https://www.thermofisher.com/ru/en/home/products-and-services/promotions/30-years-russia.html?cid=Biomolecule-LSG-EM-PJT4417-WE42727-30YearsInRussia-EMEA-June2019
Подписаться

Биотопливо из отходов

  • 941
  • 1,1
  • 4
  • 0
Добавить в избранное
Новость

Первые образцы биодизеля, полученные из стоковых илов

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Поиск новых источников энергии — сейчас актуальная тема, как для России, так и для всего мира. При правильном подходе из биотоплива может получиться фактически неиссякаемый источник энергии. Во многих странах уже законодательно закреплены добавки биодизеля в петродизель. При этом основным сырьем для биодизеля являются сельскохозяйственные культуры: рапс, кукуруза, сахарный тростник. Ученые из Института биофизики СО РАН (Красноярск) предложили новый источник сырья для производства биодизеля — природные илы и осадок очистных сооружений.

Конкурс «био/мол/текст»-2011

Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2011 в номинации «Лучшее новостное сообщение».

Недостаток сельскохозяйственных культур в качестве сырья для получения биотоплива очевиден. Продовольствия в мире и так не хватает (два миллиарда людей из почти семи регулярно недоедает). Если занять продовольственные поля под выращивание сырья для биодизеля, то ситуация только усугубится. Более того, в слаборазвитых странах уже существует пагубная тенденция: вместо сахарного тростника и кукурузы они выращивают другие культуры на биодизель или тот же сахарный тростник отправляют на аналогичную переработку, потому что в этом случае он продается дороже. Естественно, это только обостряет ситуацию с недостатком продуктов питания. Поэтому сейчас вместо «традиционных» сельскохозяйственных культур начинают отдавать предпочтение микроводорослям.

Михаил Иванович Гладышев

Рисунок 1. Заместитель директора Института биофизики СО РАН профессор, доктор биологических наук Михаил Иванович Гладышев

«Во-первых, чем меньше организм, тем он быстрее растет, — поясняет заместитель директора Института биофизики СО РАН профессор, доктор биологических наук Михаил Иванович Гладышев. — Бактерия растет быстрее слона, а микроводоросль растет быстрее кукурузы. Соответственно, это очень перспективные культуры, кроме того, с высоким содержанием липидов, из которых собственно и производят биодизель. Поэтому РАН этим и занялась. Существует Программа Президиума РАН, где есть Проект № 19 „Химические аспекты энергетики“. Наша тема в нем № 10: „Исследование липидов микроводорослей и черных илов на предмет их использования как сырья для получения биотоплива“» .

Надо отметить, что «биомолекула» уже писала про перспективы использования микроорганизмов для нужд альтернативной энергетики: «Бактерии для водородной энергетики» [1]. — Ред.

Но для России выращивание микроводорослей — достаточно энергозатратный процесс. Хорошо заниматься этим, например, в Израиле, где много бесплатного тепла и солнца. В Сибири выращивать микроводоросли можно только в лаборатории. Что, естественно, отразится на цене получаемого из них биодизеля.

«В связи с этим мы обратили внимание на бесплатный склад микроводорослей, которые выращиваются без затрат электричества с нашей стороны — это собственно илы, которые состоят из отмерших микроводорослей и продуктов их жизнедеятельности, — говорит М. И. Гладышев. — Добывать илы специально для производства биодизеля тоже затратно, но есть такие мероприятия, когда их достают со дна озера в экологических целях: для очистки. Каждые 15–20 лет для восстановления водной экосистемы положено вычерпывать и убирать донные осадки. Убрать их достаточно проблемно, потому что получается, что озеро очистили, а окружающую территорию загрязнили. Нам пришло в голову: а нельзя ли этот осадок, который является побочным продуктом природоохранных мероприятий, использовать в качестве сырья для биотоплива? Мы исследовали липидный состав полученного биодизеля: он оказался достаточно хорошим, по качеству соответствующим Евро-4 и Евро-5».

Именно эта работа красноярских ученых недавно была причиной шумихи в СМИ. Результаты исследования донных илов были опубликованы в научном журнале Biomass and Bioenergy [2], где ее рассматривали крупнейшие мировые эксперты в этой области. Нужно отметить, что статья научных сотрудников СО РАН вышла достаточно быстро, а сама тема исследования была принята с оптимизмом. Во-первых, потому что в первую очередь решается экологическая проблема — утилизация илов, а, во-вторых, во всем мире 70–80% стоимости биодизеля составляет сырье. Разработка потенциального источника бесплатного сырья, которое, кроме того, является побочным продуктом экологических мероприятий, было воспринято мировым сообществом с оптимизмом.

«Работа хорошая, но есть одно маленькое „но“, — замечает Гладышев. — Вопрос, который и мы себе задавали, и наши коллеги: сколько раз можно вычерпать из озера ил и за какой промежуток? Понятно, что одно озеро нужно чистить раз в 15–20 лет; в пригородах Красноярска, конечно, много озер, но возобновляемым этот источник не назовешь: илы образуются десятилетиями. Поэтому нам пришло в голову, что нужно поискать другой возобновляемый источник в таком же роде. Мы, конечно, сразу вспомнили про активный ил очистных сооружений, которые работают круглогодично, круглосуточно, непрерывно и в большом количестве. Мы связались с нашими коллегами из ООО „КрасКом“ — коммунальной службы. Они сказали, что самая главная проблема — это осадок первичных отстойников очистных сооружений. Они раскладывают их на поля вокруг города, и эти поля на десятилетия выводятся из сельскохозяйственного оборота. Этот осадок никуда не применишь из-за того, что в нем содержатся различные вредные вещества».

Сейчас в Красноярске строится завод, чтобы механически отжимать их этих отходов воду с целью уменьшить их конечный объем. Руководство «КрасКом» попросило Институт биофизики проверить эти осадки.

Стоки очистных сооружений

Рисунок 2. Стоки очистных сооружений

«Поскольку мы хотим жить в чистой стране и в чистом городе, а программа РАН подразумевает поиск нетрадиционных источников биотоплива, то мы взяли для исследования эти отходы, которые по генезису похожи на донные осадки. Мы провели эксперимент, получили первые 15 мл биодизеля и установили выход биодизеля в лабораторных условиях — 0,6 г/л жидких первичных осадков. Когда мы проанализировали этот осадок, мы пришли в восторг, потому что содержание липидов в нем — 14%. Для сравнения, в сое эта цифра равна 18%. Из-за того, что очистные сооружения работают почти постоянно, осадка за сутки получается очень много, и, соответственно, недостатка сырья для производства биотоплива не будет», — рассказывает Гладышев.

Генеральный директор ООО «КрасКом» Анатолий Иванович Матюшенко поддержал эту идею, было решено заключить договор и довести исследование до производства: построить завод по производству биодизеля и использовать его в качестве добавки для собственных машин предприятия. У этого метода утилизации осадков есть и другое достоинство: после проведения метанолиза в нём не остается ни одной болезнетворной бактерии. Таким образом, сразу решаются две проблемы: утилизации отходов и получения биодизеля.

«Сейчас мы находимся в стадии заключения договора, — комментирует этот проект М. И. Гладышев. — Мы сотрудничаем не только с „КрасКомом“, но и с Сибирским федеральным университетом, потому что там есть и экономисты, и инженеры, и специалисты по моторному топливу, которые нужны для этого проекта. То есть, это комплексный проект: нужно будет конструировать завод, испытывать, в каких количествах и как добавлять биодизель в петродизель, рассчитывать экономические эффекты. Если нужно будет, мы подключим и другие институты, — например, если катализаторы понадобятся, то мы обратимся в Институт катализа СО РАН. Мы еще не оптимизировали этот процесс для поточного производства, только получили биодизель. Самое главное — нужно исследовать, что остается после метанолиза. Тут еще большой объем научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы. Самое интересное, что мы не бегали, не искали заказчика, а он сам на нас вышел, и поэтому существуют достаточно неплохие перспективы внедрения этой разработки. Я считаю, что мы хорошо выполнили предназначение программы президиума РАН — нашли нетрадиционный источник биотоплива. Хотя хотелось бы уже, конечно, скорее увидеть реализацию этого проекта, когда опасные отходы превращаются в биотопливо, и в городе становится чище. Это, собственно, и есть наша задача».

Литература

  1. Бактерии для водородной энергетики;
  2. A.Yu. Kuchkina, M.I. Gladyshev, N.N. Sushchik, E.S. Kravchuk, G.S. Kalachova. (2011). Biodiesel production from sediments of a eutrophic reservoir. Biomass and Bioenergy. 35, 2280-2284.

Комментарии