Разработан эффективный способ добычи топлива из водорослей
Специалисты по биотопливу давно ищут выгодный способ переработки водорослей в пиролизное масло, на котором может работать наземный транспорт, корабли и даже реактивные самолеты. Исследователи из Университета Юты утверждают, что нашли решение.
Внутри микроорганизмов, растущих в прудах, озерах и реках, содержатся липиды, представляющие собой молекулы жирных кислот. Они содержат масло, которое может быть использовано для работы дизельных двигателей. Полученные липиды называются пиролизным маслом. Поэтому такие организмы как микроскопические водоросли, могут стать весьма эффективным источником топлива. Эти липиды можно найти во множестве других одноклеточных организмов, например в дрожжах, используемых при производстве сыра. Проблема, сдерживающая развитие такого метода получения биотоплива, — сложность добычи липидов. Сейчас на их извлечение уходит больше энергии, чем может дать получившееся топливо.
Команда инженеров-химиков из Университета Юты разработала новый вид струйного миксера, который извлекает липиды с гораздо меньшими энергозатратами, чем при использовании старых методов добычи. Это ключевой поворот в развитии биотопливных технологий, так как теперь полученное из водорослей биотопливо может стать жизнеспособной и недорогой альтернативой привычным видам топлива. К тому же, новый миксер способен добывать липиды за несколько секунд.
«Ключевой момент — попытка добиться того, чтобы биотопливо ни в чем не уступало привычным видам топлива. Сейчас это не так, но наше исследование является важным шагом в этом направлении, — говорит доктор Леонард Пиз, соавтор статьи. — Мы преодолели значительное препятствие, стоявшее на пути к тому, чтобы биотопливо стало равноценной заменой дизеля и бензина».
Сейчас для того, чтобы добыть насыщенные маслами липиды из водорослей, ученые должны сначала извлечь из них воду, получив суспензию или сухой порошок. Это самая энергозатратная часть процесса. Затем этот остаток смешивают с растворителем, в котором липиды отделяются от биомассы. После этого получается пиролизное масло, которое и используется для создания биотоплива. Оно смешивается с дизельным топливом и используется для питания грузовиков, тракторов и другой крупногабаритной дизельной техники. Но поскольку высушивание требует много энергии, производство биотоплива из водорослей до сегодняшнего момента было невыгодным процессом.
«Мы провели множество исследований с целью усовершенствования технологии переработки водорослей в топливо. Однако ничто еще не позволяло удешевить его производство настолько, чтобы им заинтересовались в коммерческой сфере. Наша разработка сможет это исправить и сделать топливо из водорослей перспективным источником энергии», — говорит соавтор статьи, доцент химической инженерии Университета Юты Сомитра «Бобби» Моханти. Среди других соавторов бывший аспирант Йен-Хсун «Роберт» Ценг и доцент химического факультета Университета Юты Джон Макленнан.
Разработанный исследователями «струйный миксер» работает по следующему принципу: струи растворителя сталкиваются со струями водорослей, создавая локальную турбулентность, внутри которой липиды «выпрыгивают» прямо в растворитель. Затем растворитель извлекается, после чего он может быть снова использован в этом процессе.
«Наша разработка избавляет от необходимости тратить много энергии на высушивание и позволяет добиться результата гораздо быстрее, — отмечает Моханти. — Технология может применяться не только с водорослями, но и с бактериями, грибами и другими насыщенными маслами микроорганизмами».
По данным Департамента энергетики США, в 2017 году из биоматериалов добывалось примерно 5 процентов всей энергии. Среди других биологических источников энергии — сжигание дерева для получения электричества, использование этанола, получаемого из кукурузы и сахарного тростника, а также преобразование еды и отходов в биогаз.
Преимущество водорослей заключается в том, что их можно выращивать в прудах или специально разработанных биореакторах, а затем собирать для производства большого количества топлива. Выращивание водорослей в таких количествах также может положительно повлиять на атмосферу, уменьшив количество углекислого газа в воздухе.
«Это настоящая революция, — говорит Пиз о своей работе. — Прорывные технологии, которые мы создаем, могут привести к значительному развитию сферы биотоплива на основе водорослей и прочих одноклеточных организмов».
Источник: R&D