Z oczyszczalni ścieków, Obietnica biopaliwa


Original: http://e360.yale.edu/feature/from_the_sewage_plant_the_promise_of_biofuel/2167/

Naukowcy na całym świecie pracują do produkcji biopaliwa z alg. Ale niektóre próbują zdecydowanie nowe podejście: Korzystanie obfite i łatwo dostępne źródło – ludzkie odchody – aby paliwo przyszłości a także oczyszczania ścieków.
Greg Breining

W swym dążeniu do paliwa przyszłości, Roger Ruan znalazł cenne źródło w czymś nikt inny nie chce – ścieków z największego zakładu Minneapolis ‘oczyszczalni.

University of Minnesota profesora jest sięganie do tego raczej mało prawdopodobnym źródłem do wzrostu jednokomórkowe glony i produkować diesel-jak biopaliwa. On jest jednym z wielu naukowców na całym świecie pracujących do biopaliw z alg w cenie, która jest konkurencyjna dla benzyny i oleju napędowego. Ale projekt Ruan jest – wraz z kilkoma innymi ścieków do paliwowych eksperymentów – ma wyraźną przewagę nad konkurencyjnymi alg do paliw wysiłków: Jego bogata w składniki odżywcze surowca jest bezpłatna i dostępna w prawie stałym tempie przez cały rok.

I chyba najważniejsze, algi Ruan nie może być używana tylko do produkcji paliwa, ale także oczyścić ścieki, oszczędzając miliony dolarów.

“To, co my po,” mówi Jason Willett, dyrektor finansowy dla usług Środowiska Rady Metropolitalnej, która funkcjonuje do oczyszczalni ścieków i pomógł Fundusz Badawczy Ruan za.

Jeden akr glonów, nawet w nieefektywnego stawie otwartym, może produkować 5000 galonów biodiesla rocznie, mówi Ruan-100 razy tyle, ile soi.
Mikroalg
Paul Chen / University of Minnesota
Naukowcy z Uniwersytetu w Minnesocie nadzieję, że ich badania daje demonstracji algi do paliwa roślinnego w roku.
I w przeciwieństwie do wielu innych eksperymentów glonów biopaliw, praca Ruan za nie opiera się na bazie upraw żywności, takich jak trzcina cukrowa, jako surowiec do produkcji glonów.

Microalgae“To (ścieków oparte biopaliwo) potencjalnie jest bardzo, bardzo dobry upraw roślin energetycznych”, mówi Ruan, profesor Biosystems i inżynieria rolnicza. “Potencjalnie jego wydajność może być o wiele większa niż skrobi z kukurydzy lub oleju z nasion soi. Głównym powodem jest to, że może on rozwijać się w znacznie szybszym tempie,. ”

 

Głównym powodem jest to, że może on rozwijać się w znacznie szybszym tempie,. ”

Uprawa algi produkujące paliwo w odpadach nie jest idea Ruan w spokoju. Pojęcie zwrócił uwagę świata w 2006 roku, kiedy w Nowej Zelandii startowy zwany Aquaflow pomyślnie zebrane biopaliw ze stawów w plenerowych oczyszczalni ścieków. Firma spodziewa się, aby móc produkować biopaliwa na dużą skalę, a ostatnio przyciągnęły uwagę największych graczy w branży lotniczej, ogłaszając, że nie destylowany specjalną mieszankę, która spełnia specyfikacje techniczne paliwa do silników odrzutowych.

Aquaflow w postęp, w połączeniu z zainteresowaniem Pentagonu w biopaliw jako alternatywy dla tradycyjnych jetfuels, wywołał lawinę badań akademickich i przemysłowych w Stanach Zjednoczonych. Zespół z University of Virginia pracuje do maksymalizacji efektywności procesu uprawy alg i Wydziału Chemii na Old Dominion University w Norfolk w stanie Wirginia, zbudował małą skalę bioreaktora w lokalnej oczyszczalni ścieków, które mogą w końcu być w stanie produkować 600.000 dolarów wartości paliwa rocznie.

Nawet NASA rzuciła jego kapelusz w ringu, z naukowców pracujących nad rozwojem pływających szklarni do uprawy alg. Worki są

Uczelnia szuka sposobu, w celu wytworzenia paliwa odnawialnego, że nie będzie konkurować z roślin spożywczych.

zaopatrzony z odchodów ludzkich i obsiane gatunków alg słodkowodnych, a następnie wdrożony do oceanu. Semi-porowata membrana z tworzywa sztucznego pozwala na wymianę CO2 i tlenu, aby kontynuować bez zahamowań, ale zapobiega słone wody morskiej od przeszkadzania płodna warunki uprawy wewnątrz. W promieniach słońca i świętowanie na składniki odżywcze w ściekach, glony wytwarzają tłuszczu ładunkiem komórki, które mogą być zbierane i udoskonalane w paliwa.

Przedsiębiorcy amerykańscy również weszła na rynek. W czerwcu, Indianapolis oparte Algaewheel umowę z miastem Reynolds, Ind, zbudować moduł w zakładzie oczyszczania ścieków, który korzysta z koła jak ustrojstwo obrotowy filtrować przychodzące ścieków poprzez szereg kultur glonów. Paliwo uzyskane z procesów będzie używany do zasilania obiektu.

W Minneapolis, Ruan i Metro Rada prowadzą badania z zamiarem zaprojektowania demonstracyjną algi do paliwa roślinnego w około rok.

Metropolitan Oczyszczalnia Ścieków siedzi obok rzeki Missisipi, po prostu w dół od św. 10th-największy zakład tego typu w kraju, traktuje ścieki z trzech czwartych metra Twin Cities obszarze – więcej niż 200.000.000 galonów dziennie. Niektóre z jego niskich budynków z cegły, ozdobiony napisem wdzięku Art Deco, data do zakładu pochodzenia w 1938 roku. Z dachu, na 170-hektarowej działka jest labirynt basenów, zbiorników, kominów i rur.

Incoming ściekowych pod kątem śmieci i kawałkami, a potem biegnie do rozliczania stawy do usunięcia części stałych. W stawach napowietrzania, starannie zarządzane populacje bakterii rozkładają związki organiczne. Po więcej rozliczania, aby usunąć martwe mikroorganizmy, ścieki są sterylizowane z ciekłym chlorem przed odprowadzeniem do rzeki. Ścieków jest często czystsze i bardziej przejrzyste niż samej rzeki. O dziwo, jest ledwo powiew zapachu.

Tak czyste, jak ścieki, Minnesota rozważa nowe standardy, które najprawdopodobniej wymagają dalszej redukcji fosforu i azotu. Nadmiar fosforu jest poważnym problemem w kraju 10.000 Jeziora ponieważ powoduje nieestetyczne zakwity glonów oraz śmierć ryb. Azot sluicing off gruntów rolnych na całym Środkowym Zachodzie jest obwiniany za niedotlenienia strefy martwej w ujściu rzeki Missisipi w. Ale spełnienie nowych standardów poprzez konwencjonalne leczenie może łatwo kosztować “setki milionów dolarów” lat, mówi Willett. “Musimy znaleźć jakieś opcje.”

Więc University of Minnesota i Met Radzie rozpoczął badania w 2007 roku. Poprzez inicjatywy na rzecz Energii Odnawialnej i Ochrony Środowiska, Uniwersytet szukał sposobu wytworzenia paliwa odnawialnego, że nie będzie konkurować z roślin spożywczych czy związać się grunty rolne. Met Rada chciała czystsze ścieki.

Na początku, Ruan postanowił na glony rosnące w ściekach surowych streamingu do rośliny: zadanie zarządzanie więcej niż 200.000.000 galonów dzień wydawał trudne. Zamiast badań koncentruje się na “nadsączu,” miliony galonów wyciska z rozliczenia-stawowych stałych przez potężnego wirówek. Foul sok jest tak wysoko w atmosferze azotu i fosforu, które zabija większość organizmów.

Pierwsze zadanie Ruan był ekranizować tysiące gatunków glonów, aby znaleźć jeden, lub kilka, które będą rozwijać się w trudnych warunkach nadsączu. On

Glony dało 30 procent ich masy jak olej i rosła tak szybko, mogą być zbierane codziennie.

wysyłane swoich pomocników, aby wydobyć zielone, soupy wodę ze stawów i rzek. Większość zginęła w skoncentrowanych składników odżywczych, ale Ruan końcu znaleźć kilka gatunków – zielonkawe, kuliste, jednokomórkowy plankton zaledwie 5 mikronów całej – które przetrwały. By acclimating tych ocalałych, Ruan była w stanie wyprodukować szczepów, które rozwijały się w ściekach, przy jednoczesnym zmniejszeniu poziomu fosforu o 50 do 80 procent. Oni dało 30 procent ich masy jak olej i rosła tak szybko, mogą być zbierane codziennie.

Dotychczas Ruan i Met Rada unikał genetycznie glony, choć niemal na pewno może pobudzać wzrost i zawartość oleju. “Nie jesteśmy zainteresowani, bo w końcu na masową pracy jak to, część z nich będzie się luzem w rzece,” mówi Willett. “A ja mam tyle przepisów.”

Ruan również decyzję przeciwko otwartych stawów rośnie jego glony. Stawy są nieefektywne, ponieważ zakwity glonów blokują światło. Lokale skalę stawy wymagałoby również duży areał, a warunki są trudne do kontrolowania, zwłaszcza w zimie. “Jeśli mówimy o układzie otwartym stawie, jest to prawie niemożliwe w północnym klimacie,” mówi Ruan. Wreszcie, “jeśli algi jest rozcieńczony, to jest bardzo, bardzo drogie, aby jej zbioru.”

Zamiast Ruan rozpoczął budowę dziesiątki różnych “foto-bioreaktorach” – różne konfiguracje probówek lub płytek, które pozwalają dobry kontakt ze światłem naturalnym i sztucznym, a także łatwy dostęp do zbioru i czyszczenia. Obecna generacja reaktorów pracuje w szopie w budynku zakładu “stałych”, nie tylko zawierają smród nadsączu, ale także zachować tajemnicę urządzenia do czasu uniwersyteckich patentów zabezpiecza.

Podobnie jak soja, olej z alg mogą być wykorzystane do biodiesla. Albo może to być “pęknięty” przez ciepło i katalizatorów (jak w rafinerii ropy naftowej) do produkcji “zielonej diesel”, identyczną jak diesel ropopochodne. Albo biodiesel lub diesel green może moc publicznego flotę metrze Rady autobus, który już wykorzystuje biodiesel w mieszankach do 20 procent. “Jesteśmy gwarantowane rynku”, mówi Willett. Remnant glony mash – pulp zaazotowany – mogą być sprzedawane jako nawozy, pasze dla zwierząt, lub surowiec do etanolu.

Ale jest jeden duży problem, Ruan mówi, i to jest wspólne dla każdej próbie konwersji glony do paliwa. “Zrobiliśmy wiele pracy, aby uzyskać olej, ale wiemy, że to jest drogie”, mówi Ruan, który jest główny naukowiec w kilku innych projektach obiecujących biopaliw alg, które nie korzystają ścieków jako surowiec.

Dwie metody są w powszechnym użyciu: suszenie i rozdrabnianie glonów lub usuwania oleju z rozpuszczalnikiem. Zarówno mówi Ruan, są drogie. Naukowcy badają różne sposoby rozkładają ściany komórkowe glonów – przez szoku osmotycznego lub USG, na przykład – do wydobycia ropy naftowej łatwiejsze.

Warto próbować, bo z dostępnych procesów, Ruan mówi, algi-diesel może kosztować 20 dolarów za galon. Ale, mówi Willett, “która nie uwzględnia uniknąć kosztów, które będę realizować.”

W następnym roku, Ruan i Met Rada nadzieję opracować projekt dla demonstracja skalę zakładu do wykorzystywania być może 20.000 galonów z nadsączu dni. Kwota ta jest tylko 2 procent nadsączu roślin Metro generuje i będzie produkować tylko 160 kg suchej glonów i 8 galonów ropy dziennie. Ale, jak mówi Ruan, roślin glony tej wielkości może ostatecznie być skalowane do leczenia cały strumień nadsączu i produkować blisko 400 galonów ropy dziennie. Albo może to być jak w leczeniu ścieków z miasta o 50.000 osób.

I to jest klucz – oczyszczanie ścieków z dodatkową korzyścią z paliw odnawialnych. Albo paliwo odnawialne z korzyścią wody czystsze. Tak czy inaczej, mówi Ruan, “czujemy, że jest to chyba idealne połączenie.”