Вид программы Aquatic была программа исследований в США началось в 1978 году президент Джимми Картер и финансировалась США Министерства энергетики , [1] , которые в течение почти двух десятилетий смотрели в производство энергии с использованием водорослей . Первоначально финансирование Программы водных видов было направлено на разработку возобновляемого топлива для транспорта. Позже программа сосредоточилась на производстве биодизеля из водорослей. Программа исследований была прекращена в 1996 году. Исследовательский персонал собрал свою работу и выводы в отчете за 1998 год.
История
Примерно в 1978 году администрация Картера объединила всю федеральную энергетическую деятельность при поддержке недавно созданного Министерства энергетики США (DOE). Министерство энергетики инициировало исследования по использованию растительной жизни в качестве источника топлива для транспорта. [2] Программа по водным видам (ASP) была небольшим исследовательским усилием, направленным на изучение использования водных растений в качестве источников энергии. Хотя его история восходит к 1978 году, большая часть исследований с 1978 по 1982 год была сосредоточена на использовании водорослей для производства водорода . Программа сместила акцент на другие виды топлива для транспорта, в частности биодизель, начиная с начала 1980-х годов. [2] В 1995 году Министерство энергетики приняло решение прекратить финансирование исследований водорослей в рамках Программы по биотопливу. Департамент решил сосредоточить свои усилия на одной или двух ключевых областях, крупнейшей из которых является разработка биоэтанола . Программа по водным видам завершилась в 1996 году.
Группы водорослей
Микроводоросли - это микроскопические организмы, которые могут расти посредством фотосинтеза . Многие группы быстро растут и более продуктивны, чем наземные растения и макроводоросли (морские водоросли). Размножение микроводорослей происходит в основном путем вегетативного ( бесполого ) деления клеток, хотя половое размножение может происходить у многих видов при соответствующих условиях роста. Микроводоросли эффективны для производства топлива, и они способны принимать ненужную (с нулевым потреблением энергии) форму углерода ( CO
2) и преобразование его в жидкую форму энергии с высокой плотностью (натуральное масло). [2]
Существует несколько основных групп микроводорослей , которые различаются пигментным составом, биохимическими составляющими, ультраструктурой и жизненным циклом. Пять групп имели первостепенное значение для ASP: диатомовые водоросли (класс Bacillariophyceae), зеленые водоросли (класс Chlorophyceae), золотисто-коричневые водоросли (класс Chrysophyceae), prymnesiophytes (класс Prymnesiophyceae ) и эустигматофиты (класс Eustigmatophyceae ). Сине-зеленые водоросли , или цианобактерии (класс Cyanophyceae), также были представлены в некоторых из коллекций. [2]
Исследовать
Одним из побочных преимуществ было улавливание отходов CO.
2от угольных электростанций. Исследователи были озабочены поиском видов водорослей с высоким содержанием липидов, и в ходе своих поисков они собрали более 3000 североамериканских видов. Затем работа была сосредоточена на увеличении содержания липидов в них за счет сокращения поступления основных питательных веществ , таких как азот и кремний .
Другой ключевой целью исследования была проверка системы открытых водоемов для массового производства , в результате чего были созданы системы водоемов площадью 1000 квадратных метров (11000 квадратных футов) в Розуэлле , штат Нью-Мексико . При достижении желаемого урожая в 50 граммов (1,8 унции) водорослей с квадратного метра в день было обнаружено, что низкие температуры снижают урожайность.
Выводы
Исследование добычи нефти в клетках
Основным направлением программы было производство биодизеля из водорослей с высоким содержанием липидов, выращиваемых в прудах, с использованием отходов CO.
2от угольных электростанций. Липиды, на которые они ссылаются, - это еще одно название триглицеридов или ТАГ, которые являются основной формой хранения натуральных масел. Программа рассматривала дефицит питательных веществ в водорослях, потому что они хотели изучить липидный триггер. Гипотеза заключалась в том, что, когда водоросли испытывают нехватку питательных веществ, производство масла в клетках увеличивается, поэтому это может повлиять на общую продуктивность. Однако исследование показало, что во время дефицита питательных веществ скорость производства масла ниже. Более высокий уровень масла в клетках более чем компенсируется более низкой скоростью роста клеток. [2]
Ацетил-КоА карбоксилаза
Ацетил-КоА-карбоксилаза ( АССаза ) - это фермент, который катализирует ключевой метаболический этап синтеза масел в водорослях. Программа была первой, кто выделил этот фермент из диатомовых водорослей . Исследователи открыли систему трансформации диатомовых водорослей. Они хотели знать, приведет ли повышение уровня активности АССазы в клетках к увеличению производства масла. Однако увеличения добычи нефти не произошло. [2]
Открытые пруды
Программа изучала возможность крупномасштабного выращивания водорослей в открытых водоемах. Они провели исследования в Калифорнии , Гавайях , Нью-Мексико и обнаружили, что долгосрочное и надежное производство водорослей возможно. Испытания в Розуэлле, штат Нью-Мексико, доказали, что открытые водоемы могут работать с чрезвычайно высокой эффективностью CO.
2утилизация. Тщательный контроль pH и других физических условий введения CO.
2в пруды допускается использование более 90%. Однодневное производство, зарегистрированное в течение одного года, составило 50 граммов (1,8 унции) водорослей на квадратный метр в день, что является долгосрочной целью. Низкие температуры отрицательно сказались на производстве. [2]
Расходы
Затраты на окружающую среду и общество были значительно ниже, чем затраты на производство обычного топлива.
Доступность ресурсов
ASP провела оценку соответствующего климата, земли и наличия ресурсов. Они обнаружили, что водоросли могут обеспечить несколько квадратов биодизеля, намного больше, чем могут дать существующие масличные культуры. Системы микроводорослей используют меньше воды, чем традиционные масличные культуры. Земля - это не ограничение. 200 000 гектаров (490 000 акров) могут производить один квадратик топлива. Таким образом, ограниченность ресурсов не является аргументом против технологии. [2]
Финансирование
В расцвете сил программа имела годовое финансирование до 2–2,75 миллиона долларов. [3] После периода бума 1984 и 1985 годов финансирование быстро упало до минимума в 250 000 долларов в 1991 году. Общая стоимость Программы по водным видам составила 25,05 миллиона долларов за 20 лет ее существования. [3]
В отчете о завершении программы за июль 1998 г. сделан вывод о том, что даже при самых оптимистичных показателях урожайности липидов производство биодизеля из водорослей станет рентабельным только в том случае, если цены на бензин-дизель вырастут вдвое по сравнению с уровнем 1998 года. Несмотря на высокую волатильность, цены на нефть обычно в три или более раз превышают среднюю цену 1998 года в постоянных долларах. [4]
Будущее
Реинвестировании американской экономики и (ARRA) является крупнейшим увеличение научных исследований , финансирование в истории США. Миллиарды долларов идут на энергетические исследования, разработки и внедрение в настоящее время и будут продолжаться. [3] В январе 2010 года министр энергетики США Стивен Чу объявил о выделении государством 80 миллионов долларов на исследования и разработки в области биотоплива. Основная часть финансирования пошла на исследования и разработки водорослей, а остальное - на инфраструктуру этанола. [5]
Однако прогнозы будущих затрат на нефть - это подвижная цель. Министерство энергетики ожидает, что затраты на нефть останутся относительно неизменными в течение следующих 20 лет. Биодизель из водорослей по сравнению с ним стоит дорого и, возможно, не сможет конкурировать с такими дешевыми ценами на нефть. [6]
Последствия
Ученые Национальной лаборатории возобновляемой энергии выделили около 3000 видов водорослей. Пятьдесят один сорт был охарактеризован как потенциально ценный штамм, но осталось менее половины из них.
Несколько сотен штаммов хранились в Гавайском университете , который в течение многих лет каждые два месяца переносил, «пассировал» их в новые пробирки, богатые питательными веществами. Когда в 2004 году закончился грант Национального научного фонда , поддерживать коллекцию стало непрактично.
Обзор, опубликованный ранее в этом году, показал, что более половины генетического наследия было потеряно. 23 из 51 штамма, которые были тщательно изучены в ходе программы, выживают. Потери для остальных водорослей были еще хуже.
«Поистине кровавый позор состоит в том, что из этих 3000 штаммов в Гавайском университете осталось от 100 до 150 штаммов», - сказал Аль Дарзинс, возглавляющий программу исследований возрождающегося водорослевого биотоплива в Национальной лаборатории возобновляемой энергии. [3]
Департамент энергетики
Во время правления администрации Картера в середине 1970-х годов все подразделения, связанные с энергетикой, были объединены в рамках недавно сформированного Министерства энергетики.
Иерархия между Министерством энергетики и Программой по водным видам была следующей:
- DOE
- Помощник госсекретаря по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии
- Управление транспортных технологий
- Управление развития топлива
- Программа биотоплива
- Программа по водным видам
Смотрите также
- Топливо из водорослей в США
- Альгакультура
- Научно-исследовательский институт солнечной энергии
- Коллекция культур микроводорослей SERI
Рекомендации
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 сентября 2006 года . Проверено 29 августа 2006 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ a b c d e f g h http://www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24190.pdf
- ^ а б в г Мадригал, Алексис (29 декабря 2009 г.). «Как водорослевое биотопливо потеряло десятилетие в борьбе за замену нефти» . Проводной . Проверено 31 декабря 2009 года .
- ^ http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/4/42/Oil_Prices.jpg )
- ^ http://news.cnet.com/8301-11128_3-10434830-54.html
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 августа 2009 года . Проверено 21 апреля 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- http://www.ens-newswire.com/ens/jan2010/2010-01-18-092.html
- http://www.biodieselinvesting.com/biodiesel-archives/2010/01/21/isu-gets-federal-funds-for-biofuel-research/ [ постоянная мертвая ссылка ]
- https://web.archive.org/web/20060926045050/http://www1.eere.energy.gov/biomass/pdfs/biodiesel_from_algae.pdf
- www.eere.energy.gov