Ключевые слова

УТС, водоросли, уголь, древесина, нефть, топливо, экология.

Аннотация

На берегах пляжей находится много водорослей. Однако они там просто гниют и мешают людям. Поэтому мы решили найти им применение.

 

  Введение

Леса – это лёгкие нашей планеты. Однако они всё больше подвергаются уничтожению со стороны человека. По данным Greenpeace пожары в Сибири уничтожили более 13 млн га деревьев, благодаря чему в атмосферу выбросило 166 млн тонн углекислого газа. Также леса страдают от вырубки на дрова, бумагу и пр. Мы задумались над заменой древесины как топливо и обратили внимание на водоросли. Ведь всегда при прогулке по пляжу, у воды находится большое количество водорослей, но их никак не используют. Также в сезон цветения на большинстве водоёмов они начинают размножаться, пагубно влияя на фауну. Цветение воды, вызванное сине-зелеными водорослями (которые распространены в Балтийском море) считается стихийным бедствием, так как вода становится почти ни к чему уже не пригодной. При этом значительно увеличиваются вторичное загрязнение и цветение водоема, так как биомасса водорослей в «цветущем» водоеме достигает значительных величин (средняя биомасса— до 200 г/м3, максимальная — до 450—500 г/м3), а среди сине-зеленых очень мало таких видов, которые употреблялись бы другими организмами в пищу. Отмершие водоросли в море перерабатываются бактериями, которые поглощают кислород. Из-за этого в морях образуются мертвые зоны, гдеА нефть — это не возобновляемое топливо, и она в будущем закончится.

 

В связи с этим целью нашей работы является очистка водоёмов от водорослей и дальнейшее их использование в качестве топлива

  Задачи:

1) провести анализ эффективности топлива из водорослей в сравнении с другими видами топлива;

2) определить рентабельность использования топлива из водорослей;

3) создать план работы мероприятия по производству топлива.

 

  Наша проектная работа является актуальной, поскольку леса всё больше страдают от рук людей, водоросли загрязняют водоёмы и запасы нефти и угля не бесконечны.

 

  Исследование

  Для того чтобы определить практичны ли водоросли в качестве топлива или нет, проведем нужные расчеты.

По данным из статьи qводорослей= 14 МДж/кг, qдров= 11 МДж/кг qАИ92 = 46 МДж/кг, qкаменного угля = 20 МДж/кг.

 

  Однако стоит смотреть и на цену этой энергии. Так 1 м3 колотых дров стоит

~2000 рублей, и он весит ~560кг. Таким образом 1 кг дров стоит 3,57 рублей.

1 МДж дров = 3,57 / qдров = 0,32 руб./МДж

1 МДж АИ92 =1,33 руб./МДж (61,4 руб./кг)

1 МДж каменного угля = 0,4 руб./МДж (8 руб./кг)

  В водорослях содержится порядка 80% воды, и для их осушения необходима энергия. Можно воспользоваться бесплатной энергией в виде солнца, однако это долго и очень зависит от погодных условий. Поэтому стабильнее и быстрее использовать электроэнергию или газ. КПД электрических сушилок равно ~80% а газовых ~40%, следовательно, электрические сушилки использовать эффективнее.

  Для сушки 1 кг водорослей (воды 80%; to = 15 oC) по формуле cm(t-t0) + Lm необходимо 2,13 МДж. В итоге получим 200 г сухих водорослей. 2,13 МДж * 5 = 10,65 МДж. Именно столько необходимо потратить энергии для получения 1 кг сухих водорослей. 10,65 МДж = 3 кВт. При КПД электросушилки = 80% необходимо 3:0,8 = 3,75 кВт. Цена на 1 кВт/ч в Калининградской области для организаций первой ценовой категории = 2,6 руб./кВт/ч, следовательно, 3,75*2,6 = 9,75 рублей необходимо потратить для получения 1 кг сухих водорослей из собранных.

  Для просушки водорослей в электросушилке необходимо потратить 13,5 МДж, из этого следует, что 96% энергии нужно потратить на просушку водорослей в соотношении к полученной энергии при их сжигании.

  Выясним, что 1 МДж водорослей = 9,75 / qводорослей = 0,7 руб.

  Стоимость 1 МДж водорослей дороже 1 МДж дров в 2,19 раз, дороже 1 МДж АИ92 в 0,53 раз и дороже 1 МДж каменного угля в 1,75. Из этого следует, что дрова и каменный уголь дешевле использовать, но это вредит экологии. Деревья до срубки растут несколько десятилетий, а новые водоросли вырастают каждый сезон. Каменный уголь не возобновляемый ресурс, поэтому он в определенный момент закончится. Если размножать водоросли в специально оборудованных водоёмах или в биореакторах, можно добиться того, что из 20 г микроводорослей через 3 дня будет уже более 1 кг тех же водорослей. Однако это требует больших затрат, ведь водоросли очень капризны и не любят перепады температур.

Если строить предприятие по получению топлива из морских водорослей, то можно разместить его между маяком на северо-западе Калининградской области и Светлогорском, где находится большое скопление водорослей у берегов. Они там скапливаются благодаря течению из Гданьского залива.

 

 

 

  Заключение:

 Из выше сказанного можно сделать выводы, что водоросли, как альтернативный вид топлива, имеют определенные плюсы и минусы.

  Плюсы:

1) Водоросли быстро растут, в отличии от деревьев;

2) Удельная теплота сгорания водорослей больше, чем у дров;

3) Меньше золы при сгорании, благодаря чему котлы и камины нужно чистить реже.

  Минусы:

1) 1 МДж водорослей дороже 1 МДж дров и угля;

2) КПД сухих водорослей всего 4%.

 

  Рекомендации: Можно сделать более дешевый способ сушки, который удешевит топливо из сухих водорослей. А также разработать эффективные способы выращивания и размножения водорослей, благодаря которым можно будет получать в разы больше водорослей за меньший промежуток времени.