Енергиен преход: с водорасли към чиста енергия

Биоенергия: Постигнете целта си с гориво от водорасли

През ноември 2011 г. самолет на United Airlines лети от Хюстън до Чикаго. Специалното за него: във вашия резервоар имаше смес, която се състоеше само от 60 процента конвенционално гориво. Останалите 40 процента идват от гориво от водорасли. Така нареченият Дом на водораслите е в Хамбург от 2013 г. Микроводораслите, които трябва да произвеждат енергия за жителите, се размножават в прозрачните биомодули, които оформят фасадата на сградата. Къщите с водорасли и горивото от водорасли са само два примера за това как изследователите и корпорациите вече използват малки водни организми, за да стимулират генерирането на екологична енергия. Експертите са убедени: Потенциалът на "зеленото злато" е огромен.

„Идеята за получаване на енергия от водорасли е впечатляваща“, казва Олаф Крузе, ръководител на катедра „Технологии за водорасли и биоенергия“ в университета в Билефелд. Вместо да изгарят крайните запаси от въглища и нефт и по този начин да отделят вреден за климата CO2, едноклетъчните зелени водорасли обещават възобновяема, чиста енергия. А също така цианобактериите, които биолозите също считат сред водораслите като синьо-зелени водорасли, могат - не на последно място благодарение на способността им да фотосинтезират - да допринесат за екологично осъзнатия живот.

Едноклетъчните зелени водорасли обещават възобновяема, чиста енергия

Идеята, разбира се, не е съвсем нова - с рапица, соя и царевица те искаха да въведат енергийната революция. Отглеждането на тези растения за производство на горива обаче е противоречиво в световен мащаб: Тъй като полетата, които произвеждат гориво, не произвеждат никаква храна. Микроводораслите биха били изход от тази дилема чиния-резервоар. За разлика от сухоземните растения, те не се нуждаят от ценна обработваема земя, за да растат, те се размножават много по-бързо и съответно произвеждат значително повече биомаса на площ: До 100 тона сухо вещество на хектар годишно в сравнение с 17 тона за захарна тръстика или 3,5 тона за пшеница . Те също нямат високи изисквания към водата и са доволни от солена, солена или отпадъчна вода.

Курсът за енергията на водораслите е определен

Инвестициите се правят както от компании за минерално масло, така и от авиационната и автомобилната индустрия. Курсът е определен и политически: Според регламентите на ЕС, до 2020 г. поне десет процента от потреблението на енергия в транспорта трябва да бъде покрито от възобновяеми енергийни източници. Наскоро приетата реформа замрази дела на биогоривата от първо поколение до седем процента. Биогоривата от второ поколение трябва да допринасят за останалите три процента: утайки от отпадъчни води, слама или водорасли.

По принцип не е нужно много да се отглеждат водорасли. Светлината, водата, топлината и CO2 до голяма степен са достатъчни за тяхното умножаване. Ако обаче искате да получите максимално възможния добив и да го направите в голям мащаб, нещата стават по-сложни. Фактори като температура, интензивност на светлината, хранителни вещества и концентрация на CO2 трябва да бъдат фино настроени и също зависят от вида на водораслите и местоположението на системата. Все още има малко съгласие за това как да се произвежда най-ефективно зелено злато и как най-добре да се използва за енергия.

Някои отглеждат водорасли в открити басейни, други в фотобиореактори, т.е.затворени системи, които обикновено се състоят от прозрачни пластмасови тръби или плочи. Последните имат предимството, че могат да се натрупват независимо от местоположението им и водораслите растат при контролирани условия. Но фотобиореакторите обикновено са изключително технически и следователно скъпи за закупуване и поддръжка.

Прибирането на реколтата също е свързано с разходи: за да се стигне до ценното масло или етанол в водораслите, суспензията от течни водорасли трябва да бъде разделена на твърди и течни компоненти, след това изсушена и ценните вещества да бъдат извлечени. „Изсушаването обаче консумира много енергия“, казва Михаел Крьогер от Немския център за изследване на биомасата в Лайпциг.

Метанът е направен от водорасли

Следователно някои работни групи превръщат влажната биомаса директно в газ. Учените от Института на Пол Шерер (PSI) в Швейцария разграждат биомасата до отделните й компоненти в така наречената свръхкритична вода, т.е.при високи температури и под високо налягане. Крайният резултат е метан, газ, който лесно може да бъде подаден в мрежата за природен газ. Енергийният баланс е добър: „Ние създаваме почти пълна конверсия на биомасата и възстановяваме 65 до 75 процента от енергията, съдържаща се в биомасата като гориво. Днешните биотехнологични процеси са влошени с фактор два до три“, казва Кристиан Лудвиг, ръководител на проекта в PSI. Според Лудвиг истинската красота на системата е опитът да се затвори хранителният цикъл: той и колегите му възстановяват ценни минерали, а също и водата, в която са отгледани водораслите. И двете се предоставят отново на следващата популация от водорасли. В идеалния случай трябва да се управляват ферми за водорасли в близост до електроцентрали, работещи с въглища: водораслите се нуждаят от CO2, за да растат и биха могли да черпят хранителните вещества от отработените газове. Вместо да избяга в атмосферата, CO2 ще бъде фиксиран в биомасата.

За разлика от изкопаемите горива, енергията от възобновяеми суровини се счита за СО2 неутрална: Ако биодизелът изгори в двигателя, се отделя същото количество СО2, което преди това е било усвоено за фотосинтеза. С водораслите обаче е възможно да се извлече повече СО2 от атмосферата: Ако остатъците от ферментацията попаднат в полетата като тор, пшеницата и други подобни включват въглерода, който съдържа. "За пълен баланс на CO2 обаче има още какво да се обмисли. Дали ще бъде положителен в крайна сметка, предстои да разберем", казва инженерът по околна среда Манди Гербер от Рурския университет в Бохум, който работи върху баланса.

„Технологията все още не е готова да генерира енергия от водорасли рентабилно“ (Олаф Крузе)

Енергийният баланс и балансът на CO2 са несъмнено важни при оценката на потенциала на енергията от водорасли. Но основният въпрос е друг: Колко струва производството на литър гориво от водорасли? Ако литърът струва повече, отколкото носи в края, не се получава. "Технологията все още не е узряла за генериране на енергия от водорасли рентабилно", казва Крузе, "което просто отнема време. Изследователските фондове, които до момента са постъпвали, са незначителни в сравнение с други изследователски области, но натискът от очакванията е огромен." Крьогер намира и ясни думи: "Хората се занимават със земеделие от 10 000 години. Отне хилядолетия, за да намерят растенията, които си струва да се отглеждат и да ги оптимизират. Не е по-различно с водораслите. Не очаквайте перфектна технология до пет десетилетия изследвания. "

За да влошите нещата, енергията е евтин продукт, който не трябва да струва почти нищо. "Технологията обаче ще продължи да се развива. И ако след това цената на петрола се повиши, което прогнозират експертите, картите ще бъдат разбъркани отново", каза Крузе.

Големи печалби в хранителната индустрия

Водораслите вече печелят високи печалби днес: в хранително-вкусовата промишленост. Те произвеждат скъпи суровини като пигменти и протеини. Например червеният оцветител астаксантин, който прави отглежданата в сьомга сьомга толкова красиво розова на плочата. "Цената на литър на световния пазар е над 1000 евро. Високо чистото омега-3 масло носи около 120 евро на литър", казва Йохан Мьорвалд, управляващ директор на Ecoduna, австрийска компания, която произвежда омега-3 мастни киселини от водорасли. Производителите на биоенергия също биха могли да се възползват от ценните суровини: "Искаме да комбинираме производството на енергия с доходоносното извличане на ценни материали. Нашите колеги от института Fraunhofer UMSICHT в Оберхаузен извличат омега-3 мастните киселини и ферментираме останалата биомаса от водорасли в биогаз", обяснява Гербер фон на Рурския университет в Бохум съвместния проект.

Американската компания Algenol използва съвсем различна концепция. Компанията не използва биомаса, но водораслите произвеждат желания продукт директно: биоетанол. "Нашите водорасли съдържат гени, които гарантират, че вече не могат да произвеждат захар за растежа си. Вместо това те произвеждат етанол", казва Дирк Раджински, управляващ директор на клоновете на Algenol в Германия и Швейцария. Няма да намерите скъпи фотореактори в Algenol: Найлоновите торбички правят същото. Водораслите отделят етанол в него за 30 дни. След това служителите събират сместа, пречистват етанола и обработват останалата биомаса в бензин, дизел и керосин. На своя уебсайт Algenol рекламира, че може да произведе галон гориво - независимо дали бензин или дизел - за по-малко от едно евро.