С02 як джерело енергії в промисловості

Неможливо завершити розділ про інновації в енергетичній сфері, не згадавши про суспільний потенціал двоокису вуглецю (С02). Неконтрольовані викиди С02 призводять до змін клімату, проте також варто розглянути потенціал С02 як цінного фактора для нашого індустріального суспільства, який може допомогти задовольнити наші головні потреби. Кисень спочатку був токсином, але пізніше став необхідною умовою життя. Аналогічно, якщо ми перетворимо наше розуміння «проблем» на «можливості», то С02 може стати одним із ресурсів для створення самодостатнього збалансованого суспільства. Як? Одну з відповідей на це питання дають нам водорості.

Водорості живуть на Землі вже мільярди років, вони є одними з перших фотосинтетичних організмів. Одноклітинні водорості були першими організмами, в яких виникло ядро, де містилася пам’ять життя — ДНК. Для того, щоб виробляти свою власну їжу і хімічну енергію шляхом фотосинтезу, водоростям потрібні лише С02, вода, поживні речовини та сонячне світло. Кисень, побічний продукт фотосинтезу, у великих кількостях виділяється у повітря та у воду озер, океанів і річок. Водорості не є рослинами, вони скоріше належать до Царства Найпростіших. Вони з величезною ефективністю поглинають енергію світла, а тому є одними з найбільш швидко ростучих організмів на планеті. Водорості ростуть у десять разів швидше, ніж цукрова тростина, і за швидкістю росту та розвитку можуть конкурувати з бактеріями. Керувати розмноженням водоростей — це майже те ж саме, що косити Ваш газон тричі на день замість одного разу на тиждень.

Ця здатність до швидкого росту робить водорості важливим фактором у питанні зміни клімату. В процесі росту водорості виділяють кисень, причому в них міститься багато поживних речовин, зокрема масел. Згідно розрахунків, зроблених Центром біологічного очищення у штаті Міннесота (СІЛА), водорості за рік виробляють 5 000 галонів масла на акр (1 галон —3,8 літра). Група бразильських вчених на чолі з Хорхе Альберто Вієра Коста вміло культивують спіруліну при невеликих витратах, за рік отримуючи 2 000 галонів масла з одного акру. Для порівняння: за рік у розрахунку на 1 акр кукурудза дає 18 галонів, соя — 48 галонів, маслинна пальма — 635 галонів. Це є фактором, котрий не можна не враховувати. Інша перевага водоростей полягає в тому, що на відміну від етанолу, що виробляється з кукурудзи, багато штамів водоростей можна вирощувати в солоній воді на маргінальних землях, а деякі навіть здатні засвоювати вуглець, що викидається в атмосферу тепловими електростанціями, які працюють на вугіллі.

У всіх процесах, пов’язаних з видобуванням нафти й газу, утворюється жорстка вода, яка є небажаним відходом. Ця вода часто залишається у водосховищі місцевого стоку, і з часом проникає в довколишній ґрунт. Внаслідок цього земля стає токсичною і неродючою на століття. Оскільки тепла вода впливає на водні організми у річках і океанах, поряд із теплових станціями, що працюють на вугіллі, також є водосховищі місцевого стоку для охолодження води перед її зливом. Закон вимагає наявності таких водосховищ місцевого стоку, оскільки це пояснюється потребою зменшити шкоду, що завдається навколишньому середовищу. Не треба багато уяви, щоб зрозуміти, що в цих басейнах можна з користю вирощувати водорості, завдяки чому ці непродуктивні резервуари для викидів можна перетворити у систему, яка поглинає С02, збагачує атмосферу киснем і виробляє недороге та відновлюване біопаливо. Залежно від типу водорості, що вирощується, ліпіди можуть становити до третини від маси водоростей, а це — саме те масло, з якого можна отримати біопаливо. Тут ми бачимо ще один простий, але ефективний шлях зменшення шкоди, яку людство завдає довкіллю, за рахунок повернення викидів до потоку поживних речовин та використання існуючої інфраструктури для виробничих цілей. У Синій Економіці ми будемо розв’язувати проблеми, отримуючи більше за рахунок того, що ми маємо. Вирощування водоростей для отримання продовольства та біопалива — це чудовий приклад такого підходу.

Національна лабораторія з відновлюваної енергії у штаті Колорадо дослідила ЗОО водоростей, багатих на протеїн, вутлеводи та масла. Вивчалася можливість виробництва з них біопалива у безлюдних місцевостях штату Нью-Мексико, що використовуються для звалища викидів. У1996 р. Хорхе Альберто Вієра Коста з Федерального Університету штату Ріу-Гранді-ду-Сул (Бразилія) скористався результатами цього дослідження для того, щоб розробити проект використання озера Мангейра з метою досягнення продовольчої безпеки. При цьому головна увага приділялася не біопаливу, а продовольчій безпеці. Це пояснюється потребами фермерів південної Бразилії, які вирощували рис, не отримуючи субсидій на добрива, і були змушені конкурувати на світовому ринку за досить несприятливих умов. Поряд із Хорхе Альберто Вієра Коста в його проекті приймав участь професор Лусіо Бруш да Фрага — фізик за освітою, який також мав ступінь із менеджменту якості.

Це було гарне співробітництво. Озеро Мангейра є одним з найбільш лужних озер у світі, тобто в даному випадку оточуюче середовище було доволі несприятливим. Вієра Коста та Бруш да Фрага вирішили продемонструвати можливість вирощувати водорості всюди, навіть у такому помірному кліматі, як у південній Бразилії. Вони організували виробництво водоростей навкруги рисових полів у Віторія-ду-Палмар, на границі Бразилії та Уругваю. У зібраному врожаї водоростей містилася велика кількість мікроскопічних поживних речовин, які в США називаються «супер синьо-зелені водорості». Вони роздали цей харчовий продукт голодному населенню в околицях міста Ріо-Гранде. Соціальні та медичні служби, ніколи та засоби масової інформації аплодували цій вдалій спробі боротьби з голодом. Після цього бразильські вчені швидко зрозуміли, що виробництво водоростей у водосховищі місцевого стоку може допомогти досягти не лише продовольчої безпеки, але також є вигідним для виробництва біопалива.

Хоча Бразилія має лише 5 теплових електростанцій, що працюють на вугіллі (для порівняння: в США їх 3 000), все ж таки була проведена низка промислових випробувань, в яких С02, що утворювався при спалюванні вугілля, використовувався для вирощування водоростей з метою подальшого виробництва біопалива. Діючи послідовно, Вієра Коста розпочав процес, адаптований до економіки розвитку Бразилії; цей процес завоював прихильність міжнародних розробників виробництва етанолу з цукрової тростини. Замість того, щоб зануритися в бізнес, професор Вієра заснував інститут, який провів наукові дослідження типових екологічних умов південної Бразилії. Вієра залучив до проекту групу енергійних студентів, які ставали студентами-початківцями, магістрами і, нарешті, докторами. Цей інститут розробив великий пакет патентів.

Вієра Коста та його команда досягала все більших успіхів, працюючи з локальним біорізноманіттям і екосистемами, проводячи локальні польові дослідження. їхні проекти з використання озера Мангейра і лагуни Морін в якості величезних природних водосховищ місцевого стоку для вирощування водоростей стали підтвердженим прикладом того, як можна розгорнутися з маленького масштабу рисового поля до промислового масштабу водосховищ місцевого стоку з обладнанням для генерування енергії. Що ми тут бачимо? Фізику, яка підтримує біологію. Залишки, що утворюються після екстракції з водоростей поживних речовин, біопалива та ефірів (останні використовуються для виготовлення полімерів, що застосовуються у виробництві косметики), можуть бути перероблені на етанол. Таким чином, має місце значне підвищення продуктивності за умови поєднання з іншими додатковими технологіями.

Також є інші величезні можливості застосування С02. Науковці черпають натхнення з природи, і бразильська команда вчених не є винятком. З 1998 року канадська компанія“С02 Solutions”, про яку вже згадувалося вище, виробила стандартизовані ферменти, які можуть вловлювати С02, а після цього перероблятись у вуглецеві матеріали промислової якості та навіть у карбонат кальцію для будівельних цілей. Компанія довела ефективність цієї моделі на напівпромисловому рівні. Група вчених на чолі з Мей-Брітт Хагг (Хегг) з Норвезького університету науки і техніки в Осло вивчала можливість очищення газів та вловлювання С02 на зразок того, як це роблять наші легені. Джеффрі Коутс з Корнельського університету розробив технологію перетворення діоксиду та монооксиду вуглецю у пластик і хімікати, на які існує попит на ринку, шляхом ізолювання ферменту, який перетворює С02 на полімери. “Unilever” і “DSM”, дві голландські компанії, які визначили самодостатню збалансованість однією із своїх стратегічних цілей, вирішили інвестувати кошти в цей інноваційний підхід.

Посилання на основну публікацію