ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 32
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
третье поколение биотоплива — это совершенно новая вещь. В основе процесса получения биотоплива лежат фотосинтетические микроводоросли. Они используют энергию света для того, чтобы поглотить углекислоту из воздуха для производства органических соединений.
Микроводоросли очень маленькие — 1, 2, 3, 10 микрометров в диаметре и способны производить очень большое количество жиров внутри клетки — липидов. Эти липиды обладают длинной углеродной цепочкой. Их можно выделить и переработать в биотопливо. Плюсы в том, что этим микроводорослям не нужно выращивать корневую систему, листья и так далее, то есть это просто клетки с липидами внутри. Они очень быстро растут, их можно достаточно технологично собирать. И сейчас это, конечно, очень интересное направление.
Как выглядит процесс получения биотоплива третьего поколения?
Для начала нужно вырастить микроводоросли. Затем эту биомассу нужно собрать.
Ее можно просто взять как есть, засунуть в установку и поднять температуру давление. Произойдет гидрокрекинг и выделится фракция бионефти. Ее мы можем почистить на обычных нефтеперегонных установках. Существует и другой вариант. Мы можем выделить какую-то фракцию из биомассы микроводорослей и переделать ее в биотопливо химически. И таких технологий очень много.
Если сравнивать с обычными сельскохозяйственными культурами, из микроводорослей можно получить на порядок больше биотоплива. Это происходит из-за того, что, во-первых, им не нужно синтезировать корни, ветки, листья, они представляют собой маленькие клетки. Во-вторых, они очень быстро растут. Сельскохозяйственная культура растет в течение длинного сезона. А для того чтобы вырастить микроводоросли, нужна пара недель.
Что представляет собой лаборатория по производству биотоплива из микроорганизмов?
Основа такой лаборатории — это большая установка под названием «фотобиореактор». Они могут быть как открытыми, так и закрытыми. Открытые фотобиореакторы — это пруды, заполненные водой темно-зеленого цвета, закрытые — это целлофановые мешки или пластиковые трубы, внутри которых растут микроводоросли. Когда они вырастают, их собирают, разрушают, выделяют нужную фракцию, и потом уже эту фракцию химически перерабатывают. Есть еще и четвертое поколение биотоплива. Это технология, при которой используются фотосинтезирующие цианобактерии, которые напрямую производят конечный продукт из СО2. Такой способ очень сильно повышает производительность системы. Представьте себе клетку, которая осуществляет фотосинтез. Она поглотила молекулу углекислого газа из воздуха, превратила ее в органическое соединение, а затем туда, в эту клетку, добавили, например, два гена. Ферменты,
которые кодируются этими генами, переработали эти органические соединения в этанол, спирт вышел из клетки наружу. После этого мы можем сделать систему, в которой поверхность воды в фотобиореакторе будет нагреваться солнечным светом, и с нее будет испаряться спирт. Затем можно конденсировать спирт и собирать его. Это очень интересная разработка, она позволяет избежать всех промежуточных этапов сбора и переработки биомассы, сейчас в США она находится на ранней промышленной стадии.
В России, конечно, тоже существует много технологий, в том числе основанных на еще советских разработках. Но нас тормозит то, что в России пока не создан рынок биотоплива. Например, если мы произведем этанол, с него будут брать акцизы, в то время как технически возможно сразу на заводе добавлять этанол в бензин и получать биотопливо. Сейчас идет обсуждение возможности добавления 5% спирта в бензин. Экономический эффект от этого тоже был бы положительный. В России есть огромные территории, где занимаются сельским хозяйством, но экономически рентабельно вывозить зерно на экспорт достаточно сложно. Ведь у нас пока что не очень большой внутренний рынок по сравнению с площадями доступными для развития сельского хозяйства. Можно конечно использовать зерно в качестве корма для скота, но, к сожалению, у нас еще недостаточно развито животноводство. Поэтому производство биотоплива или биопластиков может стать весьма перспективным направлением развития сельского хозяйства. Сейчас рынок биопластиков растет со скорость около 20% в год. Это очень перспективная тема.
2.2.Какие еще есть виды биотоплива?
Сейчас в разработке находится пятое поколение. Это электробиосинтез — использование электричества для синтеза биотоплива. Существуют микробы, которые способны потреблять электроэнергию с электрода, погруженного в раствор. Потенциально они обладают очень высоким КПД. Например, КПД солнечной батареи, которую можно купить в супермаркете составляет порядка 10-15%. Некоторые микроорганизмы способны направлять до 80% электронов полученных с электрода на синтез органических соединений. Если мы сосчитаем 80% от 10-15%, то получится, что порядка 8-12% энергии солнечного света используется для синтеза органических соединений. Казалось бы, не очень много. Но если сравнивать с обычным фотосинтезом, на котором существует вся биосфера, то он обладает эффективностью около 1% конверсии.
2.3.Какие преимущества есть у этого поколения биотоплива?
Во-первых, это возобновляемый ресурс. То есть его можно использовать очень долго, не обращая внимания на то, что у нас заканчивается нефть или что-то еще происходит. Во-вторых, если мы действительно придумаем такие технологии, которые не будут занимать площади для сельского хозяйства и тратить пресную воду, то тогда мы сможем увеличить производство и продуктов питания и биотоплива. Более того, с помощью таких технологий можно получать биополимеры, пищевые добавки и т. д. Даже еду на определенном этапе развития технологии можно было бы синтезировать таким образом.
Сейчас растет количество населения. Нас сейчас около семи миллиардов. Через 35 лет нас будет уже более девяти миллиардов, это на 35% больше. А вот еды, по прогнозам, человечество будет потреблять на 100% больше. Свободной земли приемлемого качества для того, чтобы увеличить в два раза производство питания, у нас к сожалению нет, поэтому нужна глобальная интенсификация производства продуктов питания.
Какие основные проблемы существуют в развитии этого направления?
На мой взгляд, главное — это создание рынка. Когда создается рынок, сразу привлекается частная инициатива, а это мощнейший драйвер для развития данной отрасли. Мне кажется, основные задачи на данный момент — это грамотная государственная экономическая политика по созданию рынка биотоплива и биополимеров, а также стимулирование научных исследований в этой области.
Использование водорода в качестве топлива – идея не столь новая: способность этой молекулы производить большое количество энергии была открыта еще в XIX веке. Им можно заправить как двигатель внутреннего сгорания, так и газотурбинный двигатель, но из-за ограничений, которые он накладывает на работу этих механизмов, и возможных неблагоприятных последствий для окружающей среды водород сегодня преимущественно используется в специальных топливных элементах. Топливный элемент - устройство, эффективно вырабатывающее тепло и постоянный ток в результате электрохимической реакции и использующее богатое водородом топливо
4. Список литературы
1.Водород как альтернативный вид топлива — текст работыrevolution.allbest.ru›Производство›00019628_0.html 2. Водородное топливо. | По типу работыwebkursovik.ru›kartgotrab.asp?id=-103858 3.Водородное топливо для автотранспорта - Экология...KazEdu.kz›referat/69842
4. Б.Н., Кушлин В.И., Яковец Ю.В. На пути к водородной...
twirpx.com›file/298552/.
5. На пути к водородной энергетике
otherreferats.allbest.ru›Физика›00256404_0.html
6. Переход к водородному топливу
mosvet.ru›page419-page4.html
7. Экология. Промышленнаяутилизация.Переработка...
novellamultimedia.narod.ru›public/2010-garbage-89…
8. Яковец Ю.В. Россия: стратегия перехода к водородной...
studmed.ru›kuzyk…perehoda-k-vodorodnoy-energetike…
Микроводоросли очень маленькие — 1, 2, 3, 10 микрометров в диаметре и способны производить очень большое количество жиров внутри клетки — липидов. Эти липиды обладают длинной углеродной цепочкой. Их можно выделить и переработать в биотопливо. Плюсы в том, что этим микроводорослям не нужно выращивать корневую систему, листья и так далее, то есть это просто клетки с липидами внутри. Они очень быстро растут, их можно достаточно технологично собирать. И сейчас это, конечно, очень интересное направление.
Как выглядит процесс получения биотоплива третьего поколения?
Для начала нужно вырастить микроводоросли. Затем эту биомассу нужно собрать.
Ее можно просто взять как есть, засунуть в установку и поднять температуру давление. Произойдет гидрокрекинг и выделится фракция бионефти. Ее мы можем почистить на обычных нефтеперегонных установках. Существует и другой вариант. Мы можем выделить какую-то фракцию из биомассы микроводорослей и переделать ее в биотопливо химически. И таких технологий очень много.
Если сравнивать с обычными сельскохозяйственными культурами, из микроводорослей можно получить на порядок больше биотоплива. Это происходит из-за того, что, во-первых, им не нужно синтезировать корни, ветки, листья, они представляют собой маленькие клетки. Во-вторых, они очень быстро растут. Сельскохозяйственная культура растет в течение длинного сезона. А для того чтобы вырастить микроводоросли, нужна пара недель.
Что представляет собой лаборатория по производству биотоплива из микроорганизмов?
Основа такой лаборатории — это большая установка под названием «фотобиореактор». Они могут быть как открытыми, так и закрытыми. Открытые фотобиореакторы — это пруды, заполненные водой темно-зеленого цвета, закрытые — это целлофановые мешки или пластиковые трубы, внутри которых растут микроводоросли. Когда они вырастают, их собирают, разрушают, выделяют нужную фракцию, и потом уже эту фракцию химически перерабатывают. Есть еще и четвертое поколение биотоплива. Это технология, при которой используются фотосинтезирующие цианобактерии, которые напрямую производят конечный продукт из СО2. Такой способ очень сильно повышает производительность системы. Представьте себе клетку, которая осуществляет фотосинтез. Она поглотила молекулу углекислого газа из воздуха, превратила ее в органическое соединение, а затем туда, в эту клетку, добавили, например, два гена. Ферменты,
которые кодируются этими генами, переработали эти органические соединения в этанол, спирт вышел из клетки наружу. После этого мы можем сделать систему, в которой поверхность воды в фотобиореакторе будет нагреваться солнечным светом, и с нее будет испаряться спирт. Затем можно конденсировать спирт и собирать его. Это очень интересная разработка, она позволяет избежать всех промежуточных этапов сбора и переработки биомассы, сейчас в США она находится на ранней промышленной стадии.
В России, конечно, тоже существует много технологий, в том числе основанных на еще советских разработках. Но нас тормозит то, что в России пока не создан рынок биотоплива. Например, если мы произведем этанол, с него будут брать акцизы, в то время как технически возможно сразу на заводе добавлять этанол в бензин и получать биотопливо. Сейчас идет обсуждение возможности добавления 5% спирта в бензин. Экономический эффект от этого тоже был бы положительный. В России есть огромные территории, где занимаются сельским хозяйством, но экономически рентабельно вывозить зерно на экспорт достаточно сложно. Ведь у нас пока что не очень большой внутренний рынок по сравнению с площадями доступными для развития сельского хозяйства. Можно конечно использовать зерно в качестве корма для скота, но, к сожалению, у нас еще недостаточно развито животноводство. Поэтому производство биотоплива или биопластиков может стать весьма перспективным направлением развития сельского хозяйства. Сейчас рынок биопластиков растет со скорость около 20% в год. Это очень перспективная тема.
2.2.Какие еще есть виды биотоплива?
Сейчас в разработке находится пятое поколение. Это электробиосинтез — использование электричества для синтеза биотоплива. Существуют микробы, которые способны потреблять электроэнергию с электрода, погруженного в раствор. Потенциально они обладают очень высоким КПД. Например, КПД солнечной батареи, которую можно купить в супермаркете составляет порядка 10-15%. Некоторые микроорганизмы способны направлять до 80% электронов полученных с электрода на синтез органических соединений. Если мы сосчитаем 80% от 10-15%, то получится, что порядка 8-12% энергии солнечного света используется для синтеза органических соединений. Казалось бы, не очень много. Но если сравнивать с обычным фотосинтезом, на котором существует вся биосфера, то он обладает эффективностью около 1% конверсии.
2.3.Какие преимущества есть у этого поколения биотоплива?
Во-первых, это возобновляемый ресурс. То есть его можно использовать очень долго, не обращая внимания на то, что у нас заканчивается нефть или что-то еще происходит. Во-вторых, если мы действительно придумаем такие технологии, которые не будут занимать площади для сельского хозяйства и тратить пресную воду, то тогда мы сможем увеличить производство и продуктов питания и биотоплива. Более того, с помощью таких технологий можно получать биополимеры, пищевые добавки и т. д. Даже еду на определенном этапе развития технологии можно было бы синтезировать таким образом.
Сейчас растет количество населения. Нас сейчас около семи миллиардов. Через 35 лет нас будет уже более девяти миллиардов, это на 35% больше. А вот еды, по прогнозам, человечество будет потреблять на 100% больше. Свободной земли приемлемого качества для того, чтобы увеличить в два раза производство питания, у нас к сожалению нет, поэтому нужна глобальная интенсификация производства продуктов питания.
Какие основные проблемы существуют в развитии этого направления?
На мой взгляд, главное — это создание рынка. Когда создается рынок, сразу привлекается частная инициатива, а это мощнейший драйвер для развития данной отрасли. Мне кажется, основные задачи на данный момент — это грамотная государственная экономическая политика по созданию рынка биотоплива и биополимеров, а также стимулирование научных исследований в этой области.
-
Заключение
Использование водорода в качестве топлива – идея не столь новая: способность этой молекулы производить большое количество энергии была открыта еще в XIX веке. Им можно заправить как двигатель внутреннего сгорания, так и газотурбинный двигатель, но из-за ограничений, которые он накладывает на работу этих механизмов, и возможных неблагоприятных последствий для окружающей среды водород сегодня преимущественно используется в специальных топливных элементах. Топливный элемент - устройство, эффективно вырабатывающее тепло и постоянный ток в результате электрохимической реакции и использующее богатое водородом топливо
-
Водородная энергетика—отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки, производства и потребления энергии. -
Существующие виды электростанций: тепловые, солнечные, атомные, приливные, водородные гидроэлектростанции. -
Промышленные способы получения водорода: конверсия метана с водяным паром, электролиз водных растворов солей, каталитическое окисление кислородом. В лаборатории: действие разбавленных кислот на активные металлы, действие щелочей на цинк или алюминий, с помощью электролиза воды. -
На основании результатов и проведенной работы, можно сделать вывод, что синтез биотоплива прост и доступен в реализации. Таким образом, делаем вывод, что биотопливо – это отличная альтернатива привычному топливу, которая также имеет ряд плюсов, в том числе улучшает работу двигателя, экологичен и нетоксичен. Поэтому мы смело можем сказать, что биотопливо – это топливо будущего.
4. Список литературы
1.Водород как альтернативный вид топлива — текст работыrevolution.allbest.ru›Производство›00019628_0.html 2. Водородное топливо. | По типу работыwebkursovik.ru›kartgotrab.asp?id=-103858 3.Водородное топливо для автотранспорта - Экология...KazEdu.kz›referat/69842
4. Б.Н., Кушлин В.И., Яковец Ю.В. На пути к водородной...
twirpx.com›file/298552/.
5. На пути к водородной энергетике
otherreferats.allbest.ru›Физика›00256404_0.html
6. Переход к водородному топливу
mosvet.ru›page419-page4.html
7. Экология. Промышленнаяутилизация.Переработка...
novellamultimedia.narod.ru›public/2010-garbage-89…
8. Яковец Ю.В. Россия: стратегия перехода к водородной...
studmed.ru›kuzyk…perehoda-k-vodorodnoy-energetike…