Как водоросли помогают энергетикам: чистая вода, биотопливо и электричество
Водоросли — источник полезных веществ и бесценный — а главное — неисчерпаемый ресурс получения чистой энергии и топлива. Как наука пытается приручить водяных обитателей для нужд человечества — в материале «Моей энергии».
Как получить тепло и свет из водорослей? Этот вопрос занимал умы ученых не одно десятилетие. Первые опыты с подводными жителями начались еще в 70-х годах, когда мир активно искал выход из нефтяного кризиса. С тех пор эксперименты с водорослями только набирают обороты. И не зря: эти растения обладают настоящими суперспособностями.
Посредством сложной операции — ферментирования с помощью микроорганизмов — исследователи уже научились добывать из водорослей чистое электричество. В результате брожения образуется метан, который поступает в газовый двигатель и вращает генератор. Так рождается «зеленая» электроэнергия. Еще один способ предложили ученые Стэнфордского университета, убив сразу двух зайцев. Выращенные на ферме водоросли заставили вырабатывать электричество в процессе фотосинтеза. Растения превращали солнечный свет в химическую энергию и далее — в чистый электрический ток, а запущенные, заросшие бассейны становились прозрачными.
Между тем водоросли — не только источник энергии, но и основа для получения биотоплива. Это еще один шаг к зеленой энергетике. Его делают из мусора, остатков еды и даже кофейной гущи. Однако именно водоросли — идеальный компонент для создания экологически чистого топлива: их много, они легко размножаются в естественных условиях и легко поглощают вредные вещества.
В мире немало разных примеров успешных экспериментов, не отстают от тренда и российские ученые. Команда Уральского федерального университета разработала уникальную технологию получения биоэтанола из технической воды на ТЭС и ТЭЦ.
На открытие ученых сподвиг тот факт, что теплоэлектроцентрали — основные поставщики тепла, света и горячей воды в России, — остаются крупнейшими источниками выбросов парниковых газов. Вредные газы на станциях появляются в процессе сжигания топлива.
Но это еще не все: вторым опасным побочным продуктом является вода, которая «забирает» тепло перегретого пара, вращающего турбины ТЭС и ТЭЦ. Называется она «сбросное тепло». В виде пара в больших объемах оно уходит в атмосферу или вместе с промышленными стоками сбрасывается в водоемы-накопители. Туда же после промывки дымовых газов и котлоагрегатов сливают техническую воду. Получается целый коктейль из воды, соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других вредных для окружающей среды веществ.
Уральские ученые придумали не сбрасывать воду в коллекторы, а направлять на очистку к водорослям, которые подселили в баки-отстойники. В качестве биофильтра для очистки воды (поглощения растворенных в ней углекислоты, химических соединений, частиц золы) ученые предложили использовать ряску, элодею и другие подводные растения.
«Наши опыты также показали, что водоросли, которые произвольно растут в таких „отстойниках“ или специально выращиваются в них, могут также поглощать цинк, магний, железо, алюминий, кремний и в особенности свинец», — рассказала руководитель исследований, старший преподаватель кафедры теоретической механики УрФУ Марина Волкова.
Вода, очищенная водорослями, по словам исследователей, полностью отвечает санитарным нормам и безопасна для окружающей среды. Еще одно новшество технологии в том, что сами водоросли, впитавшие вредные вещества, не вывозят на свалку, а значит, не загрязняют атмосферу, почву и воду. Вместо этого их отправляют на «детокс». До 48 часов растения, «накачанные» химическими веществами, обрабатываются ферментами и разлагаются. Если добавить в биомассу дрожжи, то начнется брожение. Вуаля — и из этого месива образовался биоэтанол, экологически чистое топливо последнего поколения.
По словам ученых, технологию можно применять для утилизации скошенной травы или испорченных овощей и фруктов, которые могут стать биотопливом и сократить выбросы углекислого газа. По расчетам ученых УрФУ, из 1 кг водорослей или других растений можно получать до 300 г 70-процентного этанола. Причем производство биоэтанола из пресноводных водорослей технологически проще, чем из морских, как, например, в Японии, и не нуждается в дополнительных химических процессах.
Интересно, что разработанная технология не требует создания новых производств. Получить биоэтанол можно в результате общего производственного цикла на ТЭЦ или ТЭС. По оценкам ученых, он может стать золотой жилой для энергетиков: потенциальный размер только российского рынка биоэтанола оценивается в 850 млн литров. Пока же производство биотоплива в России серьезно отстает от мировых показателей и основывается на использовании древесины.
«Мы предлагаем концепцию переходного звена от углеводородной к зеленой энергетике, в рамках которой противостояние может смениться совместными действиями», — отмечает завкафедрой атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Сергей Щеклеин.
Кто знает, может быть, со временем не водород и ветропарки, а именно водоросли спасут человечество от энергодефицита?..