glony przetwarzające co2 mogą być bazą pozyskiwania paliw

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 CO2 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 CO2 z H2O 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
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 2009–2010 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
Zajmując się znacznym rozwojem produkcji glonów, nie powinno się tej problematyki
rozpatrywać w oderwaniu od próby określenia wpływu emitowanego przez gospodarkę
światową CO2 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
(135.000.000.000.000.000) ton CO2, 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 CO2 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
Katar
Emisja na 1 mieszkańca
(t/rok)
45
Kuwejt
26
Zjednoczone Emiraty Arabskie
24
Luksemburg
23
USA
20
Australia
17
Finlandia
14
Niemcy
11
Źródło: World Resources Institute
3
Emisja CO2 do atmosfery w następstwie ludzkiej działalności stanowi 0,000017% całkowitej
masy ditlenku węgla naszej planety lub 0,0008% CO2 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
CO2 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 CO2, powodowanego ludzką działalnością.
NiezaleŜnie od zaprezentowanych wątpliwości odnośnie przyczyn wzrostu temperatury na
naszej planecie, to maksymalne ograniczanie emisji CO2 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 CO2 do atmosfery i z niej winna w niedalekiej przyszłości korzystać
ludzkość na ogromna skalę.
4
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