|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 01/2005
Usuwają zanieczyszczenia i wytwarzają paliwo. Glony w energetyce
|
|
|
Piotr Olszowiec na podstawie „Beta test set for emission-fighting algae bioreactor” , Power Engineering 11/2004.
|
Rosnące zainteresowanie niezmierzonymi zasobami flory mórz i oceanów otwiera perspektywy ich coraz szerszego gospodarczego wykorzystania już w najbliższej przyszłości. Szczególne nadzieje wiążą naukowcy z rozmaitymi gatunkami glonów. Algi (glony) to ogólna nazwa plechowatych, najczęściej samożywnych roślin zarodnikowych, żyjących w środowisku wodnym i wilgotnych miejscach.
Właściwe początki algologii, jako dziedziny naukowej zajmującej się tymi organizmami, datuje się od połowy XIX w., jednak badaniem i wytwarzaniem preparatów algowych do rozmaitych celów naukowcy zaczęli zajmować się stosunkowo niedawno.
Ciało alg stanowi jednorodna lub zbudowana z mało zróżnicowanych komórek plecha o wielkości od kilku mikronów do dziesiątek metrów, często przybierająca kształt przypominający liście lub łodygi służące do pochłaniania pokarmu z otoczenia oraz korzeń mocujący roślinę do podłoża.
Algi żyją we wszystkich strefach geograficznych, ale ich największe okazy występują na półkuli północnej, gdzie rocznie wydobywa się ich ok. 1,5 mln t. Organizmy te żyją zarówno w wodach słodkich, jak słonych; chłodnych i ciepłych. Do najczęściej wydobywanych i wykorzystywanych alg należą:
-
zielenice - zawierające zielony chlorofil, żółty ksantofil i pomarańczowy karoten (obfituje w nie m.in. Bałtyk),
-
krasnorosty - z czerwoną fikoerytryną, niebieską fikocyjaniną i zielonym chlorofilem,
-
brunatnice - z ciałkami barwnikowymi wypełnionymi obok chlorofilu i ksantofili, brunatną fukoksantyną.
Najszersze wykorzystanie znalazły glony w niektórych krajach azjatyckich, głównie jako składnik pokarmu dla ludzi (m.in. sałata i kapusta morska) i zwierząt oraz jako nawóz dla rolnictwa. W większości krajów wysoko rozwiniętych ten obszar wykorzystania glonów wciąż jest traktowany z rezerwą. Dlatego algi, które dostarczają wielu cennych związków chemicznych, znalazły zastosowanie przede wszystkim w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym. W szczególności przetwory z glonów są używane w kosmetykach do nawilżania ciała, pielęgnacji i układania włosów oraz w preparatach do peelingu. Spotyka się je w formie ekstraktów i mączek. Ekstrakty wykorzystywane są zwykle w kremach, tonikach, szamponach, z kolei mączki, czyli wysuszone algi, stosuje się w maseczkach i kąpielach wyszczuplających. Jednak już wkrótce może okazać się, że ten wcale niemały obszar zastosowań glonów zostanie znacznie powiększony, jeżeli potwierdzą się nadzieje ich wykorzystania w energetyce i przemyśle do oczyszczania spalin i produkcji biopaliw.
Rośliny te odznaczają się bowiem cenną własnością pochłaniania tlenków azotu i węgla z wydzielaniem czystego tlenu i azotu oraz przydatnych produktów ubocznych. Proces ten przebiega w ramach fotosyntezy stanowiącej podstawę metabolizmu roślin. Od kilkudziesięciu lat naukowcom znana jest zdolność absorpcji zanieczyszczeń gazowych przez niektóre glony. Amerykański Departament Energetyki prowadził od końca lat 80. XX w. badania, które wykazały przydatność ponad 300 gatunków tych glonów dla powyższego celu. Jednak realizację takiego przedsięwzięcia na skalę przemysłową od samego początku uniemożliwiały trudności natury logistycznej i ekonomicznej.
Z powodu silnej zależności intensywności metabolizmu alg od nasłonecznienia, dotychczas projektowane układy oczyszczania spalin na bazie tych organizmów były z konieczności zbyt złożone i kosztowne dla większych aplikacji. W praktyce układy te przybierały kształt dużych, płytkich zbiorników wyposażonych w złożone instalacje pompowe i filtrujące lub też były zamkniętymi bioreaktorami o nie mniej skomplikowanej budowie i wysokich kosztach eksploatacji. W obu koncepcjach nie udało się rozwiązać w zadowalający sposób problemu optymalnego nasłonecznienia całej objętości glonów, a także ich dostarczania i usuwania do i z instalacji.
Milowego postępu na drodze do opanowania technologii oczyszczania spalin za pomocą alg dokonały badania prowadzone przez amerykańskiego lidera w tym zakresie, firmę GreenFuel Technologies Corporation. Technologia opracowana przez GreenFuel umożliwia zamianę gazowych zanieczyszczeń na wysokokaloryczną biomasę o wielorakich zastosowaniach, m.in. jako biopaliwo, składnik pokarmów, surowiec dla przemysłu chemicznego i farmaceutycznego, a także do wytwarzania wodoru.
Jeden z perspektywicznych, choć na razie dość odległych projektów tej firmy, przewiduje budowę instalacji na bazie alg w elektrowni węglowej o mocy 250 MW. Wytwarzałaby ona 75 tys. baryłek biooleju napędowego rocznie, jednocześnie usuwając 55 tys. t dwutlenku węgla i 100 t tlenków azotu. Pierwszym krokiem do tego celu stało się uruchomienie pilotowej instalacji w elektrociepłowni w Cambridge (Massachusetts). Według twórców układu wynalazek ten stanowi rozwiązanie przejściowe między poprzednimi systemami a nowymi, ekonomicznie opłacalnymi koncepcjami dla energetyki. Zgodnie z potwierdzonymi w trakcie testowania założeniami układ zapewnia usuwanie do 45 proc. CO2 (przy optymalnym nasłonecznieniu ponad 80 proc.) i do 90 proc. NOx ze spalin kotła opalanego dowolnym rodzajem paliwa organicznego (węglem, olejem, gazem ziemnym).
Dodatkową zaletą układu jest wspomniane wytwarzanie cennych pozostałości organicznych, które następnie można wykorzystać do produkcji tworzyw sztucznych i biooleju. Wysuszone pozostałości glonów można dodawać do węgla jako cenny składnik o charakterze paliwa odnawialnego. Wynalazek firmy GreenFuel nie wytwarza szkodliwych substancji ubocznych i nie wymaga uzdatniania wody technologicznej. Koszt układu jest o 20-40 proc. niższy od kosztu instalacji selektywnego katalitycznego odazotowania spalin o porównywalnej sprawności.
W ocenie firmy ponad 70 proc. istniejących elektrowni posiada teren wymagany do zabudowy nowego układu. Głównymi elementami instalacji są bioreaktory nowego typu w kształcie trójkąta prostokątnego o wysokości ok. 2,5 m. Boki trójkąta tworzą przezroczyste rury z poliwęglanu, w których nieustannie krąży woda i algi. Przeciwprostokątna jest na bieżąco ustawiana w kierunku Słońca w celu zintensyfikowania procesów fotosyntezy. Automatycznie sterowana szybkość cyrkulacji wodnej mieszaniny alg w poszczególnych bokach trójkąta zapewnia optymalne warunki dla wzrostu glonów. Spaliny są doprowadzane do podstawy trójkąta, po czym algi usuwają CO2 i NOx ze strumienia gazów przepływających w rurociągach bioreaktora. Po przejściu przez boki jednego trójkąta bioreaktora oczyszczone spaliny opuszczają instalację. Ponieważ wiązanie CO2 zachodzi przy udziale światła, to proces ten przebiega jedynie w porze dziennej, w odróżnieniu od redukcji NOx odbywającej się praktycznie całą dobę.
Pilotowa instalacja obejmująca 30 opisanych bioreaktorów została zabudowana na dachu elektrociepłowni Cambridge, gdzie ma pracować 12 do 18 miesięcy. Elektrociepłownia o mocy 20 MW już posiada palniki gazowe o niskiej emisyjności tlenków azotu; dodatkowy układ jeszcze bardziej obniży osiągany poziom emisji.
Nowatorska instalacja firmy GreenFuel nieprzypadkowo została uruchomiona na terenie słynnej uczelni Massachusetts Institute of Technology – miejscowi naukowcy już od pół wieku prowadzą eksperymenty w zakresie uprawy glonów na dachach budynków, zaś doktorant tego Instytutu, 37-letni chemik Isaac Berzin, jest założycielem firmy oraz głównym twórcą wynalazku. Mimo wcześniejszych obiecujących wyników dopiero obecny innowacyjny układ bioreaktora otworzył perspektywy bliskiego – jak się wydaje - wykorzystania organizmów roślinnych dla poprawy ekologii i ekonomii w energetyce dużych mocy.
|
|
|
|
