Микроводоросли для улавливание CO₂ и чистой энергетики
Глобальный энергопереход упирается в две связанные задачи: сокращать выбросы парниковых газов и одновременно наращивать производство низкоуглеродного водорода. Традиционный подход — химическое улавливание CO₂ из дымовых газов — требует больших затрат энергии и реагентов, а ценным продуктом на выходе не обладает. Можно ли превратить выбросы в ресурс и получать из них водород без сложной химии?
Исследователи Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого вместе с коллегами проанализировали более восьмидесяти научных работ и показали, что микроводоросли способны работать как биологическая платформа двойного назначения. Результаты опубликованы в журнале International Journal of Hydrogen Energy (Q1) при поддержке гранта РНФ (проект № 24-17-20004).
Микроводоросли улавливают CO₂ в процессе фотосинтеза, а при определенных условиях (например, в бескислородной среде или при смене фотопериода) активируют ферменты гидрогеназы и начинают выделять молекулярный водород. Однако эффективность обоих процессов зависит от одних и тех же параметров, и их нужно точно настроить. Авторы обобщили данные по шести факторам: фотопериоду, интенсивности света, температуре, кислотности среды, концентрации CO₂ и питательным веществам.
Оптимальный режим для фиксации углерода выглядит так: 16–18 часов света и 6–8 часов темноты, интенсивность около 5400 люкс, температура 20–25 °C, pH 6,0–8,3, концентрация CO₂ не выше 5 %, добавки 0,02 % мочевины и 0,05 % бикарбоната натрия. В таких условиях особенно эффективны виды Chlorella vulgaris, Nannochloropsis sp. и Scenedesmus. При этом микроводоросли способны поглощать до 273 г CO₂ на литр культуры.
Чтобы проверить экономический смысл таких систем, ученые провели технико-экономическую оценку. Оказалось, что если разместить фотобиореакторы на тепловых электростанциях или цементных заводах и использовать сбросное тепло и дымовые газы прямо на месте, стоимость улавливания одной тонны CO₂ снижается до 50–70 долларов. Это сопоставимо с традиционной химической абсорбцией, но вдобавок дает биомассу, из которой термохимическими методами можно получить водород и другие ценные продукты.
