alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2019.22-27.030-041alternative-1789Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 5. Энергия биомассыI. RENEWABLE ENERGY 5. Energy of BiomassПространственный анализ ресурсного потенциала для оптимального размещения объектов биоэнергетикиSpatial Analysis of Resource Potential for Optimal Bioenergy Objects Placementhttps://orcid.org/0000-0002-8578-8495ЧерноваН. И.ChernovaN. I.

Чернова Надежда Ивановна – кандидат  биологических наук, доцент, ведущий научный сотрудник.

д. 1, Ленинские горы, Москва, 119991.

тел.: +7(495)939-42-57.

Research ID E-6714-2014

Scopus Author ID 56319554900

h-index 11 (поРИНЦ)

Nadezhda Chernova - Ph.D. in Biology, Associate Professor, Senior Researcher at Renewable Energy Sources Laboratory, Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography.

Leninskie Gori, Moscow, 119991.

tel.: +7 (495) 939 42 57

Research ID E-6714-2014

Scopus Author ID 56319554900

h-index 11 (по РИНЦ)

k_sophia_v@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5836-8615КиселеваС. В.KiselevaS. V.

Киселева Софья Валентиновна - кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник.

д. 1, Ленинские горы, Москва, 119991.

тел.: +7(495)939-42-57.

Research ID E-3324-2014

Scopus Author ID 57201352245

h-index 12 (поРИНЦ) 

Sofia Kiseleva - Information about the author: Ph.D. in Physics and Mathematics, Senior Researcher at the Renewable Energy Sources Laboratory, Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography.

Leninskie Gori, Moscow, 119991.

tel.: +7 (495) 939 42 57.

Research ID E-3324-2014

Scopus Author ID 57201352245

h-index 12 (по РИНЦ)

k_sophia_v@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3204-9135РафиковаЮ. Ю.RafikovaYu. Yu.

Рафикова Юлия Юрьевна - кандидат географических наук, старший научный сотрудник.

д. 1, Ленинские горы, Москва, 119991.

тел.: +7(495)939-42-57.

Research ID D-7649-2012

Scopus Author ID 56451165800

index 6 (поРИНЦ)

Yulia Rafikova – Senior Researcher at the Scientific Laboratory of Renewable Energy Sources, Faculty of Geography, Lomonosov Moscow State University.

Leninskie Gori, Moscow, 119991.

tel.: +7 (495) 939 42 57.

Research ID D-7649-2012

Scopus Author ID 56451165800

index 6 (по РИНЦ)

k_sophia_v@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6549-9939ВласкинМ. С.VlaskinM. S.

Власкин Михаил Сергеевич - кандидат технических наук, заведующий лабораторией энергоаккумулирующих веществ.

д. 13, ул. Ижорская, Москва, 125412.

тел.: +7(495) 485-10-55.

Research ID Q-7100-2017

Publons: publons.com/a/1432449/

Scopus Author ID 25628784900

h-index 12 (поРИНЦ) 8

Mikhail Vlaskin – Ph.D. in Engineering, Head of the Energy Accumulating Materials Laboratory of Joint Institute for High Temperatures of Russian Academy of Science.

13/2 Izhorskaya St., Moscow, 125412.

tel.: +7 (495) 485 10 55.

Research ID Q-7100-2017

Publons: publons.com/a/1432449/

Scopus Author ID 25628784900

h-index 12 (поРИНЦ) 8

Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии, географический факультет МГУ имени М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State University, Faculty of GeographyRussian FederationОбъединенный институт высоких температур РАНРоссияJoint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of SciencesRussian Federation201909112019022-273041Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20192019Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1789

Несмотря на доминирование углеводородного топлива в топливно-энергетическом комплексе мира и России, продолжаются исследования в области получения биотоплива из различных видов биомассы. Эти работы являются актуальными как с точки зрения получения фундаментального знания и развития технологий, так и поиска условий рентабельного производства биотоплива с помощью различных технологий переработки биомассы. В статье в качестве источника биомассы для получения топлива рассматриваются микроводоросли (МКВ).

К настоящему времени разработан и апробирован ряд методов конверсии МКВ в биотопливо (биодизель, биоэтанол, биобутанол, биомасло, биочар, биометан, биоводород и т.д.). Одним из узких мест этих технологий является высокая влажность биомассы МКВ, требующая значительных затрат энергии на сушку перед переработкой биомассы в топливо. Кроме того, в случае производства биотоплива, например, биодизеля, конвертируется только липидная часть биомассы, в то время как оставшееся сырье, включая белки и углеводы, не участвует в производстве биотоплива. В связи с этим в последние годы к МКВ была применена технология гидротермального сжижения (Hydrothermal liquefaction – HTL), не требующая сушки биомассы, и, следовательно, обеспечивающая более низкие производственные затраты.

Для повышения экономической привлекательности биотоплива большое значение придается получению попутных целевых продуктов, дающих дополнительную прибыль. В этих же целях проводят территориальный анализ и поиск площадок для размещения производственных мощностей, где культивирование и переработка МКВ требует минимальных затрат. В представленной работе проведен анализ влияния региональных, климатических и инфраструктурных факторов на производство и комплексное использование биомассы МКВ. В качестве объекта исследований были выбраны МКВ Arthrospira platensis и Dunaliella salina, а в качестве региона исследований – Республика Дагестан в связи с благоприятными климатическими условиями и наличием ресурсов для культивирования МКВ (морская вода как источник макро- и микроэлементов, геотермальные месторождения как низкотемпературный источник тепла, цементные заводы и тепловые электростанции как источник СО2). Определены районы Республики, потенциально пригодные для получения биотоплива и попутных целевых продуктов из МКВ.

Despite the dominance of hydrocarbon fuel in the fuel and energy complex of the world and particularly in Russia, there is a research interest in the field of biofuels from various types of biomass. These works are relevant both from the point of view of obtaining fundamental knowledge and the development of technologies, as well as the search for conditions for cost-effective production of biofuels using various biomass processing technologies. In the article, microalgae are considered as a source of biomass for producing fuel.

Nowadays a number of methods for the conversion of microalgae to biofuels (biodiesel, bioethanol, biobutanol, bio-oil, biochar, biomethane, biohydrogen, etc.) have been developed and tested. One of the problems of these technologies is the high humidity of the microalgae biomass, which requires a significant expenditure of energy for drying before processing the biomass into fuel. In addition, in the case of the production of biofuels (for example, biodiesel) only the lipid part of the biomass is converted, while the remaining raw materials, including proteins and carbohydrates, are not involved in the production of biofuels. Due to this fact, in recent years, the technology of hydrothermal liquefaction (HTL) has been applied to microalgae, which does not require drying of biomass, and, therefore, provides lower production costs.

In order to increase the economic attractiveness of biofuels, great importance is given for obtaining associated target products that provide additional profit. For the same purposes, they conduct a territorial analysis and search for sites for production facilities, where the cultivation and processing of microalgae requires minimal costs. In this work, we have analyzed the influence of regional, climatic and infrastructural factors on the production and integrated use of microalgae biomass. The microalgae Arthrospira platensis and Dunaliella salina are chosen as the object of research, and the Republic of Dagestan is chosen as the research region due to favourable climatic conditions and the availability of resources for the cultivation of microalgae (sea water as a source of macro- and microelements, geothermal deposits as a low-temperature heat source, cement plants and thermal power plants as a source of CO2). As a result the article presents a map of the areas that are potentially suitable for the production of biofuel and associated target products from microalgae and their estimated productivity.

микроводорослибиотопливосопутствующие продуктыпространственный анализартроспира и дуналиеллаоткрытые культиваторыклиматинфраструктураоценка ресурсовmicroalgaebiofuelco-productspatial analysisArthrospira and Dunaliellaoutdoor cultivatorsclimateinfrastructureresource assessmentReferencesМатериалы Международного конгресса REENCON-XXI Возобновляемая энергетика XXI век: Энергетическая и экономическая эффективность. 13–14 октября 2016 г., Москва, ОИВТ РАН, 2016 / Н.И. Чернова // Чернова Н.И. Влияние климатических и инфраструктурных факторов на ресурсный потенциал производства биотоплива из микроводорослей / Н.И. Чернова, С.В. Киселева, Ю.Ю. Рафикова. – М., 2016. – С. 45–49.Chernova N.I., Kiseleva S.V., Rafikova Yu.Yu. Influence of climatic and infrastructural factors on the resource potential of biofuel production from microalgae (Vliyanie klimaticheskikh i infrastrukturnykh faktorov na resursnyi potentsial proizvodstva biotopliva iz mikrovodoroslei). Materialy Mezhdunarodnogo kongressa REENCON-XXI Vozobnovlyaemaya energetika XXI vek: Energeticheskaya i ekonomicheskaya effektivnost'. 13–14 October 2016, Moscow, JIHT RAS Publ., 2016, pp. 45–49 (in Russ.).Huntley, M.E. CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic microbes: a new appraisal [Text] / M. E.Huntley, D. G. Redalje // Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change. – 2007. – Vol. 12. – P. 573–608; DOI: 10.1007/s11027-006-7304-1Huntley M.E., Redalje D.G. CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic microbes: a new appraisal. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 2007;12:573–608; DOI: 10.1007/s11027-006-7304-1.García-González, M. Conditions for open-air outdoor culture of Dunaliella salina in southern Spain / M. García-González [et al.] // Journal of Applied Phycology. – 2003. – Vol.15. – P. 177–184.García-González M., Moreno J., Cañavate J.P., Anguis V., Prieto A., Manzano C., Florencio F.J., Guerrero M.G. Conditions for open-air outdoor culture of Dunaliella salina in southern Spain. Journal of Applied Phycology, 2003;(15):177–184.Asmare, A.M. Theoretical Estimation the Potential of Algal Biomass for Biofuel Production and Carbon Sequestration in Ethiopia / A.M. Asmare, B.A. Demessie, G.S. Murthy // International Journal of Renewable Energy Research. – 2013. – Vol. 3. – No. 3. – P. 260–270.Asmare A.M., Demessie B.A., Murthy G.S. Theoretical Estimation the Potential of Algal Biomass for Biofuel Production and Carbon Sequestration in Ethiopia. International Journal of Renewable Energy Research, January, 2013:3(3):260–270.Sudhakar, K. A Mathematical Model to Assess the Potential of Algal Bio-fuels in India [Text] / K. Sudhakar, M. Rajesh, M. Premalatha // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects. – 2012. – Vol. 34. – P. 1114–1120; DOI: 10.1080/15567036.2011.645121Sudhakar K., Rajesh M., Premalatha M. A Mathematical Model to Assess the Potential of Algal Biofuels in India. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 2012;34:1114–1120, DOI: 10.1080/15567036.2011.645121.Brusca, S. A Site Selection Model to Identify Optimal Locations for Microalgae Biofuel Production Facilities in Sicily (Italy) / S. Brusca [et al.] // International Journal of Applied Engineering Research. – 2017. – Vol. 12. – No. 24. – P. 16058–16067.Brusca S., Famoso F., Lanzafame R., Messina M., Wilson J. A Site Selection Model to Identify Optimal Locations for Microalgae Biofuel Production Facilities in Sicily (Italy). International Journal of Applied Engineering Research, 2017;12(24):16058–16067.Milbrandt, A. Resource Evaluation and Site Selection for Microalgae Production in India / A. Milbrandt, E. Jarvis. – USA, Colorado, National Renewable Energy Laboratory, 2010. – 79 p.Milbrandt A., Jarvis E. Resource Evaluation and Site Selection for Microalgae Production in India, USA, Colorado, National Renewable Energy Laboratory, 2010; 79 p.Quinn, J.C. Geographical Assessment of Microalgae Biofuels Potential incorporating Resource Availability [Text] / J.C. Quinn [et al.] // BioEnergy Research. – 2013. – Vol. 6. – Is. 2. – P. 591–600.Quinn J.C. et al. Geographical Assessment of Microalgae Biofuels Potential incorporating Resource Availability. BioEnergy Research, 2013;6(2):591–600.Официальный сайт проекта Open Street Map [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.openstreetmap.org. – OpenStreetMap. – (Дата обращения: 14.09.2019.).OpenStreetMap [E-resource]. Available at: https://www.openstreetmap.org/#map=5/51.500/-0.100 (14.10.2019).База данных NASA POWER (Prediction of Worldwide Energy Resources) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://power.larc.nasa.gov/. – NASA Prediction Of Worldwide Energy Resources. – (Дата обращения: 14.09.2019.).NASA POWER (Prediction of Worldwide Energy Resources) [E-resource]. Available at: https://power.larc.nasa.gov/ (14.10.2019).Афонин А.Н., Грин С.Л., Дзюбенко Н.И.; Фролов А.Н. (ред.) Агроэкологический атлас России и сопредельных стран: экономически значимые растения, их вредители, болезни и сорные растения [DVD-версия]. 2008 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.agroatlas.ru. – Агроэкологический атлас России и сопредельных стран: экономически значимые растения, их болезни, вредители и сорные растения. – (Дата обращения: 14.09.2019.).Afonin A.N., Grin S.L., Dzyubenko N.I., Frolov A.N. (red.) Agroecological atlas of Russia and neighboring countries: economically significant plants, their pests, diseases and weeds (Agroekologicheskii atlas Rossii i sopredel'nykh stran: ekonomicheski znachimye rasteniya, ikh vrediteli, bolezni i sornye rasteniya) [DVD-version], 2008. Available at: http://www.agroatlas.ru. (14.10.2019) (in Russ.).Официальный сайт проекта «Цифровая модель рельефа» (SRTM) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://srtm.csi.cgiar.org. – SRTM 90m DEM Digital Elevation Database. – (Дата обращения: 14.09.2019.).SRTM [E-resource]. Available at: http://srtm.csi.cgiar.org. (14.10.2019) (in Eng.).ГИС-Атлас «Недра России» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://webmapget.vsegei.ru/ – (Дата обращения: 14.09.2019.).GIS-Atlas «Nedra Rossii». Available at: http://webmapget.vsegei.ru/ - (14.10.2019) (in Russ.).Chernova, N.I. Renewable energy technologies: enlargement of biofuels list and co-products from microalgae / N.I. Chernova [et al.] // MATEC Web of Conferences. – 2017. – Vol. 112. – P. 1–6.Chernova N.I., Kiseleva S.V., Vlaskin M.S., Rafikova Yu.Yu. Renewable energy technologies: enlargement of biofuels list and co-products from microalgae. MATEC Web of Conferences, 2017;112:1–6.Chernova, N.I. Biofuel production from microalgae by means of hydrothermal liquefaction: advantages and issues of the promising method [Text] / N.I. Chernova, S.V. Kiseleva, M.S. Vlaskin // International Journal of Energy for a Clean Environment. – 2017. – Vol. 18. – P. 132–145.Chernova N.I., Kiseleva S.V., Vlaskin M.S. Biofuel production from microalgae by means of hydrothermal liquefaction: advantages and issues of the promising method. International Journal of Energy for a Clean Environment, 2017;(18):132–145.Официальный сайт проекта «Расписание погоды» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rp5.ru. – Расписание погоды. – (Дата обращения: 14.09.2019.).Weather forecast (Raspisanie pogody) [E-resource]. Available at: http://rp5.ru (14.10.2019) (in Russ.).Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. – Ленинград, Гидрометеоиздат, 1990. – 342 с.Scientific-applied reference on the climate of the USSR. Series 3. Perennial data (Nauchno-prikladnoi spravochnik po klimatu SSSR. Seriya 3. Mnogoletnie dannye). Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1990; 342 p. (in Russ.).Атаев, З.В. Геоморфологическая дифференциация ландшафтных поясов Дагестана [Текст] / З.В. Атаев, В.В. Братков, З.М. Гаджимурадова // Мониторинг. Наука и технологии. – 2013. – № 4. – С. 7–10.Atayev Z.V., Bratkov V.V., Gadzhimuradova Z.M. Geomorphological differentiation of landscape belts of Dagestan (Geomorfologicheskaya differentsiatsiya landshaftnykh poyasov Dagestana). Monitoring. Science and Technologies (MST), 2013;(4):7–10 (in Russ.).Брезгунов, В.С. Содержание ряда микроэлементов в Каспийском море в связи с различными типами распределения растворенных элементов в морской среде (по результатам экспедиционных работ 1995 г.) [Текст] / В.С.Брезгунов, В.И. Ферронский // Водные ресурсы. – 2004. – Т. 31. – № 1. – С. 73–77.Brezgunov V.S., Ferronskii V.I. Content of a number of microelements in the Caspian Sea in connection with various types of distribution of dissolved elements in the marine environment (based on 1995 expeditionary work) (Soderzhanie ryada mikroelementov v Kaspiiskom more v svyazi s razlichnymi tipami raspredeleniya rastvorennykh elementov v morskoi srede (po rezul'tatam ekspeditsionnykh rabot 1995 g.). Water Resources, 2004;31(1):73–77 (in Russ.)Зенин, А.А. Гидрохимический словарь / А.А. Зенин, Н.В. Белоусова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.Zenin A.A., Belousova N.V. Hydrochemical dictionary (Gidrokhimicheskii slovar'). Gidrometeoizdat Publ., 1988 (in Russ.).Zarrouk, C. Contribution a l'etude d’ une cyanophycee. Influence de diverse facteursphysiques et chimiques sur la croissance et la photosynthese de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler (Ph.D. thesis). France: University of Paris, 1966.Zarrouk C. Contribution a l'etude d’ une cyanophycee. Influence de diverse facteursphysiques et chimiques sur la croissance et la photosynthese de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler. (Ph.D. thesis). France: University of Paris; 1966 (in French).Каталог культур микроводорослей в коллекциях СССР. – М.: ИФР РАН. – 1991. – С. 51.Catalog of microalgae cultures in the collections of the USSR (Katalog cultur microvodoroslei v collektsiyakh SSSR). Moscow: IFR RAS, 1991; 51 p. (in Russ.).Cжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии [Электронный ресурс]: ИТС 38-2017 – Введ.2018-07-01. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/556173718 – (Дата обращения: 14.09.2019.).Czhiganie topliva na krupnykh ustanovkakh v tselyakh proizvodstva energii. [E-resources]: ITS 38-2017 – Vved.2018-07-01. Available at: http://docs.cntd.ru/document/556173718 (09.14.2019) (in Russ.).Цементная промышленность и экология / Б.Э. Юдович [и др.] // Цемент. – 1998. – № 3. – С. 11–19.Yudovich B.E., Dmitriev A.M., Lyamin Yu.A., Zubehin S.A. Cement industry and ecology (Tsementnaya promyshlennost' i ekologiya), 1998;(3):11–19 (in Russ.).Официальный сайт Министерства сельского хозяйства Российской Федерации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://mcx.ru/press-service/regions/v-dagestane-rastut-obemy-proizvodstva-myasa-ptitsy/. – В Дагестане растут объемы производства мяса птицы. – (Дата обращения: 14.09.2019.).V Dagestane rastut ob"emy proizvodstva myasa ptitsy [E-resource]. Available at: http://mcx.ru/press-service/regions/v-dagestane-rastut-obemy-proizvodstva-myasa-ptitsy/ (14.10.2019) (in Russ.)Патент 2034499 Российская Федерация, МПК7 C1 6 A 23 K 1/16. Способ приготовления премикса для сельскохозяйственной птицы на основе микроводоросли спирулина / Околелова Т.М., Байковская И.П., Байковская Е.Ю., Криворучко Л.И., Соловьев А.А., Лямин М.Я., Чернова Н.И.; заявитель и патентообладатель Всероссийский науч.-исслед. и технолог. ин-т птицеводства. – № 92002713/15; заявл.28.10.92; опубл. 10.05.95, Бюл. № 13. – 5 с.Okolelova T.M., Baikovskaya I.P., Baikovskaya E.Yu., Krivoruchko L.I., Solov'ev A.A., Lyamin M.Ya., Chernova N.I. Patent for invention 2034499 Russian Federation, MPK7 C1 6 A 23 K 1/16. A method of preparing a premix for poultry based on spirulina microalgae (Sposob prigotovleniya premiksa dlya sel'skokhozyaistvennoi ptitsy na osnove mikrovodorosli spirulina). Applicant and patent holder – All-Russian scientific research. and technologist. Institute of Poultry (Vserossiiskii nauch.-issled. i tekhnolog. in-t ptitsevodstva). №92002713/15; declared 28.10.92; published 10.05.95, Bul. № 13, 5 p. (in Russ.).Чернова, Н.И. Микроводоросли в качестве сырья для получения биотоплива / Н.И. Чернова [и др.] // Международный научный журнал "Альтернативная энергетика и экология" ( ISJAEE). – 2008. – № 9. – С. 68–74.Chernova N.I., Kiseleva S.V., Korobkova T.P., Zaytsev S.I. Microvodorosli v kachestve sirya dlya polucheniya biotopliva. International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2008;(9):68– 74 (in Russ.).Vlaskin, M.S. A new procedure of hydrothermal liquefaction of microalgae after different thermochemical pre-treatments / M.S. Vlaskin [et al.] // Proceedings of the 16th International Heat Transfer Conference, IHTC-16 August 10–15. – Beijing, China, 2018. – P. 1–7.Vlaskin M.S., Chernova N.I., Kiseleva S.V., Dombrovsky L.A. A new procedure of hydrothermal liquefaction of microalgae after different thermochemical pre-treatments. Proceedings of the 16th International Heat Transfer Conference, IHTC-16, August 10–15, 2018, Beijing, China. IHTC16-22357; pp. 1–7.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.