Растущий объем потребления природных топливных ресурсов (нефти, газа), при сокращении их запасов ставит задачу поиска новых источников энергии. Наиболее перспективным является путь использования возобновляемых экологически безопасных источников энергии. В настоящее время в качестве возобновляемых источников энергии в основном рассматривается выращивание и использование биомассы различных зерновых и масляничных культур. Из них получают биоэтанол и биодизель. Мир стоит на пороге значительной трансформации сельского хозяйства и масштабных вырубок лесов. Вырубка тропических лесов под посадки сахарного тростника и масляничных культур ведет к изменению климата и серьезным экологическим проблемам. Одной из главных причин, определяющих в долгосрочной перспективе невозможность производства биотоплива из используемых «топливных культур» в количествах достаточных для существенной замены нефтяного топлива, является ограниченность имеющихся на Земле ресурсов пресной воды.
Эффективной возобновляемой культурой, обладающей наибольшим потенциалом с точки зрения выработки энергии, для которой не нужны пахотные земли, которая в процессе жизнедеятельности потребляет СО2, а выделяет О2 является микроводоросли. Микроводоросли по энергетическому выходу значительно превосходят пальмовое и рапсовое масло, обычно применяемое для производства биодизеля. С одного акра земли можно получить 265 литров рапсового масла, или 2400 литров пальмового масла в год. С такой же площади водной поверхности можно получать более 20 000 литров водорослевого масла. Микроводоросли обладают самым эффективным аппаратом по биоконверсии солнечной энергии и являются ее природными биоаккумуляторами.
Первые сообщения о возможности использования микроводорослей для производства пищевых продуктов относятся к XVI в. В 1521 г. Бер-нол Диас упомянул о галетах, которые продавались на базаре в Мехико и состояли из высушенных слоев микроводоросли спирулины. Дальнейший тщательный анализ образцов спирулины показал, что она содержит до 70% белка, 19% углеводов, 6% пигментов, 4% липидов, 4% нуклеиновых кислот. Возник интерес к массовому культивированию микроводорослей. Сначала основное внимание было сконцентрировано на получении продуктов питания, но затем выявили другие области применения микроводорослей, включая биоконверсию солнечной энергии. Эксперименты по массовому культивированию микроводорослей проводятся все более интенсивно с начала 50-х годов.
За период с 1950 по 1970 г. был достигнут значительный прогресс в технологии массового культивирования микроводорослей в таких странах, как Япония, ФРГ, Израиль, Франция, США и Мексика. Культивирование производилось как в специально построенных для этой цели установках, так и в естественных водоемах. В этих странах была получена следующая средняя продуктивность: в США 30 г/м2 в день, Японии — 12 г/м2 в день, Израиле — от 10 до 40 г/м2 для зимних и летних условий соответственно.
В зависимости от целей использования культивируются различные микроводоросли. Некоторые из низ в процессе метаболизма продуцируют углеводы, которые можно использовать для получения газообраз,но-го, жидкого или твердого топлива.
Идея использования углеводородов, вырабатываемых растениями, не нова. В США из молочая чиновидного, распространенного в Калифорнии, получают 3000 л масла с 1 га. Такое же количество дает молочай, культивируемый в Японии. Из нефтяного ореха, растущего на Филиппинах, получают 300 л масла, содержащего 75-80 долей октана.
Появились сообщения о способности некоторых водорослей вырабатывать углеводороды, об успешном их использовании для производства нефти. Так, в Израиле в 1976 г. была получена высокосортная нефть из водорослей, обильно разрастающихся в соленых водоемах при ярком солнечном свете. Обнаружили быстро растущую зеленую водоросль дуналиеллу, которая в естественных условиях при минимальных затратах дает значительный «урожай». Было показано, что из биомассы дуналиеллы, получаемой с 1м2, в день можно выделить 11 г протеина, 8 г глицерина, 0,4 бета-каротина.
Исследование возможности применения различных видов водорослей в промышленных целях проводились в Институте исследований солнечной энергии (США). Изучив несколько тысяч видов водорослей, выделили 10-12 наиболее перспективных. Однако исследования показали, что в большинстве случаев количество углеводородов составляет лишь примерно 0,1% сухого веса биомассы. Единственным исключением является ботриококкус браунии, которая имеет две разновидности: зеленая – до 36% углеводородов и коричневая — до 86% сухой массы клеток водоросли.
Углеводороды, вырабатываемые ботриококкусом браунии, в основном локализованы на наружной поверхности клетки и могут быть удалены простыми механическими методами. Остающуюся биомассу можно либо возвратить в культиватор, либо подвергнуть гидрокрекингу, в процессе которого из нее получают 65% газолина, 15% авиационного топлива, 3% остаточных масел. Таким образом, задача культивирования микроводорослей для производства энергии принципиально решена: созданы соответствующие установки, найдены подходящие виды водорослей.
Автор статьи: ст. гр БТ «УГХТУ » Мельников М.