1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Выступающие над водой части контейнеров будут испытывать большие ветровые нагрузки, что необходимо учитывать прн проектировании элементов силового крепления, в которых в реальных условиях будут развиваться сложныс напряжения, Оценивая эффективность «Биосоляра» авторы проекта полагают, что суммарный КПД комплекса будет нс ниже 6%.
Это предположение основано на том, что КПД конверсии солнечного. излучения в водорослсвых системах составляет 8% и близок к максимальному для фотосинтеза, а КПД преобразования биомассы в метан — не ниже 80%, Даже в средних широтах такой КПД позволяет получать ! т у. т. с площади примерно 70 м'. Таким образом, с площади Аральского моря можно получить не менее 1 млрд. т у.
т., а это превышает 10% всего условного топлива, добытого человечеством в 1975 г. Оценивая стоимость проекта, В. В. Алексеев показывает, что для производства ! мли, т у. т. (площадь контейнеров 70 км') капитальные затраты составят примерно !00— 150 млн. руб, при сроке службы конструкций 1О лст. Этот вывод позволяет считать, что затраты иа «Биосоляр» окажутся примерно такнмн же, как и при добыче соответствующего количества нефти. Также утверждается, что по энергоотдаче !отношению количества вырабатываемой энергии за срок службы к количсству энергии, затраченной при создании системы) «Биосоляр» почти в 2 раза превосходит АЭС, для которых эта величина составляет примерно !3. Наиболее подходящий район для размещения подобных водорослевых ферм — приэкваториальные зоны Тихо~о н Индийского океанов с их высокими поверхностными температурами.
Но подобные конструкции могут применяться и в средней полосе нашей страны, если для их обогрева использовать излишки тепла АЭС и ТЭС. В этом случае станция мощностью 1 МВт дополнительно обеспечивает получение около 0,5 т у. т., что дает возможность увеличить ее КПД не менее чем на 20% прн возрастании затрат иа строительство всего иа 5 — 7 % 12!. «Биосоляр» — сочетание солнечной энергстнки с океанской технологией. Он может стать эффектным элементом системы ком-, плексного преобразования океанской энергии.
Для этого «Биосоляр» может быть объединен с тепловыми и волновыми океанскими электростанциями„которые могут поставлять ему дополнитсльиыс биогснные элементы и СО» из глубинных слоев воды, обеспечивать защиту от волнения, что создаст реальную возможность размещения его в открытом море. Основное достоинство «Биосоляра» по сравнению с другими способами преобразования солнечной энергии — отсутствие наземных концентраторов последней, причем приемником излучения 204 служит сама водная поверхность.
Другие достоинства в том, что такой способ получения топлива практически не требует разработки каких-то особых видов оборудования: все необходимое для переработки микроводорослей в газ уже практически выпускается промышленностью. Конечно, технические трудности при реализации такого проекта досзаточно велики. Необходимо в течение все~о года обеспечивать водоем оптимальным подводом тепла, поддерживать на нужном уровне освещенность, определенный химический состав воды, подавлять развитие нежелательных культур, обеспечивать определенную динамику извлечения биомассы с тем, чтобы водоросли не успевали отмирать и загрязнять водоем и т.
п. Ферму такого типа подстерегают н другие опасности. Велика, в частности, возможность накопления в биомассе водорослей нежелательных элементов, например тяжелых металлов, не только из-за присутствия загрязнений в воздухе и воде водоемов, но и за счет циркуляции микроэлементов в полузамкнутой системе регенерации.
Это, в свою очередь, может привести к генетическим изменениям культивируемой популяции водорослей, результат которых предсказать пока не представляется возможным. Наиболее серьезное препятствие для создания водорослевых ферм типа «Биосоляра» в высоких широтах — отсутствие постоянного в течение года солнечного облучения. Выход из положения подсказывают предлагаемые в настоящее время проекты энергетических спутников, выводимых на геостационарные орбиты. Будучи снабжены концентраторами солнечной энергии и аппаратурой для передачи ес в естественном либо преобразованном виде на приемные станции, размещенные на поверхности планеты, такие спутники могут постоянно обеспечивать определенный приток лучистой энергии. Энергия солнечного излучения неравномерно распределена по спектру в диапазоне от инфракрасных частот до рентгеновских. Преобразовывать в сверхвысокочастотное излучение п передавать на Землю в виде радиоволн, наименее подверженных ослаблению в атмосфере, можно достаточно широкий диапазон в естественном спектре.
А что если каким-то образом вырезать фотосннтетическую часть из этого диапазона и в концентрированном виде подать на поверхность фсрмый В случае плохой прозрачности атмосферы можно было бы все излучение преобразовывать в СВЧ-излучение. Можно было бы, наконеп„запустить и специальный спутник для освещения поверхности фермы. Он не был бы слишком дорогим, так как в нем отсутствовали бы преобразователи энергии в более «транспортабельиые» виды. Да и система приема была бы предельно простой: использовалась бы естественная способность водной поверхности хорошо поглощать излучение как раз на нужных длинах волн.
Кроме того, в такой системе передачи энергия устраняются опасности, связанные с распространением в атмосфере достаточно плотных пучков радиоволн. Принципиальная схема фермы с искусственным спутником дана на рис.'8.11. Такое дополнительное солнце могло бы созда- вать достаточно высокие концентрации излучения на поверхности фермы в течение всего года. Нужно только отметить, что слишком высокая облученность и не требуется: кривая фотосинтстпческой активности микроводорослей имеет насыщение, выше которого нет смысла повышать облученность. При чрезмерной облученности для повышения продуктивности можно было бы активно перемешивать среду, но, как отмечает ряд авторов, это сильно удорожало бы ферму, точнее, получение биомассы.
Проекты создания крупных биоэнергетических ферм пока еще находятся в стадии отработки технических решений. Их промыш- Рис. 8.11. Схема использовании искусственного спутника дли освещении поверхности морской фермы ленная реализация зависит от большого числа факторов и, в частности, от того, будет ли найден какой-нибудь более рентабельный способ фотосинтетического преобразования энергии. й 8.6.
Биологические методы получения водорода Один из путей, которым может пойти в будущем энергетическая биотехнология,— развитие методов получения водорода с помощью живых организмов — бактерий и водорослей — или с помощью субклеточных частиц этих организмов. Работы в этом направлении и у нас в стране, и за рубежом ведутся уже более полувека. Идея процесса выделения фотоводорода заложена в самой природе фотосинтеза, на начальном этапе которого в хлоро- 288 пластах под воздействием света и при участии ферментов происходит биофотолиз воды, причем получаемый ион водорода используется далее для синтеза углеводородов.
Реакция биофотолиза идет в две стадии: 2Н,О 4Н+ + 4е-+ О,; 4Н++ 4е- 2Н,. (8.4) В роли катализаторов этих реакций и переносчиков элементов выступают специфические металлофермеиты, объединенные в электронно-транспортную цепь (см. з 8.2). В опытах Сейберта (Институт исследования солнечной энергии, СШЛ) и других 1821 была доказана возможность производства водорода живымн клетками зеленых водорослей с эффективностью, составляющей не менее 78 % общей эффективности фотосинтеза. При этом отмечено, что па производство водорода может быть использовано более 1О с7о падающего солнечного излучения — значительно больше, чем у современных полупроводниковых преобразователей, КПД которых пока не превышает нескольких процентов.
На примере обычной водоросли хламидомонады (СЫащуг)отопаз ге)п!таст)11а) было подтверждено, что образование фотоводорода и кислорода идет в молярном отношении 1,92, близком теоретическому значению 2. Было показано, что процессом можно активно управлять, добавляя в среду различные химические вещества. Более того, оказалось возможным управлять скоростью выделения фотоводорода с помощью веществ, защищающих гидрогеназу от соединения с кислородом, либо усиливающих передвижение фотоэлектронов от 84 до 174 моль на ! мг водорослей в час. Лля того чтобы «заставить» клетки водоросли продуцировать фотоводород, оказалось достаточным определенное время выдерживать их в анаэробных условиях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
