Paliwa z glonów. Sinice mogą być poŝyteczne... Autorzy: Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka ) ( Energia Gigawat nr 2-3/2009)

Transkrypt

1 Paliwa z glonów. Sinice mogą być poŝyteczne... Autorzy: Włodzimierz Kotowski, Eduard Konopka ) ( Energia Gigawat nr 2-3/2009) W miarę rosnącej niejasności oraz niepewności co do perspektywy rytmiczności pozyskiwania ropy i poziomu jej cen, tak wytwórcy aut, jak i uŝytkownicy wykazują wzmagające się zainteresowania biopaliwami a wśród nich bioetanolem. Dziś jest on wytwarzany głównie z roślin zawierających cukier lub skrobię ale są to rośliny równie waŝne dla przemysłu spoŝywczego. Towarzyszącą temu krytyczną dyskusję moŝna ująć problemowym pytaniem rośliny z upraw agrarnych na talerz, czy do baku? Tymczasem wytwórczość etanolu w świecie systematycznie wzrasta. I tak USA w 2007 roku produkcją 24,6 mld litrów stały się największym w świecie jego wytwórcą, wyprzedzając Brazylię. Podczas, gdy w Brazylii etanol produkuje się z trzciny cukrowej, to w Ameryce Północnej, w Chinach oraz wielu innych krajach ta wytwórczość bazuje głównie na kukurydzy. Z niezrozumiałych powodów nie wykorzystuje się dla produkcji etanolu ogromnych moŝliwości uprawy glonów tak w morzach oraz oceanach, jak i słodkich wodach. Z jednego hektara powierzchni ich uprawy uzyskuje się rocznie aŝ 150 ton biomasy, która tworzy się na drodze fotosyntezy z 450 ton CO 2 i odpowiedniej ilości wody. Glony występują w ogromnej ilości róŝnorakich gatunków oraz klas, ale ostatnio prowadzone badania koncentrują się przede wszystkim na sinicy. Naukowcom na Hawajach udała się genetyczna modyfikacja jednej z odmian sinicy, dzięki której wytwarza ona w ramach fotosyntezy CO 2 z H 2 O etanol jako produkt odpadowy (uboczny) (U. Manzke; Brennstoffspiegel, 48, 10, 2008 r.). Badania na Hawajach nad genetycznie zmodyfikowanymi glonami sinicy z uboczną wytwórczością alkoholu etylowego ilustruje fotografia. Tworząca się w ramach fotosyntezy ) Obaj pracują na Politechnice Opolskiej 1

2 glonowa biomasa nadaje się do komponowania pasz i dzięki temu zamyka się obieg materii w przyrodzie z pokaźnym efektem gospodarki światowej. Tego typu badania podjął równieŝ miedzy innymi koncern Shell oraz jednostka naukowo-badawcza na terenie Niemiec. Źródło: IWP Rys. 1 Genetycznie zmodyfikowane glony sinicy podczas fotosyntezy ditlenku węgla i wody wytwarzają jako produkt uboczny bioetanol w instytucie na Hawajach Pod koniec listopada 2008 roku specjaliści i naukowcy z wszystkich kontynentów spotkali się w Południowej Afryce na konferencji Carbon Capture and Storage z celem przedyskutowania uwarunkowań procesowo-technicznych przemysłowej produkcji biopaliw na bazie glonów. Pierwszą instalację pilotowa tego typu wybuduje się w latach w północnowschodniej części Brazylii z foto-bio-reaktorem o powierzchni 4 ha. Jest to międzynarodowe przedsięwzięcie o nazwie ALGAE-FUEL-NET, realizowane przez instytucje naukowobadawcze w Europie, Izraelu, USA, Brazylii oraz Chinach. 2

3 Zajmując się znacznym rozwojem produkcji glonów, nie powinno się tej problematyki rozpatrywać w oderwaniu od próby określenia wpływu emitowanego przez gospodarkę światową CO 2 na zmiany klimatyczne. Rośliny oraz niektóre bakterie pobierają ditlenek węgla z otoczenia i via fotosynteza z woda przetwarzają w biomasę. Nie wszyscy wiedzą o tym, Ŝe na naszej planecie znajduje się aŝ 135 biliardów ( ) ton CO 2, z czego 98% wiąŝą morza i oceany, a resztę, tj. 2,75 biliarda ton znajduje się w atmosferze. Jest on naturalnym składnikiem powietrza, w którym jego zawartość wynosi jedynie 0,04%. Absorbuje częściowo ciepło promieniowania słonecznego i przez to naleŝy do gazów cieplarnianych obok pary wodnej, metanu i ozonu. Dzięki nim temperatura powierzchni ziemi wynosi +15 C, a bez tego efektu ten parametr oscylowałby wokół przeciętnej 18 C, co wykluczałoby Ŝycie na naszej planecie. Obecnie ludzkość wytwarza ponad 23 miliardy ton CO 2 rocznie, emitując go do otaczającej nas atmosfery. Kraje, które emitują najwięcej tego składnika gazów cieplarnianych ujęto w przeliczeniu na jednego mieszkańca poniŝszą tabelą. Kraje o największej emisji ditlenku węgla do atmosfery w tonach rocznie w przeliczeniu na jednego mieszkańca. Kraj Emisja na 1 mieszkańca (t/rok) Katar 45 Kuwejt 26 Zjednoczone Emiraty Arabskie 24 Luksemburg 23 USA 20 Australia 17 Finlandia 14 Niemcy 11 Źródło: World Resources Institute 3

4 Emisja CO 2 do atmosfery w następstwie ludzkiej działalności stanowi 0,000017% całkowitej masy ditlenku węgla naszej planety lub 0,0008% CO 2 znajdującego się w atmosferze. 60% z tej ilości rozpuszcza się z biegiem czasu w wodach mórz i oceanów, a ponadto ulega częściowo fotosyntezie w roślinach (W. Ottlik; BRENNSOFFSPIEGEL und mineralolrundschau, 34, 12, 2008). Dotychczas na tle powyŝszych informacji nie ma jednoznacznych dowodów, Ŝe emisja CO 2 powodowana ludzką działalnością wywołuje postępujący wzrost temperatury naszej planety. Wielu naukowców próbuje ten fakt wyjaśnić na innej drodze. Fotografie dwóch sond kosmicznych NASA: Surveyor oraz Odyssey wykazują, Ŝe pokrywa lodowa południowego bieguna Marsa ulega od trzech lat postępującym roztopom i podobnie jak na biegunie naszej planety pojawiają się tam gołe skały. Po prostu wzrost promieniowania słonecznego nagrzewa efektywniej niŝ przed paroma laty obie planety, co dokumentuje Abdussamotov, dyrektor obserwatorium astronomicznego w St. Petersburgu. Tą hipotezę negują jednak inni naukowcy, domagając się maksymalnego ograniczania emisji CO 2, powodowanego ludzką działalnością. NiezaleŜnie od zaprezentowanych wątpliwości odnośnie przyczyn wzrostu temperatury na naszej planecie, to maksymalne ograniczanie emisji CO 2 w następstwie ludzkiej działalności ma swoje umotywowanie w etyce środowiska. JeŜeli bowiem juŝ dziś potrafimy na bazie promieniowania słonecznego, wiatru, czy energii wody, wytwarzać z niej wodór, a ten z odpadowym ditlenkiem węgla przerabiać katalitycznie do metanolu i ropy syntetycznej, to naleŝy przestawiać gospodarkę światową z nieodnawialnych (coraz droŝszych i trudniej dostępnych) na odnawialne surowce oraz nośniki energii, co z powodzeniem realizuje juŝ Hiszpania (rys. 2). Jest to gospodarczo istotna droga ograniczania emisji CO 2 do atmosfery i z niej winna w niedalekiej przyszłości korzystać ludzkość na ogromna skalę. 4

5 Rys. 2 Energia wiatru staje się w Hiszpanii coraz waŝniejszą gałęzią gospodarki Parlament Unii Europejskiej postanowił pod koniec 2008 roku zwiększenie udziału biokomponentów w paliwach silnikowych w okresie do 2020 roku do poziomu 10%. Wśród tych biokomponentów znaczącą pozycję stanowi bioetanol. Dziś jest on wytwarzany z roślin spoŝywczych, aczkolwiek moŝna go produkować z lignocelulozy (głównie z lasów), ale wszystko wskazuje na to, Ŝe najefektywniejsze będzie jego pozyskiwanie na bazie glonów. 5