Dynamiczny rozwój gospodarki wiąże się z wykorzystaniem bardzo dużej ilości energii. Szczególnie intensywny rozwój przemysłu transportowego oznacza rosnący popyt na paliwa. W przypadku transportu zapotrzebowanie na energię pokrywa przede wszystkim ropa naftowa, gaz ziemny oraz węgiel kamienny. Jednakowoż wymienione źródła nie należą do odnawialnych. Co więcej, wadą ich stosowania są zanieczyszczenia emitowane do atmosfery. Dlatego istnieje potrzeba pozyskiwania alternatywnych źródeł energii, które w czasie postępujących zmian klimatycznych powinny być dodatkowo przyjazne dla środowiska. Takim alternatywnym źródłem energii okazały się biopaliwa. Definiowane są one jako „ciekłe lub gazowe paliwa dla transportu otrzymywane z biomasy oraz substancji odpadowych, a także z pośrednich lub bezpośrednich procesów polegających na wykorzystaniu odpadowego ditlenku węgla pochodzenia naturalnego lub/i przemysłowego”.
Biopaliwa uzyskuje się na drodze licznych przemian biochemicznych, termochemicznych i biologicznych. Dzieli się je na dwie podstawowe grupy: pierwotne oraz wtórne, wśród których rozróżnia się trzy generacje biopaliw. Zakwalifikowane do pierwszej generacji wytwarzane są z substancji organicznej, którą można użyć również do produkcji pożywienia bądź pasz dla zwierząt gospodarskich. Uzyskuje się je z trzciny cukrowej, kukurydzy, pszenicy, buraków cukrowych. Tymczasem w produkcji biopaliwa drugiej generacji głównym surowcem jest biomasa odcelulozowa (drewno, słoma, wieloletnie trawy, odpadki przemysłu drzewnego). Paliwo drugiej generacji można także wytwarzać z odpadków pochodzących z przemysłu drzewnego, miazgi z przetwórstwa owoców, zbóż ubogich w ziarna, oraz z mało znanych w Polsce roślin o nazwie jatrofa oraz switchgrass. Substratem do produkcji paliwa przyszłości, czyli biopaliwa trzeciej generacji, są algi. Według profesora Johna P. Kociolek’a biologa z Uniwersytetu Colorado paliwo z glonów wejdzie do powszechnego użytku już w 2090 r. Sugerować zatem można, że biopaliwo przygotowywane na bazie alg nie jest jedynie wymysłem stworzonym na potrzeby kolejnego amerykańskiego filmu science-fiction.
CO NIECO O ALGACH
Algi, algae, glony czy Phykoi, to eukariotyczne fotosyntetyzujące mikroorganizmy. Wyróżniają się one wytrzymałością na ostre warunki hodowli oraz prostą budową komórkową. Są to plechowate beznaczyniowe organizmy roślinne, najczęściej samożywne (niektóre są miksotroficzne, to znaczy w zależności od potrzeb mogą „przełączać się” z trybu samożywnego do cudzożywnego); żyją one w środowisku wodnym lub w miejscach wilgotnych. Algi cechują się zróżnicowaną strukturą morfologiczną. Niektóre z alg są jednokomórkowymi organizmami, część tworzy kolonie, inne mają strukturę wielokomórkowych plech osiągających wymiary kilku metrów i tworzących podwodne łąki. Oszacowano, że alg jest na świecie 20 razy więcej niż roślin naziemnych.
GLONY-SUROWCE W PRODUKCJI BIOPALIW
Wykorzystanie alg w roli substratu do produkcji paliw alternatywnych nie jest nowym pomysłem. Już w latach 50. ubiegłego wieku zwracano uwagę na energetyczne możliwości wykorzystania glonów, zwłaszcza mikroalg. Ponad sześćdziesiąt lat temu w raporcie projektu Massachusetts Institute of Technology pojawiła się sugestia, odnosząca się do wykorzystania alg, które wcześniej nie były brane pod uwagę- jako źródło paliw. Energetyczny potencjał glonów badali także eksperci z National Renewable Energy Laboratory. Zaobserwowali oni, że niektóre gatunki alg zawierają więcej oleju niż jakiekolwiek inne rośliny. Pierwsze prowadzone na dużą skalę badania ukierunkowane na pozyskanie paliwa z glonów rozpoczęły się w 1978 roku w Stanach Zjednoczonych. Wystartował wówczas projekt „Aquatic Species Program”.
Aktualnie ukierunkowaną hodowlę glonów prowadzi się w stawach otwartych lub fotobioreaktorach. Każda z wymienionych metod ma zalety i wady. Przykładowo stawy w porównaniu z fotobioreaktorami są kilkukrotnie tańsze. Z kolei hodowla w zamkniętych bioreaktorach zapewnia czystość produktu oraz kontrolę procesów. Z glonów można aktualnie uzyskać biodiesel, biometan, bioetanol. Wyprodukowanie konkretnego rodzaju paliwa jest możliwe dzięki użyciu w procesie produkcji konkretnego gatunku glonu. Wynika to z tego, że w zależności od gatunku glonów organizmy te kumulują w komórkach różne materiały zapasowe, do których należą lipidy, węglowodany, białka. Na przykład Botryococcus braunii (gatunek zielenicy) ze względu na wysoki poziom tłuszczu (nawet 75%) jest gatunkiem nadającym się do produkcji biodiesela i biometanu. Natomiast glony wyróżniające się wysoką zawartością węglowodanów mogą odegrać ważną rolę w produkcji bioetanolu.
Wśród pionierskich eksperymentów z użyciem paliwa z alg jako źródła energii był dziewiczy rejs samolotu amerykańskich linii lotniczych United Airlines. W 2011 roku samolot napędzany paliwem glonowym dostarczonym przez firmę Solazyne, przewiózł pasażerów z Chicago do, położonego ponad 1000 mil dalej, Huston. Dwa lata później, tj. w marcu 2013 roku po raz pierwszy do masowego odbiorcy trafiło paliwo z glonów. Klientom stacji paliwowych Propel w kilku miastach stanu California w Stanach Zjednoczonych oferowano biodiesel z 20% domieszką komponentu z glonów. Tymczasem w 2014 roku w Japonii (w mieście Fujisawa) po raz pierwszy na drogi wyjechał autobus napędzany biopaliwem z alg euglenowych. Paliwo to zostało stworzone przez zespół japońskich producentów samochodów ciężarowych Isuzu dla firmy Euglena. Warto dodać, że również jeden z polskich koncernów poczynił pierwsze kroki, które w przyszłości mają skutkować produkcją paliwa z glonów. W znajdującej się w Płocku rafinerii Orlenu powstała niedawno stacja doświadczalna hodowli glonów. To właśnie tam, w warunkach zakładu produkcyjnego wytypowano szczepy glonów olejowych i taksonów okrzemek, które następnie przeznaczone zostaną do hodowli. Sugeruje się, że opracowanie technologii produkcji biopaliw z alg może w przyszłości pomóc koncernowi zrealizować unijne dyrektywy odnoszące się do korzystania z odnawialnych źródeł energii.
KORZYŚCI PŁYNĄCE Z UŻYCIA ALG W PRODUKCJI BIOPALIWA
Znaczącym atutem glonów są ich możliwości plonowania, które przewyższają inne rośliny energetyczne. Stwierdzono, że mikroalgi są w stanie podwoić swoją masę w ciągu doby (w fazie wzrostu wykładniczego czas ten wynosi 3,5 godziny). Intensywny przyrost biomasy to wynik kilkukrotnie wyższej sprawności procesu fotosyntezy u alg w porównaniu z jej wartościami uzyskiwanymi przez rośliny naziemne. Optymalne warunki hodowli umożliwiają osiągnięcie plonu przewyższającego 100 t/ha/rok. Inne dane pokazują, że algi mogą dostarczyć około 25000 litrów oleju na hektar, gdy tymczasem rzepak ma wydajność 1500 litrów z hektara, słonecznik 950 litrów, a soja jedynie 446 litrów. Hodowla alg może stać się konkurencyjna w stosunku do tradycyjnych upraw glebowych, również z uwagi na mniejsze wymagania odnośnie powierzchni pod uprawę (cechują je niskie wymagania pokarmowe). Kolejną zaletą użycia alg w produkcji biopaliwa jest to, że nie są one konkurencją na rynku produktów spożywczych. Ponadto biopaliwa uzyskiwane z biomasy glonów nie posiadają w swym składzie związków siarki, dlatego nie wykazują toksyczności, oraz wyróżniają się wysoką biodegradowalnością. Nie można pominąć faktu, że uprawy glonów przyczyniają się do ograniczenia ilości dwutlenku węgla emitowanego do atmosfery. W 2013 roku stwierdzono, że są one w stanie zredukować aż o 70% emisję gazów cieplarnianych. Dzięki tej właściwości algi stać się mogą ważnym orężem w walce z globalnym ociepleniem.
