Эксперты по биотопливу уже давно ищут более экономически выгодный способ превратить водоросли в сырую бионефть для питания транспортных средств, кораблей и даже самолетов. Исследователи из Университета Юты считают, что нашли ответ. Они разработали необычайно быстрый метод доставки рентабельной биосырой водоросли в больших количествах с помощью специально разработанного струйного смесителя.
Внутри микроорганизмов, растущих в прудах, озерах и реках, находятся липиды, которые представляют собой молекулы жирных кислот, содержащие масло, которое можно извлекать для питания дизельных двигателей. При экстрагировании липиды называются биосырыми. Это делает такие организмы, как микроводоросли, привлекательной формой биомассы, органического вещества, которое можно использовать в качестве устойчивого источника топлива. Эти липиды также обнаружены во множестве других одноклеточных организмов, таких как дрожжи, используемые при производстве сыра. Но проблема с использованием водорослей для получения биомассы всегда заключалась в количестве энергии, необходимой для извлечения липидов или биосырья из водных растений. Согласно существующим методам, для превращения водорослей в биосырье требуется больше энергии, чем количество энергии, которое вы извлекаете из них.
Команда инженеров-химиков из Университета Юты разработала новый тип струйного смесителя, который извлекает липиды с гораздо меньшими затратами энергии, чем старый метод экстракции., экономичное альтернативное топливо. Новый миксер также работает быстро, извлекая липиды за секунды.
Результаты группы были опубликованы в новом рецензируемом журнале Chemical Engineering Science X. Статью «Экстракция липидов из водорослей с помощью закрытых струйных смесителей» можно скачать здесь.
"Ключевым моментом здесь является попытка достичь энергетического паритета. Мы еще не достигли этого, но это действительно важный шаг к его достижению", - говорит доктор Леонард Пиз, соавтор статьи. «Мы устранили существенный барьер развития, чтобы сделать производство биотоплива из водорослей более эффективным и разумным. Наш метод значительно приближает нас к созданию энергетического паритета биотоплива, чем мы были раньше».
Прямо сейчас, чтобы извлечь богатые маслом липиды из водорослей, ученые должны сначала извлечь воду из водорослей, оставив либо суспензию, либо сухой порошок биомассы. Это самая энергозатратная часть процесса. Этот остаток затем смешивают с растворителем, в котором липиды отделяются от биомассы. Остается прекурсор, биосырье, используемое для производства биотоплива на основе водорослей. Затем это топливо смешивают с дизельным топливом для питания дальнемагистральных грузовиков, тракторов и другой крупной дизельной техники. Но поскольку для извлечения воды из растений в начале процесса требуется так много энергии, превращение водорослей в биотопливо до сих пор не было практичным, эффективным или экономичным процессом.
«Было предпринято много похвальных исследований по усовершенствованию биотоплива из водорослей, но ни одна из них еще не привела к ценовому уровню, способному привлечь коммерческое развитие. Наши разработки могут изменить это уравнение и вернуть биотопливо из водорослей в игру», - говорит Университет Доцент химического машиностроения штата Юта Свомитра «Бобби» Моханти, соавтор статьи. Другими соавторами являются бывший докторант химического машиностроения Университета Йен-Сун «Роберт» Ценг и доцент кафедры химического машиностроения Университета Джон МакЛеннан.
Команда создала новый смесительный экстрактор, реактор, который стреляет струями растворителя в струи водорослей, создавая локальную турбулентность, при которой липиды «прыгают» на небольшое расстояние в поток растворителя. Затем растворитель извлекается и может быть переработан для повторного использования в процессе. «Наши конструкции гарантируют, что вам не придется тратить всю эту энергию на сушку водорослей, и они намного быстрее, чем конкурирующие технологии», - отмечает Моханти.
Эта технология также может быть применена не только к водорослям, но и к различным микроорганизмам, таким как бактерии, грибки или любое масло микробного происхождения, говорит Моханти.
По данным Министерства энергетики США, в 2017 году около 5 процентов общего потребления первичной энергии в Соединенных Штатах приходилось на биомассу. Другие формы биомассы включают сжигание древесины для производства электроэнергии, этанол, который производится из таких культур, как кукуруза и сахарный тростник, а также пищевые и садовые отходы в виде мусора, который преобразуется в биогаз. Преимущество водорослей заключается в том, что их можно выращивать в прудах, желобах или специально разработанных биореакторах, а затем собирать для производства большого количества топлива. Выращивание водорослей в таких массовых количествах также могло бы положительно повлиять на атмосферу, уменьшив количество углекислого газа в воздухе.
«Это меняет правила игры», - говорит Пиз об их работе по исследованию водорослей. «Прорывные технологии, которые мы создаем, могут привести к революции в разработке биотоплива из водорослей и других клеток. Мечта может скоро стать реальностью».