий, - реальная альтернатива нефтяному топливу, и может помочь США в удовлетворении энергетических потребностей и потребностей в снижении выбросов парниковых газов, например, углекислого газа.

Биотопливо из водорослей располагает потенциальным преимуществом по сравнению с биотопливом из наземных растений – так, например, водоросли не занимают пахотных земель, их вполне реально выращивать в пресных, соленых водоемах, и даже в сточных водах.

Число компаний, разрабатывающих идею производства биотоплива из водорослей растет, и несколько нефтяных компаний уже инвестируют в эти исследования. С учетом этих и других интересов, Национальный исследовательский совет предложил определить вопрос устойчивости, связанный с крупномасштабным развитием указанного производства.

Комитет, составивший доклад, утверждает, что проблемы, связанные с крупномасштабным развитием биотопливных водорослей, зависят от способа производства топлива, которое может быть получено разными путями. В том числе - выращиванием пресноводных или морских водорослей в закрытых или открытых фотобиореакторах, прудовых системах. Трудности могут быть связаны также с обработкой масел, получаемых из одноклеточных водорослей.

Комитет сосредоточил свое внимание на наиболее популярном способе. В значительной мере современное производство биотоплива предполагает выращивание определенного штамма водорослей в открытых прудах или в закрытых фотобиореакторах, с использованием различных источников воды, дальнейший сбор и извлечение масла из водорослей, а также сбор топлива первого уровня, выделяемого водорослями и его переработка.

Комитет указал на ряд сложностей, возникающих перед крупномасштабным развитием производства биотоплива из водорослей, в том числе - относительно большое количество воды, необходимой для выращивания водорослей; значительные объемы питательных веществ - азота, фосфора и углекислого газа. Далее, нужны площади для создания водоемов для водорослей. Существует также неопределенность в количестве выбросов парниковых газов за полный цикл создания продукции.

Комитет установил: чтобы получить количество биотоплива из водорослей, эквивалентное литру бензина, потребуется от 3,15 до 3650 литров пресной воды (в зависимости от способа производства). Восполнение объемов испарившейся в процессе жизненного цикла растений воды является ключевым фактором для использования пресной воды в производстве.

Для получения 39 млрд литров биотоплива из водорослей (напомним, что это 5% от общей годовой транспортной потребности США) потребуется 6-15 млн т азота и 1-2 млн т фосфора ежегодно, если питательные вещества не перерабатываются.

Эти требования составляют 44 -107% от общего потребления азота и 20-51% от общего использования фосфора в США, однако, переработка питательных веществ или использование сточных вод сельскохозяйственных или муниципальных источников может уменьшить потребность процесса в питательных веществах и энергии, сообщили в Комитете.

Еще один важный ресурс, который может ограничить промышленное производство водорослевого биотоплива, - земельная площадь и количество подходящих и доступных условий для произрастания водорослей. Требуется соответствующая топография, климат, близость к воде, - будь то пресные или соленые внутренние водоемы, морская вода или сточные воды, - и близость к питательным веществам. Все эти условия должны быть тщательно согласованы, чтобы гарантировать успешное и устойчивое производство, избежать затрат и неоправданного потребления энергии для транспортировки этих ресурсов. Если подходящие места для выращивания водорослей расположены вблизи городских или районных центров, прибрежных зон отдыха, то цена этих земель может быть непомерно высокой.

Один из основных мотивов для использования альтернативных видов топлива для транспортировки – это сокращение выбросов парниковых газов. Однако оценка выбросов парниковых газов за полных жизненный цикл водорослей, из которых получают биотопливо, неоднозначна. Некоторые исследования показывают, что эти водоросли производят меньше парниковых газов, чем использование нефтяного топлива, а другие исследования показывают обратное. Эти выбросы зависят от многих факторов в процессе производства, в том числе – от количества энергии, необходимой для обезвоживания и сбора водорослей.

Комитет еще раз подчеркнул, что важнейшими аспектами устойчивого развития промышленного производства альтернативного топлива является расположение места выращивания водорослей по отношению к водоему, источнику питательных веществ и удобство утилизации отработанных вод

Комитет предрекает биотопливу из водорослей большое будущее. Сейчас необходимо проводить исследования и делать разработки по улучшению штаммов водорослей, тестировать системы в режиме усиленной нагрузки для получения желаемых характеристик, а также разрабатывать методы выращивания и переработки водорослей в топливо, уменьшая потребность процесса в энергии на всех этапах производства. Чтобы помочь министерству энергетики США принять решение в области устойчивого развития производства биотоплива, Комитет предложил внедрить некую структуру, оценивающую устойчивость всей цепочки поставок, и проводящую как совокупный анализ последствий использования ресурсов для окружающей среды, так и определяющую соотношение затратности и выгоды производства.

Источник: ScienceDaily