Программа по водным видам

Программа водных видов — исследовательская программа в США, запущенная в 1978 году президентом Джимми Картером и финансируемая Министерством энергетики США . ^{[ 1 ]} которая в течение почти двух десятилетий занималась производством энергии с использованием водорослей . Первоначально финансирование Программы водных видов было направлено на разработку возобновляемого топлива для транспорта. Позже программа сосредоточилась на производстве биодизельного топлива из водорослей. Программа исследований была прекращена в 1996 году. Исследовательский персонал обобщил свою работу и выводы в отчет 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 растений в качестве источника транспортного топлива. ^{[ 2 ]} Программа водных видов (ASP) представляла собой небольшую исследовательскую работу, направленную 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 . Начиная с начала 1980-х годов программа переключила акцент на другие виды транспортного топлива, в частности на биодизель. ^{[ 2 ]} В 1995 году Министерство энергетики приняло решение прекратить финансирование исследований водорослей в рамках программы «Биотопливо». Департамент решил сосредоточить свою деятельность на одной или двух ключевых областях, крупнейшей из которых является разработка биоэтанола . Программа по водным видам завершилась в 1996 году.

Водорослевые группы

Микроводоросли — это микроскопические организмы, которые могут расти посредством фотосинтеза . Многие группы растут быстро и более продуктивны, чем наземные растения и макроводоросли (водоросли). Размножение микроводорослей происходит преимущественно путем вегетативного ( бесполого ) деления клеток, хотя половое размножение у многих видов при соответствующих условиях роста может происходить . Микроводоросли эффективны для производства топлива и способны принимать отходную (с нулевой энергией) форму углерода ( CO
₂ ) и преобразования ее в жидкую форму энергии высокой плотности (природное масло). ^{[ 2 ]}

Существует несколько основных групп микроводорослей , которые различаются пигментным составом, биохимическими составляющими, ультраструктурой и жизненным циклом. Основное значение для АСП имели пять групп: диатомеи (класс Bacillariophyceae), зеленые водоросли (класс Chlorophyceae), золотисто-коричневые водоросли (класс Chrysophyceae), примнезиофиты (класс Prymnesiophyceae ) и эустигматофиты (класс Eustigmatophyceae ). класс Cyanophyceae ) . В некоторых коллекциях также были представлены сине-зеленые водоросли, или цианобактерии ( ^{[ 2 ]}

Исследовать

Одним из побочных преимуществ было связывание отходов CO.
₂ от угольных электростанций. Исследователи были озабочены поиском видов водорослей с большим содержанием липидов, собрав в ходе поиска более 3000 североамериканских видов. Затем работа была сосредоточена на увеличении содержания липидов за счет сокращения поступления ключевых питательных веществ , таких как азот и кремний .

Другой ключевой целью исследования была проверка системы открытых прудов для массового производства , что привело к созданию системы прудов площадью 1000 квадратных метров (11 000 квадратных футов) в Розуэлле , штат Нью-Мексико . Было обнаружено, что при достижении желаемой урожайности в 50 граммов (1,8 унции) водорослей на квадратный метр в день низкие температуры снижают урожайность.

Выводы

Исследования по выработке масла в клетках

Основным направлением программы было производство биодизеля из водорослей с высоким содержанием липидов , выращенных в прудах, с использованием отходов CO.
₂ от угольных электростанций. Липиды, о которых они говорят, — это другое название триглицеридов или ТАГ, которые являются основной формой хранения натуральных масел. Программа изучала дефицит питательных веществ у водорослей, поскольку они хотели изучить липидный триггер. Гипотеза заключалась в том, что когда водоросли испытывают недостаток питательных веществ, выработка масла в клетках увеличивается, поэтому это может повлиять на общую продуктивность. Однако исследование показало, что при дефиците питательных веществ темпы добычи нефти ниже. Более высокие уровни масла в клетках более чем компенсируются более низкими темпами роста клеток. ^{[ 2 ]}

Ацетил-КоА-карбоксилаза

Ацетил-КоА-карбоксилаза ( АССаза ) представляет собой фермент, который катализирует ключевой метаболический этап синтеза масел в водорослях. Программа была первой, которая выделила этот фермент из диатомовой водоросли . Исследователи открыли систему трансформации диатомовых водорослей. Они хотели знать, приведет ли повышение уровня активности АССазы в клетках к увеличению добычи нефти. Однако увеличения добычи нефти не произошло. ^{[ 2 ]}

Открытые пруды

В рамках программы рассматривалась возможность крупномасштабного производства водорослей в открытых прудах. Они провели исследования в Калифорнии , на Гавайях , в Нью-Мексико и обнаружили, что долгосрочное и надежное производство водорослей возможно. Испытания в Розуэлле, штат Нью-Мексико, доказали, что открытые пруды могут эксплуатироваться с чрезвычайно высокой эффективностью использования CO.
₂ использование. Тщательный контроль pH и других физических условий для введения CO.
₂ в пруды позволили использовать более 90%. Производство за один день в течение года достигало 50 граммов (1,8 унции) водорослей на квадратный метр в день, что является долгосрочной целью. Низкие температуры отрицательно сказались на производстве. ^{[ 2 ]}

Расходы

Затраты были значительно ниже, чем затраты на производство обычного топлива для окружающей среды и общества.

Доступность ресурсов

ASP оценил наличие подходящего климата, земли и ресурсов. Они обнаружили, что водоросли могут производить несколько квадроциклов биодизельного топлива (один квадроцикл составляет 290 тераватт-часов ), что намного больше, чем существующие масличные могут дать культуры. Системы микроводорослей используют меньше воды, чем традиционные масличные культуры. Земля не является ограничением. 200 000 гектаров (490 000 акров) могут производить один квад топлива. Таким образом, ограниченность ресурсов не является аргументом против технологии. ^{[ 2 ]}

Финансирование

На пике своего развития программа имела годовое финансирование в размере 2–2,75 миллиона долларов. ^{[ 3 ]} После 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 ее двадцатилетний срок существования. ^{[ 3 ]}

В заключительном отчете программы за июль 1998 года был сделан вывод, что даже при самых оптимистичных показателях выхода липидов производство биодизельного топлива из водорослей станет экономически эффективным только в том случае, если цены на бензиновое дизельное топливо 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.

Будущее

Закон о восстановлении и реинвестировании Америки (ARRA) стал крупнейшим увеличением финансирования научных исследований в истории США. Миллиарды долларов идут на исследования, разработки и внедрение энергетических технологий в настоящее время и будут продолжаться. ^{[ 3 ]} Министр энергетики США Стивен Чу объявил в январе 2010 года о выделении государством 80 миллионов долларов на исследования и разработки в области биотоплива. Основная часть финансирования пошла на исследования и разработки в области водорослей, а остальная часть пошла на инфраструктуру по производству этанола. ^{[ 4 ]}

Однако прогнозы будущих цен на нефть являются подвижной целью. Министерство энергетики ожидает, что затраты на нефть останутся относительно неизменными в течение следующих 20 лет. Биодизель из водорослей по сравнению с этим стоит дорого и, возможно, не сможет конкурировать с такими дешевыми ценами на нефть. ^{[ 5 ]}

Последствия

Ученые Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии выделили около 3000 видов водорослей. Пятьдесят один сорт был охарактеризован как потенциально ценный сорт, 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, богатые питательными веществами пробирки. Когда в 2004 году закончился грант Национального научного фонда , сохранение коллекции стало нецелесообразным.

Обзор, опубликованный ранее в этом году, показал, что более половины генетического наследия было потеряно. 23 из 51 штамма, тщательно изученного в ходе программы, выжили. Потери остальных водорослевых культур были еще больше.

«Настоящий позор заключается в том, что из этих 3000 в Гавайском университете осталось от 100 до 150 штаммов», — сказал Эл Дарзинс, возглавляющий возрождающуюся исследовательскую программу по производству биотоплива из водорослей в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии. ^{[ 3 ]}

Министерство энергетики

Во время правления администрации Картера в середине 1970-х годов все подразделения, связанные с энергетикой, были объединены в рамках недавно созданного Министерства энергетики.

Иерархия между Министерством энергетики и Программой по водным видам была следующей:

МО
Помощник министра по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии
Управление транспортных технологий
Управление развития топлива
Программа биотоплива
Программа по водным видам

См. также

Ссылки

^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 сентября 2006 г. Проверено 29 августа 2006 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 апреля 2020 г. Проверено 21 апреля 2010 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мадригал, Алексис (29 декабря 2009 г.). «Как водорослевое биотопливо потеряло десятилетие в гонке по замене нефти» . Проводной . Проверено 31 декабря 2009 г.
^ «Министерство энергетики проявляет интерес к топливу из водорослей | Зеленые технологии — CNET News» . Архивировано из оригинала 23 августа 2010 г. Проверено 21 апреля 2010 г.
^ Джарвис, Эрик Э. (февраль 2008 г.). «Программа по водным видам (ASP): извлеченные уроки» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала (PDF) 26 августа 2009 г. Проверено 21 апреля 2010 г.

«Ожидается, что исследования водорослей позволят получить экологически чистое авиационное топливо, дизельное топливо и газ» . Вашингтон, округ Колумбия: Служба новостей окружающей среды. 18 января 2010 г. Архивировано из оригинала 14 февраля 2021 г.
http://www.biodieselinvesting.com/biodiesel-archives/2010/01/21/isu-gets-federal-funds-for-biofuel-research/ ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
Шиэн, Джон; Дунахей, Терри; Бенеманн, Джон; Росслер, Пол (июль 1998 г.). Взгляд назад на программу Министерства энергетики США по водным видам: биодизель из водорослей (PDF) . www.eere.energy.gov (отчет). Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. НРЕЛ/ТП-580-24190. Архивировано из оригинала (PDF) 26 сентября 2006 года.

[1] «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 сентября 2006 г. Проверено 29 августа 2006 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[nrel24190-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 апреля 2020 г. Проверено 21 апреля 2010 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[lost-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Мадригал, Алексис (29 декабря 2009 г.). «Как водорослевое биотопливо потеряло десятилетие в гонке по замене нефти» . Проводной . Проверено 31 декабря 2009 г.

[4] «Министерство энергетики проявляет интерес к топливу из водорослей | Зеленые технологии — CNET News» . Архивировано из оригинала 23 августа 2010 г. Проверено 21 апреля 2010 г.

[5] Джарвис, Эрик Э. (февраль 2008 г.). «Программа по водным видам (ASP): извлеченные уроки» (PDF) . Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. Архивировано из оригинала (PDF) 26 августа 2009 г. Проверено 21 апреля 2010 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]