To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels
Particular attention in recent years focused on the production of solid biofuels from straw and wood chips (briquettes, pellets and direct burning). The industry is characterized by the presence of the necessary raw materials, equipment and enough powerful improvement of technology. The situation wi...
Gespeichert in:
| Datum: | 2016 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/112 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102967027859456 |
|---|---|
| author | Didkivska, H. |
| author_facet | Didkivska, H. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "H. Didkivska",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Didkivska, H. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:09Z |
| description | Particular attention in recent years focused on the production of solid biofuels from straw and wood chips (briquettes, pellets and direct burning). The industry is characterized by the presence of the necessary raw materials, equipment and enough powerful improvement of technology.
The situation with liquid energy, which in Ukraine is two types – bio petrol and biodiesel significantly worse due to some problems. The basis of this article is to point out these problems, particularly in the production of biodiesel and identify possible alternatives to overcome them.
In the production of biodiesel main problems are the high cost of raw materials, that can be only vegetable oil that is a food export grade, and second, it is necessary to use arable landplanted with sunflower, rapeseed or soy. This situation creates a dilemma: food or biofuels. MA include in its biomass lipids that are similar in chemical composition to vegetable oils, andsecond, the pace of growth is several times higher than the rate of growth of any plant on earth. It should be noted that arable land, fertilizers, and seeds are not used in the cultivation MA. Toensure and support growth in the natural environment they use only water, sunlight and carbon dioxide from the air.In IRE NAS of Ukraine initiated the investigation to establish research and industrial design FBR. It is assumed that in order to prevent undue costs to create possible inadequacy calculations when transferring biotechnology parameters based desktop laboratory experiments to industrial volumes, you must create a laboratory stand, which is a single, but a full-scale, thebiotech functions of the enterprise element ("trough") industrial photobioreactor equipped with all necessary communications network (water, light, heat, carbon dioxide, air circulators, coarseand fine filters, sanitary fittings, etc.) and of monitoring and control. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:40Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 94
УДК 620.952
Г.Г.Дідківська, канд.техн.наук (Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Київ)
До проблеми виробництва рідких моторних біопалив із мікроводоростей
В статті досліджені можливості створення альтернативного джерела сировини, необхідної для виробництва біологічних
палив, здатних замістити собою дефіцитні мінеральні палива, зокрема, рідкі моторні палива для дизельних двигунів. Одним із
таких джерел може слугувати біомаса мікроводоростей, що вирощуються у спеціальних установках – фотобіореакторах.
Бібл. 3, рис. 5.
Ключові слова: біомаса, олія, мікроводорості, фотобіореактор.
ORCID 0000-0002-8314-9606
Вступ. Щодо виробництва в Україні енергії з
альтернативних джерел, зокрема, з біологічної
сировини, то в останні роки основна увага зосе-
реджена на твердому біопаливі на основі соломи
та тріски (брикети, пелети і пряме спалювання).
Дана галузь характеризується наявністю необхід-
ної сировини, достатньо потужним обладнанням
та постійним удосконаленням технологій.
Рідкі енергоносії представлені двома видами:
на основі біоетанолу і на основі рослинних олій
(біобензин та біодизель).
Метою даної роботи є обґрунтування необ-
хідності створення дослідно-експериментальної
установки для виробництва мікроводоростей та
отримання при їх переробці біопалива.
Відмітимо, що головною проблемою вироб-
ництва біодизелю є проблема наявності необхід-
ної сировини, якою може виступати рослинна
олія та в певній мірі жирові відходи м’ясної і ха-
рчової промисловості, які в цій галузі не відігра-
ють суттєвої ролі. Використання даного типу си-
ровини породжує наступні проблеми: по-перше,
рослинна олія є важливим харчовим продуктом, а
по-друге, для її отримання необхідні родючі орні
землі для посіву соняшнику, ріпаку або сої, не
кажучи вже про великі витрати коштів на техні-
ку, агропромислові заходи та на робочу силу. Та-
ке положення породжує дилему: або харчові про-
дукти, або біопаливо.
Найбільш прийнятною альтернативою на
сьогоднішній день виявилась рослинна олія, що
виробляється з біомаси мікроводоростей (МВ).
Такий тип нетрадиційного відновлюваного енер-
гетичного потенціалу в світі відомий, хоча широ-
ко ще не застосовується. Тим не менше, такими
транснаціональними корпораціями, як Boing,
Shell, Toyota та ін. на сьогодні проводяться нау-
кові дослідження та вже досягнений значний по-
зитивний результат.
Сучасний світовий досвід підтверджує, що з
одного гектара водної поверхні можна отримати
у багато разів більше олії з МВ, ніж із такої ж
площі орної землі з наземних олійних рослин [1].
Дані показники обумовлені наступними характе-
ристиками МВ: по-перше, вони містять у своїй
біомасі ліпіди, а по-друге, темпи їх росту в декі-
лька разів перевищують швидкість росту будь-
якої рослини на Землі, що й обумовлює наведені
вище кількісні показники. Слід зазначити, що
рілля, добрива та посівний матеріал не потрібні
при вирощуванні МВ. Для забезпечення росту в
природному середовищі (водоймах) вони вико-
ристовують тільки воду, сонячне світло і вугле-
кислоту з повітря.
В багатьох країнах Заходу ведуться дослі-
дження як на пошуковому рівні, так і за програ-
мами, що фінансуються у великих обсягах, у тому
числі з державних бюджетів. Так, програма
"Aquatic Species Program" (США) передбачає ап-
робацію можливості отримання біодизелю з МВ у
промислових масштабах. Проводились тривалі
великомасштабні культивування мікроводоростей
з набору 3000 штамів у відкритих ставках. Проду-
ктивність біомаси склала у середньому від 30 до
© Г.Г.Дідківська, 2016
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 95
60 г/м2/добу при вмісті 40% олії, або 73 т/га/рік.
На основі даних проекту була проведена економіч-
на оцінка. Вартість біодизелю може сягати від 39
до 127 дол. за барель або 26-86 центів за літр [2].
Зокрема був здійснений проект із цього на-
прямку на Гавайях. Об’єктом культивування бу-
ло вибрано зелену МВ Haematococcus pluvialis.
На першій стадії в закритому фотобіоректорі
(ФБР) підтримувалися постійні оптимальні умо-
ви. На другій стадії клітини МВ піддавались об-
меженню в поживних речовинах, а також надли-
шковому освітленню з перенесенням культури із
ФБР до відкритого культиватора. Підсумкова
продуктивність по біомасі при різних умовах
склала від 38,1 (у середньому) до 91,8 т/га/рік
(максимально). Вміст олії в умовах стресу дося-
гав у середньому 25-30%, у результаті продукти-
вність МВ по олії склала біля 11,4 т/га/рік (у се-
редньому за рік) та до 27,5 т/га/рік у коротко-
строкові періоди. При двосторонньому культиву-
ванні МВ в експериментальних умовах оцінка
собівартості біодизелю дала 56 дол. за барель
(біля 40 центів/л) [2].
Для отримання високої продуктивності МВ у
промислових умовах за масою і місткістю жирів
необхідно створювати умови, що підвищать інте-
нсивність їх розмноження. Такі умови створю-
ються у спеціальних установках, де біохімічні
процеси розвитку МВ стимулюються відповід-
ними фізичними і біохімічними заходами, які
здійснюються у фотобіореакторах.
ФБР за своїм конструктивним рішенням різ-
няться між собою, однак спільним для всіх типів
залишається біологічний процес вирощування
мікроводоростей. ФБР можуть бути у вигляді
плоских горизонтальних басейнів (рис. 1), ставків
(рис. 2) або у вигляді товстотрубних похилих
конструкцій (рис. 3).
Рис. 1. Критий басейн. Рис. 2. Відкритий басейн (ставок).
Рис. 3. Товстотрубний непроточний фотобіореактор.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 96
Усі вищенаведені конструкції не можна в по-
вній мірі віднести до промислових зразків через
їх непристосованість до виробництва у промис-
лових масштабах. Досконала ж конструкція – це
промислове підприємство, яке передбачає за-
мкнутий цикл із вирощування та переробки біо-
маси МВ. На вході циклу є вода, вуглекислота,
освітлення і тепло. На виході – готова рослинна
олія, а по максимуму − рідке моторне паливо.
Дана установка вже є підприємством, створення
якої передбачає значні капітальні вкладення.
Для росту МВ необхідні три основні компо-
ненти: тепло, світло і вуглекислий газ. Слід за-
значити, що на теплоелектростанціях у надлишку
є скидна теплота, у нічний час – надлишки елект-
роенергії на нічний режим освітлення, а вуглеки-
слота знаходиться в димових газах. При кваліфі-
кованому підході на кожній теплоелектростанції
можна отримувати певні кількості рідкого палива
і твердих відходів, що спалюються в котлах ра-
зом із мазутом, вугіллям, газом. Незважаючи на
необхідність достатньо вагомих первинних капі-
таловкладень, створення ФБР виправдовується
можливістю забезпечення контрольованих умов
вирощування з високим, майже рівним теоретич-
ному, виходом готової продукції та відсутністю
прямої залежності ФБР від клімату, пори року і
метеорологічних умов регіону.
В ІВЕ НАН України розроблено узагальнені
конструктивно-технологічні параметри устано-
вок для вирощування і переробки МВ для умов
ТЕС (рис. 4), а також практичні рекомендації
щодо впровадження цього досвіду в галузь ПЕК
України. Створена структурна схема технологіч-
них процесів вирощування і безвідходної пере-
робки МВ, схема сигнальних, командних і про-
дуктних комунікацій. На рис. 5 показано фраг-
мент основних елементів біотехнологічної струк-
тури – фотобіореакторів.
Основними перевагами здійснення техноло-
гічного процесу в закритих культиваторах типу
ФБР є:
можливість застосування автоматизованих
систем управління технологічними процесами;
максимальна ефективність використання
освітлення і, як наслідок, значно більш висока
цілодобова продуктивність;
економія простору, модульне і вертикаль-
не розташування ФБР;
можливість створення конфігурацій будь-
якого розміру;
зменшення потреби в робочій силі та лік-
відація проблем із завантаженням-
розвантаженням.
Вирощування МВ саме в ФБР дозволяє
отримувати екологічно чистий продукт і вироб-
ляти на його основі не тільки паливну олію, а й
цілу низку побічних корисних продуктів, таких
як білкові кормові та харчові добавки, тверде па-
ливо (пелети, брикети тощо), медичні та косме-
тичні препарати, амінокислоти, а також повно-
цінні корми для риб, птахів і тварин.
Конструкція промислового ФБР, розробле-
ного в ІВЕ НАН України, являє собою промисло-
ву будівлю шириною 36 м, висотою 12 м і дов-
жиною, пропорційною розміру ширини, з пірамі-
дальним розташуванням елементів фотобіореак-
тора у вигляді ємностей об’ємом 0,5-1 м3 кожна.
Весь простір під такою поверхнею зайнятий тех-
нологічним обладнанням і переробним устатку-
ванням.
Будівництво такого підприємства (рис. 4, 5)
без попереднього відпрацювання усіх можливих
біотехнологічних, конструктивних, енергетичних
і навіть будівельних особливостей є нераціональ-
ним і несе значні фінансові ризики [3].
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 97
Рис. 4. Схема будови промислового ФБР.
Рис. 5. Взаємне розташування головних елементів ФБР − біореакторних ємностей.
Доцільним є створення дослідного стенда,
що являє собою одиничний, але повномасштаб-
ний за біотехнологічними функціями, елемент
"ємність" промислового ФБР, оснащений усією
мережею необхідних комунікацій (вода, освіт-
лення, теплота, вуглекислота, повітря, циркуля-
ційні насоси, грубі і тонкі фільтри, сантехнічна
арматура тощо) та органів контролю і управлін-
ня. Практично стенд являтиме собою спеціалізо-
вану біохімічну лабораторію. Він дозволить мак-
симально об’єктивно, у реальному часі, з метро-
логічним контролем визначити усі витратні пока-
зники та матеріальні надходження, а також дос-
лідити біологічні чинники з вибору штамів і се-
редовищ культивування, що інтенсифікують
утворення біомаси.
Цей стенд буде реально діючою ФБР устано-
вкою, габарити якої (зокрема, розміри біореакто-
рного стенда 3×1×0,6 м) та інші характеристики
уможливлюють розміщення у звичайному лабо-
раторному приміщенні та не несуть жодних еко-
логічних загроз. При функціонуванні ФБР у на-
вколишнє середовище виділяється тільки кисень
(як продукт перетворення мікроводоростями вуг-
лекислоти СО2).
Результати, отримані при експлуатації стен-
да, дозволять однозначно визначити вихідні дані,
необхідні для розрахунків біотехнологічних,
конструктивних і техніко-економічних парамет-
рів повнорозмірного ФБР площею дзеркальної
поверхні біосуспензії 1 га (10 тис. м2) як кінцево-
го результату перед інвестуванням капітальних
вкладень у будівництво реального промислового
або дослідно-промислового ФБР.
Висновки. Виконані в ІВЕ НАН України по-
чаткові дослідження підтверджують нагальну по-
требу створити дослідно-промислову установку
(фотобіореактор) для здійснення замкнутого цик-
лу виробництва біодизелю з МВ, яка відрізняється
від відомих ФБР удосконаленими конструктивни-
ми показниками. Така технологія і конструкція –
це практично завод, що виробляє біодизель із во-
ди, вуглекислоти та низькопотенційної скидної
теплоти з будь-яких димових газів.
При підтвердженні на практиці прогнозованих
результатів передбачається ініціювати пошук інве-
сторів для промислової реалізації такого проекту.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 4 98
1. Пашкова Т.В., Третяков О.В., Пацко О.В. Застосу-
вання мікроелементів для оптимізації мінерального живлен-
ня за промислового культивування мікроскопічних водорос-
тей/физиология и биохимия культ. растений, 2010, Т. 42, №
5, С. 403–413.
2. Чернова Н.И., Киселева С.В., Попель О.С. Энергосбе-
режение, новые и возобновляемые источники энер-
гии/Теплоэнергетика, 2014, №6, С. 14–21.
3. Звіт про науково-дослідну роботу "Розробка науково-
технічних засад ефективного перетворення біомаси на осно-
ві оптимізації режимів функціонування біоенергетичних
установок ("Органіка-2")", номер державної реєстрації
0113U000929, Київ, 2013 р.
REFERENCES
1. Pashkova T.V., Tretjakov O.V., Patsko O.V. The use of
trace elements for optimization of mineral nutrition for the in-
dustrial cultivation of microscopic algae / physiology and bio-
chemistry of cultivated plants, 2010, V. 42, N 5, P. 403-413.
2. Chernova N.I., Kiseleva S.V., Popel O.S. Energy effi-
ciency and new and renewable sources of energy / Heat power,
2014, N 6, P. 14-21.
3. The report on the research work "Development of scien-
tific and technical foundations for efficient conversion of bio-
mass osno gar optimization operation of bioenergy plants ("Or-
ganic-2")," state registration 0113U000929, Кyiv, 2013.
А.Г. Дидковская, канд.техн.наук (Институт возобновляе-
мой энергетики НАН Украины, Киев)
К проблеме производства жидких моторных биотоплив
из микроводорослей
В статье исследованы возможности создания альтернати-
вного источника сырья, необходимого для производства
биологических топлив, способных заменить собой дефици-
тные минеральные топлива, в частности, жидкие мотор-
ные топлива для дизельних двигателей. Одним из таких
источников может служить биомасса микроводорослей,
которые выращиваются в специальных установках – фо-
тобиореакторах. Библ. 3, рис. 5.
Ключевые слова: биомасса, масло, микроводоросли (МВ),
фотобиореактор (ФБР).
Didkivska H. Institute for renewable energy at NAS of Ukraine,
Kyiv)
To the problem of raw materials for the production of liquid
biofuels
The article explored one possible creation of alternative sources
of raw materials required for the production of biofuels, able to
bear a scarce mineral fuels, including liquid motor fuels for
diesel engines. This can serve as a source of biomass of micro-
algae grown in special units – fotobioreaktorah, the creation of
which the author works. References 3, figures 5.
Keywords: biomass, oil, microalgae, fotobioreaktor
SYNOPSES
Particular attention in recent years focused on the produc-
tion of solid biofuels from straw and wood chips (briquettes,
pellets and direct burning). The industry is characterized by the
presence of the necessary raw materials, equipment and enough
powerful improvement of technology.
The situation with liquid energy, which in Ukraine is two
types – biopetrol and biodiesel significantly worse due to some
problems. The basis of this article is to point out these problems,
particularly in the production of biodiesel and identify possible
alternatives to overcome them.
In the production of biodiesel main problems are the
high cost of raw materials, that can be only vegetable oil that is a
food export grade, and second, it is necessary to use arable land
planted with sunflower, rapeseed or soy. This situation creates a
dilemma: food or biofuels. MA include in its biomass lipids that
are similar in chemical composition to vegetable oils, and
second, the pace of growth is several times higher than the rate
of growth of any plant on earth. It should be noted that arable
land, fertilizers and seeds are not used in the cultivation MA. To
ensure and support growth in the natural environment they use
only water, sunlight and carbon dioxide from the air.
In IRE NAS of Ukraine initiated investigation to estab-
lish research and industrial design FBR. It is assumed that in
order to prevent undue costs to create a possible inadequacy
calculations when transferring biotechnology parameters based
desktop laboratory experiments to industrial volumes, you must
create a laboratory stand, which is a single, but a full-scale, the
biotech functions of the enterprise element ("trough") industrial
fotobioreactor equipped with all necessary communications net-
work (water, light, heat, carbon dioxide, air circulators, coarse
and fine filters, sanitary fittings, etc.) and of monitoring and
control.
Стаття надійшла до редакції 13.07.16
Остаточна версія 26.09.16
|
| id | veorgua-article-112 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:00:42Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/5b/79ee875bcf7f89ae94780028817c685b.pdf |
| spelling | veorgua-article-1122026-07-18T06:32:09Z To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels К проблеме производства жидких моторных биотоплив из микроводорослей До проблеми виробництва рідких моторних біопалив із мікроводоростей Didkivska, H. biomass oil microalgae fotobioreaktor біомаса олія мікроводорості фотобіореактор биомасса масло микроводоросли (МВ) фотобиореактор (ФБР) Particular attention in recent years focused on the production of solid biofuels from straw and wood chips (briquettes, pellets and direct burning). The industry is characterized by the presence of the necessary raw materials, equipment and enough powerful improvement of technology. The situation with liquid energy, which in Ukraine is two types – bio petrol and biodiesel significantly worse due to some problems. The basis of this article is to point out these problems, particularly in the production of biodiesel and identify possible alternatives to overcome them. In the production of biodiesel main problems are the high cost of raw materials, that can be only vegetable oil that is a food export grade, and second, it is necessary to use arable landplanted with sunflower, rapeseed or soy. This situation creates a dilemma: food or biofuels. MA include in its biomass lipids that are similar in chemical composition to vegetable oils, andsecond, the pace of growth is several times higher than the rate of growth of any plant on earth. It should be noted that arable land, fertilizers, and seeds are not used in the cultivation MA. Toensure and support growth in the natural environment they use only water, sunlight and carbon dioxide from the air.In IRE NAS of Ukraine initiated the investigation to establish research and industrial design FBR. It is assumed that in order to prevent undue costs to create possible inadequacy calculations when transferring biotechnology parameters based desktop laboratory experiments to industrial volumes, you must create a laboratory stand, which is a single, but a full-scale, thebiotech functions of the enterprise element ("trough") industrial photobioreactor equipped with all necessary communications network (water, light, heat, carbon dioxide, air circulators, coarseand fine filters, sanitary fittings, etc.) and of monitoring and control. В статье исследованы возможности создания альтернативного источника сырья, необходимого для производства биологических топлив, способных заменить собой дефицитные минеральные топлива, в частности, жидкие моторные топлива для дизельних двигателей. Одним из таких источников может служить биомасса микроводорослей,которые выращиваются в специальных установках – фотобиореакторах. В статті досліджені можливості створення альтернативного джерела сировини, необхідної для виробництва біологічних палив, здатних замістити собою дефіцитні мінеральні палива, зокрема, рідкі моторні палива для дизельних двигунів. Одним із таких джерел може слугувати біомаса мікроводоростей, що вирощуються у спеціальних установках – фотобіореакторах. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-12-14 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/112 Vidnovluvana energetika ; No. 4 (47) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 94-98 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4 (47) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 94-98 Відновлювана енергетика; № 4 (47) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 94-98 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/112/69 Copyright (c) 2016 H. Didkivska https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | biomass oil microalgae fotobioreaktor Didkivska, H. To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| title | To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| title_alt | К проблеме производства жидких моторных биотоплив из микроводорослей До проблеми виробництва рідких моторних біопалив із мікроводоростей |
| title_full | To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| title_fullStr | To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| title_full_unstemmed | To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| title_short | To the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| title_sort | to the problem of raw materials for the production of liquid biofuels |
| topic | biomass oil microalgae fotobioreaktor |
| topic_facet | biomass oil microalgae fotobioreaktor біомаса олія мікроводорості фотобіореактор биомасса масло микроводоросли (МВ) фотобиореактор (ФБР) |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/112 |
| work_keys_str_mv | AT didkivskah totheproblemofrawmaterialsfortheproductionofliquidbiofuels AT didkivskah kproblemeproizvodstvažidkihmotornyhbiotoplivizmikrovodoroslej AT didkivskah doproblemivirobnictvarídkihmotornihbíopalivízmíkrovodorostej |