Красноярские ученые получили биотопливо из отходов очистных сооружений

 Источник фото: sfu-kras.ru

Статья доктора биологических наук М. Гладышева и его коллег с информацией о необычном сырье для производства биотоплива вызвала лавинообразный интерес не только научного, но и бизнес-сообщества. Михаил Иванович говорит, что с таким интересом к результатам исследований он сталкивался крайне редко.

Президиум Российской академии наук (РАН) несколько лет назад учредил специальную программу по биотопливу. Ряд институтов Сибирского отделения РАН, в том числе и наш Институт биофизики, приступили к работе по ней. Кстати, когда я говорю «наш институт», я имею в виду также тесное содружество Красноярского научного центра и Института биофизики СО РАН с Сибирским федеральным университетом. Так, у меня при лаборатории — базовая кафедра СФУ с 1995 года, и две трети сотрудников работают и в академии наук, и в университете. Забегая вперёд, с особой гордостью отмечу, что первым соавтором статьи по итогам нашей работы является молодой учёный Анна КУЧКИНА из Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ, которая изучает возможность использования илов эвтрофного водоёма в качестве исходного сырья для получения биодизельного топлива.

Так вот, задача программы РАН — поиск новых источников биотоплива, оптимизация старых; т.е. комплексная задача, на выполнение которой способна только большая Академия. Мы по этой программе отрабатывали свой небольшой кусочек, а именно — нашему институту было поручено проводить исследования по культурам микроводорослей и по биодизелю, потому что биодизель — это метиловые эфиры жирных кислот, а по жирным кислотам водорослей мы достигли достаточно серьёзных успехов не только в пределах России, но и в мире.

С биотопливом какие основные проблемы? Это перспективный возобновляемый источник, он частично позволяет решить проблему с утилизацией выбросов… Но сейчас биотопливо производят, в основном, из пищевого сырья. Если брать глобально, это серьёзная проблема, потому что на Земле достаточно большой процент населения голодает, и избытка сельскохозяйственных площадей нет. Поэтому сейчас во всём мире самым перспективным сырьём для биотоплива считают микроводоросли. Первое —они не занимают сельхозугодья. Второе — они растут быстрее. Чем меньше организм, тем быстрее он растёт. Бактерия растёт быстрее слона — если посчитать удельную скорость, то там вообще космическая разница! Точно так же микроводоросли растут быстрее, чем трава или деревья.

Три года назад мы приступили к исследованиям, но меня с самого начала терзали смутные сомнения. Хорошо выращивать микроводоросли, например, в Израиле, где одна моя сотрудница работала на выращивании спирулины. Там в пустыне стоят открытые ёмкости, в которых за счёт бесплатного тепла и солнечного света водоросли изумительно растут, не занимая сельхозугодий. А мы географически и климатически далековаты от Израиля. Я не экономист, я гидробиолог, но мне казалось, что выращивание микроводорослей в Сибири было бы экономически нерентабельным. Ведь 70-80% стоимости биодизеля — это стоимость сырья, кому нужно такое «золотое» топливо?!..

Поэтому мы стали искать другие варианты сырья. Будучи гидробиологами и экологами, мы задумались об использовании водорослей природных водоёмов. Во-первых, они растут бесплатно, во-вторых, их не надо особым способом собирать — отмирая, они оседают на дно и образуют илы. Таким образом, у нас есть бесплатный склад сырья под названием «донные отложения». Более того, мы прекрасно знали, что одним из основных мероприятий по восстановлению качества воды любого озера является удаление донных отложений, и потом этот ил непонятно куда девать! Просто выбрасывать ил нельзя, поскольку в нём могут быть не совсем полезные микроорганизмы, тяжёлые металлы, поэтому и использование его в качестве удобрения сомнительно. Таким образом, использование донных отложений для производства биодизеля — это не только бесплатный источник сырья, это побочный продукт природоохранных мероприятий, а не специально выращиваемые рапс или соя, и даже не специально выращиваемые микроводоросли.

Мы обратили внимание на этот источник сырья фактически первыми. Взяли пробы на водохранилище Бугач (известном также как озеро мясокомбината), и анализы показали возможность производства из местного ила биодизеля, соответствующего нормам Евро-4. Мне удалось — правда, не сразу, а через некоторое время — убедить московских и новосибирских коллег, работавших по этой программе, что лучше сосредоточиться не на водорослях, а на илах. Сейчас эта программа исследований принята на последующие годы, и нам уже прямо записали тему не по микроводорослям, а по чёрным илам.

Но самое главное даже не это. Сделав эту работу, мы должны были опубликовать её описание и результаты. Причем в «импактовом» журнале, где публикация означает, что работа прошла самую жёсткую международную экспертизу.
Мы люди гордые, поэтому свою работу представили в один из лучших журналов по данной области — «Biomass & Bioenergy». Статью приняли, что называется, сходу. Я уже опубликовал в журналах «Web of Science» 78 работ, и всего у меня 139 статей в научных журналах, но такое — в первый раз за мою 30-летнюю карьеру! Нашу статью схватили как горячий пирожок, не дожидаясь исправлений (так называемых minor revision), рекомендованных рецензентами. После предварительного размещения её в Интернете (так называемая публикация Online first) очередь на официальную публикацию в журнале должна была подойти, по нашим расчётам, где-то через год Каково же было наше удивление, когда «Biomass & Bioenergy» опубликовал статью через месяц, в мае текущего года! А далее уже последовал нарастающий вал материалов в научно-популярных и универсальных СМИ.

Надеяться на достаточно быстрое внедрение и именно в России мне позволяет то, что мы уже нашли заказчика, правда, не совсем там, где первоначально могли ожидать… Но обо всём по порядку.

Как положено в научной работе, по итогам мы провели семинар с коллегами. И первым услышали от них вопрос, который и сами себе уже задавали: «Ну, хорошо, илы — это новый источник… А каков его объём? Сколько раз и за какой период времени эти илы можно изъять для производства топлива?». Можно было ответить, что озёр в Сибири много, тем более, что это действительно так. Вокруг одного только Красноярска их чистить — не перечистить!

Но нам удалось «разглядеть» ещё один более крупный и, самое главное, неиссякаемый источник сырья для производства биодизеля — очистные сооружения! Мы связались с ООО «КрасКом». Начальник экологического центра предприятия Виктория КОЛОМЕЙЦЕВА в своё время закончила нашу кафедру и сразу поняла наше предложение. Более того, она сообщила, что утилизация осадков с очистных сооружений — громадная проблема для «КрасКома». Осадок из первичных отстойников приходится выкладывать на так называемые «карты» (специальные полигоны), поскольку он содержит болезнетворные микроорганизмы и ещё много чего опасного для человека, включая тяжёлые металлы. В результате громадные площади достаточно дорогой земли вокруг города на десятки лет выведены из хозяйственного оборота.

Совместно с экоцентром «КрасКома» мы взяли пробы осадков из первичных отстойников и обнаружили, что они по ряду параметров, существенных для производства биодизеля, намного превосходят природный ил. Содержание липидов — (из липидов и жирных кислот и получают биодизель после метанолиза) в нём составило более 14%. Для сравнения — в сое, которую специально выращивают для производства биодизеля, содержание липидов 18%, в микроводорослях — от 13%.

Таким образом, осадок с очистных сооружений — это весьма перспективное сырьё, потому что его использованием мы решим не одну, а целый ряд задач. Наши разработки избавят «КрасКом» от затрат на утилизацию и улучшат экологическую ситуацию в пригороде Красноярска.

То, что останется от осадка очистных после его переработки в моторное топливо, биологически не будет представлять никакой опасности для человека — в процессе метанолиза мы «разберём» все микробы и микроорганизмы на молекулы и преобразуем их в жирные кислоты. Ориентировочный выход биодизеля составит 0,6 г/литр жидких первичных осадков. Вместо безусловных расходов получается доход!

Итоговый отчёт мы представили генеральному директору ООО «КрасКом» Анатолию МАТЮШЕНКО — человеку, хорошо известному в СФУ, выпускнику Политехнического института, доктору технических наук. Он предложил продолжить работы уже не в рамках поисковых научных исследований, а в рамках разработки технологии производства и создания промышленной установки. Таким образом, мы имеем очень редкое ныне сочетание: хорошую научно подтверждённую идею и заинтересованного заказчика. Этой темой заинтересовались и представители власти края; краевой фонд науки, я думаю, к этому подключится.

Производство биотоплива необходимо ещё и потому, что руководство России стремится к международной интеграции, и рано или поздно нам придётся играть по правилам международного рынка. А в США и в некоторых странах Европы нефтяные компании уже сейчас законодательно обязывают включать в состав дизельного топлива от 6% до 10% биодизеля, «чисто нефтяную» солярку там просто запрещено продавать. Это требование может войти и в стандарт «Евро», по которому придётся работать и российским нефтепереработчикам. И тогда перед ними встанет вопрос: покупать дорогой биодизель из рапса или сахарного тростника за рубежом или производить свой дешёвый. Мы свой вариант ответа уже представили!

В СФУ есть всё необходимое для исполнения договора с ООО «КрасКом» и создания промышленной установки по производству биодизеля. У нас есть очень хорошие конструкторы, например, новый директор Политехнического института СФУ Евгений БОЙКО и его сотрудники. Они уже конструировали установки для переработки угольного топлива. У нас есть специалисты по моторным топливам, нефтехимики, экономисты, способные «просчитать» этот проект. Это очень хорошая тема для Сибирского федерального университета, которую мы можем в комплексе «под ключ» решить.

Мы должны произвести более крупную, чем мы получили сейчас, опытную партию биодизельного топлива — порядка 1,5-2 литров и оптимизировать технологию производства. Необходимо исследовать полученный биодизель в аккредитованных лабораториях для изучения его параметров и возможных корректировок в технологии производства. В частности, на предмет соответствия ГОСТам — в Центре стандартизации и метрологии.

Второе. Мы должны изучить, что остаётся после метанолиза в осадке, и понять, что дальше с этим делать. После того, как мы выясним все этапы производства, определим свойства продукта и осадка — это будет где-то через год — можно будет приступать к проектированию самой промышленной установки.

Третий этап. Это уже исследование полученного продукта как моторного топлива. По оценке заказчика, промышленная установка по производству биодизеля из осадка городских очистных сооружений должна заработать через 2-3 года.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.