Водоросли помогут в утилизации вредных веществ и производстве биоэтанола

16:48, 18 января 2023

В вузе создали переходное звено от углеводородной к зеленой энергетике

Водоросли способны поглощать цинк, магний, железо, алюминий, кремний и свинец. Фото: Родион Нарудинов.

Ученые Уральского федерального университета разработали технологию получения экологически чистого топлива — биоэтанола — с использованием сбросного тепла теплоэлектростанций (ТЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) и с помощью пресноводных водорослей, которые в больших объемах образуются в прудах-охладителях. Применение технологии ведет к снижению вредных выбросов, а производство энергии становится экономичнее. Разработчики подчеркивают, что технология является переходным звеном от углеводородной к зеленой энергетике. Статья с описанием технологии опубликована в International Journal of Hydrogen Energy.

ТЭС и ТЭЦ — основные поставщики тепла, света и горячей воды, в то же время они являются источниками выбросов парниковых газов, которые образуются в процессе сжигания топлива, и насыщены углекислым газом, сажей, несгоревшими частицами, разными химическими веществами. Другим побочным продуктом является так называемое сбросное тепло — вода, нагревающаяся в ходе охлаждения перегретого пара, вращающего турбины ТЭС и ТЭЦ. Сбросное тепло в виде пара в больших объемах испаряется в атмосферу и вместе с промышленными стоками сбрасывается в водоемы-накопители. Туда же, после промывки дымовых газов, а также котлоагрегатов сбрасывают техническую воду, которая содержит растворы соляной кислоты, едкого натра, аммиака, солей аммония, железа и других веществ.

«В результате повышения температуры воды в водоемах-накопителях происходит неконтролируемое, бурное разрастание водорослей, начинается цветение воды, ухудшается ее качество. По результатам проведенных опытов мы предлагаем использовать водоросли — ряску, элодею и другие — как биофильтр для очистки воды, поглощения растворенных в ней углекислоты и других химических соединений, а также частиц золы. Наши опыты также показали, что водоросли, которые произвольно произрастают в водоемах-отстойниках или специально выращиваются в них, способны поглощать цинк, магний, железо, алюминий, кремний и в особенности свинец. В бобовых, которые мы поливали водой, очищенной водорослями, содержание свинца оказалось в десять раз меньше, а рост растений заметно усилился», — описывает руководитель исследований, старший преподаватель кафедры теоретической механики УрФУ Марина Волкова.

Вода, очищенная водорослями, полностью соответствует санитарным нормам, ее без опасных последствий можно сливать в окружающую среду или использовать в технических и технологических целях, например, в гидропонике.

«Использованные водоросли обычно отправляются на свалку. Однако свалки отработавших водорослей-абсорбентов также загрязняют атмосферу, почву и воды. Поэтому в соответствии с разработанной нами технологией после очистки воды водоросли в течение 1-2 суток подвергаются обработке ферментами и разложению. Добавление в получившуюся биомассу дрожжей вызывает брожение. В конечном счете образуется биоэтанол — экологически чистое топливо последнего поколения», — добавляет Марина Волкова.

По ее словам, эту же технологию можно использовать для утилизации скошенной травы или испорченных овощей и фруктов. Это позволит сократить выбросы углекислого газа, попадающего при их гниении в атмосферу. По расчетам ученых УрФУ, из 1 кг водорослей или других растений можно получать до 300 г 70-процентного этанола. Причем производство биоэтанола из пресноводных водорослей технологически гораздо проще, чем из морских, как, например, в Японии, и не требует применения химических процессов. А оставшееся после извлечения биоэтанола сырье может служить удобрением и кормом для животных.

Важно, что разработанная технология не требует создания дополнительных производств. Получение биоэтанола происходит на самой ТЭС (или ТЭЦ), соответствующая установка включается в общий производственный цикл. Более того, технологию абсорбирования вредных веществ водорослями с последующим производством биоэтанола можно применять и в металлургии, где наиболее эффективным видом топлива является каменный уголь.

«Внедрение разработанной технологии ведет к комплексному решению ряда задач. Процесс генерации на ТЭС и ТЭЦ становится более экологичным, так как снижается количество парниковых газов и вредных веществ, выбрасываемых с поверхности водоемов-накопителей. Вода, которая сейчас сбрасывается в коллекторы, после очистки водорослями возвращается в производственный цикл, таким образом, сокращается водопотребление. За счет использования сбросного тепла снижаются тепловые потери ТЭС и ТЭЦ, производство становится экономичнее. Водоросли из отходов превращаются в источник удобрений, кормов и биоэтанола. При этом потенциальный размер российского рынка биоэтанола оценивается в 850 млн литров, а реальное производство биотоплива в нашей стране значительно отстает от мировых показателей и пока основывается на использовании древесины», — комментирует завкафедрой атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Сергей Щеклеин.

Профессор Щеклеин отмечает, что мир условно разделен на две «противоборствующие» группы — сторонников традиционной углеводородной и зеленой энергетики, основанной на использовании возобновляемых источников.

«Мы предлагаем концепцию переходного звена от углеводородной к зеленой энергетике, в рамках которой противостояние может смениться совместными действиями», — заключает Сергей Щеклеин.