Як глобальний попит на відновлювані джерела енергії, на основі біопалива на основі водопалива рослини виявляються як компelling рішення, що поєднує вугле-негативний потенціал з високою продуктивністю. На відміну від традиційних біопаливо, отриманих від харчових культур, водорості пропонують кормопродукти, які не змагаються з сільським господарством для заспокійливих земель або свіжої води. Ці швидкозростальні мікроорганізми можуть виробляти ліпіди, вуглеводи, і білки у великій кількості, які можуть перетворюватися в біодизель, біоетанол, біогаз, і навіть авіаційне паливо. Ця стаття вивчає науку за біопаливо на основі водозаправ, їх переваги над звичайними джерел енергії, перешкоди можуть виробляти їх інновації, що скоро

Що таке Біопаливо Algae-Based?

Біопаливо на основі Algae є рідкими або газоподібними паливами, що виводяться з біомаси мікроальгае або макроальга (мора). Мікроальгае—зинглеце-фотосинтетичні організми— особливо перспективні через їх високий вміст ліпідів, які можуть перевищити 50% їх сухої маси в оптимальних умовах. Процес перетворення зазвичай передбачає вилучення масла з водоростей, а потім їх переоцінювання через переоцінку (для біодизелю), бродіння (для біоетанолу), або анаеробне травлення (для біогазу).

Види біопаливо Algae

  • Біодієл:] Продукований шляхом переоцінювання алгових ліпідів. Отримане паливо можна збити з нафтопроводом або використовувати в модифікованих двигунах.
  • Bioетанол: Ферментація альгійних вуглеводів (старех, целюлоза) врожує етанол, який можна звести з бензином.
  • Biogas: Анаеробичне травлення всієї біомаси алгаї генерує біогаз метану, який може бути спалений для електроенергії або модернізований до відновлюваного природного газу.
  • Green Diesel і Bio-Jet Fuel: Гідрооброблені ефіри та жирні кислоти (HEFA) з алгаєвих масел може виробляти заміну крапель для дизельного та струменевого палива.

Оскільки водорості можна обробити у відкритих ставках, закритих фотобіореакторів або гібридних систем, вони пропонують гнучкість, що системи рослинництва не можуть відповідати. Крім того, водорості можна інженерувати безпосередньо для секретування нафти, спрощення збору врожаю та зменшення витрат на обробку.

Переваги електростанцій Algae

На основі Algae електростанціях є можливість одночасно звернутися до декількох пресованих екологічних та економічних питань.

Надійність та використання землі

Традиційні біопаливо культура — жито, соя, долоня — попит на великі шляхи родючої сільської місцевості, піднятті продовольчо-промислових конфліктів та дефорестації водіння. Алега, навпаки, може бути культивована на незрілих землях, включаючи пустелі, прибережні ділянки, та навіть промислові відходи. Вони також ростуть в солі води, брекешної води або стічних вод, різко зменшуючи попит свіжої води. Тому водорості подвійні в біомасі протягом годин, єдиний підшлунок водорості може виробляти 10 до 100 разів більше нафти на рік, ніж підшлунок соєвих.

Високий Yield на Acre

За даними У.С. Відділ енергетики, мікроалгай може врожайність між 4000 і 6000 галонів нафти на рік, порівняно з приблизно 50 галонів на гектар для соєвих і 600 галонів на гектар для пальмової олії. Ця висока продуктивність означає, що порівняно невеликий приземний відбиток може зустрітися значна частка попиту на пальне нації.

Вуглецева ємність і утилізація

Алгае - фотосинтезні організми, які поглинають вуглекислий газ (CO2) під час фотосинтезу. При інтегрованих з промисловими випромінювачами - так само як електростанції, цементні заводи або сталеві млини - вирощування алгай може діяти як система захоплення вуглецю, перетворення відходів CO2 на біомасу. Це створює закритий підхід: CO2, випущений при спалювання біопаливо, грубо дорівнює CO2, захопленому прирості, що в результаті чого поблизу вуглецевого водонапірного палива може бути вуглеводне паливо, або навіть вуглецеве паливо. Дослідження 2021 опубліковане в

Переспокійність продукції

Біомаса Algae не обмежується паливом. Після видобутку нафти залишок протеїну-багатих протеїнів може бути використаний як корм для тварин, добрива, або кормобудування для біопластики та біохімічні речовини. Ця модель біорефінера мультипродуктів покращує економіку вирощування водоростей шляхом створення декількох потоків доходів.

Синергія очищення стічних вод

Алгай провокує азот і фосфор, що присутні в муніципальних і сільськогосподарських відходах. Вирощування водоростей в поживно-багатих водах лікує воду (зняття забруднюючих речовин) одночасно виробляє біомасу для палива - win‐win для екологічного ремедіа та виробництва енергії. Проекти пілота на Національна лабораторія відновлюваної енергії (NREL) показали 90% або більші показники виведення поживних речовин в інтегрованих водостійних системах.

Виклики та перспективи майбутнього

Незважаючи на чіткі переваги, значною комерціалізації біопаливо-аЕС, було повільним. Промисловість все ще переробляє з високою столицею та операційними витратами, технічні пляшки в процесі вирощування та збору врожаю, а також необхідність міцних інтегрованих систем. Наступні підрозділи розбивають основні перешкоди і дослідницькі зусилля, що підлягають їх подолати.

Економічні гончари

Вартість виробництва біопаливо водопаливо алгай значно вища, ніж бензиновий дизель або навіть біодизель на основі рослин. Оцінки від Міжнародного енергетичного агентства (IEA) свідчать про те, що поточний виробничий діапазон від $4 до $8 за галлон, порівняно з $ 2–3 на галона для нафто дизельного палива, коли ціни на нафту низькі. Основні витрати водіїв включають:

  • Невірні витрати: Альгай вимагає азоту і фосфорних добрив, які обліковують для великої порції операційних витрат.
  • Гарбінг і дезінфекція: Сепарування алгайних клітин з води — що може становити 99% культурного об'єму — це енергоінтенсивний і дорогий.
  • Extraction and перетворення: Звичайні методи видобутку розчинника вимагають високих джерел енергії і генерують потоки відходів.

Стратегії зменшення витрат

Дослідження показують кілька шляхів зниження витрат. Використання стічних вод або димових газів як поживних речовин і джерел CO2 може різко знизити витрати на вхід. Поспішні досягнення в мембранній фільтрації та флокуляційних технологій роблять зневоднення більш ефективним. Крім того, прямі виділення нафти від інженерних водоростей—змінює необхідність механічного видобутку — продемонстрували в лабораторних штамах і пропонує перспективний маршрут для дешевих біопаливо.

Технічні виклики в культурі

Вирощування водоростів повинно досягати послідовних, високоточних зростання рік. Відкриті ставки, при цьому недорогі, вразливі до забруднення іншими мікробами, температурними коливаннями, втратами випаровування. Фотобіореактори (PBRs) пропонують краще контроль і вищі врожайності, але несуть капітальні витрати, які можуть бути заборонені для масштабних проектів.

Підвищення навантаження через генетичне будівництво

Генетична інженерія – це камінь сучасних досліджень водоростей. Вчені модифікують метаболічні шляхи для збільшення накопичення ліпідів, підвищують ефективність фотосинтезу, і стійкість до шкідників і саліності. Наприклад, синтетична біологія компанії Synthetic Genomics (зведений Craig Venter) розробила штамифти Nannochloropsis, які виробляють 40% більше ліпідів, ніж штамифти дикого типу. Такі поліпшення можуть подвійний економічний життєздатність біопалива водопалив протягом десяти років.

Екологічні характеристики

Хоча біопаливо водозаправних водозаправних водозаправних засобів, вони не мають потенційних негативних впливів. Велике ‐масштабне вирощування може вимагати суттєвого використання води (в тому числі з соляною водою або стічних вод, випаровування втрат у відкритих ставках є суттєвими). Також, якщо добрива використовуються нестійко, стоку може викликати евтрофічне лікування в сусідніх водних органах. Однак ці ризики можуть бути пом'якшені через обережні сидіння, закрите водозниження, і використання поживних речовин, відновлених від стічних вод.

В вуглецевому балансі біопаливо алгае значно залежить від джерела енергії, що використовується в обробці. Якщо потужність насосів, центрифуги, і біореактори надходить від викопних палив, то чисте скорочення вуглецю зменшується. Інтеграція виробничих потужностей з відновлюваною електрикою (сонячний, вітровий) або когенерацією з біогазу може максимізувати переваги парникового газу. Аналіз життєвого циклу, опублікований в Environmental Science & Технологія] (2018) знайшов, що біодизель водоростей може досягати 60-80% менших вуглецевих викидів, ніж викопний дизель, коли відновлювана енергія використовується в усьому ланцюжку.

Інновації та дослідження напрямів

Кілька нових технологій, які обіцяють прискорити розгортання алгетеро-наливних електростанцій:

  • Корупція біопаливо: Деякі види водоростей інженеруються до вихідного етанолу або вуглеводнів безпосередньо в середовище росту, обходячи енергію, що перезбирає та видобувні дії.
  • Комплексні системи біорефінування: Комбінація водонагрівача з сонячним водонасосом, анаеробним перетравленням залишкової біомаси, а також рециркуляція поживних речовин може створювати самозбереження мікротером.
  • Algae‐bacteria consortia: Котерукултивуюче водоростей з специфічними бактеріями може підвищити ліпідне виробництво, флокуляцію та стійкість до патогенів, як продемонстровано в останніх дослідженнях в Університеті Арізо.
  • Offshore макроалгае ферми: Вирощування водоростей у відкритих океанських умовах дозволяє повністю уникнути наземних конфліктів. Саргассу та інші бурі водоростей можуть бути збираними та обробленими в біопаливо, з ранні пілотні проекти, що працюють в Мексиканській затоці та Північному морі.

Висновок

На основі біопалива Algae‐на основі є не далека фантазія—це вже працює на пілотному та демонстраційному масштабі в місцях Каліфорнія в Ізраїлі в Австралії. Основою наукою є звук: водовідведення CO2, виробництво енергоносіїв нафти, а також може бути культивована без тягарних продуктів харчування або свіжої води. Решта бар’єри є економічними і інженерними. Як дослідження в підвищення тиску, ефективність збору врожаю та інтегрований дизайн системи продовжує знизити витрати, алерг може стати конкурентною альтернативою викопних палива протягом наступних 10-20 років. Політики стимулювання цього переходу можуть бути перспективними, підтримує R&D податкові кредити, вуглецеве ціноутворення, та інфраструктура для біорепродуктів, дійсно задовольняє енергії.