Пространственный анализ ресурсного потенциала для оптимального размещения объектов биоэнергетики

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.

1. Материалы 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.

2. 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/s11027-006-7304-1

3. 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.

4. 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.

5. 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: 10.1080/15567036.2011.645121

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Официальный сайт проекта Open Street Map [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.openstreetmap.org. – OpenStreetMap. – (Дата обращения: 14.09.2019.).

10. 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.).

11. 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.).

12. 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.).

13. ГИС-Атлас «Недра России» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://webmapget.vsegei.ru/ – (Дата обращения: 14.09.2019.).

14. 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.

15. 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.

16. Официальный сайт проекта «Расписание погоды» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://rp5.ru. – Расписание погоды. – (Дата обращения: 14.09.2019.).

17. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. – Ленинград, Гидрометеоиздат, 1990. – 342 с.

18. 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.

19. 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.

20. Зенин, А.А. Гидрохимический словарь / А.А. Зенин, Н.В. Белоусова. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988.

21. 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.

22. Каталог культур микроводорослей в коллекциях СССР. – М.: ИФР РАН. – 1991. – С. 51.

23. 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.).

24. Цементная промышленность и экология / Б.Э. Юдович [и др.] // Цемент. – 1998. – № 3. – С. 11–19.

25. 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.).

26. 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.

27. 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.

28. 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.