. Дубна: 9 oC
Дата 29.10.2020

biotoolivo

Пока что для нас чрезвычайно важен природный газ для обогрева квартир зимой, в то время как ученые вовсю трудятся над созданием технологий производства биотоплива из углекислого газа.

Атмосфера Земли содержит огромное количество углерода. Живые организмы способны переводить углерод из углекислого газа воздуха в органические молекулы, которые после этого возможно переработать в биотопливо. Сейчас в мире идет настоящая гонка по созданию наиболее эффективных технологий получения биотоплива.

В идеале технология должна быть максимально скоростной и синтезировать любой вид биотоплива из любого типа исходного сырья и энергии. Это обеспечило бы независимость от запасов нефти и привело бы к устойчивому равновесному развитию разных сфер экономики: от транспорта и сельского хозяйства до ведения военных действий.

Да-да, именно военные могли бы эффективно применять биотопливные технологии уже сегодня.

Американцы подсчитали, что во время войны в Афганистане и Ираке наибольшие потери армия США потерпела из-за подрывов на минах, многие из которых были установлены на пути следования конвоев. Притом до 90 % грузов конвоев составляли вода и топливо. Из-за сложностей транспортировки себестоимость дизельного и авиационного топлива на месте ведения боев взлетела до $ 400 за галлон (примерно $ 100 за литр). Пентагон подсчитал, что если бы существовала технология, позволяющая снизить потребление топлива всего лишь на процент, то это принесло бы экономию в $ 6 млрд ежегодно.

Как вариант, новой прорывной технологией может стать электробиосинтез. Существуют особые электротрофные микроорганизмы, способные использовать электрический ток для конверсии углекислого газа из воздуха или морской воды в органические молекулы. Эти микроорганизмы могут комбинироваться с любым источником энергии: атомными и тепловыми электростанциями, возобновляемой энергетикой. Технология электробиосинтеза находится на самом раннем этапе развития, и, тем не менее, биотопливная индустрия уже стала заметным явлением в экономике.

Сейчас в мире производится около 90 млн тонн биотоплива, что обеспечивает порядка 3% мирового потребления топлива на транспорте. В основном это биотопливо было получено с помощью сельскохозяйственных растений, фиксирующих углекислый газ из воздуха за счет энергии света в ходе фотосинтеза.

Под производство биотоплива задействовано около 1,5% мировой пашни. Основные биотопливные культуры – это кукуруза (США), сахарный тростник (Бразилия) и масличные культуры, рапс (Европа).

В ходе переработки упомянутых растений на выходе получается не только биотопливо, но и аминокислоты для птицеводства, пищевые добавки.

Для России эта сельзохтехнология подошла бы особенно для удаленных от моря районов – Урала и Южной Сибири, откуда дорого вывозить зерно, которое там выращивается. А вот переработка зерна на месте и получение из него ценных продуктов могло бы дать стимул для развития местного сельского хозяйства.

Однако, как видим, сельское хозяйство может обеспечить лишь пару процентов от энергопотребления автомобильной отрасли. Нужны более эффективные технологии, которые не будут «вынимать хлеб» изо рта потребителя.

Сейчас активно разворачивается производство биотоплива из растительного сырья, непригодного для производства продуктов питания: соломы, древесных опилок, щепы и т.д. Современные технологии позволяют получать из такого сырья не только этиловый спирт, который можно добавлять в топливо, но и с помощью специальных катализаторов – углеводороды, пригодные для использования в качестве авиационного и автомобильного топлива в чистом виде.

В России производство этилового спирта из древесины ведется на Кировском биохимическом заводе. Перспективным направлением для экспорта гидролизного этанола может стать Китай. В этой стране расширяется использование биотоплива, но местных ресурсов недостаточно для удовлетворения спроса. Сейчас на китайский рынок активно пытаются выходить американские компании.

Более простые виды древесного биотоплива в виде непереработанных древесных опилок (пеллет) активно производятся в России. Порядка 90% пеллет экспортируется за рубеж, в основном в Европу. В России использование пеллет также увеличивается, практически каждый месяц в разных регионах появляются котельные, приспособленные к использованию пеллет. Пеллеты экологичны, они позволяют использовать местные возобновляемые ресурсы – утилизировать отходы лесопереработки и леса низкого качества.

Третье и четвертое поколения биотоплива (не из леса или травянистых растений) потребуют значительных капиталовложений. Тем не менее, это окупится более высокой производительностью – в 10 – 30 раз. Это связано с использованием фотосинтезирующих микроорганизмов, которые очень быстро растут по сравнению с растениями, так что можно получить несколько урожаев за сезон. После сбора такая биомасса микроорганизмов химически перерабатывается в топливо.

В технологиях «четвертого поколения» микроорганизмы сами производят топливо из углекислого газа.

Клетка фотосинтезирующего микроорганизма вбирает углекислый газ и превращает ее в органическое соединение. Ученые добавляют в клетку несколько генов, которые кодируют специальные ферменты, перерабатывающие органические соединения в биотопливо, которое затем выходит наружу клетки. Биотопливо собирается с поверхности, а сами клетки продолжают фотосинтез и выработку топлива. Этот способ очень сильно повышает производительность и позволяет избежать всех промежуточных этапов сбора и переработки биомассы.

Большинство крупнейших нефтедобывающих компаний занимаются исследованиями в этой области либо кооперируются с венчурными компаниями-разработчиками. В России разработкой технологий «третьего и четвертого поколений» занимаются организации, входящие в Технологическую платформу «Биоэнергетика».

Биомасса микроорганизмов часто содержит и другие полезные вещества, кроме биотоплива. Это могут быть вещества, которые используются как пищевые добавки и красители, витамины, сырье для производства биопластиков, смазочные материалы и т.д. Цель интегрированной биопереработки – получение максимального количества полезных веществ из биомассы и разработка технологий, которые могли бы заменить весь спектр продуктов, получаемый с помощью переработки нефти. Ведь нефть в большинстве своем тоже когда-то была биомассой, образовавшейся из углекислого газа в ходе фотосинтеза.

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить