Проект ENBIO использует избыточную энергию от ветровых турбин для питания 16 1000-литровых фото-биореакторов, которые выращивают водоросли, которые затем могут быть использованы для производства биотоплива. Проект демонстрирует, как зеленые технологии могут работать вместе, но может ли он сделать водорослевое топливо конкурентоспособным?
Шотландский проект в области биоэкономики (ENBIO) основан на результатах проекта «водорослевые решения для местной энергетической экономики» (ASLEE), в рамках которого был разработан фотобиореактор Pandora.
Этот биореактор использует светодиодную технологию для производства микроводорослей с масштабируемыми и модульными системами культивирования, позволяющими интегрироваться с локальными сетями возобновляемой энергии.
База проекта в Шотландии использует потенциал производства возобновляемой энергии в высокогорье и на островах Шотландии, который, по мнению ENBIO, является одним из лучших в Европе.
ENBIO интегрирует возобновляемое производство электроэнергии с крупномасштабным производством микроводорослей, используя избыточную возобновляемую энергию из местных инфраструктур для производства водорослевых продуктов и сырья с помощью фотобиореакторов Pandora.
Эта комбинация повышает ценность существующей возобновляемой энергетики и значительно снижает затраты электроэнергии на биопродукцию за счет использования возобновляемых источников энергии в периоды избытка.
Сотрудник по развитию бизнеса ENBIO Кэрол Шеллкок говорит, что хотя эта технология в основном используется в сельском хозяйстве, есть потенциал для ее использования в биотопливе: “Поскольку микроводоросли выращиваются с использованием только света, CO2 и питательных веществ, использование топлива на основе водорослей может ограничить воздействие на окружающую среду.”
Водорослевое топливо было интересной перспективой для энергетических компаний в начале 2010-х годов, когда был сделан ряд инвестиций в изучение потенциала такого топлива для борьбы с климатическим кризисом и содействия развитию возобновляемых источников энергии.
В 2010 году Организация по биомассе водорослей (АВО) предсказала, что водорослевое топливо достигнет ценового паритета с нефтью к 2018 году, а глава АВО, в то время Мэри Розенталь, ожидала, что “несколько миллиардов галлонов” водорослей будут произведены в качестве источника топлива к 2017 году.
Первое в мире здание, полностью работающее на водорослях, было открыто в Гамбурге в марте 2013 года, используя 129 биореакторов для выработки электроэнергии и тепла для четырехэтажного жилого здания.
Этот оптимистичный подход к водорослевому топливу также стимулировал масштабные инвестиции со стороны энергетических компаний: в августе 2013 года американская Sapphire Energy и испанская Aqualia приступили к разработке биотопливных установок на основе водорослей.
Однако реальность водорослевого топлива сегодня далека от зеленого СуперТоплива, прогнозируемого энергетической отраслью, и хотя эти водорослевые проекты демонстрируют полезность существующих инфраструктур возобновляемой энергии, жизнеспособность водорослей как источника топлива сама по себе находится под вопросом.
Шеллкок говорит: «Если мы говорим о топливе на основе водорослей, стоимость производства является главным ограничением. На данный момент это около £10 за литр биодизеля. Количество водорослей, которое необходимо произвести, чтобы выйти на рынок, огромно по сравнению с текущим мировым производством».
Высокие эксплуатационные расходы и высокие затраты
Основная проблема с водорослями в качестве источника топлива — это высокие эксплуатационные условия выращивания, необходимые для производства нужного количества водорослей – растения нуждаются в больших открытых прудах, а также в значительных объемах CO₂ и удобрений, чтобы позволить водорослям достаточно быстро фотосинтезировать в больших масштабах.
Морской биолог Университета Суонси профессор Кевин Флинн писал в 2017 году: «Мечта была разбита не провалами в инженерии, а неэффективностью биохимии. Моделирование производства биотоплива из микроводорослей показывает, что для приближения к 10% транспортного топлива ЕС, которые, как ожидается, будут поставляться с помощью биотоплива, потребуются пруды площадью в три раза больше площади Бельгии».
“И для того, чтобы водоросли в этих прудах производили биотопливо, потребовалось бы удобрение, эквивалентное 50% от текущих общих годовых потребностей растений в растениеводстве ЕС».
«По иронии судьбы, такие пруды также должны быть расположены вблизи тяжелой промышленности, которая производит CO₂, чтобы обеспечить уровень, необходимый микроводорослям для фотосинтеза».
Еще одна проблема, связанная с водорослевым топливом, заключается в энергии — при нынешних методах для производства водорослевого топлива требуется больше энергии, чем она могла бы обеспечить в качестве энергии. Это, в сочетании с затратами, необходимыми для производства водорослей в масштабе, означает, что водорослевые технологии в их нынешнем состоянии не являются достаточно эффективными для замещения нефти в качестве возобновляемого источника энергии.
В ответ на это разочарование многие компании, которые начали с идеи использования водорослей в качестве альтернативы нефти, перенесли свои бизнес-модели на производство таких продуктов, как корма и косметика из водорослей. Проекты ENBIO и ASLEE преследуют схожие цели, интегрируя инфраструктуру возобновляемых источников энергии в производство биопродуктов, а не опираясь на водоросли в качестве источника топлива.
Объясняя современное состояние водорослевой технологии, Шеллкок говорит: «На данный момент водорослевое топливо не может заменить топливо на основе нефти из-за экономики производства. Оно имеет потенциал быть использованным как дополнение в классическом топливе. Продукты на основе водорослей потенциально могут быть интегрированы в биосодержащее сырье, возможно, в рамках подхода биорефиниринга.”
Будущее топлива на основе водорослей
В то время как энергетическая промышленность в целом перестала любить топливо на основе водорослей, и технология вряд ли станет конкурентоспособной или экономически жизнеспособной в ближайшее время, такие проекты, как ENBIO и ASLEE, показывают, что она все еще должна быть частью разговора, особенно в связи с другими небольшими прорывами, которые все еще делаются для очистки биотоплива.
В марте 2019 года команда инженеров-химиков из Университета штата Юта разработала новый метод производства биокруда для более эффективного извлечения важных липидов из водорослей.
Этот метод включает в себя стрельбу струями растворителя по струям водорослей, создавая достаточную турбулентность для переноса липидов из водорослей в поток растворителя. Это устраняет энергоемкий процесс сушки, необходимый при текущем производстве водорослевого топлива, значительно повышая эффективность производимого биотоплива.
В пресс-релизе соавтор исследования доктор Леонард Пиз сказал: «Ключевой частью здесь является попытка получить энергетический паритет. Мы еще не достигли этого, но это действительно важный шаг на пути к его осуществлению. Мы устранили значительный барьер развития, чтобы сделать производство биотоплива из водорослей более эффективным и разумным. Наш метод ставит нас гораздо ближе к созданию энергетического паритета биотоплива, чем мы были раньше».
Исследователи из Национального биоэнергетического центра Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США (NREL) также попытались повысить эффективность биотоплива на основе водорослей, а руководитель стратегического проекта Филип Пиенкос объяснил эти усилия в статье, опубликованной в июне 2018 года для R&D World.
Пиенкос предлагает альтернативное решение для нынешнего процесса производства биотоплива, преобразуя биомассу, оставшуюся от процесса сушки, в биогаз, который затем будет использоваться для производства биотоплива, чтобы гарантировать, что ни один компонент биомассы водорослей не уходит в отходы.
Кроме того, NREL предложила комбинированную схему переработки водорослей, в рамках которой будут использоваться побочные продукты производства биотоплива для производства ряда других важных химических веществ, таких как пластические композиты, полиуретаны и поверхностно-активные вещества.
