Проблеми використання мікробіологічних систем у процесі ремісії вуглекислого газу із атмосферного повітря

Abstract

Ініціативи Кіотського протоколу, Паризької конвенції про зміни клімату 2015 року, преміальний фонд підтримки революційних інновацій Х Prize та оголошений гранд Ілоном Маском про винахід кращої технології вловлювання вуглекислоти із загальним бюджетом у 100 млн доларів дають змогу стверджувати про високу актуальність проблеми абсорбції вуглекислого газу із атмосферного повітря. На наш погляд, великою перспективою є використання біологічних фотосинтезуючих культур та технологічних рішень на їх основі, що забезпечуватимуть абсорбцію вуглекислого газу, оскільки цей процес у далекому минулому вже змінив атмосферу Землі. Крім того, використання рослин дозволить не лише поглинути вуглекислий газ із атмосфери, але і отримати додаткову сировину, багату на вуглеводні та ліпіди, а також генерувати кисень. У цьому технологічному рішенні проблеми наявності парникових газів встановлено доцільність застосування процесу вирощування одноклітинних мікроводоростей у системах фотореакторів. Визначено енергетичні та техніко-економічні показники функціонування систем утилізації вуглекислоти на основі типових підходів. Виявлено потребу у створенні системи автоматичного аналізу стану культури на базі використання штучного інтелекту та систем автоматичного розпізнавання образів. Доведено необхідність інтеграції теплоакумулятора у будову фотореактора для згладжування добових перепадів температур (що в свою чергу мінімізувало енерговитрати) та систем додаткового освітлювання та перемішування. Запропоновано ряд власних конструкцій фотореакторів та подальші шляхи їх модернізації із використання полімерних плівок для ізоляції робочого простору фотореакторів з метою уникнення зараження культури.

Инициативы Киотского протокола, Парижской конвенции об изменении климата 2015 года, премиальный фонд поддержки революционных инноваций Х Prize и объявленный гранд И. Маска об изобретении лучшей технологии улавливания углекислоты с общим бюджетом в 100 млн долларов позволяют утверждать о высокой актуальности проблемы абсорбции углекислого газа из атмосферного воздуха. На наш взгляд, большой перспективой является использование биологических фотосинтезирующих культур и технологических решений на их основе, что обеспечивают абсорбцию углекислого газа, поскольку этот процесс в далеком прошлом уже изменил атмосферу Земли. Кроме того, использование растений позволит не только поглотить углекислый газ из атмосферы, но и получить дополнительное сырье, богатое углеводородами и липидами, а также генерировать кислород. В данном технологическом решении проблемы наличия парниковых газов установлена целесообразность применения процесса выращивания одноклеточных микроводорослей в системах фотореакторов. Определены энергетические и технико-экономические показатели функционирования систем утилизации углекислоты на основе типовых подходов. Выявлена потребность в создании системы автоматического анализа состояния культуры на базе использования искусственного интеллекта и систем автоматического распознавания образов. Доказана необходимость интеграции теплоаккумулятора в конструкцию фотореактора для сглаживания суточных перепадов температур (что в свою очередь минимизировало энергозатраты) и систем дополнительного освещения и перемешивания. Предложен ряд собственных конструкций фотореакторов и дальнейшие пути их модернизации по использованию полимерных пленок для изоляции рабочего пространства фотореакторов во избежание заражения культуры.

The initiatives of the Kyoto Protocol, the Paris Convention on Climate Change 2015, the X Prize Prize Fund for Revolutionary Innovation and the announcement by Grand Elon Musk of the invention of the best carbon capture technology with a total budget of $ 100 million suggest that air absorption from carbon. In our opinion, the use of biological photosynthetic crops and technological solutions based on them, which will ensure the absorption of carbon dioxide, is a great prospect, as this process has already changed the Earth's atmosphere in the distant past. In addition, the use of plants will not only absorb carbon dioxide from the atmosphere, but also obtain additional raw materials rich in hydrocarbons and lipids, as well as generate oxygen. This technological solution to the problem of the presence of greenhouse gases establishes the feasibility of using the process of growing unicellular microalgae in photoreactor systems. Energy and technical and economic indicators of functioning of carbon dioxide utilization systems on the basis of standard approaches are determined. The need to create a system of automatic analysis of the state of culture based on the use of artificial intelligence and systems of automatic pattern recognition has been identified. The necessity of integration of the heat accumulator into the structure of the photoreactor for smoothing of daily temperature differences (which in turn minimized energy consumption) and systems of additional lighting and mixing is proved. A number of own designs of photoreactors and further ways of their modernization on use of polymeric films for isolation of working space of photoreactors for the purpose of avoidance of infection of culture are offered.