Технические культуры, используемые сегодня для производства биотоплива, вытесняют с полей пищевые и кормовые культуры, и продукты питания дорожают. Поэтому немецкие ученые намерены вырабатывать биотопливо из водорослей.

Биотопливо, то есть горючее, получаемое из растительного сырья, считается экологичной альтернативой ископаемым углеводородам. Но не все так просто: чем больше сельскохозяйственных площадей отводится под технические культуры для получения биотоплива, тем стремительнее растут цены на продукты питания. Свои надежды на выход из тупика некоторые специалисты связывают с водорослями: ведь они тоже синтезируют масло, которое могло бы стать сырьем для производства биодизельного топлива. Перспективы этого направления исследований обсуждались на прошедшей в Гамбурге 17-й европейской конференции по проблемам биомассы.

Фитопланктон вместо рапса и кукурузы

Сегодня в Германии на любой автозаправочной станции дизельное горючее содержит примерно 5 процентов биотоплива, полученного, в основном, из рапсового масла. Однако использование сельскохозяйственных площадей под рапс эффективным не назовешь: в год с одного гектара удается получать всего 1,5 тысячи литров горючего. "Чем занимать поля рапсом, пшеницей, кукурузой или сахарным тростником для производства биомассы, гораздо разумнее сделать ставку на фитопланктон, на микроводоросли", - считает Кристина Рёш (Christine Rцsch), научная сотрудница Технологического института в Карлсруэ, эксперт в области прогнозирования и оценки последствий новых технологий. Она поясняет: фитопланктон - микроорганизмы, клетки которых во многом сходны с клетками наземных растений. Однако по продуктивности, по урожайности, такой фитопланктон намного превосходит традиционные технические культуры. Это касается и синтеза масла: тут микроводорослям уступают даже масличные пальмы.

В принципе, годовой "урожай" масла с фитопланктонной плантации может достигать 15 тысяч литров с гектара - в десять раз больше, чем дает рапс. Но этим преимущества водорослей не исчерпываются. По словам Кристины Рёш, им не нужны плодородные почвы, их даже можно культивировать в морской воде и в сточных водах. Кроме того, водоросли дают урожай не раз в год, а ежедневно. Важно также, что дальнейшая переработка биомассы - метановое брожение и последующее гидроксилирование метана с получением метанола - осуществляется в биореакторах и закрытых резервуарах, а это меньше вредит окружающей среде, чем традиционное сельскохозяйственное производство.

О промышленных масштабах говорить пока рано

Широкому распространению этой инновационной биотехнологии сегодня препятствует лишь одно: культивирование водорослей обходится слишком дорого. До сих пор выращивать фитопланктон было экономически выгодно только для производства ряда специальных дорогостоящих субстанций вроде красителя астаксантина (в рыбоводческих хозяйствах его добавляют в корм, чтобы придать лососине приятный розовый цвет). Для этой цели водоросли выращивают в открытых водоемах.

Но для производства биотоплива такая технология недостаточно эффективна, поскольку необходимый для роста и фотосинтеза свет достается лишь самому верхнему слою водорослей на поверхности. Поэтому технологи активно экспериментируют сегодня со специальными реакторами в форме труб или плоских поддонов - в них можно обеспечить оптимальное освещение. "Но пока дальше экспериментов дело не продвинулось, - говорит Кристина Рёш. - Сегодня имеются лишь небольшие опытные установки. О том, чтобы наладить крупномасштабное поточное производство водорослей, и речи быть не может". К тому же культивирование фитопланктона в закрытых резервуарах оказалось очень энергоемким, добавляет она. Тут нужно отдельное изобретение, которое позволило бы существенно снизить энергопотребление.

Поэтому сегодня, по словам Кристины Рёш, технологи склоняются к мысли размещать фермы по выращиванию водорослей в непосредственной близости от электростанций, химических комбинатов и очистных сооружений. Ведь именно там в достаточном количестве и бесплатно имеется все, что нужно водорослям для роста: и углекислый газ, и фосфаты, и азотистые соединения.

Водоросли - как коровы: их можно доить...

Еще одно препятствие на пути распространения такой технологии связано со сбором урожая. Сегодня биомассу получают либо центрифугированием - но оно требует слишком много энергии,  либо седиментацией - но она занимает слишком много времени. Для производства биотоплива ни тот, ни другой метод не годится. "Есть, правда, еще одна идея, - говорит Кристина Рёш, - но пока это не более чем идея. Она состоит в том, чтобы доить фитопланктон, как доят коров, заставляя его выделять масло, как коровы выделяют молоко".

Дело в том, что водоросли синтезируют масло только в условиях стресса, а стресс для них - это дефицит питательных веществ, поэтому некоторые технологи предложили дозировать питательные вещества так, чтобы водоросли оказались на голодном пайке. Это должно побудить их выделять капельки масла. "Но о том, насколько продуктивна эта идея, судить пока рано", - подчеркивает Рёш.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман