Оценка производственной цепочки биомасс из насыщенных жирами микроводорослей для получения авиационного биотоплива

М. Герер, Х. Сейфрид, С. Штаудахер

Аннотация


В настоящее время прилагаются значительные усилия для создания авиационного биотоплива из микроводорослей, абсолютно взаимозаменяемого с традиционным видами авиационных топлив. Эти действия осуществляются, чтобы не использовать для этих целей продукты питания. Синтетическое биотопливо из биомассы с высоким содержание жировых компонентов изготавливается по следующей технологической цепочке: выращивание культур, сбор урожая, извлечение сырьевой базы, переработка её в топливо. Это исследование посвящено технологическому циклу производства топлива, полученного культивированием водорослей Auxenochlorella protothecoides в пресной воде и сосредоточено на культивировании культуры в открытых водоёмах, а также на последовательности действий в ходе сбора сырья, таких как: предварительное обогащение, электропорация и обезвоживание. Топливно-энергетический баланс и воздействие на окружающую среду анализируется при помощи программного пакета GaBi и базы данных. Главная цель работы заключается в выявлении факторов и процессов, оказывающих наибольшее влияние как на экологическую составляющую, так и на энергетический баланс. Так для производства одного килограмма обезвоженной биомассы из водорослей с высоким содержанием жировых компонентов (кг сухого вещества) требуется затратить 118,56 МДж энергии. Потребление энергии распределяется следующим образом: 71,7% расходуется в процессе роста микроорганизмов к колбах Эрленмейера и в барботирующих ферментёрах, 15,5% используется для выращивания в каналах водоёма и 12,8% потребляется для предварительного обогащения, электропорации и обезвоживания. Преобразуя величины в соотношение суммарной энергии (NER), получили значение 0,266, а в CO2 эквиваленте получили 6,45 кг CO2 на кг сухого вещества. Полученные значения хуже аналогичных зависимостей для керосина (NER = 0,867; 0,384 кг CO2 на кг керосина). Производство может быть оптимизировано благодаря использованию требуемой энергии из возобновляемых источников, таких, например, как гидроэлектростанции (NER = 0,545; 1,27 кг CO2 на кг сухого вещества). В этом случае суммарная величина энергии на входе должна быть скорректирована при использовании возобновляемых источников, приводящих NER к 3,04. Тем не менее, оценка CO2 эквивалента на килограмм сухого вещества остаётся по-прежнему неблагоприятно высокой в сравнении с керосином. Основной причиной столь существенного различия является использование чистой лабораторной воды и удобрений.


Ключ. слова


Биотопливо; микроводоросли; топливно-энергетический баланс; электропорация; возобновляемая энергия

Полный текст:

PDF (English)

Список литературы

1. Becker E.W. Microalgae: Biotechnology and Microbiology. New York: Cambridge University Press, 2008. 519 p.

2. Ben-Amotz A. Bio-fuel and CO2 Capture by Algae. Seambiotic Ltd., 2008.

3. Borowitzka M.A. Algal Culturing Techniques. Section no. 14. Culturing microalgae in outdoor ponds. 2005. 596 p.

4. Büchle C. Konstruktion und Aufbau eines Photobioreaktors zur onlineÜberwachung der Produktivität von Algen und Erfassung der Produktivitätsparameter von Auxenochlorella protothecoides. Diploma Thesis, Institute of Botany, University of Stuttgart, 2013.

5. Chisti Y. Biodiesel from Microalgae // Biotechnology Advances. 2007. V. 25, no. 3. P. 294-306. DOI: 10.1016/j.biotechadv.2007.02.001

6. Cooney M. et al. Extraction of Bio-oils from Microalgae // Separation & Purification Reviews. 2011. V. 38, no. 4. P. 291-325. DOI: 10.1080/15422110903327919

7. Daggett D. et al. Alternative Fuels and Their Potential Impact on Aviation. ICAS-2006-5.8.2, Hamburg, Germany, 2006.

8. Daggett D. et al. Alternative Fuels for Use in Commercial Aircraft. ISABE-2007-1196, Peking, China, 2007.

9. Din En ISO 14044 Umweltmanagement - Ökobilanz-Anforderungen und Anleitung. Deutsches Institut für Normung e.V., 2006.

10. Frey W. et al. Konditionierung von Mikroalgen mit gepulsten elektrischen Feldern für die energetische Nutzung. Sustainable BioEnconomy, 2011.

11. Gea westfalia separator group: Separation Technology for Algae Production. GEA Mechanical Equipment GmbH, Deutschland, 2012.

12. Göttel M. et al. Influence of Pulsed Electric Field (PEF) Treatment on the Extraction of Lipids from Microalgae Auxenochlorella protothecoides // IEEE International Conference on Plasma Science, 2011. DOI: 10.1109/plasma.2011.5993394

13. Graham L.E. et al. Algae. New Jersey: Prentice-Hall Inc., 2000. 640p.

14. Grundfos: Pumpenhandbuch, 2004.

15. International air transport association: Report on Alternative Fuels. www.iata.org, 2008.

16. Jorquera O. et al. Comparative Energy Life-Cycle Analyses of Microalgal Biomass Production in Open Ponds and Photobioreactors // Bioresource Technology. 2010. V. 101, no. 4. P. 1406-1413. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.09.038

17. Kadam K.L. Environmental Implications of Power Generation via Coal-Microalgae Cofiring // Energy. 2002. V. 27, no. 10. P. 905-922. DOI: 10.1016/s0360-5442(02)00025-7

18. Manish S. et al. Sustainable Analysis of Renewables for Climate Change Mitigation // Energy for Sustainable Development. 2006. V. 10, no. 4. P. 25-36. DOI: 10.1016/s0973-0826(08)60553-0

19. PE International: Gabi Software: manual, 2012.

20. Pieralisi: Vertikale Tellerseparatoren. StampaNova, Jesi (AN), Italy, 2000.

21. Connelly R. et al. Second-Generation Biofuel from High-Efficiency Algal-Derived Biocrude // Bioenergy Research: Advances and Applications. 2008. P. 153-170. DOI: 10.1016/B978-0-444-59561-4.00010-3

22. Sheehan J. et al. A Look back at the U.S. Department of Energy’s and Aquatic Species Program: Biodiesel from Algae. Close-Out Report, Golden, Colorado, USA: National Renewable Energy Laboratory, 1998.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/1998-6629-2014-0-5-1(47)-227-235

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© Вестник СГАУ, 2015

 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533