Газ 4 поколение: Информация О ГБО 4 поколения, характеристики

Компания разработала процесс производства углеводородного топлива за счет использования непресной воды, питательных веществ, цианобактерий, углекислого газа и солнечного света. Процесс основан на гелиокультуре с использованием фотосинтезирующих организмов; однако оно отличается от традиционного топлива на основе водорослей тем, что последнее требует переработки в топливо, в то время как гелиокультура непосредственно производит топливо (этанол или углеводороды), не требующее какой-либо очистки. В процессе также не образуется биомасса, что упрощает применение технологии на практике. Хотя компания была прекращена в августе 2017 года из-за трудностей с привлечением дополнительных средств для будущих разработок, предлагаемая инновация, основанная на гелиокультуре, представляет собой привлекательную технологическую попытку. Компания заявила, что может производить более 20 000 галлонов топлива на акр в год (19 000 м 2 ³ / км ² ). По экономическим оценкам Joule Unlimited, ее продукт был конкурентоспособным по стоимости с сырой нефтью при цене 50 долларов за баррель (310 долларов за м, ³ ) (St.Джон, 2010).

Более того, нанотехнологии также рассматривались как технологическое решение для облегчения проблем, связанных с ростом и выращиванием биомассы водорослей (Sekoai et al., 2019; Gavrilescu and Chisti, 2005), в основном с высокими затратами на сбор и производство водорослей, а также на энергию. -интенсивная экстракция липидов (Pattarkine, Pattarkine, 2012). Новая форма технологии «наноферм» в настоящее время находится на экспериментальной стадии и может найти широкое коммерческое применение. Он облегчает извлечение масла из водорослей еще более эффективно, поскольку основан на процессе «доения водорослей», таким образом, используя биомассу постоянно (до 70 дней), а не уничтожая ее, как это обычно бывает с традиционными процессами материаловедения (Vinayak et al., 2015; Chaudry et al., 2016; Циолковская, 2018).

HFO: газ 4-го поколения?

Многие читатели будут сетовать на кончину ХФУ и будут заниматься болезненным процессом поэтапного отказа от ГХФУ.Даже нынешние стандартные промышленные ГФУ подвергаются экологическому давлению из-за своего потенциала глобального потепления.

В результате многие компании начали исследовать естественные альтернативы, такие как CO2. Но ждет ли своего часа экологически чистый фторуглеродный хладагент четвертого поколения?

Ведущие производители химической продукции, включая DuPont, Honeywell, Arkema и Ineos Fluor, изучают возможность использования ГФО — гидрофторолефинов — в системах кондиционирования воздуха транспортных средств.

В отличие от своих фторуглеродных предшественников, новые газы обладают нулевым озоноразрушающим потенциалом и соответствуют нормативным требованиям ЕС, требующим газов с ПГП ниже 150.

Первый такой газ, HFO-1234yf, был предложен в качестве возможной замены R134a в системах кондиционирования воздуха транспортных средств. Производители фторуглерода считают HFO-1234yf идеальной альтернативой для автомобильной промышленности, которая также рассматривает возможность использования природного хладагента CO2 под высоким давлением.

Honeywell также предлагает гидрофторолефин в качестве нового вспенивающего агента для однокомпонентных пен и аэрозолей в Европе. Известный как HFO-1234ze, он также заменяет R-134a в однокомпонентных пенах и аэрозолях.

Исследования и разработки

Представитель Honeywell сообщил ACR News, что компания рассматривает возможность использования HFO в стационарных приложениях: «Мы также занимаемся этим — мы разрабатываем нашу платформу HFO, чтобы охватить все больше и больше приложений.’

Последний выпуск уважаемого Отчета по хладагентам производителя компрессоров Bitzer раскрывает некоторые химические характеристики 1234yf.

Согласно отчету, для обычного диапазона операций кондиционирования воздуха в транспортных средствах холодопроизводительность и COP находятся в пределах 5% от R134a. Критическая температура, уровень давления, плотность пара и массовый расход также аналогичны, тогда как температура нагнетаемого газа на 10К ниже.

С другой стороны, характеристики, которые придают ему низкий ПГП — быстрое разложение в атмосфере — также могут работать против него.Отчет Bitzer о хладагентах ставит под сомнение долгосрочную химическую стабильность газа в коммерческих системах переменного тока и тепловых насосах.

Воспламеняемость

Воспламеняемость также может быть проблемой. 1234yf является легковоспламеняющимся материалом согласно измерениям ASTM 681 и вероятным рейтингом ASHRAE A2 (R134a соответствует A1). Исследования Honeywell показали, что риск воспламенения 1234yf значительно ниже, чем у бензина.

Действительно, Общество автомобильных инженеров (SAE), объединение, состоящее из крупных производителей автомобилей, включая Chrysler, Ford, General Motors, Fiat, Jaguar, Land Rover, Hyundai, PSA, Renault и Toyota, недавно выставило счет в чистом виде. здоровья.

Испытания на воспламеняемость, проведенные SAE в независимых лабораториях, не выявили рисков воспламенения ни в салоне, ни в моторном отсеке.

В случае пожара в автомобиле HFO1234yf, как и другие материалы в автомобиле, например пластмассовые детали, сгорит и выделит опасные материалы. Однако не было зарегистрировано случаев, когда сгорание автомобильных хладагентов приводило к травмам или смерти.
Испытания на воспламеняемость, проведенные SAE в независимых лабораториях, не выявили рисков воспламеняемости ни в салоне, ни в моторном отсеке.

Токсичный фтористый водород (HF) может образовываться, когда фторсодержащие хладагенты подвергаются воздействию открытого пламени, но, опять же, это считается малым риском. Испытания, проведенные от имени SAE, подтвердили, что количество HF, образующегося в случае пожара, чрезвычайно мало и аналогично R134a, инцидентов с которым не было зарегистрировано за 16 лет его использования в системах кондиционирования воздуха в транспортных средствах.

Несмотря на эти, казалось бы, «зеленые» характеристики, экологические группы по необъяснимым причинам все еще не желают принимать эту фторуглеродную альтернативу.Такие организации, как Greenpeace, по-прежнему поддерживают CO2 в качестве замены R134a в системах кондиционирования воздуха.

И это несмотря на тесты по анализу климата жизненного цикла, проведенные SAE, которые показывают, что решения на основе CO2 будут производить на 10-15% больше общих выбросов в эквиваленте CO2, чем решение HFO-1234yf.

Однако проблема воспламеняемости может не возникнуть при использовании HFO в стационарном оборудовании, поскольку 1234yf вряд ли подойдет.

Однако, по словам представителя Honeywell, ранее упомянутый газ для продувки пены HFO-1234ze ‘может иметь некоторую применимость в некоторых стационарных системах с хладагентом с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что продукт классифицируется как негорючий.’

Между тем до применения HFO в стационарных установках еще далеко, и производители химикатов сначала захотят проверить его эффективность в системах кондиционирования воздуха в транспортных средствах. Конечно, производители коммерческих компрессоров еще не успели опробовать новый газ.

Представитель Bitzer в Германии сказал, что они ждут прибытия небольшого тестового образца, но затем пройдет не менее шести месяцев, прежде чем у них появятся какие-либо полезные данные.

Copeland заявила, что будет поддерживать производные HFO для стационарных применений, как только у Honeywell / Dupont появится достаточная информация и образцы хладагента, но представитель добавил, что это, по-видимому, произойдет через несколько лет.

Новое определение инвестиций в нефть и газ: что нефтегазовый предприниматель 4-го поколения узнал об отрасли и циклах инвестирования в нефть и газ для нашего будущего

Мы все знаем, что в новом мире, где доминируют сланцы, отрасль меняется.Учитывая угрозы, в том числе геополитические проблемы, снижение добычи сланца и уменьшение количества буровых установок на добычу нефти и газа на 25% по сравнению с прошлым годом, нефтяные рынки ожидают скачка цен на нефть к концу года или в первом квартале 2021 года.

По мере того как состоятельные инвесторы становятся беспокойными в сегодняшней среде с низкой доходностью, многие из них более чем когда-либо готовы отказаться от основного потока инвестиций в поисках возможностей, которые могут принести более высокую прибыль. Благодаря сильному сочетанию долгосрочного пассивного дохода, потенциала высокой рентабельности инвестиций, значительных налоговых льгот и диверсификации портфеля прямое участие в нефтегазовых программах дает право на достижение широкого спектра этих агрессивных инвестиционных целей.

Традиционная структура подавляющего большинства инвестиционных сделок в нефтегазовой сфере оставляет ограниченное пространство для работы (масштабируемость) и небольшую диверсификацию. Если что-то пойдет не так, есть несколько альтернатив, чтобы исправить проблему, не вкладывая больше денег в буквальную яму в земле. В этих случаях инвесторам становится практически невозможно окупить свои вложения.

После разговора с множеством людей из самых разных отраслей об их бизнес-операциях и о том, как они обращаются к инвесторам, я понял, что истинное желание инвесторов состоит в том, чтобы иметь реальный шанс зарабатывать деньги и чтобы к ним относились не просто как к «деньгам». но как настоящие партнеры.Их не интересуют гарантии — некоторые из них опасаются пустых «обещаний» — скорее, они хотят верить, что их вложения имеют реальный шанс получить прибыль.

В 2015 году я изменил бизнес-модель своей компании на такую, что вместо приобретения одного участка, бурения и надежды на лучшее мы покупаем большие объемы площадей для добычи нефти и газа, разрабатываем активы путем бурения скважин и продаем проект с участием инвесторов во всем процессе. Мы продали 1/3 нашего первого актива менее чем за год, вернув инвесторам 131%.Были приобретены дополнительные площади для добычи нефти и газа, и с учетом капитала в размере 32,5 млн долларов США и кредитной линии на сумму 49 млн долларов доказанные запасы в апреле 2018 года составили более 194 млн долларов США.

Благодаря реализации этой новой стратегии без необходимости бурения всех скважин проекты могут быть завершены быстрее. Это позволяет получить лучшие возможности с более быстрым временем оборота и быстрее вернуть инвестированные средства в карманы инвесторов, при этом в идеале начать другой проект с теми же инвесторами на борту.

Поскольку никто не знает точных сроков изменения рынков или цен на нефть и газ, важно иметь встроенные стратегии выхода на протяжении всего срока реализации проекта.

Я считаю, что предложение инвесторам новой сделки с инновационными инвестициями и запланированными стратегиями выхода важно для будущего нефтегазовых инвестиций. Хотя мы, конечно, никогда не гарантируем, что наши будущие проекты будут успешными, на мой взгляд, эта новая инвестиционная модель объединения нефтегазовых участков и разработки путем бурения предложенных скважин дает нашим клиентам лучшие возможности для получения положительной прибыли.

Если вы объедините передовые технологии добычи скрытой нефти с нашей бизнес-моделью и мировым спросом на нефть, участие в инвестиционной игре в энергетику сегодня может улучшить ваше финансовое благополучие на многие годы вперед. Хорошая новость заключается в том, что в условиях более низких цен существуют возможности для бурения большего количества скважин за счет собственного капитала, поскольку продавцы жаждут нового бизнеса.

Я искренне верю, что не может быть лучшего времени для участия в игре для тех, кто сегодня инвестирует в нефть и газ и делает это правильно.

Впервые на Forbesbooks.com

видов биотоплива третьего и четвертого поколений до 2015 года | Вуд Маккензи

Джошуа Каган

Биотопливо первого и второго поколения, такое как этанол и биодизель, имеет ряд присущих им ограничений, которые делают их менее чем идеальными в качестве долгосрочной замены нефти. Основное сырье для этанола первого поколения (кукуруза и сахарный тростник) и биодизеля (рапс, соя и пальма) — все это пищевые культуры, которые конкурируют за скудные пахотные земли, пресную воду и удобрения.Эти виды топлива не могут использоваться в немодифицированных двигателях с более мелкими смесями и не применимы на рынке реактивного топлива.

В то время как на биотопливо первого и второго поколений приходится более 99% текущего мирового производства биотоплива — а США уже выделяют 30% своих поставок кукурузы, чтобы заместить около 6% своего потребления бензина, — на стадии разработки находится ряд важных технологий. грани коммерциализации, которые производят «прямое» топливо с такими же химическими характеристиками, что и нефть.

В этом отчете мы сосредоточены на биотопливе из водорослей «третьего поколения» и биотопливе «четвертого поколения», которые создаются либо с использованием нефтепродуктоподобной гидрообработки, передовой биохимии, либо революционных процессов, таких как метод Джоуля «солнечная энергия в топливо». это бросает вызов любой другой категории биотоплива. Возможности, которые открывает «передовое биотопливо», очень неправильно понимаются как политиками, так и финансистами. Хотя кукуруза, сахар, целлюлозный этанол и биодизель — это то, о чем думает большинство людей, когда они слышат термин «биотопливо», ни одно из этих видов топлива не является подходящим кандидатом, чтобы когда-либо отучить общество от его «зависимости от нефти».«

Учитывая, что 2 миллиарда человек в «Киндии» в настоящее время переживают промышленную революцию, в сочетании с увеличением мирового населения на 80 миллионов в год и повышением уровня жизни для населения, не входящего в ОЭСР, мы прогнозируем, что мировое потребление нефти более чем компенсирует рост корпоративного эффективность использования пробега и электрификация части транспортного парка. В сочетании с тем, что поставки легкодоступной «легкой сладкой» нефти сокращаются, а цены на нефть снова превышают 70 долларов за баррель, национальная безопасность, экологические и экономические последствия глобальной зависимости от нефти как основного источника энергии снова находятся на переднем крае. политических дискуссий.Вопрос о том, являются ли биотопливо третьего и четвертого поколений потенциальными решениями, лежит в основе этого исследования. Некоторые из вопросов, на которые пытается ответить этот отчет, включают:

• Какие существуют виды передового биотоплива и какие из них актуальны?
• Каковы основные технологические пути и траектории их расширения?
• Будет ли усовершенствованное биотопливо конкурентоспособным по цене с нефтью без субсидий? Если да, то когда?
• Каковы краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные экономические показатели водорослей, биотоплива с повышенным метаболизмом и синтетического биотоплива? Сможет ли какая-либо из этих технологий когда-либо вытеснить значительные объемы жидких нефтепродуктов?

В этом 150-страничном отчете подробно рассматриваются ключевые компании, сегменты рынка, технологии, экономика и регионы для коммерциализации биотоплива третьего и четвертого поколений.Понимая ключевые факторы спроса и предложения на нефть, мы создали сценарии цен на нефть до 2022 года. Поскольку биотопливо пытается заменить нефть, любое обсуждение будущего биотоплива должно проводиться в контексте экономики нефти.

Мы пришли к выводу, что к 2022 году на биотопливо будет приходиться почти 8% мировых объемов нефти, используемых для транспортировки, что представляет собой рынок с оборотом в несколько сотен миллиардов долларов.

Ключевые элементы отчета:

• Динамика регионального и мирового рынка нефти и биотоплива
• Установленные и экспериментальные технологические пути третьего и четвертого поколений
• Выращивание, сбор, обезвоживание, сушка, экстракция и очистка водорослей
• Недавняя и будущая политика в области биотоплива и ее последствия для рынка
• Текущая и будущая структура затрат и цен на биотопливо третьего и четвертого поколений
• Прогноз объемов, цен и спроса на биотопливо каждого поколения

Зарегистрированные компании:

A2BE Улавливание углерода • Воздух Новой Зеландии • Системы водорослей Venture • Алгенол • Альтаир • Амирис • Annellotech • Aquaflow Bionomics • Биотопливо Aurora • BARD • Bell Bio-Energy • Биотопливные системы • Биотопливо HK • Bionavitas • Биотопливо • Синий мрамор • Энергия BlueFire • Boeing BP • Butalco • Butamax • Кейтлин • Carbon Capture Corp.• Cellena • Chemrec • Choren • ClearFuels • Cobalt • ConocoPhillips • Continental Airlines • Coskata • Cyanotech • Diversified Energy • DuPont • Dynamic Fuels LLC • Dynamotive Energy • Elevance Renewable Sciences • Eni SpA • Ensyn • Envergent • Exxon / Mobile • Биотопливо на реке Фламбо • Galp • Институт газовых технологий • General Atomics • Gevo • Green Biologics • Haldor Topsoe • ICM • Inventure • Japan Airlines • Joule Biotechnologies • Kai Bioenergy • Kelco • Kent BioEnergy • KL Energy • KLM • Kumho Petrochemical • • Живое топливо • LS9 • Martek • Mascoma • Neste Oil • Биотопливо NSE • OPX • OriginOil • PetroAlgae • Petrobras • Petrosun • Phyco Biosciences • Poet Energy • Qteros • Range Fuels • REII • Rentech • SAIC • Sapphire • Seambiotic • Shell • Solazyme • Solena Group • Solix Stora Enso • Swift Fuel • Synthetic Genomics • Syntroleum • Terrabon • Texas Clean Fuels • Tyson Foods • UOP • Valcent • Valero • Vercipia • XL Renewables • Zeachem

Джошуа Каган — научный сотрудник Института устойчивого развития Прометея, где он исследует транспортный сектор, и советник Центра углеродной войны.Джошуа также является аналитиком Atlas Capital Investments — хедж-фонда экологически чистых технологий / венчурного капитала. Джошуа имеет степень магистра Лондонской школы экономики и степень бакалавра Уэслианского университета в Мидлтауне, штат Коннектикут.

Amazon.com: TERAPUMP 4-го поколения — топливоперекачивающий насос / Больше не нужно поднимать газовые баллоны, подходит для многочисленных газовых баллонов (Advanced Auto -Датчик остановки и гибкий входной и выходной шланг): Automotive

К сожалению, это было не так. В помпе было несколько недостатков.
1. Стандартное соединение на насосе не подходит для обычного газового баллона на 5 галлонов.
2. Есть четыре разных адаптера, которые решают эту проблему, но адаптеры не модифицируют насос, они модифицируют таз.Это означает, что для использования насоса необходимо сначала надеть адаптер на баллончик, а затем прикрутить насос. Что требует, чтобы не отставал от незакрепленного адаптера.
3. Шланг подачи слишком короткий, чтобы добраться до заливного отверстия гидроцикла.
4. Это означало, что канистра должна была быть помещена на гидроцикл (вместо дока) для дозаправки.
5. После установки насоса на гидроцикл и включения насоса мы обнаружили, что соединение между адаптером и насосом было ненадежным, поэтому бензин пролился на гидроцикл.
6. Пробовал подтянуть соединение. Но это не помогло. Я не уверен, где была утечка, потому что я сразу же бросил насос, поставил форсунку обратно на канистру и без проблем завершил заправку. У меня была утечка бензина, на которую у меня ушло еще 15 минут.
7. Даже если бы насос работал безупречно, это все равно было бы проблемой. Учтите, что у вас есть подающая трубка, в которую вы должны вставить банку. После завершения заправки его необходимо снять, а это значит, что из подающей трубки капает топливо.Даже если вы оставили насос прикрепленным к баллончику до тех пор, пока не воспользуетесь им снова, вы должны извлечь подающую трубку из одной банки и продеть ее в другую. Таким образом, во время операции бензин обязательно будет капать на любую поверхность, на которую ставились канистры. Я не большой поклонник, чтобы куда-либо капал бензин.

Мой совет — держитесь подальше от этого насоса. Я верну его, потому что он представляет опасность как для пользователя, так и для окружающей среды.

Taronis запускает топливо для резки металла 4-го поколения

Продукт на основе этанола теперь является настоящим решением для преобразования отходов в энергию

TAMPA, FL / ACCESSWIRE / 3 апреля 2019 г. / Taronis Technologies, Inc.(«Taronis» или «Компания») (NASDAQ: TRNX), ведущая компания по чистым технологиям в сфере возобновляемых ресурсов и охраны окружающей среды, объявила сегодня о том, что Компания заключила соглашение о поставках с Catalent, мировым лидером в фармацевтике. промышленность. Соглашение о поставке предусматривает закупку этанола из медицинских отходов, который будет использоваться в качестве сырья для производства запатентованного компанией Taronis продукта синтетического газа — MagneGas.

Taronis провел последние 18 месяцев, проводя обширные исследования возможности производства синтетического газа из потоков отходов на основе этанола.Имея на сегодняшний день успешные результаты, Компания вошла в настоящую бизнес-модель по переработке отходов в энергию. Catalent имеет 35 предприятий по всему миру, в том числе 14 предприятий по производству мягких гелей, которые производят отработанный этанол медицинского качества, который можно легко преобразовать в синтетический газ. Для получения дополнительной информации о Catalent перейдите по следующей ссылке:

About Us

«Это большое достижение для нашей исследовательской и производственной группы», — прокомментировал Скотт Махони, генеральный директор Taronis Technologies.«Мы тесно сотрудничали с Catalent в течение последних 18 месяцев, чтобы оценить нашу способность преобразовать один из самых крупных потоков отходов в наш топливный продукт для резки металла MagneGas 4-го поколения».

Г-н Махони продолжил: «Благодаря этому новому сырью мы планируем снизить наши производственные затраты почти на 20%. Это ключевая веха в достижении наших целей по снижению затрат на добычу до 50% на кубический фут газа, добытого в 2019 году. Благодаря этому ключевому конкурентному преимуществу в ценовой политике мы ожидаем, что сможем добиться значительных успехов у наших примерно 30 000 существующих клиентов по всему миру. США, поскольку мы ускоряем наши новые маркетинговые усилия.”

О компании Taronis Technologies, Inc.

Taronis Technologies, Inc. (TRNX) владеет запатентованной технологией плазменной дуги, которая позволяет использовать два основных конечных приложения для производства топлива и обеззараживания воды.

Топливная технология компании позволяет широко использовать углеводородное сырье, которое легко превращается в заменители ископаемого топлива. Компания разрабатывает широкий спектр конечных потребителей этого топлива, включая продукты, заменяющие пропан, сжатый природный газ и сжиженный природный газ.В настоящее время Компания продает запатентованное топливо для резки металлов, которое не уступает ацетилену. Компания распространяет свое собственное топливо для резки металла через независимых дистрибьюторов в США и через своих 100% дистрибьюторов: ESSI, Green Arc Supply, Paris Oxygen, Latex Welding Supplies, Tyler Welders Supply, United Welding Supplies, Trico Welding Supply и Complete Welding of San. Диего. Компания имеет 17 офисов в Калифорнии, Техасе, Луизиане и Флориде.

Технология компании может также применяться для обеззараживания сточных вод, в том числе для стерилизации воды, уничтожения всех патогенов. Технология тестируется, чтобы определить, может ли она полностью устранить фармацевтические загрязнители, такие как антибиотики, гормоны и другие растворимые лекарства, взвешенные в зараженной воде. Наконец, технологический процесс способен уменьшить или устранить другие загрязнители, такие как вредные металлы, а также уровни азота, фосфора и калия, которые вызывают цветение токсичных водорослей.У технологии есть перспективные коммерческие применения на рынках сельскохозяйственных, фармацевтических и муниципальных отходов. Для получения дополнительной информации о Taronis посетите веб-сайт компании http://www.TaronisTech.com.

ПРОГНОЗНЫЕ ЗАЯВЛЕНИЯ

Этот пресс-релиз содержит прогнозные заявления, как это определено в Разделе 27A Закона о ценных бумагах 1933 года с поправками и Разделе 21E Закона о фондовых биржах 1934 года с поправками. Эти заявления относятся к будущим событиям, включая нашу способность привлекать капитал, или к нашим будущим финансовым показателям, и включают известные и неизвестные риски, неопределенности и другие факторы, которые могут привести к тому, что наши фактические результаты, уровень активности, показатели или достижения будут материально значимыми. отличается от любых будущих результатов, уровней активности, показателей или достижений, выраженных или подразумеваемых в этих прогнозных заявлениях.Вы не должны чрезмерно полагаться на прогнозные заявления, поскольку они связаны с известными и неизвестными рисками, неопределенностями и другими факторами, которые в некоторых случаях находятся вне нашего контроля и которые могут и, вероятно, будут существенно влиять на фактические результаты, уровни активности, производительность или достижения. Любое прогнозное заявление отражает наши текущие взгляды на будущие события и подвержено этим и другим рискам, неопределенностям и предположениям, касающимся нашей деятельности, результатов деятельности, стратегии роста и ликвидности.Мы не берем на себя никаких обязательств по публичному обновлению или пересмотру этих прогнозных заявлений по какой-либо причине или обновлению причин, по которым фактические результаты могут существенно отличаться от ожидаемых в этих прогнозных заявлениях, даже если новая информация станет доступной в будущем.

Для обсуждения этих рисков и неопределенностей, пожалуйста, ознакомьтесь с нашими документами, поданными в Комиссию по ценным бумагам и биржам. Наши публичные документы в SEC доступны в коммерческих службах поиска документов и на веб-сайте, поддерживаемом SEC по адресу http: // www.sec.gov.

Контакты с инвесторами:

Эндрю Гибсон

Edison Group

ИСТОЧНИК: Taronis Technologies, Inc.

От биотоплива первого поколения до современного солнечного биотоплива

Повышение эффективности преобразования фотонов в топливо (PFCE)

Срок действия PFCE используется здесь для описания процентной доли энергии фотонов, попадающих в организм, преобразованной в химическую энергию в результате фотосинтетических световых реакций, а затем в результате ряда процессов, попадающих в топливо.Эта терминология была выбрана для приблизительного сравнения эффективности производства электроэнергии солнечными батареями (Inganäs and Sundström, 2016) и эффективности производства биотоплива рядом различных производственных систем.

Эффективность преобразования фотонов в топливо — включая затраты на переработку биомассы — при использовании наиболее «устойчивых» существующих видов сырья составляет всего 0,16% для этанола из сахарного тростника в Бразилии и прибл. 0,15% для биодизеля из пальмового масла (см. Gouveia 2011). Эти проценты намного выше, чем для транспортного биотоплива из европейской пшеницы и рапса.Текущие исследования нацелены на более высокие PFCE и лучшее качество как абсолютные требования для устойчивого производства биотоплива. Разработка различных видов биотоплива второго и третьего поколения, например, с усовершенствованием технологий обработки биомассы и поиском лучшего сырья, такого как биомасса водорослей, с изначально более высокой эффективностью преобразования фотонов в биомассу, чем у наземных растений, являются важными шагами в этом направлении. Биотопливо четвертого поколения, вероятно, принесет гораздо больше улучшений в PFCE.Например, будущая фотобиологическая система производства солнечного топлива направлена ​​на использование фотосинтетических микроорганизмов только в качестве «катализатора»: они собирают солнечную энергию и используют ее для прямого производства высококачественного топлива с высоким выходом. В оптимальных случаях микроорганизм также будет приспособлен для выделения топлива, что позволит непрерывно собирать топливо в фотобиореакторе. В будущей технологии прямого производства солнечного топлива производство топлива не будет основываться на собранной биомассе; Напротив, в идеальной системе производство биомассы прекращается, когда система переводится на прямое фотобиологическое производство солнечного топлива.Таким образом, рост микроорганизмов направлен на временное отделение от процесса производства топлива. Решением этой проблемы может стать иммобилизация цианобактерий и водорослей. PFCE такого процесса производства фотобиологического топлива, вероятно, будет намного выше, чем у системы, в которой собирается биомасса. Исследования этих «дизайнерских организмов» нацелены на достижение 10% PFCE, включая необходимость соответствующей конфигурации биореакторов. Технологии будущего, основанные на микробном электросинтезе (MES) (обзор см. В Rabaey and Rozendal 2010), а также на других гибридных системах (в совокупности называемых электробиотопливом), а также на синтетических клеточных фабриках (живых фабриках) и синтетических клеточных органеллах, имеют потенциал для достижения еще более высоких значений PFCE.

Биотопливо второго поколения, полученное из биомассы, не конкурирующее с производством продуктов питания

Эти биотоплива основаны на использовании биомассы, которая не подходит для использования в пищу. Ожидается научный прорыв в разработке и использовании как новых систем разведения на основе генома, так и методов обработки биомассы для производства устойчивого биотоплива второго поколения. С социальной и экологической точек зрения важно продолжать исследования и повышать устойчивость этих технологий.Биотопливо второго поколения включает (i) растения, которые либо специально выращиваются для производства биоэнергии (биоэнергетические культуры) на маргинальных землях, то есть на территориях, не подходящих для производства продуктов питания, и на (ii) несъедобных частях обычных культур и лесных деревьев, которые следует эффективно обрабатывать для биоэнергетика за счет совершенствования существующих технологий.

Биоэнергетические культуры, выращиваемые на маргинальных землях

Существует потребность в адаптации растений и деревьев с использованием новых методов геномной селекции для производства сахаров, углеводов и масел, которые легче перерабатывать в биотопливо, чем природные, что в значительной степени способствует устойчивое производство биотоплива.Комбинация синтеза, транспорта, хранения и использования молекул в растениях во время роста и развития в совокупности называется «энергетической системой растений» и определяет конечный урожай и качество растительных продуктов. Оптимизация общей энергоэффективности растений / водорослей и сосредоточение внимания на производстве «наиболее подходящих целевых молекул in planta» для производства биотоплива откроет возможности для значительного прорыва в производстве биоэнергии / биотоплива. Эти возможности для достижений, однако, полностью зависят от законодательства ЕС, которое должно окончательно подтвердить, что продукты новых методов разведения, если они не содержат чужеродную ДНК, не подпадают под действие законодательства о ГМО (EASAC 2015).Принятие новых методов селекции (EPSO 2015) имеет решающее значение не только для обеспечения продовольственной безопасности, но и для создания новых сортов растений для биоэнергетических культур на маргинальных землях и для того, чтобы сделать несъедобные части растений продовольственных культур более пригодными для целей биопереработки и производства энергии. Сообщение о неотложной необходимости в более эффективном селекции растений было четко дано политике ЕС в отчете, выпущенном EASAC (2013), и в недавнем заявлении (EASAC 2015). Новые методы разведения включают трансгенез (GM), цисгенез, внутригенезис, целевой мутагенез, другое временное введение рекомбинантной ДНК, а также сайленсинг генов и обратное разведение.Аналогичным образом, обнаруженные эпигенетические механизмы контроля, варианты генов и сигналы обеспечат новую основу для устойчивой продуктивности биоэнергетических культур на маргинальных землях и позволят производить растения, которые лучше переносят изменяющиеся климатические условия. С другой стороны, открытие потенциальных новых целей для селекции тесно связано с фундаментальными исследованиями растений на молекулярном уровне и с разработкой моделей системной биологии для понимания функции растений.

Уже существуют достаточно четко определенные признаки, которые могут быть введены в растения / водоросли, чтобы обеспечить возможности для повышения энергоэффективности и, следовательно, производства биомассы / биотоплива растений и водорослей.Селекция, нацеленная на производство подходящих прекурсоров биотоплива in planta, уже упоминалась выше. Другие важные черты включают следующее:

• Усиление фотосинтеза. Это касается как оптимизации размера светозахватывающей антенны, так и эффективности электронного преобразования для максимального поддержания способности фиксации CO ₂ (Маурино и Вебер, 2013). В настоящее время прилагаются большие усилия, чтобы внедрить путь фиксации углерода C4 для менее эффективных растений C3 и получить аналогичные преимущества, т.е.е. Устранение энергоемких фотодыхательных путей может быть достигнуто путем введения в растения C3 неорганических углеродных насосов фотосинтезирующих микроорганизмов, таких как водоросли и цианобактерии (Singh et al. 2014). Введение в растения совершенно новых путей фиксации и метаболизма CO ₂ также возможно при использовании примерно 5000 метаболических ферментов, которые, как известно, встречаются в природе (Bar-Even et al. 2010).

• Повышение стрессоустойчивости растений. Предполагалось, что, например, e.г. за счет вмешательства небольших молекул в передачу сигналов ABA может помочь растениям бороться со стрессами, такими как засуха, холод и засоление почвы, типичные для маргинальных земель, пригодных для выращивания биоэнергетических / биотопливных культур. Точно так же многие стратегии находятся в стадии разработки, чтобы улучшить стратегии растений для борьбы с биотическим стрессом. Кроме того, стресс, связанный с питательными веществами, часто сильно ограничивает урожай, и новые результаты исследований метаболома недавно дали новые надежды на создание растений, более устойчивых, например, к дефициту фосфора.

• Селекция растений для улучшения усвоения питательных веществ и эффективности использования воды или формирование архитектуры растений для оптимизации эффективности использования света — все это важные черты для улучшения производства биотоплива.

Биотопливо из лигноцеллюлозной биомассы

Химические и структурные особенности стенок растительных клеток препятствовали прогрессу в производстве биотоплива на основе целлюлозы и углеводородов. Действительно, в последнее десятилетие развитие промышленных предприятий по производству целлюлозного биотоплива шло медленнее, чем ожидалось.

Настоящим научным прорывом могло бы стать открытие встречающихся в природе микробов, которые могут расщеплять лигнин, компонент растений и деревьев, чтобы облегчить доступ к целлюлозе. Целлюлоза — это встречающаяся в природе нановолоконная структура в стенках растительных клеток, которая удерживает клетки вместе. Чтобы его можно было использовать, он должен быть разложен на сахар, который затем можно преобразовать в этанол или другое жидкое топливо, такое как бутанол и биодизель. В настоящее время биохимическая переработка целлюлозной биомассы требует дорогостоящих ферментов для высвобождения сахара.Существует необходимость более эффективно распадать эти плотно упакованные нановолокна на растворимые сахара с использованием меньшего количества ферментов. Это может происходить путем разработки передовых моделей для определения и улучшения кинетики ферментов, стоящих за процессом. Аналогичным образом, предоставление специально подобранных микробов, способных ферментировать как целлюлозу, так и гемицеллюлозу, без добавления дорогостоящих ферментов, может значительно улучшить экономические показатели целлюлозного биотоплива.

Другой подход к улучшению производства биотоплива из лигноцеллюлозной биомассы — это изменение состава клеточной стенки.Быстро развивающиеся системные исследования в области химии, биохимии и молекулярной биологии стенок растительных клеток прокладывают путь в этом направлении (Furtado et al. 2014). Новые технологии разведения на основе генома (обсуждаемые выше), а также подходы к системной и синтетической биологии предоставят сложные возможности для улучшения перевариваемости клеточной стенки (Kalluri et al. 2014) и могут значительно увеличить PFCE из биомассы.

Улучшенные технологии переработки биомассы также необходимы для снижения затрат на производство биотоплива второго поколения.Разработки, направленные на использование всей биомассы в процессе биопереработки и, таким образом, закрытие недостающих частей в существующих схемах биопереработки, значительно повысят эффективность переработки биомассы. Прорыв в направлении оптимальной мощности нефтеперерабатывающего завода, вероятно, будет достигнут либо за счет новых процессов предварительной обработки биомассы, либо за счет улучшенных технологий биопереработки. Интегрированное производство биотоплива второго поколения из целлюлозной и другой деревообрабатывающей промышленности также станет важным результатом.

Биотопливо третьего поколения, полученное из биомассы водорослей

Эти виды биотоплива включают производство биодизеля и других видов биотоплива на основе водорослей, таких как этанол и биогаз (Panbdey et al. 2014). Фотосинтетический захват CO ₂ в культурах водорослей для производства биомассы и последующей экстракции, например биодизельное топливо из клеток водорослей вызвало большой интерес во всем мире. Технология по-прежнему не является экономичной и устойчивой из-за низкого PFCE производства биодизеля.Частично это связано с тем, что увеличение производства биодизеля обычно происходит в стрессовых условиях, что, в свою очередь, снижает рост и производство биомассы. Недавние достижения в метаболической инженерии водорослей для увеличения липидов без ущерба для роста считаются важной вехой на пути к устойчивому производству биодизельного топлива (Trentacoste et al. 2013). Помимо ряда различных инженерных подходов к увеличению производства топлива из водорослей (Ho et al., 2014), исследования биоразнообразия водорослей, вероятно, позволят выявить интересные виды с высокой способностью производить топливо (Maity et al.2014). Сочетание производства водорослевого биотоплива с производством ценных химикатов, а также использование сточных вод и / или морской воды в качестве питательной среды и разработка более экономичных биореакторов — все это технологии, которые в настоящее время интенсивно развиваются и будут в ближайшем будущем сделать производство биотоплива из водорослей более прибыльным.

Кроме того, текущие разработки в области биопереработки в основном сосредоточены на использовании углеводосодержащих растительных материалов и отходов (лигноцеллюлоза, жмых, солома, потоки промышленных отходов) в производстве топлива, химикатов и материалов, тогда как разработка систем сбора и переработки биотоплива производство из водорослевых культур до сих пор привлекало меньше внимания.

Важно разработать и генетически сконструировать конкурентоспособное топливо из водорослей, чтобы преодолеть проблемы выращивания, сбора и переработки (Medipally et al. 2015). Настоящие прорывы все еще ждут решений для преодоления технических барьеров и ускорения разработки экологически безопасных и доступных видов биотоплива из водорослей.

Биотопливо четвертого поколения — солнечное биотопливо с помощью технологий синтетической биологии

Биотопливо четвертого поколения использует преимущества синтетической биологии водорослей и цианобактерий (например,г. Берла и др. 2013; Хейс и Дукат 2015; Scaife et al. 2015), которая является молодой, но активно развивающейся областью исследований. Синтетическая биология включает в себя проектирование и создание новых биологических частей, устройств и систем, а также реконструкцию существующих естественных биологических систем для полезных целей. Становится возможным разработать фотосинтетическое / нефотосинтетическое шасси, натуральное или синтетическое, для производства высококачественного биотоплива с высоким PFCE. Для биотоплива первого, второго и третьего поколений сырьем является либо биомасса, либо отходы, оба являются результатом «вчерашнего фотосинтеза» (но не из ископаемых ресурсов).Хотя эти виды биотоплива часто очень полезны в определенном регионе или стране, они всегда ограничены доступностью соответствующего органического сырья, то есть биомассы, что ограничивает их применение в глобальном масштабе.

Биотопливо четвертого поколения будет основано на сырье, которое по существу неисчерпаемо, дешево и широко доступно. Фотосинтетическое расщепление воды (окисление воды) на составляющие под действием солнечной энергии может стать важным фактором производства топлива в глобальном масштабе, как за счет искусственного фотосинтеза (Inganäs and Sundström, 2016), так и за счет технологий прямого солнечного производства биотоплива.Не только производство водорода, но и производство биотоплива с пониженным содержанием углерода возможно за счет одновременной усиленной фиксации атмосферного CO ₂ и новаторского дизайна синтетических метаболических путей для производства топлива. Создание «дизайнерских бактерий» с новыми полезными свойствами требует революционных научных открытий в нескольких областях фундаментальных исследований.

Стратегия биоэкономики Европейского Союза (European Commission 2012) подчеркивает важность открытий для создания функциональной биоэкономики, а синтетическая биология рассматривается как ключевая технология, обеспечивающая успешную реализацию биоэкономики вместо ископаемого топлива.Синтетическая биология сможет значительно расширить биоэкономику, предоставив средства для производства множества различных биологических соединений, включая множество различных видов биотоплива. Также есть опасения по поводу снижения биоемкости ЕС. Если не будет предпринято никаких действий, прогнозируется, что потребление биоресурсов превысит их возобновляемую способность к 2030 году. Таким образом, считается чрезвычайно важным производить биотопливо с использованием минимальных сырьевых ресурсов при их производстве.

Биотопливо четвертого поколения производится (i) дизайнерскими фотосинтезирующими микроорганизмами для производства фотобиологического солнечного топлива, (ii) сочетанием фотоэлектрических и микробиологического производства топлива (электробиотоплива) или (iii) фабрик синтетических элементов или синтетических органелл, специально предназначенных для производства желаемых дорогостоящие химические вещества (производство в настоящее время основано на ископаемом топливе) и биотопливо.

Конструкторские микроорганизмы в производстве солнечного биотоплива

Ключевые улучшения в эффективности преобразования фотонов в топливо (PFCE), а также в качестве топлива будут основаны на создании дизайнерских микроорганизмов. Они производят выбранное фотобиологическое солнечное топливо, которое представляет собой неископаемое топливо, получаемое путем прямого преобразования солнечной энергии фотосинтезирующими микроорганизмами (водорослями или цианобактериями), и при необходимости спроектированы для выделения этого топлива (рис.). Фотобиологическое солнечное топливо производится в фотосинтетическом элементе из солнечной энергии с использованием только воды или воды и CO ₂ в качестве сырья, в зависимости от того, является ли производимое топливо топливом на водородной или углеродной основе, соответственно.Знания, основанные на мощных биохимических и биофизических знаниях о сборе естественного фотосинтетического света, расщеплении воды, переносе электронов, гидрогеназах и углеродном метаболизме, имеют решающее значение для разработки прямых фотобиологических видов солнечного топлива. Микроорганизмы будут оптимизированы для производства топлива с использованием подходов синтетической биологии, метаболической инженерии и дизайна организмов на основе знаний, полученных в результате геномных исследований, молекулярной системной биологии и обширных исследований в области моделирования.

Пример разработки шасси цианобактерий для производства летучих углеродных летучих видов биотоплива с прямым солнечным излучением.Живые фотосинтезирующие микроорганизмы в настоящее время адаптируются как дизайнерские клетки с использованием инструментов синтетической биологии для эффективного преобразования солнечной энергии в топливо, используя только CO ₂ и воду в качестве неисчерпаемых, дешевых и широко доступных субстратов.

. Прямое фотобиологическое производство солнечного топлива основано на исследованиях одноклеточных водорослей и цианобактерий. Цианобактерии подходят в качестве фотосинтетического каркаса для своих хорошо разработанных технологий генетической трансформации, а также для обширных знаний о процессах сбора света и переноса электронов, об их метаболоме и передовых исследованиях моделирования всей клетки.Цианобактерии были генетически сконструированы для производства различных видов топлива и химикатов (например, H ₂ , этанола, изобутанола, изопрена, молочной кислоты). Введение различных путей ферментативного метаболизма в клетку цианобактерий с помощью подходов синтетической биологии позволило производить биотопливо непосредственно из солнечной энергии и промежуточных продуктов цикла Кальвина-Бенсона (Wijffels et al. 2013; Halfmann et al. 2014; Savakis and Hellingwerf 2015). Кроме того, эффективное выделение продукта из клеток увеличит производственную мощность.

Прорывы в прямом фотобиологическом производстве солнечного топлива требуют дальнейших исследований в области проектирования систем сбора света, моделирования и моделирования биологических реакций и систем, а также разработки инструментов и производственных систем синтетической биологии (Берла и др., 2013). Инструменты синтетической биологии включают анализ, проектирование и синтез биологических систем на основе четко определенных и идеально ортогональных функциональных модулей. Хотя первые результаты прямого фотобиологического солнечного топлива доказали их потенциал в производстве топлива, эта область все еще находится на уровне фундаментальных исследований.Ожидается, что в ближайшие 10–20 лет на рынок постепенно появятся различные фотобиологические виды солнечного топлива.

Электробиотопливо

С помощью подходов синтетической биологии можно создать новые для природы гибридные производственные организмы, которые используют возобновляемые источники электроэнергии и углерода для производства товарных химикатов и биотоплива. Недавно появившаяся область, MES (обзор см. В Rabaey and Rozendal 2010), основана на способности определенных микробов к прямому захвату электронов с электродов (например,г. от солнечных батарей или любого возобновляемого источника электроэнергии) для ассимиляции восстанавливающих эквивалентов в метаболизме, наряду с использованием CO ₂ . С помощью MES энергия солнечных элементов может быть преобразована в хранимые источники энергии, называемые электротопливом. Электротопливо позволяет удобно и эффективно хранить возобновляемые источники энергии из всех источников в виде жидкого топлива. Бактерии, подходящие для MES, переносят электроны через внешнюю мембрану через специфические электронные каналы, встроенные в белок. Было установлено, что прямой перенос электронов является наиболее эффективным механизмом переноса электронов от электродов к микроорганизмам.Производство топливного бутанола уже было продемонстрировано с помощью инженерного организма MES Clostridium ljungdahlii . Эта технология может обеспечить в будущем эффективный способ хранения солнечной энергии в виде жидкого топлива.

Недавно Torella et al. (Торелла и др., 2015) продемонстрировали новую масштабируемую интегративную биоэлектрохимическую систему производства изопропанола. Солнечный катализатор расщепления воды на основе металлов, которыми много земли, был использован для обеспечения энергии для роста бактерии Ralstonia eutropha .В Ralstonia с метаболической инженерией энергия расщепления воды может быть направлена ​​на производство изопропанола. Авторы заявляют о самом высоком уровне биоэлектрохимического топлива, о котором сообщалось до сих пор. Более того, они представляют собой важное доказательство принципиальной демонстрации того, что неорганические и биологические материалы могут быть объединены для достижения более высоких значений PFCE, чем любая система может обеспечить независимо.

От существующих биоперерабатывающих заводов до синтетических заводов по производству солнечного биотоплива

Дизайн синтетических фабрик и клеточных органелл для улучшенного производства биотоплива — это технология будущего, которая в настоящее время только вступает в фазу интенсивного развития на базовом уровне исследований биотоплива.Точно так же и сама технология синтетической биологии еще молода, и к настоящему времени реализовано лишь несколько действительно синтетических примеров (см. Обзор Камерона и др., 2014). Для получения оптимальных решений необходимо выйти за пределы известных возможностей, предлагаемых биологией, ускоряя эволюцию и проверяя огромное количество искусственных биологических комбинаций.