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.

«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.

«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.