Algae Fuel - Biology

Palivo pre riasy je palivo, ktoré sa získava z rias. [1] Riasy sú fotosyntetické organizmy, ktoré žijú vo vode a ktoré nemusia byť fylogeneticky príbuzné. Väčšina žije buď v sladkej alebo slanej vode. Riasy pozostávajú z mnohých rôznych zlúčenín a môžu sa používať ako biopalivo rôznymi procesmi. Zvyčajne je to medzi štyrmi rôznymi Palivá pre riasy diferencované: [2]

Bionafta: Olej je možné získať z niektorých druhov rias. Toto je možné premeniť na palivo transesterifikáciou, ktorej vlastnosti sú porovnateľné s motorovou naftou.
Bioetanol: Sacharidy, ktoré tvoria veľkú časť hmoty rias, sa môžu alkoholovou fermentáciou premeniť na etanol.
Bioplyn: Fermentáciou hmoty rias na metán (CH4) a oxid uhličitý (CO2) je možné vyrobiť energeticky bohatý bioplyn.
Biovodík: niektoré druhy rias tvoria za určitých podmienok vodík (H2).

Zatiaľ neexistuje komerčná výroba paliva z rias. Intenzívne štúdie sa však uskutočňujú v pilotnom meradle. [3]

Kultúra rias

Doposiaľ pestovanie rias slúžilo predovšetkým na zabezpečenie surovín pre chemický a farmaceutický priemysel a na zabezpečenie prídavných látok v potravinách alebo ako potravín [4]. Existujú druhy mnohobunkových makrorias (napr. Hnedé riasy, Laminaria sp., Palmaria sp.) alebo jednotlivé až viacbunkové mikroriasy (napr. Chlorella sp., Spirulina sp.) použité. Druhy bohaté na sacharidy ako napr Sargassum, Gracillaria, Prymodium parvum alebo Euglena gracilis predmetné [5]. . Môžu pochádzať buď z prírodných zásob, alebo z kultivácie. Pri štúdiách výroby paliva na riasy sa používajú druhy oboch tried. Používajú sa rôzne kultivačné systémy:

Pestovanie v otvorených nádržiach

Pestovanie rias sa dá uskutočniť akvakultúrou, napr. B. v otvorených kotlinách stať. Kontrola podmienok je pomocou tejto metódy možná len vo veľmi obmedzenej miere, takže vysoký potenciál rastu rias je možné využiť iba v obmedzenej miere.

Kultivácia v reaktoroch na riasy

Reagenty na riasy (fotobioreaktory) sú uzavreté systémy vo forme sklenených trubíc, platní alebo stĺpov. Môžu sa použiť iba voľne plávajúce riasy. Výhodou systému je, že je tu podstatne väčšia plocha, aby do nej mohlo vstúpiť viac svetla. Okrem toho je možné lepšie kontrolovať podmienky, ako sú živiny, koncentrácia CO2 a O2, teplota, miešanie atď. V porovnaní s poľnohospodárskymi plodinami je možné na jednu plochu viazať viacnásobné množstvo CO2. Sú však potrebné vysoké investičné a prevádzkové náklady. [6] CO2 potrebný na kultiváciu môže pochádzať zo spaľovacích procesov, napríklad z uhoľných elektrární. Použitie vzduchu má nevýhodu v tom, že koncentrácia CO2 je veľmi nízka, 0,038% a vysoké náklady na vstrekovanie plynu.

Výroba paliva

Pri kultivácii v otvorených nádržiach je potrebné riasy najskôr regenerovať. Počas kultivácie v bioreaktoroch sa riasy s nízkou koncentráciou oddelia od vodného výživného roztoku odstredením alebo filtráciou. Ďalšie kroky procesu sú väčšinou stále vo vývoji. Napríklad riasy s vysokým obsahom oleja je možné lisovať alebo extrahovať pomocou hexánu. Olej obsahuje hlavne terpény, ktoré sa dajú spracovať na palivo. Procesy výroby etanolu a bioplynu je možné odvodiť z existujúcich zariadení, ktoré používajú iné suroviny. Okrem nezmenenej hmoty rias by sa tu mohli použiť aj zvyšky z lisovania z ťažby oleja. Biovodík je možné získať priamo z bioreaktora ako zmes plynov s kyslíkom (O2).

Výhody a nevýhody

V súčasnosti sa vykonáva intenzívny výskum, aby sa riasy stali použiteľnými na výrobu biopalív a na separáciu CO2. Uvádzame rôzne výhody a nevýhody riasového paliva:

výhody

Výnos na plochu je pri kultivácii v reaktoroch na riasy výrazne vyšší ako pri poľnohospodárskej výrobe biomasy. Produktivita mikrorias je uvedená 15-krát lepšie ako repka olejná [7], v porovnaní s kukuricou je uvedený faktor 10 [6]
Pri kultivácii rias sa CO2 môže extrahovať z výfukových plynov, napr. B. z uhoľných elektrární, zachytávané a fixované ako biomasa.

nevýhoda

Priestor potrebný na úplné zachytenie CO2 z výfukových plynov z uhoľnej elektrárne je veľmi vysoký. Odhaduje sa, že pre uhoľnú elektráreň s výkonom 1 100 MW a ročnými emisiami CO2 5,4 milióna t musí byť medzi 21 500 až 64 500 ha (215 až 645 km 2) vybavených reaktormi na riasy. Pri nákladoch od 100 000 do 150 000 €/ha by boli potrebné celkové miliardové investície. [6] Pilotná prevádzka uvedená do prevádzky spoločnosťou RWE Power na konci roka 2008 má rozlohu 600 m 2, čo by v ideálnom prípade zodpovedalo 1/300 000 požadovanej plochy. [8]
Ďalším dôležitým faktorom sú prevádzkové náklady. Odhady predpokladajú 30 000 až 40 000 EUR na hektár a rok. [6] Federálna agentúra pre životné prostredie odhaduje náklady na pestovanie rias na fixáciu CO2 ako mimoriadne vysoké a v súčasnosti nevidí vo výrobnom procese body, ktoré by viedli k výraznej úspore nákladov. [7]
Spotreba energie na výrobu je vysoká. Napríklad čerpanie suspenzie rias a separácia nízkokoncentrovanej biomasy odstredením alebo filtráciou je veľmi energeticky náročné.
V zime je produktivita výrazne nižšia, pretože na jednej strane riasy lepšie rastú pri vyšších teplotách a na druhej strane je slnečné žiarenie, a teda fotosyntéza, podstatne nižšia.