به عنوان تقاضای جهانی برای انرژی تجدید پذیر، نیروگاه های انرژی زیستی مبتنی بر جلبک به عنوان یک راه حل قانع کننده در حال ظهور هستند که پتانسیل کربن منفی را با بهره وری بالا ترکیب می کند، بر خلاف سوخت های زیستی نسل اول از موانع مواد غذایی، جلبک ها یک خوراک را ارائه می دهند که به زودی با کشاورزی برای زمین های زراعی یا آب شیرین رقابت نمی کند.

سوخت های زیستی مبتنی بر آلگا چیست؟

سوخت های زیستی مبتنی بر آلگا، سوخت های مایع یا گازی هستند که از زیست توده های میکروالگاe یا ماکروالگا (seaweeds) مشتق شده اند (میکروالگاe) – ارگانیسم های تک سلول – به ویژه به دلیل محتوای چربی بالا، که می تواند بیش از ۵۰٪ از خشک خود را تحت شرایط مطلوب وزن فرایند تبدیل معمولا شامل استخراج روغن های بی رحم و دفع (برای هضم آنها) باشد (برای هضم).

انواع سوخت های زیستی Algae

  • تولید شده توسط ترانسستریزه کردن چربی های آلگال.
  • Bioethanol: تخمیر کربوهیدرات های آلگال (starch, Cell) اتانول را تولید می کند که می تواند با بنزین مخلوط شود.
  • هضم آناروبیک از کل جلبک های زیستی، بیوگاز غنی از متان را تولید می کند که می تواند برای برق سوخته یا به روز رسانی به گاز طبیعی تجدید پذیر شود.
  • ] Green دیزل ] و ] Bio-Jet Fuel: [ استر فرآوری شده و اسیدهای چرب (HEFA) از روغن های جلبک می تواند جایگزین های قطره ای برای سوخت دیزل و جت تولید کند.

از آنجا که جلبک ها می توانند در حوضچه های باز، فتوکپی بسته یا سیستم های هیبریدی کشت شوند، انعطاف پذیری هایی را ارائه می دهند که سیستم های مبتنی بر محصول نمی توانند با آن مطابقت داشته باشند، جلبک ها می توانند به طور مستقیم برای پنهان کردن روغن ها، ساده سازی برداشت و کاهش هزینه های پردازش مهندسی شوند.

مزایای گیاهان قدرت Algae

نیروگاه های برق مبتنی بر آلگا یک مجموعه از مزایای را ارائه می دهند که به چندین نگرانی زیست محیطی و اقتصادی در حال حاضر توجه می کند. زیر بخش ها بیشترین مزایای را دارند.

پایداری و استفاده از زمین

محصولات سنتی سوخت زیستی -corn، سویا، پالم - نیاز به قطعات بزرگ از زمین های بارور، افزایش درگیری های غذایی در برابر سوخت و رانندگی جنگل زدایی. Algae، در مقابل، می تواند در زمین های غیر قابل تحمل کشت، از جمله بیابان ها، مناطق ساحلی و حتی زباله های صنعتی نیز در آب نمک، آب brackish یا فاضلاب رشد می کنند، به شدت کاهش آب جلبک در یک سال، می تواند مقدار بیشتری از یک بار آب آشامیدنی را تولید کند.

High Yield در هر Acre

طبق گفته وزارت انرژی ایالات متحده ، میکروگالگا می تواند بین 4000 تا 6000 گالن روغن در هر هکتار در سال، در مقایسه با تقریبا 50 گالن در هر هکتار برای سویا و 600 گالن در هر هکتار برای روغن نخل، این بدان معنی است که بهره وری بالا به این معنی است که یک زمین نسبتا کوچک می تواند مقدار قابل توجهی از سوخت را برآورده کند.

کربن ضبط و استفاده

Algae ارگانیسم های فتوسنتز است که دی اکسید کربن (CO2) را در طول فتوسنتز جذب می کند، هنگامی که با انتشارگران صنعتی ادغام شده است - مانند نیروگاه ها، کارخانه های سیمان یا آسیاب های فولادی - تزکیه می تواند به عنوان یک سیستم جذب کربن عمل کند، تبدیل کربن CO2 به بیوmass، این یک رویکرد حلقه بسته ایجاد می کند: CO2 آزاد هنگامی که سوخت زیستی تقریباً سوزانده می شود، حتی در نتیجه کربن منفی گرفته شده است.

عدم تحرک محصولات

بیوماهای آلگا به سوخت محدود نمی شود، پس از استخراج روغن، باقی مانده پروتئین غنی باقی مانده را می توان به عنوان خوراک حیوانات، کود یا خوراک برای بیوپلاستیک ها و بیوشیمیایی ها استفاده کرد.این مدل چند محصول زیستی اصلاح کننده اقتصاد جلبک ها را با تولید جریان های درآمد چندگانه بهبود می بخشد.

درمان های بهداشتی Synergy

Algae در زباله های نیتروژن و فسفر موجود در فاضلاب شهری و کشاورزی رشد می کند. [۱] پرورش جلبک در آب غنی از مواد مغذی آب آب آب آشامیدنی آب را درمان می کند (انتقال آلاینده ها) در حالی که به طور همزمان بیوما برای سوخت تولید می کنند - یک برد-وین برای اصلاح آب و انرژی پروژه های خلبان در سیستم های مهندسی آب و انرژی (FLT:0) انرژی تجدید پذیر (ELNR)[۳][۳][۳]

چالش ها و آینده چشم انداز

علی رغم مزایای روشن، تجاری سازی بزرگ نیروگاه های سوخت زیستی جلبک ها کند بوده است.این صنعت هنوز هم با هزینه های سرمایه بالا و عملیاتی، تنگناهای فنی در کشت و برداشت، و نیاز به سیستم های یکپارچه قوی، از بین می رود. زیر بخش ها موانع اولیه و تلاش های تحقیقاتی برای غلبه بر آنها.

اقتصادی Hedles

هزینه تولید سوخت زیستی جلبک ها به طور قابل توجهی بالاتر از دیزل نفت یا حتی بیوdiesel مبتنی بر محصول است. برآوردها از آژانس بین المللی انرژی (IEA) نشان می دهد که هزینه های تولید فعلی از 4 تا 8 دلار در هر گالن است، در مقایسه با $ 2 -3 در هر گالن برای نفت هنگامی که قیمت نفت کم است.

  • هزینه های جانبی: آلگا به کود نیتروژن و فسفر نیاز دارد، که بخش بزرگی از هزینه های عملیاتی را تشکیل می دهد.
  • تخلیه و آبیاری: سلول های جلبک از آب، که می تواند 99٪ از حجم فرهنگ را تشکیل دهد، انرژی فشرده و گران است.
  • [Extraction and Conversion]: روش های استخراج مبتنی بر حلال مبتنی بر حلال، نیاز به ورودی های انرژی بالا و تولید جریان های زباله دارد.

استراتژی های کاهش هزینه

محققان چندین مسیر را برای کاهش هزینه ها بررسی می کنند.استفاده از فاضلاب یا گاز آنفولانزا به عنوان مواد مغذی و منابع CO2 می تواند به طور چشمگیری هزینه های ورودی پایین تر را افزایش دهد.پیشرفت در تصفیه غشایی و فن آوری های فلوراسیون در حال کاهش موثرتر است. علاوه بر این، ترشح مستقیم روغن از جلبک های مهندسی شده - استخراج مکانیکی - در سویه های آزمایشگاهی نشان داده شده و یک مسیر امیدوار کننده برای سوخت های زیستی ارزان تر ارائه می دهد.

چالش های فنی در Cultivation

کشت آلگا باید به رشد پایدار و بالا در طول سال رشد کند.براس باز، در حالی که ارزان است، در برابر آلودگی توسط سایر میکروب ها، نوسانات دما و زیان های تبخیر کننده (PBR) کنترل و بازده بالاتر را ارائه می دهد، اما هزینه های سرمایه را حمل می کند که می تواند برای پروژه های بزرگ در مقیاس بزرگ ممنوع باشد.

بهبود استرائین از طریق مهندسی ژنتیک

مهندسی ژنتیک یک سنگ بنای تحقیقات جلبک های مدرن است. دانشمندان در حال تغییر مسیر های متابولیک برای افزایش تجمع چربی، افزایش بهره وری فتوسنتز و مقاومت در برابر آفات و سالوینیت هستند.به عنوان مثال، شرکت زیست شناسی مصنوعی ژنومی مصنوعی (که توسط کریگ ونتلر پایه شده است) سویه های از Nanno کلوفزوفرs] را توسعه داده است که 40٪ از نوع سوخت زیستی وحشی تولید می کند.

محیط زیست

در حالی که جلبک های زیستی مزایای زیست محیطی روشن را ارائه می دهند، آنها بدون اثرات منفی بالقوه نیستند. کشت در مقیاس بزرگ می تواند نیاز به استفاده از آب قابل توجهی داشته باشد (حتی با آب نمک یا فاضلاب، ضرر تبخیر در حوضچه های باز نیز قابل توجه است) اگر کودها به طور غیر قابل ملاحظه ای استفاده شوند، فرار می تواند باعث ایجاد اختلال در بدن های آب نزدیک شود.

تعادل کربن جلبک های سوخت زیستی به شدت به منبع انرژی مورد استفاده در پردازش بستگی دارد (اگر قدرت پمپ ها، سانتریفوژها و بیوکتورها از سوخت های فسیلی می آید، کاهش خالص کربن کاهش می یابد و ادغام امکانات تولید جلبک با برق تجدید پذیر (solar، باد) یا تولید از بیوگاز می تواند مزایای گازهای گلخانه ای را به حداکثر برساند.

نوآوری ها و راهنمایی های تحقیقاتی

چندین تکنولوژی نوظهور قول می دهند تا استقرار نیروگاه های برق مبتنی بر جلبک را تسریع کنند:

  • سنتز سوخت زیستی مستقیم: برخی از گونه های جلبک مهندسی شده اند تا اتانول یا هیدروکربن ها را به طور مستقیم به واسطه رشد دفع کنند، و مراحل برداشت و استخراج انرژی را دور بزنند.
  • سیستم های زیستی را تعریف می کند: ترکیب جلبک با پمپاژ آب خورشیدی، هضم آب کم چرب بیوماهای باقی مانده و بازیافت مواد مغذی می تواند خود را در نگه داشتن میکروشبکه های کوچک ایجاد کند.
  • باکتریالوباکتری: جلبک های پرورش دهنده با باکتری های خاص می توانند تولید چربی، نفخ و مقاومت به پاتوژن ها را افزایش دهند، همانطور که در مطالعات اخیر در دانشگاه آریزونا نشان داده شده است.
  • مزارع ماکروالگای ساحلی: در حال رشد در محیط های اقیانوس باز از درگیری های استفاده از زمین به طور کامل اجتناب می کند. Sargassum و دیگر جلبک های دریایی قهوه ای می توانند به سوخت های زیستی، با پروژه های آزمایشی اولیه در خلیج مکزیک و دریای شمال، برداشت و پردازش شوند.

نتیجه گیری

نیروگاه های سوخت زیستی مبتنی بر آلگا یک فانتزی دور نیستند - آنها در حال حاضر در مقیاس آزمایشی و تظاهرات در مکان های کالیفرنیا به اسرائیل به استرالیا عمل می کنند. علم بنیادی صدا است: جلبک ها CO2 را جذب می کنند، جلبک های انرژی زا تولید می کنند و می توانند بدون بار کردن مواد غذایی یا آب تازه کشت شوند. موانع باقی مانده اقتصادی و مهندسی هستند زیرا تحقیقات در بهبود سویه، ساخت و ساز کربن پایدار، می تواند به جلو انتقال سوخت های فسیلی پایدار را تسریع کند.