МИКРОВОДОРОСЛИ  —  ИСТОЧНИК  АЛЬТЕРНАТИВНОГО  ТОПЛИВА

Василенко  Анна  Павловна

магистрант  МГМУ  (МАМИ), 
РФ,  г.  Москва

E-mail:  vasilenkoannet@yandex.ru

Иванникова  Елена  Михайловна 
канд.  техн.  наук,  доцент 
МГМУ  (МАМИ), 
РФ,  г.  Москва

Систер  Владимир  Григорьевич

д-р  техн.  наук,  профессор,  член-корр  РАН,  заведующий  кафедрой  «Инженерная  экология  и  альтернативная  энергетика»  МГМУ  (МАМИ), 
РФ,  г.  Москва

Ямчук  Анастасия  Игоревна

старший  преподаватель 
МГМУ  (МАМИ), 
РФ,  г.  Москва

Цедилин  Андрей  Николаевич

канд.  техн.  наук 
МГМУ  (МАМИ), 
РФ,  г.  Москва

Иванникова  Юлия  Михайловна

инженер, 
ООО  «Национальная  инновационная  компания», 
РФ,  г.  Москва

MICROALGAE  —  ALTERNATIVE  FUEL  SOURCES

Vasilenko  Anna

graduate  student 
of  Moscow  State  Engineering  UNIVERSITY  (MAMI), 
Russia,  Moscow

Ivannikova  Elena

candidate  of  Technical  Sciences,  Professor 
of  Moscow  State  Engineering  UNIVERSITY  (MAMI), 
Russia,  Moscow

Sister  Vladimir

doctor  of  Technical  Sciences,  Professor,  corresponding  member  of  the  RAN,  head  of  the  department  "Engineering  ecology  and  alternative  power  engineering" 
Moscow  State  Engineering  UNIVERSITY  (MAMI), 
Russia,  Moscow

Yamchuk  Anastasia

senior  lecturer 
of  Moscow  State  Engineering  UNIVERSITY  (MAMI), 
Russia,  Moscow

Tsedilin  Andrey

candidate  of  Technical  Sciences, 
Moscow  State  Engineering  UNIVERSITY  (MAMI), 
Russia,  Moscow
Ivannikova  Julia

engineering, 
LLC  "National  Innovation  Company", 
Russia,  Moscow

АННОТАЦИЯ

В  статье  обосновано  использование  микроводорослей,  как  одного  из  перспективного  источника  растительного  сырья  для  получения  биотоплива.  Приведены  данные  по  сопоставлению  с  другими  растительными  культурами  по  объему  производства  масла  с  единицы  площади.  Представлены  данные  по  использованию  микроводорослей  в  качестве  источника  для  биотоплива  в  мире. 

ABSTRACT

In  article  use  of  microseaweed,  as  one  of  a  perspective  source  of  vegetable  raw  materials  for  receiving  biofuel  is  proved.  Data  on  comparison  to  other  vegetable  cultures  on  oil  output  from  unit  of  area  are  provided.  Data  on  use  of  microseaweed  as  a  source  for  biofuel  in  the  world  are  submitted.

Ключевые  слова:  биотопливо;  биомасса;  микроводоросли.

Keywords:  biofuels;  biomass;  microalgae.

Быстрое  сокращение  ресурсов  ископаемого  энергетического  сырья  заставляет  интенсивно  осваивать  возобновляемые  энергетические  ресурсы,  среди  которых  первое  место  по  объемам  потребления  возобновляемой  энергии  занимает  растительная  биомасса.  Также  топлива,  полученные  из  растительного  сырья  более  экологичны  в  сравнении  с  традиционным  ископаемым  энергетическим  сырьем.  Постепенное  замещение  углей,  природного  газа  и  продуктов  нефтеперегонки  биотопливом,  произведенным  из  возобновляемого  растительного  сырья  поможет  восстановлению  и  сохранению  баланса  углекислоты  в  атмосфере. 

В  настоящее  время  актуальны  поиски  и  промышленное  освоение  альтернативного  растительного  сырья  высокой  продуктивности  для  получения  биотоплив.  Особый  интерес  в  этом  плане  представляют  микроводоросли  (МВ),  которые  можно  выращивать  как  в  открытых  водоемах  (включая  засоленные  пруды  и  озера),  так  и  в  полностью  контролируемых  условиях  с  применением  фотобиореакторов  (ФБР).  Повышенное  внимание  уделяется  разработке  технологий  культивирования  и  переработки  микроводорослей  в  различные  виды  биотоплива  [4,  c.  103].  Это  связано  с  неоспоримыми  преимуществами  культивирования  (выращивания)  микроводорослей  перед  традиционным  растениеводством  в  сфере  производства  биомассы  энергетического  назначения.  Так,  микроводоросли  обладают  исключительно  высокой  производительность,  в  сотни  раз  превышающей  урожайность  современных  сельскохозяйственных  культур  (Таблица  1).  Организация  производства  микроводорослей  возможна  на  площадях,  не  пригодных  для  земледелия.  Кроме  того,  МВ  различных  видов  существенно  различаются  по  своему  химическому  составу  и,  в  зависимости  от  конкретных  практических  задач,  могут  быть  использованы  в  качестве  энергетического  сырья  для  производства  любых  существующих  на  сегодняшний  день  биотоплив  [2,  c.  125].

Таблица  1. 

Объемы  производства  масел  микроводорослей  с  единицы  площади  в  сравнении  с  традиционными  масличными  культурами

Биотопливо  на  основе  водорослей  может  быть  использовано  в  качестве  замены  или  в  смешанной  форме  с  обычным  дизельным  топливом  или  с  любым  нефтяным  топливом  без  значительной  модификации  двигателя.  Смешивание  с  дизелем  или  нефтью  биодизеля  из  водорослей,  как  было  установлено,  приводит  к  снижению  износа  двигателя  по  сравнению  с  обычным  дизельным  топливом.  Это  также  показывает  превосходные  смазывающие  свойства  и  продлевает  срок  службы  двигателя.  Биодизель  из  водорослей  распадается  почти  в  4  раза  быстрее,  чем  обычное  дизельное  топливо.  Биодизель  из  водорослей  имеет  более  высокую  температуру  воспламенения,  т.  е.  вспышки  делают  его  гораздо  безопаснее,  чем  обычный  дизель  [3,  c.  19].

В  настоящее  время  коммерческое  выращивание  микроводорослей  в  основном  проводят  с  целью  производства  биодобавок  в  небольших  биореакторах  с  ежегодной  производительностью  от  нескольких  десятков  до  нескольких  сотен  тонн  биомассы.  Около  половины  суммарного  количества  биомассы  водорослей  выращивается  в  Китае,  Японии,  Тайване,  США,  Индии  и  Австралии.  Среди  продуктов,  получаемых  из  их  биомассы,  многие  нашли  коммерческое  применение,  или  находятся  на  стадии,  близкой  к  промышленному  производству:  биодобавки,  корм  для  рыб,  биоудобрения,  антиоксиданты  (каротин,  астаксантин),  естественные  красители,  косметические  препараты,  биотопливо. 

Проекты  по  использованию  водорослей  в  качестве  источника  для  биотоплива  (биодизеля)  имеются  в  США,  Испании,  Португалии,  Голландии,  Японии,  Новой  Зеландии,  Германии  [1,  c.  92].

Так,  например,  в  Испании  фирма  Bio-Fuel-Sistems  разработала  технологию  получения  биотоплива,  схожего  с  параметрами  с  обычной  нефтью,  из  «суперводорослей».  Для  ускорения  их  роста  создан  «биоэлектромагнтный»  ускоритель.  Получается  уникальное  битопливо  не  содержащее  SO2,  и  не  требующее  смешения  с  другими  видами  топлива.  Остаток  представляет  почти  стопроцентное  биотопливо  (жиры  —  биодизель,  а  углеводороды  —  этанол).  Так  же  высушенные  водоросли  можно  сжигать  в  тепловых  электростанциях  для  производства  электроэнергии. 

В  США  компания  Solazyme  вывела  новые  водоросли  и  разработала  технологию  их  выращивания.  Водоросли  помещаются  в  стальные  контейнеры  и  растут  не  на  солнце,  а  в  темноте.  Питательный  элемент  —  сахар,  который  превращает  водоросли  в  нефтеподобную  жидкость.  На  основе  этой  жидкости  можно  производить  биодизель. 

В  Нидерландах  компания  «Альгалинк»  разработала  новые  фотобиореакторы,  которые  по  объему  выпуска  в  шесть  раз  превышают  аналогичный  показатель  других  систем  по  выращиванию  водорослей.  Фотобиореакторы  рассчитаны  на  массовое  производство  биодизельного  топлива  из  водорослей  и  других,  ценных  биопродуктов  из  водорослевого  масла,  созданных  с  применением  запатентованных  технологий.

В  Японии  готовятся  запуску  первые  промышленные  электростанции,  питаемые  морскими  водорослями.  Это  итог  многолетнего  совместного  проекта  компании  Tokyo  Gas  и  японской  организации  по  развитию  энергетических  и  промышленных  технологий  (New  Energy  and  Industrial  Technology  Development  Organization  —  NEDO).  Tokyo  Gas  и  NEDO  создали  систему  брожения  биомассы  («каши»  из  морских  водорослей)  с  применением  микроорганизмов,  в  результате  которого  выделяется  метан  [1,  c.  92]. 

В  Германии  изучением  водорослей  для  использования  в  качестве  топлива  и  борьбы  с  двуокисью  углерода  занимается  НИИ  Rehbruckener  Institut  fur  Getreideverarbeitung  и  баварская  фирма  Schmack  Biogas  AG.  Баварцам  удалось  разработать  замкнутый  цикл  превращения  СО₂,  выделяемого  из  биомассы  (там  содержится  до  40  %  двуокиси  углерода),  с  помощью  фотосинтеза  в  биомассу  водорослей,  которая  затем  снова  используется  для  производства  биогаза.  В  свою  очередь,  этот  биогаз  после  отделения  СО₂  состоит  в  основном  из  метана  и  может  закачиваться  в  газопроводы,  снабжающие  природным  газом  домашние  хозяйства,  или  использоваться  при  производстве  электроэнергии.

В  России  также  ведется  много  работ  по  выращиванию  и  использованию  микроводорослей  для  получения  биотоплив.  Так,  проведенные  экспериментальные  исследования  Университета  машиностроения  по  выращиванию  микроводорослей  в  открытых  водоемах  Московской  области  Солнечногорского  района  также  показали  возможность  получения  микроводорослей  для  дальнейшего  использования  в  качестве  топлива.  Одна  из  петербургских  компаний  в  ближайшее  время  займется  производством  электроэнергии,  а  затем  и  выпуском  биодизеля  по  технологии  испанской  компании  Bio-Fuel-Sistems,  которая  как  уже  упоминалось  ранее,  не  только  изобрела  технологию,  но  и  осваивает  ее  в  одном  из  городов  в  Испании.  Источником  получения  новых  продуктов  станут  морские  микроводоросли,  которые  при  определенных  условиях  способны  не  только  быстро  размножаться,  но  и  давать  относительно  дешевое  топливо  и  электричество  [1,  c.  93].

По  оценкам  экономистов,  к  2018  году  глобальный  оборот  от  переработки  биомассы  морских  микроводорослей  может  составить  около  100  миллиардов  долларов.  Также  морские  водоросли  ежегодно  могут  обеспечить  не  менее  50  млн.  тонн  сухого  сырья  для  производства  биотоплива.  Россия,  имея  большой  научно-исследовательский  потенциал,  могла  бы  занять  достойное  место  в  получении  микроводорослей  для  производства  биотоплив  и  самого  биотоплива. 

Список  литературы:

1. Безруких  П.П.  Возобновляемая  энергетика:  сегодня  —  реальность,  завтра  —  необходимость.  М.:  Лесная  страна,  2009.  —  120  с.
2. Иванникова  Е.М.,  Систер  В.Г.,  Нагорнов  С.А.  Альтернативные  топлива  для  дизельных  двигателей.  М:  2014.  —  185  с. 
3. Систер  В.Г.,  Иванникова  Е.М.,  Плотников  С.П.,  Чирков  В.Г.,  Росс  М.Ю.  Использование  адаптивных  свойств  микроводорослей  при  производстве  фитомассы  биотопливного  назначения//  Экология  и  промышленность  России.  —  2012.  —  №  7.  —  с.  18—21.
4. Систер  В.Г.,  Иванникова  Е.М.,  Чирков  В.Г.,  Кожевников  Ю.А.  Приготовление  композиционных  котельных  и  моторных  биотоплив  из  альгамассы//  Международный  научный  журнал  «Альтернативная  энергетика  и  экология».  —  2013.  —  №  1—2  (118).  —  с.  103—107.