CC BY
92
УДК 620.952
А. А. Зацепин, И. А. Христофорова
Владимирский Государственный Университет им. Александра Григорьевич а и Николая Григорьевича Столетовых (ВлГУ), Владимир, Россия 600000, Владимир, ул. Горького, 87 E - mail: [email protected]
ЗЕЛЕНЫЕ РЕСУРСЫ САРГАССОВА МОРЯ - ВОЗОБНАВЛЯЕМЫЙ ИСТОЧНИК АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГИИ.
Проведен обзор источников информации по теме «Альтернативные источники «зеленой» энергии». Основой статьи является рассмотрение использования «чистых» ресурсов в создании биотоплива. При анализе научно-технической информации были выявлены положительные стороны добычи и синтеза биоспиртов и биодизеля и использования «зеленых» технологий в создании новых источников энергии. Установлено преимущество в перспективах переработки водорослей морей и океанов, обеспечивающих наибольший выход целевого продукта на единицу массы по сравнению с растениями, выращенными на суше. При этом на используются пахотные земли, необходимые для производства продуктов питания.
Ключевые слова: биотопливо, «чистые» ресурсы, альтернативный источник.
Биотопливо - один из видов альтернативного топлива, производимый из сырья растительного или животного происхождения. Самыми распространенными в настоящее время являются биоэтанол, биодизель и, в меньшей степени, биогаз. Виды топлив. Биотоплива разделяют на твердые, жидкие и газообразные. Твердые — это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки) и топливными
гранулами (прессованные мелкие остатки деревообработки).Жидкие топлива — это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут.
Газообразные топлива — различные газовые смеси с угарным газом, метаном, водородом получаемые при термическом разложении сырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий.Дрова — древнейшее топливо, используемое человечеством.
В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.). В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов. Топливные гранулы и брикеты — прессованные изделия из древесных отходов (опилок, щепы, коры, тонкомерной и некондиционной древесины, порубочные остатки при лесозаготовках), соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы, навоза, куриного помета) и другой биомассы.
Древесные топливные гранулы
называются пеллеты, они имеют форму цилиндрических или сферических гранул диаметром 8—23 мм и длиной 10—30 мм. В
настоящее время в России производство топливных гранул и брикетов экономически выгодно только при больших объемах. Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество. Отходы биологического происхождения — необработанные или с минимальной степенью подготовки к сжиганию: опилки, щепа, кора, лузга, шелуха, солома и т. д. Древесная щепа — производится путем измельчения тонкомерной древесины или порубочных остатков при лесозаготовках непосредственно на лесосеке или отходов деревообработки на производстве при помощи мобильных рубительных машин или с помощью стационарных рубительных машин (шредеров). В Европе щепу в основном сжигают на крупных теплоэлектростанциях мощностью от одного до нескольких десятков мегаватт. Часто также: топливный торф, твёрдые бытовые отходы и т. д.
Биоэтанол который, производится в основном из кукурузы или сахарного тростника. Наиболее распространен в Бразилии, США, Швеции. Применяется не в чистом виде, а в смеси с бензином в разных пропорциях. Смесь Е-10 содержит 10% биоэтанола, Е-85, соответственно, 85%. Десятипроцентным топливом без переделок можно заправлять любой современный автомобиль, применение 85-процентного требует переделки двигателя и системы питания. Существуют и так называемые Flex-Fuel (FFV) автомобили, которые могут работать и на бензине, и на его смеси с этанолом в любом соотношении.
Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще
всего служат рапс, соя или подсолнечник. Так же, как и биоэтанол, биодизель применяется в автомобилях не в чистом виде, а в смеси с дизтопливом. Например: В-20 - 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола применение биодизеля не требует доработки двигателя и топливной системы. И биоэтанол, и биодизель обеспечивают выхлоп, позволяющий с запасом укладываться в экологические нормы. Но так как их энергетическая эффективность ниже, чем у чистого бензина или солярки, то мощность двигателя снижается, а
расход топлива возрастает. А самое главное, что широкое использование этих видов биотоплива создает продовольственные проблемы, так как пищевые сельскохозяйственные культуры используются не по прямому назначению, а для производства топлива для автомобилей.
Битоплива второго поколения. Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения. Главное их отличие в том, что сырьем для их производства служит биомасса, то есть разного рода отходы: остаточные непищевые части растений (стебли, листья, шелуха), древесная стружка, солома, кожура и мякоть от прессовки фруктов, навоз и т.п. Одним из представителей биотоплива второго поколения является биогаз, который еще называют «канализационный» газ. Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении. Также из биомассы можно получать и этанол, и дизель.
Биотопливо третьего поколения.
Вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко. В отличие от сырья для первого и второго поколений, водоросли можно выращивать на землях и в водоемах, непригодных для сельского хозяйства или также для их выращивания могут использоваться и закрытые фитобиореакторы. По мере роста водоросли накапливают жиры и биомасла, имеющие молекулярную структуру, аналогичную традиционной нефти. Причем рост происходит посредством естественного фотосинтеза, для которого требуется солнечный свет, вода и углекислый газ, а также питательные вещества. Растущие водоросли потребляют углекислый газ, обеспечивая снижение объемов парниковых газов в атмосфере. Водоросли вырабатывают больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занимаемых площадей, чем источники биотоплива на базе
сельскохозяйственных культур. Водоросли могут вырабатывать более 7 570.82 литров топлива с акра занимаемых площадей в год. Примерный выход топлива, получаемого из других источников, намного ниже: пальма - 2 460.5 литров, сахарный
тростник - 1 703.4 литров, кукуруза -946.3 литров, соя - 189.3 литров.
Саргассово море — это часть Атлантического океана, окруженная со всех сторон течениями: теплыми Гольфстримом и Северным Пассатным течением и холодным Канарским течением. Границы моря непостоянны и зависят от сезонных изменений границ течений. Двигаясь по часовой стрелке, течения отсекают прохладные воды Северной Атлантики от Саргассова моря, поэтому температура воды здесь даже зимой не опускается ниже +18 °С. Название происходит от португальского слова Sargaso — «гроздь винограда». Испанцы называли его «морем виноградных лоз». Расположено между 23—35° с. ш. и 30—68° з. д. Площадь моря 6—7 млн км2 (зависит от положения течений). Не имеет берегов. В северо-западной части — вулканические Бермудские острова. Температура воды на поверхности 18—23 °С зимой, 26—28 °C летом. Солёность 36,5—37 %о. Большая часть дна расположена в Северо-Американской котловине с глубинами более 6000 метров; максимальная глубина — 6995 м.
Большие скопления плавучей бурой водоросли — саргассы, в пределах моря её запас оценивается в 4—11 млн тонн. Их обилие связано с наличием в Саргассовом море зоны схождения поверхностных течений. Обитают
многочисленные и разнообразные животные, частью свободноплавающие (макрелевые, летучие рыбы, морская игла, крабы, морские черепахи и др.), частью прикреплённые к водорослям (актинии, мшанки и др.). Вода Саргассова моря, когда-то исключительно чистая (прозрачность до 60 м), теперь сильно загрязнена мазутом.
Море сохраняет свою целостность благодаря тому, что расположено в самом спокойном районе Атлантики, а ограничивающие его течения не склонны вовлекать его в собственное движение. Таким образом, в центре Атлантики существует уникальная акватория, отличающаяся
удивительно спокойным нравом. Ветра там тоже почти не дуют. Это привело к тому, что на поверхности океана скопились растения, которые названы саргассовыми водорослями. Эти крупные, до двух метров, жёлто-коричневые растения относятся к бурым водорослям, но, в отличие от своих родственников, способны жить и размножаться на плаву, ни к чему не прикрепляясь.
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.
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.
Почему эко-топливо? Запасы ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и природный газ, являются невозобновляемыми источниками энергии и постепенно истощаются. Использование ископаемых видов топлива в двигателях внутреннего сгорания или газовых турбинах приводит к выбрасыванию в атмосферу парниковых газов и других экологически вредных компонентов. Мир в настоящее время потребляет около 30 млрд баррелей (или 4.76 триллионов литров) нефти в год или 82 млн. баррелей (или 3440 миллионов литров) нефти ежедневно. Эксперты предупреждают, что в ближайшее время добыча нефти не будет поспевать за ростом мирового спроса.
Водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для
осуществления фотосинтеза. Фотосинтез -биологический процесс, который производит биомассу (сахара или липиды), кислород и высокоэнергитические молекулы АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты) из углекислого газа (С02) и воды. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Кроме того, поскольку водоросли потребляют С02 в процессе фотосинтеза, они являются идеальным, дешевым и экологически чистым способом эффективного удаления этого газа из атмосферы.
Водоросли являются родственниками других растений, в которых также осуществляется процесс фотосинтеза. Они относятся к самым примитивным формам растительной жизни и процесс фотосинтеза в водорослях протекает также, как и в остальных растениях. Так как многие водоросли являются небольшими организмами и имеют простую клеточную структуру, они являются более эффективными преобразователями солнечного света, чем высшие растения и показывают очень быстрый рост. Кроме того, поскольку водоросли растут в водной среде, они имеют эффективный доступ к основным ингредиентам для фотосинтеза - воде и углекислому газу.
Какие затраты связаны с выращиванием водорослей? Пока за солнечный свет не приходится платить и его предостаточно, 80% от общих затрат на выращивание водорослей включают в себя стоимость сырья и питательных веществ. Для того, чтобы способность водорослей производить масла стала коммерчески привлекательной, затраты на сырье и удобрения для выращивания должны быть снижены. Компания БОТ разработала и запатентовала дешевый способ использования водорослями собственных продуктов фотосинтеза для достижения значительной биомассы и производства масел.
В последние годы возрастающее глобальное производство биодизеля из сельскохозяйственных культур и растительного масла стало более дорогостоящим, что частично связанно с ростом цен на удобрения и транспорт. Производство масел из зеленых водорослей с использованием недорогих отходов - очень привлекательная альтернатива для биотоплива следующего поколения
Очевидным преимуществом использования масла зеленых водорослей вместо масла, полученного из продовольственных культур, является то, что оно не конкурирует с продуктами питания и не влияет на продовольственные цены.
Александр Александрович Зацепин, студент ВлГУ. [email protected]
Христофорова Ирина Александровна доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Химической технологии » ВлГУ, Россия, Владимир. [email protected]
Литература:
1. «Экологическое топливо»; http://tech-life.org (дата обращения 04.04.2014)
2. «Биотопливо»; http://hlorella.jimdo.com /(дата обращения 01.04.2014)
3. «Биотопливо»;
http://autoeco.info (дата обращения 03.04.2014)
4. «Саргассово море»; http://www.genon.ru (дата обращения 04.04.2014)
Zatsepin Alexander Aleksandrovitch, Khristoforova Irina Aleksandrovna Vladimir State University . G. Alexander and Nicholas and Stoletovs ( VSU ), Vladimir , Russia 600000 , Vladimir, st . Gorky 87 * е-mail: [email protected]
GREEN RESOURCE SARGASSO SEA - A RENEWABLE SOURCE OF ALTERNATIVE ENERGY.
Abstract
Conducted a literature review on the topic " Alternative energy " based on various sources of information on this topic. Basis of article is to consider the use of "clean" resources in the creation of biofuels. During the review were identified benefits of using "green" technologies in the creation of new sources of energy which is a global environmental issue of modern industrial centers.
Keywords : biofuels , "clean" resources , an alternative source.
