Algatüzelőanyag - biológia

Alga üzemanyag egy algákból nyert üzemanyag. [1] Az algák fotoszintetikus organizmusok, amelyek a vízben élnek, és nem kell, hogy filogenetikailag kapcsolatban álljanak egymással. A legtöbb édesvízben vagy sós vízben él. Az algák sokféle vegyületből állnak, és különböző folyamatokon keresztül bioüzemanyagként használhatók fel. Általában négy különböző között van Algatüzelőanyagok differenciált: [2]

Biodízel: Olaj nyerhető bizonyos algákból. Ezt átészterezéssel üzemanyaggá lehet átalakítani, amelynek tulajdonságai összehasonlíthatók a dízelüzemanyaggal.
Bioetanol: Az alga tömegének nagy részét kitevő szénhidrátok alkoholos erjesztéssel etanollá alakíthatók.
Biogáz: Az algatömeg metánnal (CH4) és szén-dioxiddá (CO2) való fermentálásával energiadús biogáz állítható elő.
Biohidrogén: bizonyos algatípusok bizonyos körülmények között hidrogént (H2) képeznek.

Eddig nincs algatüzelőanyag-kereskedelem. Azonban intenzív vizsgálatokat végeznek kísérleti szinten. [3]

Algakultúra

Eddig az algatenyésztés elsősorban a vegyipar és a gyógyszeripar nyersanyagának biztosítását, valamint az élelmiszer-adalékanyagok biztosítását vagy élelmiszerként szolgált [4]. Vannak többsejtű makroalgák (pl. Barna algák), Laminaria sp., Palmaria sp.) vagy egyszeres vagy többsejtű mikroalgák (pl. Chlorella sp., Spirulina sp.) használt. Szénhidrátban gazdag fajok, mint pl Sargassum, Gracillaria, Prymodium parvum vagy Euglena gracilis kérdéses [5]. . Ezek származhatnak természetes állományokból vagy termesztésből. Az algatüzelőanyag előállításának vizsgálata során mindkét osztályba tartozó fajokat alkalmaznak. Különböző termesztési rendszereket használnak:

Termesztés nyitott tartályokban

Az algák termesztése akvakultúrával történhet, pl. B. nyílt medencékben történnek. A körülmények ellenőrzése ezzel a módszerrel csak nagyon korlátozott mértékben lehetséges, így az algák magas növekedési potenciálja csak korlátozott mértékben használható ki.

Termesztés algareaktorokban

Az algareaktorok (fotobioreaktorok) zárt rendszerek üvegcsövek, lemezek vagy oszlopok formájában. Csak szabadon úszó mikroalgák használhatók. A rendszer előnye, hogy lényegesen nagyobb felület van, így több fény juthat be. Ezenkívül az olyan körülmények, mint a tápanyag, a CO2 és az O2 koncentrációja, a hőmérséklet, a keverés stb. Jobban szabályozhatók. A mezőgazdasági kultúrákhoz viszonyítva területenként a CO2 többszörösét lehet megkötni. Magas beruházási és működési költségek szükségesek. [6] A termesztéshez szükséges CO2 származhat égési folyamatokból, például széntüzelésű erőművekből. A levegő felhasználásának hátránya, hogy a CO2 koncentráció nagyon alacsony, 0,038%, és a gáz befecskendezési költségei magasak.

Üzemanyag előállítás

Nyílt tartályokban történő műveléskor először az algákat kell visszanyerni. A bioreaktorokban történő tenyésztés során az alacsony koncentrációjú algákat centrifugálással vagy szűréssel választják el a vizes tápoldattól. Az ezt követő folyamatlépések többnyire még fejlesztés alatt állnak. Például a magas olajtartalmú algákat préselhetjük vagy extrahálhatjuk hexán segítségével. Az olaj főleg terpéneket tartalmaz, amelyeket üzemanyaggá lehet feldolgozni. Az etanol és a biogáz előállításának folyamatai olyan meglévő üzemekből származhatnak, amelyek más nyersanyagokat használnak. A változatlan algatömeg mellett itt is felhasználhatók az olajkitermelésből származó présmaradványok. A biohidrogént közvetlenül a bioreaktorból nyerhetjük oxigénnel (O2) képezett gázkeverékként.

Előnyök és hátrányok

Jelenleg intenzív kutatások folynak annak érdekében, hogy az algák felhasználhatók legyenek a bioüzemanyagok előállításához és a CO2 szétválasztásához. Az algatüzelés számos előnyét és hátrányát sorolja fel:

előnyöket

Az egy területre jutó hozam szignifikánsan magasabb az algareaktorokban történő termesztésnél, mint a biomassza mezőgazdasági termelésénél. A mikroalgák termelékenysége 15-ször jobb, mint a repce [7], míg a kukoricához 10-es tényezőt adnak [6]
Az algák termesztése során a CO2 kipufogógázokból nyerhető ki, pl. B. biomasszaként elfogott és rögzített szénerőművekből.

hátrány

A széntüzelésű erőmű kipufogógázaiból történő CO2 teljes megkötéséhez szükséges hely nagyon magas. Az 1100 MW teljesítményű és évi 5,4 millió t CO2-kibocsátású szénerőmű esetében a becslések szerint 21 500 és 64 500 ha (215–645 km 2) között kellene mikroalgareaktorokat felszerelni. 100 000–150 000 €/ha költségekkel milliárdos beruházásokra lenne szükség. [6] Az RWE Power által 2008 végén megbízott kísérleti üzem mérete 600 m 2, amely ideális esetben a szükséges terület 1/300 000-nek felelne meg. [8.]
A működési költségek egy másik fontos tényező. Becslések szerint hektáronként és évente 30 000–40 000 EUR. [6] A Szövetségi Környezetvédelmi Ügynökség az algatermelés költségeit a CO2 rögzítéséhez is rendkívül magasra becsüli, és jelenleg nem lát olyan pontot a termelési folyamatban, amely jelentős költségmegtakarításhoz vezetne. [7]
A termelés energiafogyasztása magas. Például az algaszuszpenzió pumpálása és az alacsony koncentrációjú biomassza centrifugálással vagy szűréssel történő elválasztása nagyon energiaigényes.
Télen a termelékenység lényegesen alacsonyabb, mert egyrészt az algák magasabb hőmérsékleten nőnek jobban, másrészt a napsugárzás és így a fotoszintézis lényegesen alacsonyabb.