Нефть, газ и уголь – основные источники энергии, которые использует человечество на протяжении многих десятилетий. Они играют ключевую роль в глобальной экономике и обеспечивают энергию для многих секторов, включая транспорт, промышленность и электроснабжение. Но их использование связано с целым рядом экологических и экономических проблем, такими как выбросы парниковых газов, загрязнение окружающей среды и истощение ресурсов.
В последние десятилетия наблюдается растущий интерес к возобновляемым источникам энергии, что позволяет снижать зависимость от ископаемых источников и минимизировать негативные последствия для окружающей среды. Современная наука нашла ещё один источник получения энергии, хотя и не самый очевидный.
Микроводоросли – новый ресурс для мировой экономики
Заведующий научно-исследовательской лабораторией «Лаборатория биотоплив» (BioFuelLAB) НИИ Химии Университета Лобачевского Антон Есипович рассказал о невероятных особенностях водорослей.
«Микроводоросли – возобновляемое сырьё, обладающее высокими темпами воспроизводства. Они свободны от сезонности, и это делает их конкурентоспособными в сравнении с другими возобновляемыми источниками сырья. Культивирование микроводорослей в отличие от сельскохозяйственной продукции не требует большой площади занимаемых пахотных земель, не приводит к их истощению и дальнейшим неблагоприятным последствиям», – рассказал учёный.
Ещё одним из самых главных плюсов водорослей можно считать их способность к большим объёмам фиксации диоксида углерода, которая влияет на выбросы парникового газа. Благодаря этому технология приближается к углеродной нейтральности. Для сравнения: сжигание биотоплива из микроводорослей на 70-90% снижает выбросы диоксида углерода. Напомним, диоксид углерода (CO₂), накапливаясь в атмосфере, может давать серьёзные последствия для окружающей среды и здоровья человека. Это парниковый газ, который способствует глобальному потеплению.
«Микроводоросли при определённых условиях высокоинтенсивного культивирования способны увеличивать свою биомассу в сотни раз за достаточно короткий промежуток времени. Кроме того, у них очень гибкий метаболизм. В зависимости от условий выращивания можно регулировать состав биомассы. Например, можно изменять соотношение белков, углеводов и липидов, регулировать жирнокислотный состав липидов и др. Благодаря такой особенности можно получать биомассу для различных направлений переработки в относительно короткий срок», – уточнил Антон Есипович.
Как водоросли используются для получения энергии
Сегодня наука знает несколько основных направлений переработки растительной биомассы для получения энергии. Это сырьё для получения биодизеля, биоэтанола, биоводорода, бионефти, биогаза и других видов с приставкой био. При накоплении биомассы, водоросли способны утилизировать значительное количество диоксида углерода: в среднем на 1 кг они «перерабатывают» около 1,8 кг углекислого газа. Однако возможности микроводорослей могут значительно различаться. Это зависит от штамма, поэтому под конкретную задачу нужно выбирать определённую разновидность микроводорослей.
«Один из самых известных видов биотоплива – биодизель. Это продукт переэтерификации триглицеридов, которые выступают основным компонентом растительных масел и животных жиров. Благодаря свойству некоторых штаммов микроводорослей накапливать до 80% липидов, они стали перспективным сырьём для производства данного вида топлива», – сказал Антон Есипович.
Ещё одно удивительное свойство микроводорослей открывает возможности по производству биоводорода. В первой половине XX века учёные обнаружили, что при недостатке серы в бескислородной среде некоторые виды микроводорослей способны изменять свой метаболизм до такой степени, что одним из основных из продуктов их жизнедеятельности становится водород. В будущем это имеет перспективы стать одним из основных направлений «зелёной» энергетики.
При чём для культивирования микроводорослей рассматриваются варианты использования отходов. Например, не исключено применение сточных вод в качестве питательной среды. Это позволит экономить на ценных минеральных веществах, входящих в состав питательных сред, и окажет положительный экологический эффект на очистку промышленных отходов. Использование солнечного света, как практически бесплатная альтернатива различным искусственным источникам, так же способствует снижению себестоимости биомассы. А ещё учёные говорят о возможности использования дымогарных газов для питания микроводорослей. Помимо снижения затрат на культивирование биомассы мы получаем частичное решение проблем, связанных с утилизацией диоксида углерода.
Как ещё можно использовать микроводоросли
Сегодня учёные Университета Лобачевского плотно работают над исследованиями в области оптимизации условий получения метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК) из биомассы микроводорослей. При этом интерес не ограничивается только лишь получением нового источника энергии и биотоплива. В НИИ Химии ННГУ уверены, что МЭЖК – перспективное сырьё для множества востребованных на рынке продуктов.
«Мы прорабатываем возможность использования эфиров жирных кислот в качестве пластификаторов, переработку их в стабилизаторы ПВХ, ингибиторы коррозии и многое другое. Также мы изучаем влияние жирно-кислотного состава на физико-химические свойства различных эфиров жирных кислот и продуктов на их основе. Обсуждается применение эфиров жирных кислот н многоатомных спиртов (триметилпропан, пентаэритрит, неопентилгликоль и др.) как основы базовых масел и смазок для различного применения. С помощью наших разработок мы надеемся прийти к созданию экономически целесообразного процесса комплексной переработки биомассы микроводорослей для получения химически востребованных продуктов с высокой добавленной стоимостью», – резюмировал Антон Есипович.