6.2. Энергетическая проблема и водоросли (Н. П. Масюк)

В XX ст. перед человечеством встала проблема рационального использования природных ресурсов, в первую очередь, энергетических. Традиционные источники энергии - нефть, газ, уголь, горючие сланцы, образовавшиеся в результате фотосинтетической деятельности растений (причем значительная доля в этих процессах принадлежала низшим фотоавтотрофным растениям - водорослям) - в настоящее время считаются практически невозобновляемыми [4]. Энергетический кризис, охвативший в настоящее время многие страны мира, привел к необходимости поиска новых нетрадиционных источников энергии. К их числу относят энергию Солнца, консервируемую в биомассе фотосинтезирующих растений (биоконсервация солнечной энергии). Так, М. Кальвин вычислил, что с 1950 г. мировые запасы нефти уменьшились в 5 раз; для покрытия возникшего дефицита он рекомендует использовать "годичный приход энергии", обеспечиваемый солнцем [447]. В отличие от атомной энергии, этот источник энергии абсолютно безопасен; использование его не вызывает нарушения экологического равновесия, не ведет к радиоактивному или тепловому загрязнению среды [317].

Из общего количества солнечного излучения, ежегодно достигающего поверхности Земли, растения утилизируют в среднем около 0,1%. Эта величина почти в 10 раз превышает мировое потребление энергии. Поэтому возникла идея использования биогаза - топлива, получаемого из органической массы путем ее биоконверсии [447, 448]. Оказалось, что наиболее перспективными первичными утилизаторами солнечной энергии являются микроводоросли, позволяющие повысить эффективность преобразования солнечной энергии в среднем до 3-5%. Максимальные значения КПД фотосинтеза у видов Dunaliella Teod. достигают 10%, у синезеленых - 12-18, а у некоторых зеленых водорослей - 21%, т. е. более чем в 200 раз превышает среднее значение КПД фотосинтеза на земном шаре [22, 288, 307, 367, 443, 444, 592, 629]. Обсуждаются биотехнические аспекты фотосинтетического преобразования солнечной энергии [2], предлагаются новые конструкции "солнечных реакторов", способствующие повышению его эффективности [592].

Наиболее экономически выгодным процессом считают метанизацию биомассы водорослей, выращенных на сточных водах [617, 628]. Установки для получения метана из водорослей, выращенных на сточных водах, созданы в США, Японии; их продуктивность составляет соответственно 50 и 80 т/га (в сухой массе) в год, а 50-60 т сухой биомассы водорослей может дать 74 тыс. кВт ⋅ ч электроэнергии [317]. По заданию американских военно-морских сил, в Тихом океане изучается возможность разведения гигантских донных бурых водорослей с целью переработки их в метан и другие продукты. Подсчитано, что с площади 400 км², занятой плантациями Macrocyst is pyrifera (L.) Ag., можно получить 620 млн м³ метана [699].

Отходы брожения при метанизации биомассы растений являются богатым источником питания и могут быть использованы повторно при выращивании водорослей или в сельском хозяйстве в качестве удобрений [454].

В качестве перспективных источников для получения биогаза испытываются также другие морские макроводоросли - виды родов Ulva L., Gracilaria Grev. [452, 454]. Энергия, получаемая за счет фотосинтеза водорослей с последующей наиболее рентабельной конверсией ее в газ, считается конкурентоспособной в глобальных масштабах с ядер ной энергией [293], хотя не все исследователи рассматривают эту биотехнологию как экономически выгодную [270, 444].

Таким образом, разработанная биотехнология получения биогаза из биомассы водорослей, выращенных на сточных водах, позволяет одновременно решать несколько вопросов: очистки стоков, охраны окружающей среды от загрязнений, получения дополнительных источников энергии и удобрений, экономии природных ресурсов [33].