Wiley жаңартылатын энергия
жүктеу/скачать 4,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| 2.2.4 Үшінші буын биоотыны
Үшінші буын биоотын лигноцеллюлоза биомассасынан алынатын балдырлар мен сутектен алынады. Оларды қайта өңдеу нәтижесінде алынған өнімдер үшінші ұрпақ ретінде сипатталады,өйткені олар жерді пайдалануды қажет етпейді. Олардың өндірістік технологияларында қантты, крахмалды және лигноцеллюлозаның барлық формаларын қысқа тізбекті мақсатты көміртекті қосылыстарға айналдыру үшін каталитикалық риформинг тәсілдері қолданылады. Үшінші буын биоотын өндірісінің технологиясы әлі де әзірлену сатысында және олардың ірі ауқымды өндірісі орта және ұзақ мерзімді перспективада күтіледі. 2.2.4.1 Биомассадан жасалған сутегі Сутегі, "болашақ отыны" ұзақ уақыт оның жоғары энергия сыйымдылығы мен тұрақтылығына байланысты энергияның жақсы көзі болып саналды, ақырында, энергетикалық теңгерімнің маңызды 23 компоненті болуы мүмкін. Оның сұранысы энергия көзі ретінде оны пайдаланумен шектелмейді. Газ тәрізді сутегі химикаттар өндіру үшін, тамақ өнеркәсібінде майлар мен майларды гидрирлеу, маргарин өндіру, болатты өңдеу үшін, сондай-ақ мұнай өңдеу зауыттарында бензиннің құрамын тұзсыздандыру және өзгерту үшін пайдаланылады. Сутегі кемшіліктері, екінші жағынан, қарапайым және қымбат емес сақтау және газ тәрізді сутегі тарату қиындықтарын қамтиды, бұл кең таралған коммерциялық қолдануларда қажет [46–49].Түрлі фотосинтетикалық және фотосинтетикалық емес микроорганизмдер, соның ішінде бір жасушалы жасыл балдырлар, цианобактериялар, аноксигенді фотосинтетикалық бактериялар, міндетті анаэробты және азотфиксациялаушы бактериялардың H2 өндірісі үшін гендер мен ақуыздары бар, алайда олардың тиімділігі әлі де төмен [38, 48]. Биомассадан сутегі алудың түрлі технологиялық тәсілдері бар басқа да арзан сутегі отын элементтері ретінде төмендегілерді кеңінен жіктеуге болады [49]: Су газының конверсиясымен байланысты термохимиялық газдандыру;; Биомайдың көмірсулар фракцияларының риформингімен жүретін жылдам пиролиз тікелей күн газдандыру; газдандырудың әртүрлі жаңа процестері; биомассадан алынған синтез-газды түрлендіру; биомассаның аса сыни конверсиясы; биомассаның микробиологиялық конверсиясы. Сутегі қазбалардан да, биомассадан да алынуы мүмкін. Қалпына келтірілетін биомассадан алынған сутегі тұрақты энергия көзі болып табылады және сондықтан да био сутек ретінде белгілі. Биосутегі өндіру технологиясы әлі де зерттеулер мен әзірлемелердің ең ерте сатысында. Биореакторлар конструкциясын және жарық, pH, қоректік заттар мен микробтық флора үшін пайдалану шарттарын оңтайландыру, алдын ала биологиялық, химиялық және физикалық өңдеулерді тестілеу және валидациялау, газдарды тез алып тастау және тазарту, микроорганизмдерді иммобилизациялау және сутегін өндіретін ферменттік жүйелермен бәсекелесетін ферментативтік метаболикалық тәсілдердің генетикалық модификациялары сутегі био өндіру жүйесін жақсарту үшін қызықты перспективалар ашады.[48]. Биосутегі өндірісін ұлғайту үшін нақты зерттеу салалары келесі қадамдарды қамтиды [12]: сутегі өндірісі бойынша жоғары өнімділікке жету үшін фотосинтетикалық микроорганизмдердің реинжинирингі; түзілетін сутекті тиімді бөлу және тазарту әдістерін әзірлеу; кейіннен техникалық бағалаумен және шығындар мен пайданы талдаумен жүретін био сутегін өндіру үшін интеграцияланған жүйелерді әзірлеу Бүгінде биомассаны газдандыру жаңғыртылатын сутегі өндірісінің ең ескі және ең үнемді тәсілін ұсынады. Табиғи газдың бу риформингі және биомассаны газдандыру XXI ғасырдың соңына қарай басым технологиялар болады деп күтілуде [49]. 2.2.4.2 Балдырлардан жасалған отын Балдырлар коммерциялық мақсатта 1950-ші жылдардан бастап, негізінен фармацевтік өнеркәсіп үшін өсірілді, бірақ соңғы уақытта олар биомассаның әлеуетті көздері ретінде назар аударды, өйткені олар көлік отынын қоса алғанда, әртүрлі мақсаттарда пайдаланылатын химиялық өнімдер мен заттарды шығарады. Соңғы 50 жылда балдырлардан биоотын өндірісі, атап айтқанда АҚШ пен Жапонияда қарастырылды. Алайда АҚШ пен Жапонияның бағдарламалары тоқтатылды, және зерттеушілер түпкі мақсатқа - балдырдан биоотын өндірудің экономикалық тиімді тәсілін таба алмады. Екінші жағынан, дәстүрлі қазба отын түрлері құнының өсуі, биоотын өндірісі үшін тамақ шикізатын пайдалануға қатысты алаңдаушылық және балдырларды өңдеуде анағұрлым жетілдірілген құралдарды іздеу, осы салаға қызығушылықты қайта жаңартты [25]. Бұл жағдайда фотосинтетикалық балдырлар биомассаның көзі ретінде немесе биоотын өндірісіне арналған штамм - иесі ретінде қаралды [38].Балдырларды биоотын өндірісі үшін шикізат ретінде пайдаланудың негізгі артықшылығы жер мен ресурстарды тиімді пайдалану мүмкіндігі болып табылады, өйткені олар өсірілетін тоғандар немесе реакторлар өнімсіз жерлерде орналасуы мүмкін [15, 50].Балдырлардан алынған бастапқы шикізатты келесідегідей жіктеуге болады: 24 Макробалдырлар: балдырлар сияқты теңіз балдырлары, олар тек теңізде ғана өсіріледі немесе табиғи ресурстардан алынады. Олар негізінен азық-түлік және азық өндіру үшін, сондай-ақ өнеркәсіптік шикізат ретінде пайдаланылады. Макро балдырларды биогаз және биоэтанол өндіру үшін пайдалануға болады, бірақ әлі күнге дейін өнімділігі төмен болды [51]; Микробалдырлар: олар косметикалық және медициналық салаларда кәсіби пайдалану үшін қолданылады және бүгінде олардың әлемдік өндірісі бірнеше тоннаны құрайды [52]. Олар ашық резервуарларда немесе жабық фотобиореакторларда өсіріледі және биодизель өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін майдың белгілі бір пайызын қамтиды, ал биомассаның қалған бөлігі негізінен этанол мен биогаз өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін. Микробалдырларды өсіру үшін циркуляция және тазалау үшін су және энергия қажет, бұл парниктік газдардың едәуір шығарындыларына әкелуі мүмкін. Генетикалық түрлендірілген штаммдарды пайдалану өте маңызды, өйткені тіпті тұйық жүйелер генетикалық түрлендірілген балдырлардың қоршаған ортаға түсуі сияқты экожүйенің ластануы жайлы проблемаларды болдырмауын іске асыра алмайды [53]. Микробалдырлар фотосинтездің неғұрлым жоғары тиімділігіне, өсу жылдамдығына және басқа биомассаның көздерімен салыстырғанда неғұрлым жоғары меншікті ауданына байланысты үшінші ұрпақтың биоотынның әлеуетті көздері ретінде орнатылды. 46 000-140 000 литр этанолды 1 га микробалдырлардан алуға болады, бұл жүгері сабанынан (1000-1400 л/га), қант қамысы (6000-7 500 л/га) және тары (10 700 л/га) этанолдан бірнеше рет жоғары. Сонымен қатар, балдырлардың кейбір түрлері тұзды және сарқынды суларда жақсы өседі, бұл тек тұщы суға тәуелді жердегі дақылдарға қарағанда оларды перспективалы шикізат етеді. Муниципалдық, ауыл шаруашылығы және өнеркәсіп қызметінен сарқынды сулары бар әртүрлі су көздерінде (мұхиттарда, көлдерде, және т. б.) балдырлар өсе алатындықтан, қоректік заттарды жою және биоотын өндіру арқылы сарқынды суларды балдырлармен өңдеуге қосымша мүмкіндік бар.[15, 23, 50]. 2.9 суретте балдырлардан алуға болатын негізгі өнімдер мен отынның түрлері, оның ішінде оларды өндірудің технологиялық тәсілдері көрсетілген. Биохимиялық (мысалы, ферментация және анаэробты ашыту) және термохимиялық (пиролиз және сұйылту) балдырларды биоотынға айналдыру әдістері бар. Бірінші процестер этанол және биодизель түрінде бірінші буын биоотын өндірісі үшін пайдаланылуы мүмкін, ал термохимиялық процестер екінші буын биодизель және газ өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін[23]. Ашытқы, гетеротрофты балдырлар немесе цианобактериялар сияқты микроорганизмдерді пайдалана отырып, бензиннің, дизель отынының және авиа отынының негізгі көмірсутегі болып табылатын қантты алкандарға айналдыруға болады. Процесс әртүрлі суда еритін қанттарды су фазасында риформингті пайдалана отырып, сутекті және химиялық жартылай өнімдерге, содан кейін каталитикалық процесс арқылы алкандарға түрлендіруден тұрады. |