Biokarburantet po bëhen gjithnjë e më të njohura në mesin e konsumatorëve dhe prodhuesve. Për më tepër, nëse është e shtrenjtë për t'u prodhuar, si çdo lloj biznesi tjetër, atëherë shitja e tij tek konsumatorët nuk është e vështirë. Motivi kryesor i përdorur nga shitësit është respekti për natyrën, mungesa e efekteve të dëmshme dhe, përveç kësaj, efikasiteti i lartë dhe kostoja e ulët në krahasim me karburantin tradicional. Llojet kryesore të biokarburanteve: bionaftë, biogaz, dhe më të njohurat - bioetanoli.
Kontroll ndërkombëtar
Një fakt interesant është se Komisioni Evropian synon të inkurajojë vendet anëtare që të kalojnë 10% të numrit total të makinave në biokarburant. Për të arritur këtë qëllim, këshilla dhe komisione të posaçme janë krijuar dhe funksionojnë në vendet evropiane për të inkurajuar pronarët e makinave të ripajisin motorët e tyre, si dhe të kontrollojnë cilësinë e biokarburanteve që furnizohen në tregje.
Për të ruajtur biobalancën në planetin Tokë, komisionet sigurojnë që numri i bimëve që shërbejnë si lëndë e parë për prodhimin e produkteve të rritet dhe të mos zëvendësohet me impiante nga të cilat prodhohet biokarburantet. Përveç kësaj, ndërmarrjet që prodhojnë lëndë djegëse biologjike duhet të përmirësojnë vazhdimisht teknologjitë e tyre dhe të fokusohen në prodhimin e karburanteve të gjeneratës së dytë.
Realitetet e karburantit në Rusi dhe në botë
Rezultatet e një pune kaq aktive nuk vonuan të vinin. Për shembull, në fillim të dekadës së dytë të shekullit, 300 pika karburanti funksiononin tashmë në Suedi, ku bionaftë miqësore me mjedisin mund të mbushet në rezervuar. Është bërë nga vaji i pishave të famshme që rriten në Suedi.
Dhe në pranverën e vitit 2013, ndodhi një ngjarje që u bë një pikë kthese në zhvillimin e teknologjive të prodhimit të karburantit të aviacionit. Një avion transatlantik i mbushur me biokarburant u ngrit nga Amsterdami. Ky Boeing u ul i sigurt në Nju Jork, duke shënuar kështu fillimin e përdorimit të karburantit miqësor ndaj mjedisit dhe të lirë.
Rusia zë një pozicion shumë interesant në këtë proces. Ne jemi prodhues të llojeve të ndryshme të biokarburanteve dhe zëmë vendin e tretë në renditjen e eksportuesve të peletit të karburantit! Por brenda vendit tonë, ne konsumojmë më pak se 20% të karburantit, duke vazhduar të përdorim lloje të shtrenjta.
27 rajone të Rusisë u bënë zona eksperimentale ku u ndërtuan dhe u nisën termocentralet që operonin me biogaz. Ky projekt kushtoi pothuajse 76 miliardë rubla, por kursimet nga funksionimi i stacioneve i tejkalojnë këto kosto shumëfish.
Biokarburantet e gjeneratës së dytë
Vështirësia e prodhimit është se kërkon mjaft lëndë të para bimore. Dhe për ta rritur, ju duhet tokë, e cila, në situatën e duhur, duhet të përdoret për të rritur bimë ushqimore. Prandaj, teknologjitë e reja synojnë prodhimin e biokarburanteve jo nga e gjithë fabrika, por nga mbetjet nga prodhimi tjetër. Patate të skuqura nga përpunimi i drurit, kashtë pas shirjes së drithërave, lëvozhga nga luledielli, ëmbëlsira nga farat vajore dhe frutat, madje edhe pleh organik dhe shumë më tepër - kjo është ajo që bëhet lënda e parë për biokarburantet e gjeneratës së dytë.
Një shembull i mrekullueshëm i biokarburanteve të gjeneratës së dytë është gazi i "ujrave të zeza", domethënë biogazi i përbërë nga dioksidi i karbonit dhe metani. Në mënyrë që biogazi të përdoret në makina, dioksidi i karbonit largohet prej tij, duke lënë biometan të pastër. Bioetanoli dhe bionaftë përftohen nga masa biologjike në të njëjtën mënyrë.
Luledielli, soja ose fara e rapës janë speciet kryesore bimore nga të cilat prodhohet bionaftë. Nuk përdoret në formën e tij të pastër në makina. Ai është i përzier me karburantin tradicional me naftë dhe bionaftë duhet të përmbahet në një raport 1:4, domethënë një e pesta e bionaftës dhe katër të pestat e naftës së zakonshme. Kjo është arsyeja pse përdorimi i karburantit bionaftë është shumë i thjeshtë në aspektin teknik. Motori i makinës nuk kërkon ndryshime ose modifikime. Gazrat e shkarkimit kur përdorni bionaftë janë shumë më të pastra në aspektin mjedisor, përmbajtja e substancave të dëmshme është shumë më e ulët se parametrat e lejueshëm mjedisorë. Efikasiteti i energjisë i bionaftës është pak më i ulët se ai i naftës së pastër, prandaj fuqia e motorit të makinës zvogëlohet. Rrjedhimisht, kërkohet pak më shumë karburant.
Prodhimi i bionaftës lejon përdorimin e çdo lloj vaji nga bimët - luledielli, rapese, liri dhe të tjera. Vajra të ndryshëm i japin bionaftës karakteristikat e tyre. Bionaftë e palmës është e lartë në kalori dhe ngurtësohet dhe filtrohet në temperatura të larta. Bionaftë nga farat e rapit i përgjigjet mirë të ftohtit, kështu që duhet të përdoret vetëm në zonat veriore.
Si prodhohet bionaftë?
Për të prodhuar bionaftë, viskoziteti i vajit vegjetal duhet të reduktohet. Për ta bërë këtë, glicerina hiqet prej saj dhe alkooli i shtohet vajit. Ky proces kërkon disa filtrame për të hequr ujin dhe papastërtitë e ndryshme. Për të përshpejtuar procesin, vajit i shtohet një katalizator. Përzierjes i shtohet edhe alkooli. Për të përftuar metil ester, vajit i shtohet metanoli dhe etanoli për të marrë esterin etil. Acidi përdoret si katalizator.
Të gjithë përbërësit janë të përzier, pastaj duhet kohë për t'u ndarë. Shtresa e sipërme e enës është bionaftë. Shtresa e mesme është sapun. Shtresa e poshtme është glicerinë. Të gjitha shtresat shkojnë në prodhim të mëtejshëm. Si glicerina ashtu edhe sapuni janë përbërje të nevojshme në ekonominë kombëtare. Bionaftë i nënshtrohet disa pastrimeve, thahet dhe filtrohet.
Shifrat për këtë prodhim janë mjaft interesante: një ton vaj, kur ndërvepron me 110 kg alkool dhe 12 kilogramë katalizator, rezulton në 1100 litra bionaftë dhe më shumë se 150 kg glicerinë. Bionaftë ka një ngjyrë të verdhë qelibar, si vaji i bukur i lulediellit të shtypur fllad, glicerina është e errët dhe ngurtësohet tashmë në 38 gradë. Bionaftë me cilësi të mirë nuk duhet të përmbajë papastërti, grimca ose pezullime. Për kontroll të vazhdueshëm të cilësisë kur përdorni bionaftë, është e nevojshme të kontrolloni filtrat e karburantit të automjeteve.
Bioetanol
Ky lloj biokarburantesh prodhohet nga materiale bimore - kallam sheqeri ose misri. Prodhuesit kryesorë të këtij lloji të biokarburanteve janë SHBA dhe Brazili. Bioetanoli i shtohet benzinës së zakonshme. Për më tepër, emri i benzinës përfshin përqindjen e biokarburantit në përzierje. Për shembull, E-10 përmban 90% benzinë dhe 10% etanol biologjik. Ky lloj benzine është i përshtatshëm për çdo motor makine. Por përzierja E-85, e cila përmban 85% biokarburant, kërkon modifikim teknik të motorit të makinës.
Prodhimi i bioetanolit
Fermentimi i lëndëve të para të pasura me sheqerna është baza për prodhimin e bioetanolit. Ky proces është i ngjashëm me prodhimin e alkoolit ose dritës së zakonshme të hënës. Niseshteja e kokrrës shndërrohet në sheqer, i shtohet maja dhe rezultati është pure. Etanoli i pastër përftohet duke ndarë produktet e fermentimit, kjo ndodh në kolona të veçanta. Pas disa filtrimeve, bëhet tharja, domethënë hiqet uji.
Bioetanoli pa papastërti uji mund t'i shtohet benzinës së zakonshme. Pastërtia mjedisore e bioetanolit dhe ndikimi i tij minimal në mjedis vlerësohen shumë në industri; përveç kësaj, çmimi i biokarburantit që rezulton është shumë i arsyeshëm.
Biokarburantet e gjeneratës së tretë
Gjenerata e tretë e biokarburanteve është karburanti i algave. Vlera e një teknologjie të tillë është e madhe. Ka një sasi të madhe toke në planet që nuk është e përshtatshme për rritjen e bimëve ushqimore. Është mbi të që algat zënë rrënjë mirë. Është e nevojshme vetëm të krijohen pellgje të vogla artificiale ose bioreaktorë të veçantë të mbyllur. Kjo teknologji bazohet në faktin se vajrat grumbullohen në algat gjatë procesit të rritjes. Dhe shkencëtarët kanë zbuluar se molekulat e këtyre vajrave kanë një strukturë të ngjashme me vajin e zakonshëm.
Gjithçka që nevojitet për rritjen e algave është uji, drita, dioksidi i karbonit dhe një medium ushqyes. Për më tepër, procesi i rritjes së algave ka një efekt tjetër pozitiv për njerëzimin: gjatë rritjes, ato konsumojnë dioksid karboni, duke çliruar planetin nga efekti i serrës dhe ngopin atmosferën me oksigjen. Kur përpunohen, algat prodhojnë 3.5 herë më shumë lëndë djegëse se vaji i palmës, 5 herë më shumë se kallam sheqeri, 8 herë më shumë se misri dhe 40 herë më shumë se soja.
E. Shchugoreva
Lëndët e para të rinovueshme, për të cilat flitet aq shumë në lidhje me varfërimin e burimeve natyrore, janë mbetje organike nga industria, bujqësia dhe pylltaria. Një biomasë e tillë bimore është më e lirë se gazi, qymyri dhe nafta; prej saj mund të merren produkte të reja, duke zgjidhur në të njëjtën kohë problemin e depozitimit të mbetjeve. T&P publikon një artikull nga Atlas of Future Technologies se si të prodhohet naftë nga algat, energjia elektrike nga mbetjet organike dhe paketimet e biodegradueshme nga panxhari.
Veçanërisht premtuese janë teknologjitë për përpunimin e lëndëve të para të rinovueshme në biokarburant dhe energji elektrike, si dhe zgjidhjet për prodhimin e paketimit biopolimer. Përdorimi i këtyre teknologjive lejon riciklimin e tyre, d.m.th., riciklimin në një cikël të ri për krijimin e produkteve (në veçanti, substrate në qelizat e karburantit dhe bioplastika).
Potenciali për përdorimin e këtyre teknologjive në Rusi është shumë i lartë. Zhvillimi dhe zbatimi i tyre, në afat të mesëm, do të çojë në uljen e varësisë së ekonomisë së vendit nga burimet energjetike, produktet dhe teknologjitë e huaja, si dhe në krijimin e tregjeve të reja.
Bionaftë nga mikroalgat
Ndërsa popullsia rritet dhe njerëzit bëhen më të lëvizshëm, kërkesa vjetore për transport ajror dhe rrugor rritet. Është e mundur të plotësohet kërkesa në rritje për lëndë djegëse motorike duke prodhuar një gjeneratë të re bionaftë nga mikroalgat e gjelbra - një alternativë ndaj bionaftës të prodhuar nga kulturat bujqësore.
Mikroalgat e gjelbra janë të afta të shndërrojnë dioksidin e karbonit në komponime organike, duke pasur kështu një efekt pastrimi në atmosferë dhe hidrosferë. Ky biokarburant mund të përdoret në motorët me naftë: është shumë afër në përbërje me karburantet tradicionale motorike - produktet e naftës. Përparësitë e dukshme të mikroalgave - shkalla e lartë e rritjes së biomasës dhe përmbajtja e vajit, lehtësia e grumbullimit dhe aftësia për t'u rritur drejtpërdrejt në ndërmarrje dhe pranë termocentraleve - rrisin interesin e shkencëtarëve dhe shumë korporatave të mëdha për përdorimin e tyre kërkimor dhe industrial. Një numër vendesh kanë filluar prodhimin masiv të bioreaktorëve të veçantë për rritjen e mikroalgave. Japonia dhe Shtetet e Bashkuara kanë testuar tashmë me sukses avionët dhe automjetet që funksionojnë ekskluzivisht me bionaftë nga algat.
Efektet
Stimulimi i zhvillimit të sektorit të transportit, duke e bërë atë më miqësor ndaj mjedisit dhe duke plotësuar nevojat në rritje për karburant.
Reduktimi i intensitetit të konkurrencës midis zonave të kulturave teknike dhe ushqimore (në sajë të kultivimit të mikroalgave në fitoreaktorë, akuaraktorë lundrues vorbullash, rezervuarë të hapur).
Zhvillimi i rajoneve me kushte të pafavorshme socio-ekonomike dhe reduktimi i varësisë së tyre nga karburantet e importuara.
Marrja e proteinave, antioksidantëve, ngjyrave ushqimore dhe produkteve të tjera të dobishme nga mikroalgat.
Vlerësimet e tregut
Deri në vitin 2030, prodhimi global i biokarburanteve do të rritet në 150 milionë tonë ekuivalent nafte, me një normë rritjeje vjetore prej 7-9%. Pjesa e tij do të arrijë në 4-6% të vëllimit të përgjithshëm të karburantit të konsumuar nga sektori i transportit. Biokarburantet e algave mund të zëvendësojnë më shumë se 70 miliardë litra lëndë djegëse fosile në vit. Tregu i biokarburanteve në Rusi deri në vitin 2020 mund të rritet me më shumë se 1.5 herë - deri në 5 milion ton në vit. Periudha e mundshme për manifestimin maksimal të trendit: 2025–2035.
Drejtuesit dhe pengesat
Politikat mjedisore të vendeve të zhvilluara për të minimizuar shkallën e ndotjes së mjedisit.
Nevoja për investime në shkallë të gjerë për ndërtimin e impianteve të prodhimit të bionaftës dhe ngritjen e proceseve teknologjike.
Varësia e efikasitetit të rritjes së mikroalgave nga intensiteti i dritës së diellit (kur rriten në rezervuarë të hapur).
Analiza strukturore
Parashikimi i strukturës globale të tregut të biokarburanteve: 2022 (%)
Energjia elektrike nga mbetjet organike
Proceset e depozitimit dhe riciklimit të mbetjeve mund të kombinohen me prodhimin e produkteve praktikisht të rëndësishme dhe madje edhe të energjisë elektrike. Me ndihmën e pajisjeve speciale - qelizat e karburantit mikrobial (MFC) - është bërë e mundur të prodhohet energji elektrike nga mbeturinat drejtpërdrejt, duke anashkaluar fazat e marrjes së biogazit dhe përpunimin e tij të mëvonshëm në energji elektrike.
MFC-të janë një sistem bioelektrik. Efikasiteti i funksionimit të tij varet nga aktiviteti metabolik i baktereve, të cilat shpërbëjnë përbërjet organike (mbeturinat) dhe transferojnë elektronet në një qark elektrik të ndërtuar në të njëjtin sistem. Efikasiteti më i madh i baktereve të tilla mund të arrihet duke i integruar ato në skemën teknologjike të impianteve të trajtimit të ujërave të zeza që përmbajnë substanca organike, zbërthimi i të cilave çliron energji.
Tashmë ka zhvillime laboratorike që bëjnë të mundur përdorimin e MFC-ve për të rimbushur bateritë. Ndërsa zgjidhjet teknologjike zgjerohen dhe optimizohen, do të bëhet e mundur ofrimi i energjisë elektrike për bizneset e vogla. Për shembull, MFC-të me performancë të lartë që operojnë në vëllime nga dhjetëra në mijëra litra do të ofrojnë furnizim autonom me energji elektrike për objektet e trajtimit.
Efektet
Rritja e mirëdashësisë mjedisore të proceseve të prodhimit dhe efikasitetit të ndërmarrjeve, reduktimi i varësisë së tyre nga burimet e jashtme të energjisë elektrike, reduktimi i kostove të prodhimit dhe kostos së blerjes së teknologjive të trajtimit.
Përmirësimi i situatës në rajonet me mungesë energjie, rritja e konkurrencës së tyre nëpërmjet përdorimit të MFC.
Mundësia e prodhimit autonom të energjisë elektrike për qëllime jo-energjetike (për shembull, në ferma të vogla).
Vlerësimet e tregut
70% - pjesa e mbetjeve që do të përpunohen duke përdorur bioteknologji do të rritet deri në vitin 2020 në Rusi në krahasim me vitin 2012. Në vendet e Bashkimit Evropian, pjesa e energjisë elektrike nga biogazi do të jetë rreth 8%. Periudha e mundshme për manifestimin maksimal të trendit: 2020–2030.
Drejtuesit dhe pengesat
Rritja e vëllimeve të mbetjeve organike dhe kërkesa në rritje për energji elektrike.
Mundësia e funksionimit të bioreaktorëve të tipit MFC në burime të ndryshme energjie, përfshirë ujërat e zeza.
Niveli i pamjaftueshëm i investimeve që kërkohet për të integruar MFC në proceset teknologjike, periudhë e gjatë kthimi.
Nevoja për të lidhur bioreaktorët me vendet e gjenerimit të mbetjeve.
Efikasiteti relativisht i ulët i modeleve industriale pilot që funksionojnë aktualisht të bioreaktorëve të tipit MFC.
Analiza strukturore
Hulumtimi mbi sistemet elektrokimike mikrobike sipas llojit: 2012 (%)
Paketim polimer i biodegradueshëm
Shpërndarja e gjerë e ambalazheve të bëra nga polimere sintetike (qese, filma, kontejnerë) çon në një përkeqësim të problemit të ndotjes së mjedisit. Kjo mund të zgjidhet duke kaluar te materialet e paketimit të bëra nga polimere të biodegradueshme që janë shpejt të riciklueshme dhe të lehta për t'u përdorur.
Në shumicën e vendeve të zhvilluara, në prodhimin e ambalazheve ka një tendencë për të zëvendësuar polimerët sintetikë të dekompozuar të vështirë dhe afatgjatë (deri në disa qindra vjet) me ato të biodegradueshme (me një periudhë asgjësimi 2-3 muaj). Vëllimi vjetor i konsumit të tyre vetëm në Evropën Perëndimore është rreth 19 mijë ton, në Amerikën e Veriut - 16 mijë ton. Në të njëjtën kohë, në një numër treguesish, materialet e paketimit biopolimer ende mbeten prapa atyre tradicionale sintetike.
Teknologjitë për prodhimin e materialeve biopolimere të bazuara në acidin polilaktik nga sheqernat bimore të drithërave dhe panxharit të sheqerit bëjnë të mundur prodhimin e ambalazheve me karakteristika të larta konsumatore: elastike dhe të qëndrueshme, rezistente ndaj lagështirës dhe përbërjeve agresive, të padepërtueshme ndaj aromave, me veti të larta penguese. dhe në të njëjtën kohë dekompozohet në mënyrë efektive dhe të shpejtë. Përmirësimi i teknologjive synon të reduktojë konsumin e tyre material dhe energji.
Efektet
Formimi dhe zhvillimi i tregjeve të veçanta - ambalazhe të ngushta, çanta rezistente ndaj lagështirës dhe erërave, kontejnerë rezistente ndaj goditjeve, etj.
Ulja e varësisë së ekonomisë nga lëndët e para të naftës dhe gazit.
Ulja e ndikimit negativ në mjedis.
Rritja e kulturës mjedisore të popullsisë, stimulimi i përkushtimit për një mënyrë jetese të shëndetshme nëpërmjet përdorimit masiv të ambalazheve të cilësisë së lartë dhe të përshtatshme të biodegradueshme.
Vlerësimet e tregut
Tregu për biopolimerët e prodhuar nga burime të rinovueshme do të rritet me 8-10% në vit. Segmenti i materialeve të ambalazhimit do të zhvillohet më intensivisht. Tashmë, vëllimi i këtij segmenti përbën 90% të konsumit aktual global të biopolimerëve (205 milionë tonë). Kapaciteti i tregut të biopolimerëve në vitin 2020 do të arrijë në 4 miliardë dollarë. Periudha e mundshme për manifestimin maksimal të trendit: 2025–2030.
Drejtuesit dhe pengesat
Shtrëngimi i kërkesave mjedisore për materialet e paketimit, rritja e kostos së riciklimit të ambalazheve tradicionale.
Reduktimi i përdorimit të ambalazheve jo të degradueshme për shkak të nevojës për të kursyer burimet e papërtëritshme të naftës dhe gazit në vendet e zhvilluara.
Edukimi mjedisor i zhvilluar në mënyrë të pamjaftueshme në mesin e popullatës dhe biznesit.
Kosto më e lartë e polimereve të biodegradueshme në krahasim me ato sintetike.
Analiza strukturore
Materialet biopolimere në tregun e prodhimit bioplastik: 2010–2011 (%).
Në seksionin “Leximi i hapur”, ne botojmë fragmente nga librat në formën në të cilën botuesit i ofrojnë ato. Shkurtesat e vogla tregohen me elipsa në kllapa katrore. Mendimi i autorit mund të mos përkojë me opinionin e redaktorëve.
Një lëndë e parë premtuese për biokarburantet janë mikroalgat detare, të cilat nuk kërkojnë as ujë të pastër dhe as tokë.
Studiuesit kanë përcaktuar përbërjen e biokarburanteve që rrjedhin nga mikroalgat Spirulina platensis, duke përdorur spektrometrinë e masës me rezolucion të lartë. Shkencëtarët kanë studiuar dy fraksione të biokarburanteve, të cilat përftohen pasi masa e algave përpunohet duke përdorur një metodë të veçantë. Përveç kësaj, ata treguan se biokarburantet ka pak të përbashkëta me vajin në përbërje, por ka diçka të përbashkët me ngjyrën jeshile të shkëlqyeshme - e njëjta që mund të blihet në çdo farmaci. Puna u krye nga një grup shkencëtarësh nga Skoltech, Instituti V. L. Talrose i Problemeve të Energjisë së Fizikës Kimike të Akademisë së Shkencave Ruse, Instituti N. M. Emanuel i Fizikës Biokimike i Akademisë së Shkencave Ruse, Instituti i Përbashkët i Temperaturave të Larta të Akademia Ruse e Shkencave, Universiteti Shtetëror i Moskës dhe Instituti i Fizikës dhe Teknologjisë në Moskë. Studimi u botua në Gazetën Evropiane të Mass Spectrometry. Një njoftim për shtyp nga Instituti i Fizikës dhe Teknologjisë në Moskë flet për këtë shkurtimisht.
Algat si shpëtim për mjedisin
Biokarburantet, si një burim alternativ energjie, janë me interes të veçantë për t'u studiuar, sepse ato mund të ndihmojnë në zgjidhjen e problemeve të tilla si varfërimi i rezervave të naftës dhe ngrohja globale. Ndryshe nga nafta, biokarburantet prodhohen nga burime natyrore të rinovueshme dhe lëshojnë më pak gazra serë kur digjen. Brazili, për shembull, tashmë plotëson 40% të nevojave të tij duke përdorur biokarburantet.
Kulturat bujqësore dhe bimët e tjera përdoren si lëndë e parë për biokarburantet. Megjithatë, në këtë rast, është e nevojshme të pushtohet toka pjellore që mund të ushqejë njerëzit në vend. Një lëndë e parë premtuese për biokarburantet janë mikroalgat detare, të cilat nuk kërkojnë as ujë të pastër dhe as tokë. Algat thithin në mënyrë aktive dioksidin e karbonit, që do të thotë se përdorimi i tyre është vërtet i dobishëm për reduktimin e efektit serë. Lëndët djegëse të mikroalgave quhen biokarburantet e gjeneratës së tretë dhe aktualisht janë duke u zhvilluar zhvillime aktive për prodhimin e tyre.
Receta e biokarburanteve
Nëse e dimë përbërjen e biokarburanteve, mund të përmirësojmë procesin e prodhimit të tij. Teknikat fillestare për prodhimin e lëndës djegëse nga masa e algave ishin energjikisht të pafavorshme, pasi u shpenzuan shumë energji për tharjen e algave, të cilat përmbajnë shumë ujë.
Për përdorim komercial, nevojitej një metodë e re, më efikase. Dhe u shpik një metodë e tillë - ky është i ashtuquajturi lëngëzimi hidrotermik: biomasa e lagësht nxehet në një temperaturë prej më shumë se 300 ℃, kompresohet me një presion prej 200 atmosferash dhe karburanti merret në dalje. Përafërsisht i njëjti parim funksionon në natyrë, kur nafta formohet nën ndikimin e temperaturave të larta dhe presionit të lartë në zorrët e Tokës, vetëm në një reaktor kjo ndodh më shpejt. Rezultati është dy fraksione: biokarburant i lëngshëm dhe një masë e trashë që mbetet në reaktor. Këto janë përzierje që përbëhen nga mijëra përbërës individualë dhe spektrometria e masës është më e përshtatshme për të përcaktuar përbërjen e tyre.
Spektrometria e masës
Spektrometria e masës është një metodë kërkimore që mund të përdoret për të përcaktuar përbërjen e një substance. Metoda bazohet në faktin se në një fushë elektrike dhe/ose magnetike, përbërës të ndryshëm sillen ndryshe, në varësi të masës së tyre dhe raportit të ngarkesës m/z. Dalja është një spektër masiv - një grafik me majat e intensitetit, ku çdo kulm korrespondon me vlerën e tij m/z.
Spektrat e masës së fraksionit të lëngët (lart) dhe fraksionit të ngurtë (poshtë)
Shkencëtarët përdorën spektrometrinë e masës për të studiuar biokarburantet që rrjedhin nga algat Spirulina platensis. Gjatë procesit të lëngëzimit hidrotermik, të gjitha substancat me një pikë vlimi më të vogël se 300 gradë largohen nga reaktori në formën e gazit dhe ftohen në një enë të veçantë. Kështu, përftohet një fraksion i lëngët dhe një fraksion i ngurtë mbetet në reaktor. Analiza spektrometrike e masës tregoi se të dy fraksionet përmbajnë më shumë substanca që përmbajnë N dhe N 2, por përbërësit e fraksionit të ngurtë janë më të ndryshëm dhe ndryshojnë në vetitë nga përbërësit e fraksionit të lëngët. Substancat e gjetura në biokarburantet nuk kishin asgjë të përbashkët me substancat që gjenden në naftën bruto konvencionale, megjithëse ato janë të ndezshme. Spektrometria e masës ju lejon të zbuloni vetëm formulat molekulare të substancave (për shembull, C 18 H 35 N 2). Për të marrë disa informacione rreth strukturës së molekulave, studiuesit përdorën metodën e zëvendësimit të hidrogjenit me deuterium.
Zëvendësimi i hidrogjenit me deuterium
Para se të lëshoni molekulat në një analizues masiv, ato duhet të ngarkohen, përndryshe fusha elektromagnetike nuk do të ndikojë në to. Molekulat e zakonshme kanë ngarkesë z=0, dhe numri i protoneve në to është i barabartë me numrin e elektroneve. Dhe nëse, për shembull, një proton (grimcë me ngarkesë +1) është ngjitur në një molekulë, atëherë ai do të bëhet një jon me ngarkesë z=1. Procesi i shndërrimit të molekulave në jone quhet jonizimi. Kur hidrogjeni zëvendësohet nga deuteriumi, masa e jonit* bëhet më e madhe dhe kulmi në spektër zhvendoset. Bazuar nëse kulmi është zhvendosur apo jo, shkencëtarët përcaktojnë se ku ndodhej hidrogjeni në molekulë. Megjithatë, asnjë hidrogjen nuk do t'ia lërë vendin e tij deuteriumit, ose më mirë, asnjë vend hidrogjeni nuk do të jetë në gjendje të lirojë.
Në bërthamën e deuteriumit, ose hidrogjenit të rëndë, përveç protonit, ekziston një neutron, i cili ndikon në masë, por jo në ngarkesë.
Para se të futen në analizuesin e masës, molekulat e mostrës jonizohen. Në këtë rast, protonet u shtuan komponimeve neutrale dhe ato u kthyen në jone pozitive. Protoni i bashkangjitur zëvendësohet lehtësisht nga një deuteron, por rezulton se në disa përbërës të biokarburantit zëvendësimi nuk ndodh. Shkencëtarët e kuptuan këtë nga intensiteti i majës së zhvendosur që përftohet gjatë zëvendësimit. Në vajin e zakonshëm, maja e zhvendosur kishte të njëjtin intensitet me atë të pazhvendosur, që do të thotë se zëvendësimi ndodhi plotësisht.
Në rastin e biokarburanteve, intensiteti i kulmit të zhvendosur ishte pesë herë më pak. Kjo do të thotë se nën një kulm ka disa komponime dhe jo të gjitha kanë hidrogjen të bashkangjitur, i cili mund të zëvendësohet nga deuteriumi. Nëse substancat nuk mund të jonizohen, atëherë ato janë tashmë jone pozitive dhe përmbahen në biokarburantet në këtë formë. Këto substanca janë të ngjashme me disa ngjyra, si p.sh. jeshile shkëlqyese, e cila është pjesë e jeshiles shkëlqyese.
Evgeniy Nikolaev, anëtar korrespondues i Akademisë Ruse të Shkencave, profesor në Skoltech, drejtor shkencor i Laboratorit të Fizikës Jonore dhe Molekulare në MIPT, komenton: "Studimi i produkteve të lëngëzimit hidrotermik të mikroalgave duke përdorur spektrometrinë masive është i rëndësishëm për rritjen e efikasitetit. të prodhimit të biokarburanteve. Puna e ardhshme duhet të fokusohet në përdorimin e varieteteve të algave me përmbajtjen më të lartë të lipideve dhe krijimin e varieteteve të tilla duke përdorur modifikimin gjenetik. Në këtë mënyrë ne mund të zgjedhim prej tyre lëndët e para më efikase për biokarburantet.”botuar
Njerëzit vijnë në shfaqjen ajrore ILA në Berlin, para së gjithash, për të parë aeroplanët. Por aeroplanët nuk mund të fluturojnë pa karburant dhe nuk zgjat përgjithmonë, dhe për këtë arsye shqetësimi EADS, krijuesi i avionëve gjigantë, i kushton vëmendje serioze zhvillimit të karburantit të së ardhmes.
Siç thotë Rainer Weigner, “në këtë instalim të papërshkrueshëm të quajtur Photobioreactor, shkencëtarët nga Instituti për Përdorimin e Grurit Industrial, të porositur nga EADS, rriten algat të cilat mund të përdoren për të prodhuar lëndë djegëse, algat kërkojnë vetëm dritë dhe dioksid karboni për t'u rritur.” Shqetësimi lidh shpresa të mëdha në këtë metodë të prodhimit të karburantit, përndryshe nuk do ta kishte treguar këtë bioreaktor në stendën e saj në Berlin.
Krijimi i lëndës djegëse nga materialet bimore nuk është një ide e re; për këtë përdoren tashmë farat e rapës, patatet dhe drithërat - orizi, misri, gruri. "Në këtë rast lindin probleme, para së gjithash, morale dhe etike," thotë Otto Pulte, një studiues në institut, "në fund të fundit, ushqimi përdoret për të prodhuar karburant, i cili është i mangët në shumë pjesë të botës." Shkencëtarët që punojnë në këtë projekt të porositur nga EADS ofrojnë teknologjinë e tyre algat në rritje dhe prodhimin e vajgurit prej tyre.
Algat janë të mira sepse rriten shumë shpejt dhe sigurojnë një sasi të madhe të substancës së nevojshme për të krijuar lëndë djegëse. Për më tepër, algat mund të rriten kudo, dhe gjëja kryesore është që të mos harxhoni ushqim për të krijuar karburant.
Në vendin e institutit pranë Berlinit, tashmë janë krijuar instalime të mëdha, praktikisht industriale algat në rritje. Megjithatë, ky proces është ende shumë i shtrenjtë. 1 kilogram biomasë e përftuar nga algat kushton nga 10 deri në 20 dollarë në tregun botëror. Një prodhim i tillë mund të jetë fitimprurës nëse një kilogram kushton jo më shumë se 1 dollarë. Sigurisht, nëse e vendosni këtë në rrjedhën e prodhimit, keni nevojë për miliona tonë biomasë dhe kostoja mund të reduktohet. Prandaj, shkencëtarët janë optimistë.
Fluturimet testuese të avionëve të furnizuar me karburant të tillë tashmë janë zhvilluar, mund të shpresohet se krijimi karburantet e avionëve nga algat- do të bëhet një sektor fitimprurës i ekonomisë.
Pa vajguri, vetëm alga - ky është pikërisht parimi mbi të cilin funksionon ky produkt i ri në industrinë e aviacionit. Avionë të gjeneratës së re Avion Diamanti DA42 duke rrotulluar në qiellin e Berlinit lëndë djegëse alga deti. Fluturimi demonstrues zhvillohet si pjesë e shfaqjes ajrore ndërkombëtare. Prezantoi një mrekulli miqësore me mjedisin - Shqetësimi Evropian i Mbrojtjes së Hapësirës Ajrore.
- « Lëndë djegëse alga deti më energjik - me 5-10%, përveç kësaj, avantazhet e tij janë gjithashtu në cilësinë e shkarkimit, është më i lartë se kur punoni në vajguri të rregullt." Sipas prodhuesve, biokarburanteve Ekziston një avantazh tjetër i rëndësishëm: - "Biokarburantet mund të prodhohen kudo, ju duhet vetëm rrezet e diellit, dioksidi i karbonit, lëndët ushqyese dhe një vend për ta bërë atë." Megjithatë, ekziston biokarburantet e algave dhe një gjë e rëndësishme, është jashtëzakonisht e shtrenjtë për t'u prodhuar.
“Nuk mund të them se sa do të kushtojë në fund 1 litër karburant alga deti, por do të jetë shumë më i shtrenjtë. Fatkeqësisht, ende nuk kemi arritur në atë nivel që të mund ta prodhojmë në sasi të mëdha për shitje.”
Duke iu përgjigjur pyetjes "Sa kohë do të presë komuniteti global për avionët e biokarburanteve?" Stulberger u përgjigj se edhe 5-10 vjet.
Për sa i përket karakteristikave të energjisë, algat janë dukshëm më të larta se burimet e tjera.
200 mijë hektarë pellgje mund të prodhojnë karburant të mjaftueshëm për konsumin vjetor të 5% të makinave amerikane. 200 mijë hektarë është më pak se 0.1% e tokës amerikane e përshtatshme për rritjen e algave.
Megjithatë, algat që përmbajnë më shumë vaj rriten më ngadalë. Për shembull, algat që përmbajnë 80% vaj rriten një herë në 10 ditë, ndërsa algat që përmbajnë 30% rriten 3 herë në ditë.
Prodhimi i algave është gjithashtu tërheqës sepse gjatë biosintezës thith dioksidin e karbonit nga atmosfera.
Sidoqoftë, vështirësia kryesore teknologjike është se algat janë të ndjeshme ndaj ndryshimeve të temperaturës, të cilat, si rezultat, duhet të mbahen në një nivel të caktuar (luhatjet e mprehta ditore janë të papranueshme).
Gjithashtu, përdorimi komercial i algave si lëndë djegëse aktualisht pengohet nga mungesa e mjeteve efektive për mbledhjen e algave në vëllime të mëdha. Është gjithashtu e nevojshme të përcaktohen speciet më efektive për mbledhjen e vajit.
Teknologjitë e rritjes së algave
Departamenti Amerikan i Energjisë ka studiuar algat me përmbajtje të lartë vaji nën Programin e Specieve Ujore. Studiuesit arritën në përfundimin se Kalifornia, Hawaii dhe New Mexico janë të përshtatshme për prodhimin industrial të algave në pellgje të hapura. Për 6 vjet, algat u rritën në pellgje me një sipërfaqe prej 1000 m2. Një pellg në New Mexico është treguar të jetë shumë efektiv në kapjen e CO2. Rendimenti ishte më shumë se 50 gram. alga nga 1 m2 në ditë.
Përveç rritjes së algave në pellgje të hapura, ekzistojnë teknologji për rritjen e algave në bioreaktorë të vegjël të vendosur pranë termocentraleve. Nxehtësia e mbetur nga një termocentral mund të mbulojë deri në 77% të nxehtësisë së nevojshme për rritjen e algave. Kjo teknologji nuk kërkon një klimë të nxehtë shkretëtirë.
BioKing ka filluar prodhimin masiv të bioreaktorëve të saj të patentuar të algave me përdorim të menjëhershëm, të cilët përfshijnë alga me rritje të shpejtë dhe me vaj të lartë.
Shkencëtarët spanjollë kanë gjetur një lloj mikroalge që mund të riprodhohet shumë më shpejt se homologët e tjerë biologjikë në kushte të caktuara ndriçimi. Nëse në det të hapur ka deri në 300 ekzemplarë algash për çdo metër kub ujë, atëherë studiuesit morën 200 milionë ekzemplarë për të njëjtin metër kub ujë.
Mikroalgat rriten në një cilindër plastik me diametër 70 cm dhe gjatësi 3 m. Algat riprodhohen me ndarje. Ata ndahen çdo 12 orë dhe gradualisht uji në cilindër kthehet në një masë të dendur jeshile. Një herë në ditë, përmbajtja e cilindrit centrifugohet. Pjesa e mbetur është pothuajse 100% biokarburant. Pjesa e ngopur me yndyrë e kësaj mase shndërrohet në bionaftë, dhe hidrokarburet në etanol.
Zhvillimi i biokarburanteve nga algat
Chevron Corporation, një nga gjigantët e energjisë në botë, ka filluar të hulumtojë mundësinë e përdorimit të algave si burim energjie për transport, veçanërisht për avionët reaktivë. Gjatë hulumtimit do të studiohen llojet e algave që përmbajnë përqindjen maksimale të vajrave në përbërjen e tyre dhe do të zhvillohen metoda për kultivimin e algave.
Honeywell, UOP kohët e fundit filloi një projekt për të prodhuar karburant avioni ushtarak nga
algat dhe vajrat bimore.
Green Star Products ka përfunduar testimin e Fazës 2 të një impianti demonstrimi të bionaftës së algave në Montana. Gjatë fazës së dytë, u zgjodhën kushtet optimale për rritjen e sojit të algave zx-13.
GSPI ka zhvilluar një sistem hibrid për rritjen e algave në pellgje - Sistemi Hibrid i Prodhimit të Algave. Algat e rregullta jetojnë në temperaturat e ujit prej rreth 30 Celsius, zx-13 mbijetojnë në temperatura rreth -44. Zx-13 gjithashtu demonstroi rezistencë të mirë ndaj përmbajtjes së lartë të kripës në ujë.
Megjithatë, në fazën e dytë të testimit, GSPI nuk ishte në gjendje të zhvillonte teknologjinë e grumbullimit të algave. Algat u maturuan më herët se sa pritej dhe pajisjet nuk ishin ende gati. Teknologjia GSPI ju lejon të grumbulloni alga më të mëdha se 2 mikron. Algat më të vogla kthehen në pellg për kultivim të mëtejshëm.
Në fazën tjetër, teknologjia GSPI do të testohet në një pellg prej 100 hektarësh. Negociatat janë duke u zhvilluar për të gjetur pellgun prej 100 hektarësh në Kaliforni, Misuri dhe Utah. Në të ardhmen është e mundur të rritet sipërfaqja në 500 - 1000 hektarë.
Kompania e madhe e energjisë japoneze, Tokyo Gas Co, synon të ndërtojë një fabrikë demonstruese që do të prodhojë energji elektrike nga alga deti. Për të operuar gjeneratorët e gazit në stacion, do të përdoret metani i çliruar nga algat e grira imët.
Për një numër prefekturash japoneze, përfshirë kryeqytetin, ndotja e bregdetit nga algat mbetet një problem serioz mjedisor. Kur kalben, shpesh lëshojnë një erë të keqe dhe prishin peizazhin.
Ndërkohë zhvillimi më i fundit i specialistëve japonezë ofron zgjidhjen e këtij problemi me përfitime ekonomike. Një model eksperimental i një impianti me një gjenerator elektrik me gaz, i cili tashmë funksionon në laborator prej disa vitesh, lejon shkatërrimin e deri në 1 ton alga në ditë.
Kjo gjeneron rreth 9.8 kilovat energji elektrike. Ky impiant pilot prodhon rreth 20-30 metër kub metan në muaj - ky vëllim është i mjaftueshëm për të ulur konsumin mujor të energjisë elektrike të familjes mesatare saktësisht përgjysmë.
Sipas vlerësimeve të Tokyo Gas, ndërtimi i uzinës, në varësi të kapacitetit prodhues, kërkon nga disa dhjetëra milionë deri në 200 milionë jen.
Kompania spanjolle Bio-Fuel-Systems planifikon jo vetëm të prodhojë lëndë djegëse nga algat, por edhe të reduktojë nivelin e dioksidit të karbonit që formohet gjatë prodhimit të energjisë elektrike duke përdorur lëndë djegëse fosile. Në vitin 2008, është planifikuar të ndërtohet një instalim i ngjashëm në zonën e Alicante.
Shell dhe HR Biopetroleum synojnë të ndërtojnë një fabrikë pilot në Ishujt Havai për të prodhuar vaj vegjetal nga mikroalgat dhe për ta përpunuar më tej në biokarburant.
Mikroalgat do të rriten në vend, në një pishinë të veçantë të jashtme me ujë deti. Llojet e mikroalgave do të zgjidhen për përdorim të mëtejshëm nga mostrat lokale të organizmave detarë, rritja e shpejtë e algave dhe rendimenti maksimal i vajit vegjetal do të përdoren si kritere përzgjedhjeje.
Industria e aviacionit ka paralajmëruar gjithashtu fillimin e zhvillimeve në përdorimin e algave të detit si lëndë e parë për prodhimin e karburantit të aviacionit. Boeing ka njoftuar se një alternativë ndaj bionaftës e bërë nga alga deti mund të përdoret në të ardhmen për prodhimin e biokarburanteve të aviacionit.
Sipas dokumentit, asnjë biokarburant i prodhuar sot nuk mund të përdoret si karburant i aviacionit. Etanoli thith ujin dhe gërryen motorin dhe linjat e karburantit, ndërsa bionaftë ngrin në temperatura të ulëta (në lartësinë e lundrimit). Për më tepër, biokarburantet kanë stabilitet termik më të ulët se karburanti konvencional i avionëve.
Ekspertët e Boeing besojnë se lënda e parë optimale për prodhimin e biokarburanteve do të jenë alga deti, nga të cilat përftohet 150 deri në 300 herë më shumë vaj se sa nga soja. Sipas mendimit të tyre, biokarburantet e algave janë e ardhmja për aviacionin. Pra, nëse e gjithë flota e linjave ajrore botërore do të përdorte 100% biokarburant që rrjedh nga alga deti që nga viti 2004, do të nevojiteshin 322 miliardë litra naftë.
Për të rritur këto alga kërkohet tokë me një sipërfaqe prej 3.4 milionë hektarësh. Llogaritja supozon se një hektar jep 6500 litra në vit. Për këto qëllime, është e mundur të përdoren toka që nuk janë të përshtatshme për rritjen e kulturave ushqimore.
Po ngarkohet...
