PROIZVODNJA BIOGORIVA IZ ALGI

Monday, 05 October 2009

Ovisnost svijeta o neobnovljivim izvorima energije, uglavnom fosilnim gorivima, trn je u oku mnogih znanstvenika i aktivista za zaštitu okoliša diljem svijeta. Samim time ne iznenađuju globalna nastojanja da se smanji ovisnost o fosilnim gorivima i pronađu ekonomski prihvatljiva alternativna goriva i da se time znatno smanje emisije štetnog ugljičnog dioksida u atmosferu. Jedna od alternativa o kojoj se najviše priča su biogoriva. Biogoriva su zbog svoje sličnosti s naftnim derivatima poprilično dobra alternativa fosilnim gorivima i korištenje biogoriva rezultira s manjim emisijama CO2 u atmosferu. Zbog toga su biogoriva ekološki puno prihvatljivija od konkurentskih fosilnih goriva. Manje ukupne emisije ugljičnog dioksida iz biogoriva rezultat su zatvorenog ugljičnog kruga – biljke i alge uzimaju iz atmosfere ugljični dioksid da bi mogle rasti, a kad se biogoriva upotrebljavaju taj isti ugljični dioksid se vraća natrag u atmosferu. Ugljični otisak fosilnih goriva ide u samo jednom smjeru – iz zemlje u atmosferu, tj.u niti jednom koraku proizvodnje i korištenja fosilnih goriva ne smanjuje se količina CO2 u atmosferi.

Biogorivo može biti čvrsto, tekuće ili čak plinovito gorivo koje je proizvedeno iz biološkog materijala. Kod organizama koji obavljaju fotosintezu, kao na primjer kukuruz ili soja, biljke koriste energiju sunca i vodu da bi pretvorile dostupni ugljični dioksid u ugljikohidrate, tj. da bi pohranile energiju. Ovakav proces je zapravo dvostruko koristan: ne samo da je proizvedeno gorivo, nego je za to potrošena određena količina ugljičnog dioksida pa ovakva proizvodnja goriva ima pozitivni učinak i s energetske i s ekološke točke gledanja. Iako se biogoriva mogu proizvoditi od bilo kakvih izvora ugljika, danas se uglavnom koriste razne vrste ratarskih biljaka diljem svijeta. Postoji mala razlika između različitih biljaka u smislu goriva koje se od njih proizvodi. Na primjer etanol se proizvodi od biljaka koje sadrže puno šećera (šećerna trska, kukuruz), a za proizvodnju biodizela koriste se biljke koje sadrže više ulja (soja, kanola, uljana repica).

Biogoriva imaju mnoge prednosti, ali postoje i nedostaci. Uzgajanje biljaka za proizvodnju biogoriva zahtjeva kvalitetna poljoprivredna zemljišta a to naravno povećava potražnju za takvim zemljištima i diže cijenu. Najveći problem s biogorivima je zapravo činjenica da je proizvodnja biogoriva pretvaranje hrane u gorivo, a to loše utječe i na cijenu i na dostupnost hrane diljem svijeta, a već sad postoji gotovo milijarda ljudi koji žive na rubu gladi. Prema tome pretvaranje hrane u gorivo ne izgleda kao logičan izbor za rješavanje energetskih problema.

PREDNOSTI KORIŠTENJA ALGI ZA PROIZVODNJU BIOGORIVA

Proizvodnja biogoriva iz algi ima mnoge prednosti koje taj postupak čine gotovo savršenim izvorom goriva. Alge rastu 50 do 100 puta brže od tradicionalnih kultura za proizvodnju biogoriva. Dodatna velika prednost je to što su alge jednostanični organizmi koji ne zahtijevaju svježu pitku i zemljište da bi rasli, a to znatno pojednostavnjuje proizvodnju. Prema nekim stručnjacima proizvodnja goriva iz algi je najbolja alternativa fosilnim gorivima i uz dobru podršku ta bi biogoriva u budućnosti mogla u potpunosti izbaciti fosilna goriva iz upotrebe.

Gdje se mogu uzgajati alge? Alge se mogu uzgajati u odvojenim vodenim površinama, čak iako voda nije dovoljno kvalitetna za piće. Alge se također mogu uzgajati i u slanoj vodi. Uzgajajući alge na površinama koje nisu pogodne za proizvodnju hrane, više zemljišta i kvalitetne vode ostaje za proizvodnju hrane. Veća količina proizvedene hrane može se onda upotrijebiti za borbu protiv gladi, a ne za proizvodnju biogoriva kao do sada. Odemo li tridesetak godina unatrag, ili da smo precizniji u 1978 godinu, možemo primijetiti da je čak i američko ministarstvo za energiju (Department of Energy - DOE) pokrenulo „Aquatic Species Program“ s ciljem istraživanja moguće proizvodnje energije i biogoriva iz algi. Prema tome, proizvodnja biogoriva iz algi nije nova ideja kao što misli većina ljudi. Usprkos dobroj ideji, ovo istraživanje nije bilo produktivno, uglavnom zbog padajućih cijena sirove nafte i činjenice da je DOE bilo prisiljeno smanjivati troškove. Sve ovo rezultiralo je gašenjem programa 1996 godine.

Usprkos gašenju, istraživanja unutar tog programa dala su vrlo važne rezultate, a najvažnije od svega je zaključak da bi proizvodnja biogoriva iz algi svakako mogla dostići željene razine. U ono doba studije su pokazale i jedan veliki nedostatak: zaključeno je da postupak ne bi bio financijski opravdan sve i da se cijena sirove nafte udvostruči. Ovaj zaključak imao je solidnu potporu sve do 2006 godine u kojoj se cijena nafte gotovo utrostručila u odnosu na prošlu dekadu, a cijena nafte je i dalje rasla. Uz trenutne probleme globalnog zatopljenja i visoke cijene sirove nafte stvorile su se idealne prilike za ponovnu evaluaciju ovog izvora energije.

TEHNOLOGIJE ZA UZGOJ ALGI (ALGAL GROWTH SYSTEM)

Polje za proizvodnju/uzgoj algi.

Proizvodnja biogoriva iz algi vrlo je zanimljivo područje istraživanja mnogim znanstvenicima diljem planeta, ja jedan on vodećih centara za takova istraživanja je laboratorij za pogone i konverziju energije (The Engines and Energy Conversion Laboratory - EECL) na sveučilištu Colorado State University. Ovaj laboratorij usmjeren je prema tehnologijama koje bi omogućile industrijska rješenja za energetske i ekološke izazove. Glavni projekt laboratorija fokusiran je na proizvodnju biogoriva iz algi i trebao bi rezultirati skalabilnom i cjenovno prihvatljivom tehnologijom za proizvodnju goriva. Jedan od glavnih igrača na tom polju svakako je tvrtka Solix Biofuels, kompanija koje je usavršila nekoliko generacija sustava za uzgoj algi (Algal Growth System - AGS), tehnologije koja je sad operativna na pokaznom polju Coyote Gulch u jugozapadnom Koloradu.

Tvrtka Solix Biofuels je vodeća u proizvodnju tehnologija za kreiranje iskoristive energije iz algi. Njihova tehnologija usmjerena je na omogućavanje velike komercijalizacije goriva temeljenih na mikroalgama i dodatnih koprodukata. Alge se mogu uzgajati na dva osnovna načina – sustav otvorenog bazena (prirodnog ili umjetno napravljenog) ili umjetni zatvoreni sustav. Alge moraju biti vrlo otporne na nametnike za uzgoj u otvorenim sustavima jer su to uvjeti koje nije lako kontrolirati.

Bez kontroliranih uvjeta teško je održavati rast željene vrste algi, odnosno održati rast na optimalnoj razini za proizvodnju biogoriva. Ovo je glavni razlog zašto Solix Biofuels uglavnom razvija zatvorene sustave za uzgoj algi. Zatvoreni sustavi imaju nekoliko prednosti: ne samo da zatvoreni sustavi omogućavaju uzgoj određene kulture, nego se alge u tim sustavima mogu direktno hraniti visoko koncentriranim ugljičnim dioksidom iz industrijskih procesa, a to naravno maksimizira količinu „ulovljenog“ ugljičnog dioksida koji bi inače bio ispušten u atmosferu. Prvi prototip AGS sustava napravljen je 2006 godine. Od onda kompanija radi na usavršavanju tehnologije i znatno je proširila površinu na kojima uzgaja alge. Posljednji veliki uspjeh dolazi iz srpnja 2009 kad su instalirali veliki sustav za proizvodnju biogoriva na pokaznom polju Coyote Gulch.

Što su oni zapravo postigli?

Započeli su s velikim izazovom: prvo je trebalo razviti procese za skupljanje podataka i kontroliranje rasta ta automatizirani AGS. Željeli su jedinstvenu tehnološku platformu koja bi podržavala i prirodne i industrijske operacije. U prirodnim uvjetima sustav treba biti prilagodljiv pa je bilo potrebno mnogo kemijskih i fizičkih senzora te kontrola protoka. Za operacije u industrijskom okruženju glavni je naglasak bio na stabilnoj, pouzdanoj i jednostavnoj platformi koja ima sučelja prema industrijskoj instrumentaciji i kontrolama. Industrijska okruženja također moraju imati sustave skupljanja podataka u zajednički repozitorij da bi se informacije mogle jedinstveno prezentirati svim zainteresiranim stranama: menadžerima, operativi i odjelu za istraživanja i razvoj. Zbog toga je kreiran cijeli sustav za nadzor i skupljanje podataka (Supervisory Control and Data Acquisition) uključujući i sučelje za monitoriranje i kontrolu rasta algi.

Pokusna energana uključuje raznovrsne sustave izgrađene za proizvodnju plina i tokova vode, sam sustav za uzgoj algi, sustave za skupljanje algi i konačno sustave za proizvodnju biogoriva. Svi ovi sustavi omogućuju im vrlo precizno skupljanje podataka i ispitivanje odaziva različitih vrsta algi na različite uvjete uzgoja.

ZAKLJUČAK

Biogoriva temeljena na algama definitivno imaju potencijala pokrenuti revoluciju u energetskoj industriji i mogla bi igrati vodeću ulogu u borbi protiv stakleničkih plinova i klimatskih promjena. Naravno, da bi se došlo do toga morat će se pokrenuti još mnoga istraživanja i biti će potrebna znatna financijska sredstva. Kompanije poput Solix Biofuels su pioniri koji bi mogli pogurati ovaj energetski sektor u jedan od najkompetitivnijih na energetskom tržištu. Lobiji iza fosilnih goriva su još uvijek prejaki, ali s rastućim problemom globalnih klimatskih promjena ti lobiji bi uskoro mogli u određenoj mjeri oslabiti, čime bi se širom otvorila vrata alternativnim gorivima. Jedna od alternativa koja svakako zaslužuje pažnju u godinama koje dolaze su biogoriva iz algi. Njihov energetski potencijal, činjenica da ne pretvaramo hranu u gorivo i znatno smanjene ukupne emisije stakleničkih plinova trebali bi im osigurati dovoljna financijska sredstva za daljnja istraživanja.

Potražnja za energijom neće se smanjivati u godinama koje dolaze nego će rasti i biti će potrebna alternativna goriva bez obzira koliko će dominantna ostati fosilna goriva. Proizvodnja biogoriva iz algi mogla bi biti jedna od iznenađujućih takmaca na polju alternativnih goriva u ne tako dalekoj budućnosti, osobito ako cijene fosilnih goriva budu rasle. A u međuvremenu bi kompanije poput Solix Biofuels trebale nastaviti svoja istraživanja i ukazivati na prednosti koje ovakav proces ima. Ovime bi se svijest o toj alternativi znatno proširila i implementacija proizvodnje na globalnoj razini postala bi moguća kad za to dođe vrijeme.

Biodizel je moguće proizvesti iz algi.