Об исследовании инженеров Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики недавно сообщалось в журнале Algal Research. Биотопливная компания Genifuel Corp., штат Юта., имеет лицензию на технологию и работает с промышленным партнером над созданием пилотной установки с использованием этой технологии.
В процессе PNNL суспензия влажных водорослей закачивается в переднюю часть химического реактора. После того, как система запущена и работает, меньше чем за час выходит сырая нефть, а также вода и побочный поток материала, содержащего фосфор, который может быть переработан для выращивания большего количества водорослей.
При дополнительной традиционной очистке неочищенное масло водорослей превращается в авиационное топливо, бензин или дизельное топливо.
Сточные воды подвергаются дальнейшей переработке, в результате чего образуется горючий газ и такие вещества, как калий и азот, которые, наряду с очищенной водой, также могут быть переработаны для выращивания большего количества водорослей.
Хотя водоросли долгое время считались потенциальным источником биотоплива, и несколько компаний производили топливо на основе водорослей в исследовательских масштабах, по прогнозам, топливо будет дорогим. Технология PNNL эффективно использует энергетический потенциал водорослей и включает ряд методов для снижения затрат на производство топлива из водорослей.
«Стоимость является большим препятствием для топлива на основе водорослей», – сказал Дуглас Эллиотт, научный сотрудник лаборатории, который руководил исследованием группы PNNL. «Мы считаем, что созданный нами процесс поможет сделать биотопливо из водорослей намного более экономичным."
Ученые и инженеры PNNL упростили производство сырой нефти из водорослей, объединив несколько химических этапов в один непрерывный процесс. Самым важным шагом по экономии средств является то, что процесс работает с влажными водорослями.
Большинство современных процессов требуют высушивания водорослей – процесс, требующий много энергии и дорогостоящий. Новый процесс работает с суспензией водорослей, содержащей от 80 до 90 процентов воды.
«Отсутствие необходимости сушить водоросли – большая победа в этом процессе; это значительно снижает затраты», – сказал Эллиотт. "Кроме того, есть бонусы, такие как возможность извлекать из воды пригодный для использования газ, а затем повторно использовать оставшуюся воду и питательные вещества, чтобы помочь выращивать больше водорослей, что еще больше снижает затраты."
В то время как несколько других групп тестировали аналогичные процессы для создания биотоплива из влажных водорослей, большая часть этой работы выполняется по одной партии за раз. Система PNNL работает непрерывно, обрабатывая около 1.5 литров суспензии водорослей в исследовательском реакторе в час.
Хотя это не так уж и много, это намного ближе к типу непрерывной системы, необходимой для крупномасштабного коммерческого производства.
Система PNNL также исключает еще один этап, необходимый в наиболее распространенном на сегодняшний день методе обработки водорослей: необходимость сложной обработки с использованием таких растворителей, как гексан, для извлечения богатых энергией масел из остальных водорослей. Вместо этого команда PNNL работает со всеми водорослями, подвергая их воздействию очень горячей воды под высоким давлением, чтобы разорвать вещество, превращая большую часть биомассы в жидкое и газовое топливо.
Система работает при температуре около 350 градусов Цельсия (662 градуса по Фаренгейту) и давлении около 3000 фунтов на квадратный дюйм, сочетая процессы, известные как гидротермальное сжижение и каталитическая гидротермальная газификация.
Эллиотт говорит, что такую систему высокого давления построить непросто или дешево, что является одним из недостатков технологии, хотя экономия затрат на внутренней стороне более чем компенсирует вложения.
«Это немного похоже на использование скороварки, только давление и температура, которые мы используем, намного выше», – сказал Эллиотт. "В каком-то смысле мы дублируем земной процесс, который в течение миллионов лет превращал водоросли в нефть. Мы просто делаем это намного быстрее."
Продуктами процесса являются:
• Сырая нефть, которую можно переработать в авиационное топливо, бензин или дизельное топливо.
В экспериментах команды обычно более 50 процентов углерода водорослей превращается в энергию в сырой нефти – иногда до 70 процентов.
• Чистая вода, которую можно повторно использовать для выращивания большего количества водорослей.
• Топливный газ, который можно сжигать для производства электроэнергии или очищать для производства природного газа для автомобильного топлива в виде сжатого природного газа.
• Такие питательные вещества, как азот, фосфор и калий – ключевые питательные вещества для выращивания водорослей.
Эллиотт работал над гидротермальной технологией почти 40 лет, применяя ее к различным веществам, включая древесную стружку и другие вещества.
Из-за смеси землистых материалов в его лаборатории и постоянной химической обработки он шутит, что его лаборатория иногда пахнет «смесью грязных носков, тухлых яиц и древесного дыма» – точная оценка.
Genifuel Corp. Тесно сотрудничал с командой Эллиотта с 2008 года, лицензировал технологию и первоначально работал с PNNL в рамках Программы технической помощи Министерства энергетики для оценки технологии.
«Это действительно было плодотворное сотрудничество как для Genifuel, так и для PNNL», – сказал Джеймс Ойлер, президент Genifuel. «Процесс гидротермального ожижения, разработанный PNNL для биомассы, делает преобразование водорослей в биотопливо намного более экономичным. Genifuel был партнером по усовершенствованию технологии и обеспечению ее возможности использования в коммерческой системе.
«Создание биотоплива, которое было бы конкурентоспособным по стоимости с традиционными видами топлива на основе нефти», – добавил Ойлер. "Это огромный шаг в правильном направлении."
Недавняя работа является частью Национального альянса Министерства энергетики США по передовым видам биотоплива и биопродуктов (NAABB). Этот проект финансировался из средств Закона о восстановлении и реинвестициях Америки Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США.
И PNNL, и Genifuel были партнерами в программе NAABB.
Короткий видеоролик о процессе находится по адресу https: // www.YouTube.com / watch?v = Qs0QZJ0rea0.