Combustibilul algelor - Biologie

Combustibilul pentru alge este un combustibil care se obține din alge. [1] Algele sunt organisme fotosintetice care trăiesc în apă și nu trebuie să fie legate filogenetic. Majoritatea trăiesc fie în apă dulce, fie în apă sărată. Algele constau din mai mulți compuși diferiți și pot fi utilizate ca biocombustibil prin diferite procese. De obicei, este între patru diferite Combustibili cu alge diferențiat: [2]

Biodiesel: Uleiul poate fi obținut din unele tipuri de alge. Acesta poate fi transformat într-un combustibil prin transesterificare, ale cărui proprietăți sunt comparabile cu motorina.
Bioetanol: carbohidrații, care reprezintă o proporție mare din masa algelor, ar putea fi transformați în etanol prin fermentație alcoolică.
Biogaz: Prin fermentarea masei algelor în metan (CH4) și dioxid de carbon (CO2), se poate produce biogaz bogat în energie.
Biohidrogen: unele tipuri de alge formează hidrogen (H2) în anumite condiții.

Până în prezent nu există producție comercială de combustibil pentru alge. Cu toate acestea, se efectuează studii intensive la scară pilot. [3]

Cultura algelor

Până în prezent, cultivarea algelor a servit în primul rând pentru a furniza materii prime pentru industria chimică și farmaceutică și pentru a furniza aditivi alimentari sau ca alimente [4]. Există specii de macroalge multicelulare (de exemplu, alge brune, Laminaria sp., Palmaria sp.) sau microalge singulare până la multicelulare (de ex. Chlorella sp., Spirulina sp.) folosit. Specii bogate în carbohidrați precum Sargassum, Gracillaria, Prymodium parvum sau Euglena gracilis în cauză [5]. . Acestea pot proveni fie din stocuri naturale, fie din cultivare. În studiile privind producția de combustibil pentru alge, sunt utilizate specii din ambele clase. Sunt utilizate diferite sisteme de cultivare:

Cultivarea în rezervoare deschise

Cultivarea algelor se poate face prin acvacultură, de ex. B. în bazinele deschise se întâmplă. Controlul condițiilor este posibil doar într-o măsură foarte limitată cu această metodă, astfel încât potențialul ridicat de creștere a algelor poate fi exploatat doar într-o măsură limitată.

Cultivarea în reactoare cu alge

Reactoarele cu alge (fotobioreactoare) sunt sisteme închise sub formă de tuburi, plăci sau coloane de sticlă. Se pot folosi numai microalge cu înot liber. Avantajul sistemului este că există o suprafață semnificativ mai mare, astfel încât să poată intra mai multă lumină. În plus, condiții precum nutrienții, concentrația de CO2 și O2, temperatura, amestecul etc. pot fi mai bine controlate. În comparație cu culturile agricole, un multiplu de CO2 poate fi legat pe suprafață. Cu toate acestea, sunt necesare costuri mari de investiții și de exploatare. [6] CO2 necesar pentru cultivare poate proveni din procese de ardere, de exemplu din centrale electrice pe cărbune. Utilizarea aerului are dezavantajul că concentrația de CO2 este foarte scăzută la 0,038%, iar costurile de injecție a gazelor sunt ridicate.

Producția de combustibil

Când cultivați în rezervoare deschise, algele trebuie mai întâi recuperate. În timpul cultivării în bioreactoare, algele cu concentrație scăzută sunt separate de soluția apoasă de nutrienți prin centrifugare sau filtrare. Etapele procesului ulterior sunt în mare parte încă în curs de dezvoltare. De exemplu, algele cu un conținut ridicat de ulei pot fi presate sau extrase cu ajutorul hexanului. Uleiul conține în principal terpene, care pot fi transformate în combustibil. Procesele de producere a etanolului și biogazului ar putea fi derivate din plante existente care utilizează alte materii prime. În plus față de masa de alge neschimbată, reziduurile de presă de la extracția uleiului ar putea fi utilizate și aici. Biohidrogenul poate fi obținut direct din bioreactor sub formă de amestec gazos cu oxigen (O2).

Avantaje și dezavantaje

În prezent se desfășoară cercetări intensive pentru a face algele utilizabile pentru producția de biocombustibili și pentru separarea CO2. Sunt enumerate diferite avantaje și dezavantaje ale combustibilului pentru alge:

beneficii

Randamentul pe suprafață este semnificativ mai mare cu cultivarea în reactoare de alge decât cu producția agricolă de biomasă. Productivitatea microalgelor este dată de 15 ori mai bună decât rapița [7], în comparație cu porumbul, se dă un factor de 10 [6]
În cultivarea algelor, CO2 poate fi extras din gazele de eșapament, de ex. B. din centrale electrice pe cărbune, interceptate și fixate ca biomasă.

dezavantaj

Spațiul necesar pentru captarea completă a CO2 din gazele de eșapament ale unei centrale electrice pe cărbune este foarte mare. Pentru o centrală pe cărbune cu o putere de 1.100 MW și o emisie anuală de 5,4 milioane t CO2, se estimează că între 21.500 și 64.500 ha (215 până la 645 km 2) ar trebui să fie echipate cu reactoare cu microalge. La costuri cuprinse între 100.000 și 150.000 €/ha, ar fi necesare investiții totale în miliarde. [6] O instalație pilot comandată de RWE Power la sfârșitul anului 2008 are o dimensiune de 600 m 2, ceea ce ar corespunde în mod ideal cu 1/300.000 din suprafața necesară. [A 8-a]
Costurile de operare sunt un alt factor important. Estimările presupun 30.000 - 40.000 euro pe hectar și an. [6] Agenția Federală de Mediu estimează că costurile cultivării algelor pentru fixarea CO2 sunt extrem de ridicate și nu vede în prezent nicio poziție în procesul de producție care ar duce la reduceri semnificative de costuri. [7]
Consumul de energie pentru producție este ridicat. De exemplu, pomparea suspensiei de alge și separarea biomasei cu concentrație scăzută prin centrifugare sau filtrare este foarte consumatoare de energie.
În timpul iernii, productivitatea este semnificativ mai mică, deoarece, pe de o parte, algele cresc mai bine la temperaturi mai ridicate și, pe de altă parte, radiația solară și, prin urmare, fotosinteza este semnificativ mai mică.