Получение биодизеля с использованием микроводорослей

«Получение биодизеля с использованием микроводорослей»

 

.

Цель: Получить биодизель с использованием микроводорослей

Задача: проанализировать и предложить наиболее высокоэффективный и немногозатратный способы получения биотоплива (биодизель в нашем случае)

актуальность  и новизна

 

Растущий  объем потребления природных  топливных ресурсов (нефти, газа), при  сокращении их запасов ставит задачу поиска новых источников энергии. Наиболее перспективным является путь использования  возобновляемых экологически безопасных источников энергии. 
В настоящее время в качестве возобновляемых источников энергии в основном рассматривается выращивание и использование биомассы различных зерновых и масляничных культур. Из них получают биоэтанол и биодизель. 
Мир стоит на пороге значительной трансформации сельского хозяйства и масштабных вырубок лесов. 
Вырубка тропических лесов под посадки сахарного тростника и масляничных культур ведет к изменению климата и серьезным экологическим проблемам. 
Одной из главных причин, определяющих в долгосрочной перспективе невозможность производства биотоплива из используемых «топливных культур» в количествах достаточных для существенной замены нефтяного топлива, является ограниченность имеющихся на Земле ресурсов пресной воды.

Эффективной возобновляемой культурой, обладающей наибольшим потенциалом  с точки зрения выработки энергии, для которой не нужны пахотные земли, которая в процессе жизнедеятельности потребляет СО2, а выделяет О2 является микроводоросли. 
Микроводоросли по энергетическому выходу значительно превосходят пальмовое и рапсовое масло.

С одного акра земли можно получить 265 литров рапсового масла, или 2400 питров пальмового масла в год. 
С такой же площади водной поверхности можно получать более 20 000 литров водорослевого масла. 
.

сравнительный анализ научных подходов

 

В настоящее  время разработки способов выращивания  микроводорослей и конструирование  различных типов аппаратов для  этого ведут многие корпорации, начиная  от мировых гигантов в энергетической области таких как Chevron, Shell заканчивая корпорациями De Beers, Nestle для которых энергетический бизнес не является профильным, а также потребители топлива компании Boing, Chysler NextDiesel и т.д. 
Ведущиеся работы направлены на снижение себестоимости получаемой биомассы водорослей путем использования для выращивания микроводорослей открытых естественных водоемов, водоемов очистных сооружений, попутных газов электростанций, применения комбинированных способов использования открытых и закрытых систем для выращивания.

Открытые  системы - это открытые емкости, естественные водоемы, пруды, искусственные бассейны в которых выращиваются микроводоросли. (Royal Dutch Shell на Гавайских островах, Algae BioFuels США в Алабаме, Aquaflow Bionomic Corporation Новая Зеландия, Mitsubishi Япония и тд) 
Комбинированные системы выращивания водорослей - Hybrid Algae Production System (HAPS) –(Green Star Products, GreenShift США) 
Данные способы выращивания микроводорослей не обеспечивают высокого выхода и стандартного качества получаемой биомассы. Процессы не контролируемы с точки зрения обеспечения оптимальных условий для выращивания, зависят от внешних природных факторов. Существует возможность загрязнения культивируемой культуры дикими и патогенными микроорганизмами. 
 

Закрытые  системы  
Более перспективным для получения биомассы микроводорослей с заданными свойствами (высоким содержанием жиров и т.д) является выращивание их в специально разработанных закрытых системах – биореакторах (фотобиореактор, аквареактор) , в которых создаются оптимальные условия -требуемые температура и освещенность, необходимый газообмен и подвод питательных веществ. 
Наиболее известны в этой области разработки - компании Valcent Products США (технология Vertigro), корпорации GreenFuel Technologies и компании Arizona Public Service (биореактор ETB), компании BioKing. 
Средняя получаемая продуктивность в этих системах - 98г/м2 - 125 г/м2 в день (беззольная основа сухого веса)

Научная новизна

 

В данном проекте создан вихревой плавающий аквареактор, содержащий наночастицы, имеющие губчатую мезопористую структуру и способные впитывать масла из водорослей, не повреждая растения.

  
Вихревые плавающие аквареакторы – это принципиально новый тип аппаратов, не имеющий аналогов в мире.

  
Научная новизна определяется:  
• использованием принципиально нового эффективного и экономичного способа объемного перемешивания жидкости структурированным воздушным потоком и вихревым плавающим аквареактором, его реализующим. 
• размещением свободно плавающего аппарата в окружающей воде и использование ее в качестве культуральной жидкости водорослей

    В новой технологии интегрированы подходы нанотехнологии, химии и катализа. Мезопористые (наночастицы экстрагируют масла из живых клеток водорослей

 

практическая  и научная значимость, их инновационное и конкурентное преимущество

 

Основные  преимущества вихревых плавающий аквареакторов  
Вихревые плавающие аквареакторы позволяют:  
- использовать дешевые «мягкие» материалы - полимерные пленки, для создания крупнотоннажных аппаратов  
- использовать окружающей воду как основу культуральной жидкости при выращивании микроводорослей  
- поддерживать необходимую температуру в аппарате вне зависимости от ее возможных перепадов в дневное и ночное время 
 
 

Вихревые плавающие  аквареакторы:  
• обеспечивают высокий массообмен по СО2  
• решают проблему освещенности культивируемой жидкости 
• имеют зону повышенной концентрации биомассы 
• универсальны, обеспечивают возможность культивирования любых, в том числе и без оболочных форм фотосинтезирующих микроорганизмов 
• дешевы, за счет использования пленочных полимерных материалов 
• энергоэкономичны, не занимают площадей земли 

Проведены лабораторные испытания выращивания микроводорослей  в вихревом аквареакторе. Изготовлен опытно-промышленный вихревой плавающий аквареактор объемом 1куб.м. Успешно проведены его технические испытания. 
 
  

Расчетная продуктивность промышленного вихревого плавающего аквареактора для выращивания микроводорослей 4800г/м2/день(беззольная основа сухого веса). 
 
Размещение вихревых плавающих аквареакторов в акватории морей, озер, бухт прибрежных мегаполисов, в бассейнах очистных сооружений предприятий позволяет использовать морскую, озерную, сточную воду в качестве культуральной жидкости, решая задачу масштабной дешевой наработки биомассы микроводорослей, улучшая при этом экологическую обстановку.

Вывод:

 

Проанализировав способы получения биодизеля микроводорослями, мы пришли к выводу, что наиболее выгодным для нас способом является культивирование микроводорослей в аквареакторах.

Мы предлагаем внедрение вихревых аквареакторов,которое является прорывным шагом в области решения задачи крупнотоннажного экономически эффективного производства биомассы микроводорослей.

список используемой литературы:

 

• http://algaereactor.ru/
• semenovv.kharkiv.com
• http://aenergy.ru/373