Биотопливо — одно из самых экологичных направлений альтернативной энергетики. Ведь получать его можно из того, что сегодня списывается как мусор — например, по замыслу учёных Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН, из отходов пивоваренных производств. Для этого всего-то и нужно, что посадить в промышленные стоки специальные растительные культуры.
«Одно из направлений деятельности нашей лаборатории — получение биотоплива из микроводорослей. Они подходят для этих целей, потому что быстро растут, широко распространены в природе (имеются многочисленные виды в почвах, как в пресных, так и в солёных водоёмах), к тому же запасают большое количество липидов, которые можно потом перерабатывать в ценные химические вещества, например, в биодизель», — рассказывает младший научный сотрудник ИК СО РАН Александр Васильевич Пилигаев, получивший на это исследование грант мэрии Новосибирска.
Обычно жизненный цикл микроводорослей, за который они успевают вырасти и набрать биомассу, составляет порядка 2-х недель.
Извлекаемые жиры по составу сходны с растительными маслами (оливкое, соевое, и т.д.), но быстрее нарабатываются — урожай водорослей можно собирать около 30-40 раз в год.
Есть разные способы выращивания этой культуры. Первый — в специальных фото-биореакторах, куда подаётся определённое количество органических, либо неорганических веществ (фосфатов, нитратов). Микроводоросли потребляют их, накапливают биомассу, затем учёные отделяют её от воды и извлекают липиды, которые потом перерабатывают в биотопливо и ценные химические вещества. Второй вариант — в открытых прудах. Опять же, туда необходимо закладывать питательный компонент, который становится основой для культивирования.
Третий способ, на разработку которого и выделен грант, — это выращивание водорослей на сточных водах пищевой промышленности. Иная не подходит потому, что в её отходах обязательно присутствуют тяжёлые металлы — если пропустить их через водоросли, они окажутся в сырье и сделают его непригодным для переработки в биотопливо. Стоки же пивоваренных производств относятся к пятому (наименьшему) классу опасности, так как содержат большое количество органического компонента, который микроводоросли способны потреблять и перерабатывать. Однако они по-своему вредят экологии и человеку — попадая в стоки муниципальных систем, начинают бродить и приводят к «вспуханию» илов, из-за чего очистные сооружения плохо справляются с нагрузкой. «Было бы эффективнее, чтобы туда поступали менее богатые органическими компонентами отходы. Как раз с этим могут справиться микроводоросли, которые способны осуществлять так называемую «предпереработку», — говорит Александр. То есть с помощью одной технологии можно убить сразу двух зайцев — и снизить нагрузку на городские сточные системы, и получать биотопливо.
Сейчас задача исследователей заключается в том, чтобы из всех имеющихся штаммов водорослей выбрать подходящий, который способен расти на стоках. Всего в природе существует более 50 тысяч видов такой культуры. Но не каждый из них обладает нужной скоростью роста и высоким содержанием липидов.
В разных регионах России (и даже дальнего зарубежья) учёные собирали образцы почв, воды, из них выделяли водоросли и тестировали их на наличие липидов. Отбирались самые богатые ими продуктивные быстрорастущие штаммы. На выходе осталась коллекция, в которой сейчас находится около сотни экземпляров. Все они проходят тестирование на пилотных установках по наработке биомассы в Институте катализа СО РАН. Когда будут найдены наиболее эффективные штаммы, на них оформят патенты, и если какие-то из предприятий заинтересуются разработкой, исследователи смогут с ними сотрудничать.
К настоящему времени в специально сконструированных фотобиореакторах учёным уже удалось получить образцы биомассы микроводорослей, а также провести опыты по их переработке в присутствии как гомогенных, так и гетерогенных катализаторов. Результат — экспериментальные образцы биотоплива. Сейчас ведутся дальнейшие исследования по увеличению продуктивности липидов и оптимизации переработки получаемого сырья.
Однако до практического применения этой технологии ещё очень далеко. «Пока что рынка сбыта биотоплива и микроводорослей не существует. Это такой сегмент, который в России будет развиваться тяжело, поскольку у нас есть много других природных ресурсов. Тем не менее, уже приняты законопроекты, обязующие переходить в будущем на возобновляемые источники энергии. В разработку таких технологий привлекаются большие инвестиции, — рассказывает Александр Пилигаев. — В Европе, США к этому подходят более серьёзно — там уже строятся экспериментальные заводы по наработке и выращиванию нужных культур. У нас же такие проекты пока единичны — например, где-то используют микроводоросли для получения кормового белка для животных. Однако развитой отрасли биотоплива ни в России, ни в мире ещё нет. Она пока больше носит характер демонстрационных установок и прототипов».
Проблема в том, что если сейчас создавать такую технологию и воплощать её на практике, то топливо на выходе будет дороже традиционного из нефти в 5-6 раз. Получит ли это направление дельнейшее развитие, будет зависеть от того, насколько учёным удастся удешевить способы культивирования водорослей, извлечения из них масла, а из него – биотоплива.
Как сообщает Александр Пилигаев, необходимо, во-первых, искать высокоэффективные штаммы, а во-вторых, увеличивать продуктивность биомассы за счёт кооперирования различных технологий. Например, микроводоросли способны не только расти на органическом сырье, но и питаться углекислотой. То есть дымовые отходы ТЭЦ также можно использовать для их культивирования. «Нужно делать всё возможное, чтобы удешевить получение биомассы, и тогда можно говорить о том, что биотопливо будет существовать в нашей реальности», — утверждает учёный.
Диана Хомякова
Фотографии предоставлены Институтом катализа им. Г. К. Борескова СО РАН
