ПОЛУЧЕНИЕ ГАЗООБРАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ПРИ ПИРОЛИЗЕ БИОМАССЫ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

Биомасса водорослей рассматривается как альтернативное сырье для производства биотоплива. Поиски новых видов сырья, в том числе высокоэнергетических видов микроводорослей (МКВ), являются актуальными, поскольку доля моторных топлив в структуре мирового топливно-энергетического баланса остаётся стабильно высокой (порядка 35 %), и цена на нефть характеризуется большой волатильностью. Авторами рассмотрены преимущества микроводорослей как источников сырья для получения топлива. В качестве технологий их переработки предлагаются биохимическая и термохимическая конверсия. В данной работе представлены результаты исследования пиролиза биомассы клоновой культуры сине-зеленой микроводоросли/цианобактерии Arthrospira platensis rsemsu 1/02-P из коллекции НИЛ возобновляемых источников энергии МГУ имени М.В. Ломоносова. Эксперимент по изучению процесса пиролиза биомассы МКВ проводился на экспериментальной установке ОИВТ РАН в среде чистого азота марки 6.0 для создания бескислородной среды с линейной скоростью нагрева 10 ºС/мин от комнатной температуры до 1 000 ºС. Весь процесс пиролиза протекал в области эндотермии. Были экспериментально определены удельные количества твердого остатка, пиролизной жидкости и газообразных продуктов. В результате пиролиза биомассы МКВ массой 15 г были получены следующие продукты: 1) уголь – масса твердого остатка 2,68 г, или 17,7 % от исходной массы МКВ (при этом 9,3 % от исходной массы МКВ остались в реакторе); 2) пиролизная жидкость – масса 3,3 г, или 21,9 % от исходной массы; 3) неконденсируемые пиролизные газы – масса 1,15 л. Удельный объемный выход газа (количество газа, выделяющегося из 1 кг исходного материала) составил 0,076 нм³/кг. Проведен анализ состава и удельного объемного выхода неконденсируемых пиролизных газов, образующихся в процессе пиролиза, в зависимости от температуры. Показано, что с ростом температуры возрастает доля высококалорийных компонентов газовой смеси (водорода, метана и монооксида углерода). Проведена оценка теплотворной способности смеси этих газов.

1. Алексеев, В. В. Рост концентрации СО2 в атмосфере – всеобщее благо? [Текст] / В.В. Алексеев [и др.] // Природа. – 1999. – № 9. – С. 3–13.

2. Chernova, N.I. Efficiency of the biodiesel production from microalgae / N.I. Chernova, S.V. Kiseleva, O.S. Popel’ // Thermal Engineering. – 2014. – Vol. 61. – No. 6. – P. 399–405.

3. Yujie, Su. Progress of microalgae biofuel’s commercialization / Su Yujie [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2017. – Vol. 74. – P. 402–411.

4. Чернова, Н.И. Микроводоросли в качестве сырья для получения биотоплива [Текст] / Н.И.Чернова [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2008. – № 9. – С. 68–74.

5. Chernova, N.I. Use of biomass for producing liquid fuel: Current state and innovation / N.I. Chernova , T.P. Korobkova, S.V. Kiseleva // Thermal Engineering. – 2010. – Vol. 57. – No. 11. – P. 937–945.

6. Чернова, Н.И. Проблемы получения биотоплива третьего поколения: воздействие стрессоров на накопление нейтральных липидов в сине-зеленых водорослях (цианобактериях) [Текст] / Н.И. Чернова [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2014. – № 12. – С. 70–83.

7. Vlaskin, M.S. Hydrothermal liquefaction of microalgae to produce biofuels: state of the art and future prospects / M.S. Vlaskin [et al.] // Thermal Engineering. – 2017. – Vol. 64. – No. 9. – P. 627–636.

8. Elliott, D.C. Review of recent reports on process technology for thermochemical conversion of whole algae to liquid fuels / D.C. Elliott // Algal Research. – 2016. – Vol. 13. – P. 255–263.

9. Chernova, N.I. Biofuel production from microalgae by means of hydrothermal liquefaction: advantages and issues of the promising method / N.I. Chernova, S.V. Kiseleva, M.S. Vlaskin // International Journal of Energy for a Clean Environment. – 2017. – Vol. 18. – No. 2. – P. 132–145.

10. Vlaskin, M.S. Chemical composition of bio-oil produced by hydrothermal liquefaction of microalgae with different lipid content / M.S. Vlaskin [et al.] // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2018. – Vol. 159. – No. 1. – P. 012004(1)–012004(6).

11. Vlaskin, M.S. Hydrothermal liquefaction of microalgae after different pre-treatments / M.S. Vlaskin [et al.] // Energy Exploration and Exploitation. – 2018. – No. May 2018. – P. 0(0) 1–0(0) 10.

12. Чернова, Н.И. Биодизель из микроводорослей: методы индукции липидов и скрининга перспективных штаммов [Текст] / Н.И.Чернова [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. –№ 21. – С. 44–54.

13. Chernova, N.I. Microalgae biofuels: Induction of lipid synthesis for biodiesel production and biomass residues into hydrogen conversion / N.I. Chernova, S.V. Kiseleva // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – No. 5. – P. 2861–2867.

14. Пат. 2322489 C1 Российская Федерация, МПК6 C12N 1/12, C12R 1/89 Штамм Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl. 1/02-T/03-5 – продуцент белковой биомассы / Коробкова Т.П., Чернова Н.И., Киселева С.В., Зайцев С.И.; заявители и патентообладатели Коробкова Т.П., Чернова Н.И., Киселева С.В., Зайцев С.И. - №2006122671/13; заявл. 27.06.06; опубл.2008/04/20, Бюл. № 11. – 7 с: 3 ил., 3 табл.

15. Zarrouk, C. Contribution a l'etude d’ une cyanophycee / C. Zarrouk. – Influence de diverse facteursphysiques et chimiques sur la croissance et la photosynthese de Spirulina maxima (Setch et Gardner) Geitler: University of Paris, France, 1966.

16. Dawson, R.M.C. Data for Biochemical Research (Third Edition) / R.M.C. Dawson [et al.]. – Oxford: Oxford Science Publications, 1986.

17. Folch, J. A simple method for the isolation and purification of total lipids from animal tissues / J. Folch, M. Lees, G.H.S. Stanley // J. Biol. Chem. – 1957. – Vol. 226. – No. 1. – P. 497–509.

18. Dubois, M. Colorimetric method for determination of sugars and related substances / M. Dubois // Anal. Chem. – 1956. – Vol. 28. – No. 3. – P. 350–356.

19. Василевич, С.В. Исследование термохимической конверсии биомассы для получения различных видов топлив [Текст] / С.В. Василевич [и др.] // Proceedings International conference “Energy of Moldova – 2012. Regional aspects of development”. – October 4–6, 2012. – Chisinau, Republic of Moldova. – С. 324–330.

20. Kosov, V.V. High-calorific gas mixtures produced by pyrolysis of wood and peat / V.V. Kosov [et al.] // Proceedings of XVII European Biomass Conference and Exhibition 2009, Hamburg. – 2009. – P. 1085–1088.

21. Miao, X. Fast pyrolysis of microalgae to produce renewable fuels / X. Miao, Q. Wu, C. Yang // J. Anal. Appl. Pyrolysis. – 2004. – Vol. 71. – P. 855–863. http://dx.doi.org/10.1016/j.jaap.2003.11.004.

22. Рациональное использование газа в энергетических установках. Спр. руков. / Под ред. Иссерлина А.С. – Л.: Недра, 1990. – 424 с.

23. Azizi, K. A review on bio-fuel production from microalgal biomass by using pyrolysis method / K. Azizi, M.K. Moraveji, H.A. Najafabadi // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 82. – P. 3046–3059.

24. Gong, X. Investigation on pyrolysis of low lipid microalgae Chlorella vulgaris and Dunaliella salina / X. Gong // Energy Fuels. – 2014. – Vol. 28. – P. 95–103; http://dx.doi.org/10.1021/ef401500z.

25. Hu, Z. The characteristic and evaluation method of fast pyrolysis of microalgae to produce syngas / Z. Hu, X. Ma, L. Li // Bioresour Technol. – 2013. – Vol. 140. – P. 220–226; http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2013.04.096