Команда ученых из Перми и Калининграда провела значительное исследование, нацеливаясь на определение наиболее эффективной технологии производства биотоплива из морских водорослей. Исследование, ознаменовавшее сотрудничество Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (БФУ), позволило выявить оптимальные методы, которые могут быть использованы для экологически безопасной переработки водорослей. Эти результаты были опубликованы 6 августа согласно пресс-релизу ПНИПУ.
В последние годы на побережье Балтийского моря наблюдается активация цветения макроводорослей, что стало следствием изменения климата. Данное явление приводит к тому, что во время штормов на пляжи выбрасывается множество водорослей, что вызывает серьезные экологические проблемы. Гниение этого биологического материала не только создает неприятные запахи и снижает качество воздуха, но также приводит к выбросам парниковых газов, способствующих загрязнению близлежащих водоемов.
Для борьбы с этими негативными явлениями принимаются меры по очистке берегов, в рамках которых собранная биомасса часто отправляется на свалки. Однако такая утилизация — не единственный, а может даже и не лучший вариант. Водоросли можно переработать, превратив их в сырье для производства жидкости, которая могла бы быть использована в качестве альтернативного источника топлива. Процесс, конечно же, требует применения эффективных технологий переработки, что изначально требует изучения и анализа их жизнеспособности.
Таким образом, ученым было необходимо не только оценить существующие методы переработки биомассы, но также рассмотреть их экономическую оправданность и осуществить анализ воздействия на экологию и климат. В результате работы была проведена сравнение нескольких термических технологий, которые могут быть использованы для производства биотоплива из морских водорослей.
Итоги данной исследования были опубликованы в специализированной статье «Оценка жизненного цикла производства биотоплива из морских водорослей, выброшенных на берег, путем пиролиза и гидротермального сжижения», которая выйдет в журнале Energy Conversion and Management в 2024 году. В данной работе ученые освещают как «пиролиз», так и гидротермальное сжижение, анализируя их преимущества и недостатки с точки зрения не только затрат, но и воздействия на окружающую среду.
Исследование подчеркивает важность поиска устойчивых решений в период, когда изменения климата делают многие экосистемы уязвимыми для негативных последствий. Согласно выводам специалистов, внедрение эффективных технологий переработки биомассы может не только сократить выбросы парниковых газов, но и открыть новые горизонты для использования возобновляемых источников энергии.
Работа команд ученых из ПНИПУ и БФУ подчеркивает, что наука и технология могут эффективно противодействовать вызовам, с которыми сталкивается природа, и способствует продвижению идеи о том, что отходы могут становиться ресурсами, если к их переработке подойти грамотно и с экологической точки зрения.
В данной статье поднимается вопрос воздействия производства биотоплива на запасы продовольствия, особенно когда оно производится из пищевого сырья, такого как сельскохозяйственные культуры. Такой подход приводит к сокращению доступных ресурсов, необходимых для обеспечения продовольственной безопасности.
В отличие от этого, использование несъедобных растительных материалов требует выделения значительных площадей земли, что также представляет собой серьезную проблему. В то же время, биотопливо, полученное из водорослей, считается более экологически безопасным вариантом по сравнению с традиционным ископаемым топливом, которое преимущественно извлекается из нефти.
Основными методами производства жидкого топлива из растительной биомассы являются пиролиз и гидротермальное ожижение. Оба этих метода основываются на использовании высоких температур, однако на сегодняшний день отсутствуют детальные исследования, касающиеся их экономической эффективности и экологического воздействия.
Например, процесс производства авиатоплива из отходов лесной промышленности требует вдвое большего финансирования по сравнению с ископаемым топливом, хотя его углеродный след значительно ниже, что подчеркивает важность оценки экологической устойчивости технологий переработки.
В этом контексте исследователи акцентируют внимание на экологической и климатической эффективности различных технологий переработки морских водорослей. Эффективность пиролиза и гидротермального ожижения зависит от типа исходной биомассы, источников энергии и дальнейшего применения полученного биотоплива.
Эта ситуация ставит перед учеными задачу изучения полного жизненного цикла обеих технологий для выявления наиболее экологически безопасного и углеродно-нейтрального варианта.
Технология пиролиза, в частности, включает в себя двухэтапный процесс сушки собранной на пляже биомассы, после чего она направляется в пиролизную печь. В установке, где отсутствует доступ воздуха, эта биомасса подвергается воздействию высоких температур, что ведет к ее расщеплению на жидкую и газообразную фракции.
Такой процесс обещает новые перспективы для устойчивого производства энергоносителей, особенно в свете растущих экологических угроз и необходимости поиска альтернатив к ископаемым ресурсам. Применение данных технологий может стать важным шагом в направлении уменьшения углеродного следа и повышения общей эффективности использования земельных ресурсов.
Современные исследования должны сосредоточиться на оценке всех аспектов этих технологий, включая анализ жизненного цикла, чтобы определить, как различные факторы, такие как выбор сырья и методы обработки, влияют на конечный результат.
Это позволит не только улучшить экономические параметры процессов, но и значительно снизить их негативное воздействие на окружающую среду, что особенно актуально в условиях глобальной экологической нестабильности. Поэтому важно продолжать предпринимать шаги к более глубокой проработке этих вопросов.
Гидротермальное ожижение (ГТ) является инновационной технологией переработки биомассы, которая подразумевает ее прямое введение в реактор. В этом процессе биомасса подвергается воздействию крайне высоких температур, достигающих 290°C, и значительному давлению, колеблющемуся в диапазоне от 4 до 25 МПа. После завершения обработки суммарная реакция охладится, и полученная смесь направляется в другой реактор для разделения на три фазы: жидкую (бионефть), твердый остаток и газообразную фазу.
Данная технология привлекает внимание исследователей, анализирующих её воздействие на окружающую среду. Они оценивают, как гидротермальное ожижение и другие методы переработки водорослей влияют на шесть ключевых аспектов: изменение климата, истощение ископаемых ресурсов, токсичность для здоровья человека, разрушение озонового слоя и подкисление почвы.
По информации экспертов, оба рассматриваемых метода производства биотоплива демонстрируют более низкие выбросы парниковых газов по сравнению с традиционными процессами добычи ископаемого топлива. Это связано с рядом факторов. В отличие от процессов переработки нефти, пиролиз биомассы и гидротермальное ожижение требуют большего объема энергии. Однако, когда речь идет об эксплуатации, сжигание биотоплива приводит к выбросам углекислого газа, которые считаются климатически нейтральными. Напротив, сжигание нефти и производных из нее продуктов сопровождается гораздо более значительными выбросами парниковых газов.
Кроме этого, переход на возобновляемые источники энергии не только снижает уровень косвенных выбросов парниковых газов при производстве биотоплива из водорослей, но и увеличивает общую экологическую эффективность. Например, использование ветряных турбин для генерации электроэнергии может значительно улучшить экологическое воздействие и снизить нагрузку на окружающую среду. Особенно это заметно в контексте изменений климата, где предполагаемое снижение составляет более чем в два раза.
Если говорить о токсичности для человека и подкислении почвы, то нужно отметить, что топливо, получаемое методом гидротермального ожижения, демонстрирует более положительные показатели по сравнению с пиролизным методом — в 1,6 и 1,9 раза лучше соответственно. Дополнительные преимущества ГТ метода заметны также в контексте замены традиционных источников электроэнергии на альтернативные, что дополнительно увеличивает его привлекательность.
По результатам исследований, проведенных учеными ПНИПУ и БФУ, было установлено, что переработка избыточных водорослей в биотопливо является перспективной и экологически безопасной. Они сравнили различные термические методы получения биотоплива и выделили самый оптимальный вариант с точки зрения воздействия на окружающую среду. В будущем исследователи планируют продолжить изучение этой темы, что включит в себя также технико-экономический анализ производства данного типа биотоплива. Научные исследования в данной области будут содействовать внедрению устойчивых и эффективных технологий, которые могут значительно снизить негативное воздействие на природу и способствовать переходу к более чистым и возобновляемым источникам энергии.
