Биодизель - это биотопливо, топливо из биологических ингредиентов вместо ископаемого топлива. Эти исходные ингредиенты могут варьироваться от кукурузы и соевых бобов в виде масла до животного жира, в зависимости от типа топлива и способа производства. Говорить о биодизеле заставляет постоянно растущие цены на топливо, а также устрашающие темпы насилия над Природой. Кроме растительного масла и животного жира в производстве биодизеля, в последнее время используют биомассу из водорослей, вот об этом и хочется поговорить.

Биодизель из водорослей

С каждым годом все больше новых технологий внедряется в производство топлива. Это способствует более полному использованию сырья и более качественному топливу, но это ни как не сокращает стоимость топлива. С ростом потребления бензина, его стоимость возросла до более чем 4 долл. США за галлон в 2008 году, зависимость от транспортировки запасов нефти и истощения существующих месторождений во всем мире, провоцирует разработку новых и это не уничтожает экологичность нефтедобывающих регионов и Природу в целом.

Сейчас поиск альтернатив топливу и топливным продуктам на основе нефти является актуальной. Ученые изучают производство альтернативных продуктов, чтобы обеспечить спрос менее синтетическим, экологически чистым топливом в течение многих лет.

Возможно, в ближайшем будущем мы сможем использовать одно из этих альтернативных видов топлива. Алга (или ее множественное число, водоросли) может быть чудодейственным элементом в поисках более экологически чистого, массового производства сырья, которое может быть переработано в топливо. Водоросли растут естественным образом во всем мире. В оптимальных условиях их можно выращивать в огромных, почти безграничных количествах. Знаете ли вы, что половина состава водорослей, по весу, является липидным маслом? Ученые изучали эту нефть в течение десятилетий, чтобы превратить ее в биодизель из водорослей - топливо, которое горит более чисто и эффективнее, чем нефть.

Вы можете задаться вопросом, как этот грязный зеленый материал можно превратить в топливо для автомобилей и других механизмов, и даже для обогревателей, которые согревают наши дома. Давайте узнаем больше о том, что делает биодизель из водорослей таким привлекательным.

Водоросли впервые были изучены в качестве альтернативы топливу в 1978 году при президенте США Джимми Картере. Цены на газ взлетели, и правительство стремилось облегчить кризис. Программа водных видов, проводимая Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, исследовала высокие выбросы нефтепродуктов для биотоплива. После тестирования более 3000 типов водорослей исследователи пришли к выводу, что высокоурожайная установка по производству водорослей, если она производит их в достаточно больших количествах, может заменить ископаемое топливо для целей отопления жилища и потребности обеспечения транспорта в личных хозяйствах.

Замена ископаемого топлива водорослями, а значит безвредным и возобновляемым ресурсом, делает биодизель интересной возможностью. Прежде чем мы погрузимся в тему биодизеля из водорослей, давайте узнаем больше о водорослях. Более 100 000 различных видов растительных организмов принадлежат семейству водорослей. Они бывают разных форм и цветов, от крошечных простейших, плывущих в прудах до огромных пучков водорослей, обитающих в океане. Листовые водоросли, травянистые мхи и грибы, растущие на скалах, - это все виды водорослей. Вы даже можете увидеть водоросли в разных цветах, таких как красный, зеленый и коричневый. Водоросли легко растут, и их ростом можно манипулировать, и стимулировать производство огромного количества, не нарушая естественных мест обитания или источников пищи. Водорослям легко угодить - все, что им нужно, это вода, солнечный свет и углекислый газ.

Разные водоросли содержат в своем составе различные объемы масла. Из всех водорослей, прудовые сгустки - водоросли, которые обитают в верхних слоях прудов - лучше всего подходят для биодизеля.

Во время процесса производства биодизеля водоросли потребляют углекислый газ. Другими словами, благодаря фотосинтезу водоросли вытягивают углекислый газ из воздуха, заменяя его кислородом. По этой причине производители биодизеля водорослей строят установки биодизеля, близкие к заводам по производству энергии, которые производят много углекислого газа. Утилизация углекислоты уменьшает загрязнение.

Как насчет некоторых остатков? Прессование водорослей создает еще несколько полезных побочных продуктов - удобрений и сырья - без истощения других источников пищи.

Производители биодизеля утверждают, что они смогут производить более 450 000 литров водорослей на четырех гектарах в год в зависимости от:

• Используемого типа водорослей
• Способа выращивания водорослей
• Метода добычи масла

Производство водорослей может превзойти другие потенциальные продукты биодизеля, такие как пальмовое или кукурузное масло. Например, завод по производству биодизеля из водорослей мощностью 400 гектар может производить 10 миллионов литров биодизеля за один год. По оценкам экспертов, ежегодно будет реализовывать 6,3 миллиона тонн биодизеля из водорослей для замены дизтоплива из нефтепродуктов. Чтобы достичь этой цели, производители биодизеля из водорослей потребуется в разы меньше площадей для строительства биодизельных заводов по сравнению с потребностями для других продуктов биодизеля. Поскольку водоросли можно выращивать где угодно, в том числе и в закрытом помещении, это многообещающий элемент в гонке для производства нового топлива.

Извлечение масла из водорослей может показаться мрачной работой. Итак, давайте откроем карты и займемся разработкой биодизеля из водорослей.

Исследователи тестируют другие ресурсы для использования биодизеля. К ним относятся кукуруза, пальмовое масло, соя, семена конопли, свинец, сахарный тростник и древесные остатки. Только время покажет, какой из них будет следующим основным топливом.

Как мы можем добывать топливо из водорослей? Это похоже на получение сока из апельсина - с добавлением дополнительной химической реакции. Водоросли выращиваются в системах с открытым водоёмом или в закрытых системах, о чем мы поговорим позже. После сбора водорослей липиды или масла извлекаются из стенок клеток водорослей.

Существует несколько способов извлечь масло из водорослей. Масляный пресс является самым простым и популярным методом. Это похоже на концепцию оливкового пресса или отжима масла из подсолнечных семечек. Он может извлекать до 75 процентов масла из прессования водорослей.

Двухкомпонентный процесс, метод растворения гексана (в сочетании с прессованием водорослей) выделяет до 95 процентов масла из водорослей. Во-первых, пресс выдавливает масло. Затем оставшиеся водоросли смешивают с гексаном, фильтруют и очищают, после чего в масле не остается химиката.

Метод сверхкритических жидкостей экстрагирует до 100 процентов масла из водорослей. Двуокись углерода действует как сверхкритическая жидкость - когда вещество находится под давлением и нагревается, чтобы изменить его состав как на жидкость, так и на газ. На этом этапе углекислый газ смешивается с водорослями. Когда они объединяются, углекислый газ полностью превращает водоросли в масло. Дополнительное оборудование и работа делают этот метод менее популярным.

Как только масло извлекается, оно очищается с разрушением цепочек жирных кислот в процессе, называемом переэтерификацией. Здесь катализатор, такой как гидроксид натрия, смешивают со спиртом, таким как метанол. Это создает биодизельное топливо в сочетании с глицерином. В дальнейшем  смесь очищают от глицерина. Конечным продуктом является биодизельное топливо из водорослей - дизельное топливо.

Процесс извлечения нефти из водорослей является универсальным, но компании, производящие биодизель из водорослей, используют разнообразные методы для выращивания достаточного количества водорослей и для производства большого количества масла.

Теперь мы узнаем, как это делают.

Мы говорили о химическом процессе, который берет водоросли и превращает их в биодизельное топливо. Реальный вопрос, на который многие компании во всем мире пытаются ответить, заключается в том, как мы можем производить достаточное количество сырья для удовлетворения спроса на биодизель?

Наиболее естественным методом выращивания водорослей для производства биодизеля является выращивание на открытых прудах. Используя открытые пруды, мы можем выращивать водоросли в жарких солнечных районах мира, чтобы получить максимальную добычу. Хотя это наименее инвазивное из всех растущих методов, у него есть некоторые недостатки. Плохая погода может замедлить рост водорослей, а также загрязнение от бактерий или других внешних организмов. Вода, в которой растут водоросли, также должна храниться при определенной температуре, которую трудно поддерживать.

Производство биотоплива в вертикальных сосудах/замкнутом цикле было разработано предпринимателями по производству водорослей быстрее и эффективнее, чем рост с использованием открытых прудов. При вертикальном выращивании водоросли, помещаются в прозрачные полиэтиленовые пакеты (поликарботатные трубы и/или другие прозрачные емкости), поэтому они могут подвергаться воздействию солнечного света с двух сторон. Емкости поднимаются достаточно высоко и защищены от дождя крышой. Дополнительное воздействие Солнцем увеличивает производительность водорослей, что, в свою очередь, увеличивает добычу масла. Водоросли в таком методе, также защищены от загрязнения.

Другие предприниматели, занимающиеся производством водорослей для биодизеля, строят заводы с биореакторами с закрытыми резервуарами, чтобы еще больше повысить уровень масла. Вместо выращивания водорослей снаружи, их выращивают как комнатные растения устанавливая большие круглые барабаны (прозрачные колбы, трубы, емкости), которые выращивают водоросли в идеальных условиях. Морские водоросли возможно стимулировать к росту с максимальной скоростью и они могут собираться каждый день. Это дает очень высокий выход водорослей, который, в свою очередь, дает большие количества масла для биодизеля. Закрытые биореакторные установки также могут быть стратегически размещены вблизи энергетических установок для сбора избыточного диоксида углерода (СО2), стимулируя им рост водоростей, который в противном случае загрязнял бы воздух.

Исследователи тестируют еще один вариант процесса закрытого контейнера или закрытого пруда - ферментации. Водоросли культивируют в закрытых контейнерах и кормят сахаром для стимулирования роста. Этот метод устраняет всю допустимую погрешность, поскольку позволяет фермерам контролировать все факторы окружающей среды. Преимущество этого процесса в том, что он позволяет производить биодизель из водорослей в любой точке мира. Остается выяснить, где получить избыточное количество сахара, не создавая проблем.

Плюсы и минусы биодизеля из водорослей

Все звучит идеально, не так ли? Растительный, природный материал выращивается, отжимается, химически изменяется и смешивается с более чистым, эффективным биодизелем. Это может показаться идеальным, но есть некоторые минусы, как говорят критики биодизеля водорослей.

Первая проблема заключается в том, что выращивание в открытом пруду чрезвычайно рискованно - вода должна быть точной температуры. Двуокись углерода должна закачиваться в пруды, и существует высокий риск загрязнения. Однако многие лаборатории биодизеля водорослей решают эту проблему, используя закрытую биореакторную систему для противодействия этим проблемам.

Другая проблема заключается в том, что не проводилось никаких реальных испытаний с использованием биодизеля из водорослей на реальных автомобилях. Компании во всем мире делают большие сделки с крупными нефтяными компаниями для тестирования и производства прудов. Сейчас они все еще находятся на стадии тестирования. Насколько нам известно, на улицах есть только один биодизель из водорослей. В январе 2008 года одна компания использовала биодизель из водорослей, и заправили таким дизелем Mercedes Benz E320, чтобы совершить круиз по улицам Парк-Сити, штат Юта, во время кинофестиваля Sundance. Однако не было опубликовано никаких статистических данных о пробеге автомобиля или о том, какие выбросы он произвел.

Что бы ни случилось, поиск лучшего топлива является увлекательным занятием. Но на данный момент мы, вероятно, будем больше читать о разработке биодизеля из водорослей вместо того, чтобы водить автомобили, используя этот уникальный продукт.