Использование микроводорослей в альтернативной энергетике. Культивирование микроводорослей

Одной из многообещающих технологий альтернативной энергетики является использование микроводорослей в качестве потенциального биотоплива. Микроводоросли, которые часто называют биотопливом третьего поколения, имеют целый ряд преимуществ перед другими видами биомассы, используемых для производства биотоплива (главным образом кукурузой и соевыми бобами). Тысячи штаммов микроводорослей обитают как в пресной, так и в соленой воде, а часть из них имеет высокое содержание масел и может использоваться в качестве биотоплива. Как источник топлива, микроводоросли имеют большую продуктивность по сравнению с другими видами сырья. Более того, их использование не подразумевает расходование ценного пищевого сырья, а реализовывать данную технологию возможно и в условиях засушливого климата, т.е. позволяет обходиться без эксплуатации пахотных земель.

Для выращивания микроводорослей требуется вода, солнечный свет, углекислый газ, а в качестве пищи для них – азот. Через процесс фотосинтеза микроводоросли потребляют углекислый газ и под воздействием солнечного света преобразуют его в углеродосодержащие соединения, такие как сахар, крахмал и жиры. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород. Многие штаммы микроводорослей выделяют масло (жиры), как естественный продукт процесса фотосинтеза. Эти масла, отделенные от биомассы, представляют собой бионефть, которая посредством традиционных технологий очистки позволяет получать дизельное топливо, бензин, керосин и биохимическое сырье (в т.ч. и полимерные добавки). Оставшаяся после отделения масел биомасса может быть эффективно утилизирована в производстве нутрацевтиков, кормов для животных и других продуктов. Некоторые эксперты заявляют, что определенные штаммы микроводорослей могут производить даже этанол, как побочный продукт процесса фотосинтеза.
Микроводоросли могут выращиваться как в открытых водоемах, так и в закрытых трубопроводных системах, называемых фото-биореакторами (PBR), которые построены на основе прозрачных пластиковых труб и которые располагают под прямыми солнечными лучами.

Несмотря на то, что в последнее время были сделаны большие достижения в области в технологиях разделения и выращивания микроводорослей, их коммерческое использования находится еще в зачаточном состоянии. Ряд экспертов утверждает, что единственный экономически оправданный способ выращивания микроводорослей – в открытых прудах. Другие, наоборот, считают более эффективными использование закрытых биореакторов, поскольку в этом случае исключено заражение культуры микроводорослей нежелательными штаммами, возможен полный контроль процесса для оптимизации производительности, а также отбор оптимальных штаммов для конкретных условий выращивания и вида конечного продукта.

В связи с этим возникает еще одна сфера применения пластиковых труб в альтернативной энергетике – производство биореакторов.

В целом биореактор представляет собой закрытый сосуд для культивации микроводорослей, в котором можно регулировать поступление света, температуры и питательных веществ. Как правило, он состоит из системы вертикальных или горизонтальных труб, идущих параллельно друг другу, которые освещаются естественным или искусственным освещением. Для этой цели разработаны и применяются трубы различных диаметров из УФ-защищенного прозрачного ПВХ.

В этих трубах циркулирует питательная среда для микроводорослей, состоящая из воды и растворенных в ней углекислого газа и питательных веществ (в основном – нитратов и фосфатов). Основная задача – построение системы, обеспечивающей равномерное поступление питательной среды в комбинации с достаточной освещенностью.
Трубы из прозрачного ПВХ предлагают экономически оправданное решение, за счет высокой стойкости к коррозии, гладкости внутренних стенок (для обеспечения равномерности потока и уменьшения осаждения на стенках), хороших оптических свойств, а также простоты монтажа и технологичности. За счет этих свойств они имеют преимущество перед трубами, например, из стекла или поликарбоната. Кроме того, специальный состав применяемого для их изготовления сырья, позволяет пропускать лишь лучи видимого диапазона, необходимые для роста микроводорослей и задерживать УФ-излучение, губительное для них.

Независимо от применяемой технологии выращивания, применение микроводорослей востребовано для решения задачи улавливания двуокиси углерода, которая в последнее время все более остро стоит перед энергетическими, нефтехимическими и металлургическими компаниями. Вместо традиционных методов, например закачивания в истощенные нефтяные скважины, двуокись углерода может использоваться в качестве пищи для микроводорослей, что в свою очередь позволяет получать множество полезных продуктов.