КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 17-19-01617
НазваниеПолучение биотоплива из микроводорослей с использованием гидротермального сжижения
Руководитель Власкин Михаил Сергеевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва
Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-402 - Гидроэнергетика, новые и возобновляемые источники энергии
Ключевые слова биоэнергетика, биотопливо, микроводоросли, гидротермальное сжижение, бионефть, проточный реактор, теплообмен, стрессовые условия культивирования, солнечная энергетика, дисперсные системы, тепловое излучение, рассеивающие среды, масс-спектрометрия высокого разрешения, ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье
Код ГРНТИ44.09.29
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Предлагаемый проект направлен на решение проблемы переработки микроводорослей в биотопливо. Данная проблема является одной из ключевых на пути широкомасштабного использования микроводорослей в качестве возобновляемого биоэнергетического ресурса.
Для переработки микроводорослей в биотопливо предлагается использование процесса гидротермального сжижения, в ходе которого микроводоросли подвергаются влажной термической обработке при температуре до 370 °С и давлении до 25 МПа. В ходе такой обработки компоненты биомассы микроводорослей подвергаются реакциям гидролиза и пиролиза [1], в результате чего образуется ряд жидких углеводородных соединений, как растворимых, так и нерастворимых в воде, а также газообразные и твердые продукты реакций. Целевым продуктом гидротермального сжижения является так называемая «сырая бионефть» (biocrude oil) – жидкие углеводороды, отделяемые от твердой фазы и водного раствора. К основным преимуществам метода гидротермального сжижения относят отсутствие необходимости предварительной сушки исходного сырья и относительно высокий выход продукта (отношение массы продукта к массе исходного сырья) за счет того, что в бионефть преобразуются все компоненты микроводорослей (липиды, белки и углеводы).
Целью предлагаемого проекта является обоснованный выбор штаммов микроводорослей, условий их культивирования и параметров гидротермальной обработки, обеспечивающих наиболее полное преобразование энергии солнечного света в теплоту сгорания получаемого биотоплива (бионефти) при низком содержании азота и серы в продуктах сгорания. Для достижения поставленной цели планируется: 1. Выбор штаммов и условий культивирования микроводорослей для их последующего гидротермального сжижения. 2. Выбор параметров процесса гидротермального сжижения, обеспечивающих высокий выход и качество получаемой бионефти при минимальных энергетических затратах.
Новизна предлагаемого проекта заключается в том, что для микроводорослей, выбранных из собственной коллекции штаммов, будут впервые экспериментально подобраны стрессоры (такие как повышенная инсоляция, температура, лимитирование в питательных средах азота, фосфора и серы), обеспечивающие максимальный синтез и аккумулирование липидов и углеводов. Впервые будут разработаны способы использования жидкого бай-продукта гидротермального сжижения (водного раствора) для культивирования микроводорослей. Впервые экспериментальные исследования гидротермального сжижения пройдут одновременно на реакторе-автоклаве и проточном реакторе, а ряд экспериментов по гидротермальному сжижению будет осуществлен впервые в мире. В частности, впервые будет проведено сравнение результатов исследования гидротермального сжижения микроводорослей и модельного сырья: аминокислот, липидов, полисахаридов и их композиций заданного состава, входящих в состав микроводорослей. Будет впервые исследована возможность повышения выхода бионефти и понижения содержания в ней серы и азота с использованием гетерогенных катализаторов на основе активированных углей и оксидов и гидроксидов алюминия с заданной пористой структурой. С использованием масс-спектрометрии высокого разрешения (ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье) и других методов анализа будут определены основные механизмы химических превращений в ходе гидротермального сжижения микроводорослей.
Уникальность предлагаемого проекта состоит в привлечении к его выполнению специалистов, обладающих большим опытом и знаниями методов культивирования микроводорослей, современных методов расчета тепломассообмена и переноса направленного и диффузного излучения в дисперсных системах, технологий гидротермальной обработки, а также масс-спектрометрии высокого разрешения для изучения органических веществ.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Чернова Н.И., Киселева С.В., Власкин М.С. BIOFUEL PRODUCTION FROM MICROALGAE BY MEANS OF HYDROTHERMAL LIQUEFACTION: ADVANTAGES AND ISSUES OF THE PROMISING METHOD International Journal of Energy for a Clean Environment, 2, 18, 132-145 (год публикации - 2017)
2.
Чернова Н.И., Киселева С.В., Власкин М.С., Рафикова Ю.Ю.
Renewable energy technologies: enlargement of biofuels list and co-products from microalgae
MATEC Web of Conferences, 112, 10010, (год публикации - 2017)
10.1051/matecconf/201711210010
3.
Костюкевич Ю.,Власкин М., Борисова Л., Жеребкер А., Перминова И., Кононихин А., Попов И., Николаев Е.
Investigation of bio-oil produced by hydrothermal liquefaction of food waste using ultrahigh resolution Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry
European Journal of Mass Spectrometry (год публикации - 2017)
10.1177/1469066717737904
Публикации
1.
Власкин М.С., Костюкевич Ю.И., Николаев Е.Н., Владимиров Г.Н., Чернова Н.И., Киселева С.В., Попель О.С., Жук А.З.
Influence of solvent on the yield and chemical composition of liquid products of hydrothermal liquefaction of Arthrospira platensis as revealed by Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. European Journal of Mass Spectrometry
European Journal of Mass Spectrometry, Vol. 24. № 5. p. 363-374 (год публикации - 2018)
10.1177/1469066718771209
2.
Власкин М.С., Костюкевич Ю.И., Владимиров Г.Н., Чернова Н.И., Киселева С.В., Григоренко А.В., Николаев Е.Н., Попель О.С., Жук А.З.
Chemical composition of bio-oil obtained via hydrothermal liquefaction of Arthrospira platensis biomass
High Temperature, Vol. 56. N. 6. p. 915–920 (год публикации - 2018)
10.1134/S0018151X18060263
3.
Власкин М.С., Григоренко А.В., Чернова Н.И., Киселева С.В.
Hydrothermal liquefaction of microalgae after different pre-treatments
Energy Exploration & Exploitation, vol. 36. № 6. p. 1546-1555 (год публикации - 2018)
10.1177/0144598718777107
4.
Власкин М.С., Костюкевич Ю.И, Владимиров Г.Н., Дудоладов А.О., Чернова Н.И., Киселева С.В.
Chemical Composition of Bio-oil Produced by Hydrothermal Liquefaction of Microalgae with Different Lipid Content
IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, vol. 159 (1). № 012004 (год публикации - 2018)
10.1088/1755-1315/159/1/012004
5.
Чернова Н.И., Киселева С.В., Власкин М.С., Рафикова Ю.Ю.
Estimation of microalgae resource potential for bio-oil production and sustainable rural development in the climatic conditions of Russia (the Republic of Dagestan)
MATEC Web Conf, vol. 178. № 09011 (год публикации - 2018)
10.1051/matecconf/201817809011
Публикации
1.
Власкин М.С., Григоренко А.В., Чернова Н.И., Киселева С.В., Липатова И.А., Попель О.С., Домбровский Л.А.
The hydrothermal liquefaction as a promising procedure for microalgae-to-biofuel conversion: A general review and some thermophysical problems to be solved
High Temperatures-High Pressures, vol. 49. № 4. p. 309-351 (год публикации - 2019)
10.32908/hthp.v48.716
2.
Костюкевич Ю., Власкин М., Жеребкер А., Григоренко А.,Борисова Л., Николаев Е.
High-Resolution Mass Spectrometry Study of the Bio-Oil Samples Produced by Thermal Liquefaction of Microalgae in Different Solvents
Journal of the American Society for Mass Spectrometry, vol. 30 № 4. p. 605-614 (год публикации - 2019)
10.1007/s13361-018-02128-9
3.
Костюкевич Ю., Жеребкер А., Власкин М., Рознятовский В.А., Гришин Ю.К., Никоаев Е.
Speciation of structural fragments in crude oil by means of isotope exchange in near-critical water and Fourier transform mass spectrometry
Analytical and Bioanalytical Chemistry, vol. 411. № 15. p. 3331-3339 (год публикации - 2019)
10.1007/s00216-019-01802-5