Мощность вытяжки: Как выбрать кухонную вытяжку: помогаем определиться с критериями

Все мы знаем, что процессы приготовления пищи на кухне связаны с образованием копоти, попаданием в воздух мельчайших частиц пищи, жира, продуктов сгорания и т.д. Все это образует не очень приятный запах, да и стены и потолок кухни сильно страдают от подобного воздействия. Чтобы предотвратить подобное влияние, нужно активно проветривать кухню, но этого не всегда достаточно. Куда лучше сразу улавливать все загрязняющие воздух частицы прямо над очагом их образования – над кухонной плитой. Именно для этого и существуют вытяжки. На данный момент производители предлагают их в таком широком ассортименте, что можно не просто растеряться, но и запутаться и сделать неправильный выбор. Именно поэтому перед покупкой стоит узнать основные различия разных моделей вытяжек, их функциональные особенности и понять, что необходимо конкретно вам.

Типы вытяжек: циркуляционные и проточные

Грубо говоря, все вытяжки работают по принципу принудительной вентиляции. Они отводят и очищают воздух от продуктов сгорания и частиц жира. В зависимости от конструкции, воздух может проходить тщательную очистку и возвращаться на кухню, или же выходить на улицу. Отсюда и два основных типа вытяжек:

• циркуляционные очищают загрязненный воздух и возвращают его обратно в помещение. Естественно, соединение с внешней средой тут отсутствует, воздуховод монтировать не нужно, поэтому данные устройства дешевле и намного проще в установке. Кроме того, такие вытяжки незаменимы, когда дом старый, и его вентиляционная система не сможет справиться с тем потоком воздуха, который будет выводить проточная вытяжка. Еще одно достоинство таких устройств – низкая шумность, около 35-40 дБ, что вполне приемлемо даже для небольшой кухни;
• проточные вытяжки работают иначе: они затягивают воздух, проводят очистку от жира и копоти, а потом выпускают немного очищенный воздух на улицу через систему воздуховодов. Многие вытяжки оснащены фильтром грубой очистки, чтобы весь жир не скапливался на внутренних частях устройства. Такие фильтры необходимо периодически мыть. Более бюджетные модели, которые таких фильтров не имеют, также иногда следует очищать от налета грязи. Проточные вытяжки более производительные и зачастую имеют режим рециркуляции воздуха. Монтаж таких устройств более сложный, и лучше заранее продумать ее расположение относительно ближайшего вентиляционного отверстия, ведь даже один угол воздуховода намного сокращает производительность вытяжки. Именно поэтому для достижения наилучших функциональных и декоративных качеств лучше всего такую вытяжку устанавливать вместе с кухонным гарнитуром.

Многие модели могут работать и так, и так, но есть те, которые функционируют только в одном режиме, и это нужно заранее уточнить, решив, какое именно устройство необходимо в вашем случае.

Производительность вытяжки

Производительность вытяжки – это основной показатель, который характеризует ее работу. Сам по себе этот параметр означает, сколько воздуха может пропустить через себя устройство за единицу времени. Производительность стоит выбирать в зависимости от площади кухонного помещения и некоторых других его особенностей.

Самый простой способ подсчета таков. Необходимо подсчитать объем кухни, умножив ее площадь на высоту потолка, а потом полученное значение умножить на 12, так как именно столько раз за час, согласно отечественным санитарным правилам, должен смениться воздух на кухне. Этот результат лучше умножить на 1,3 – коэффициент запаса. Например, для кухни площадью в 6 м² с высотой потолка 2,7 м понадобится производительность, равная 6*2,7*12*1,3=253 м³/час.

Если стоит задача провести более точный расчет, то из общего объема кухни можно вычесть объем всех предметов мебели и техники. Кроме того, необходимо учесть, что вешать вытяжку необходимо на высоте 65-85 см от кухонной плиты, и не меньше. Если необходимо расположить вытяжку выше, то лучше выбрать модель с большей, чем требуемой по расчетам, производительностью.

Также необходимо учитывать и пропускную способность вентиляционного канала в доме, которая может быть намного ниже, чем требуемая производительность вытяжки. В этом случае выбирать модель с большей производительностью не стоит. Впрочем, если вы готовите не так уж часто, то это не критично, ведь высокая производительность вытяжки ни к чему. Тем семьям, где готовят много и постоянно, наоборот, стоит посоветовать взять вытяжку с высокой производительностью. Небольшой запас производительности понадобится также тем, у кого очень маленькая кухня, ведь в этом случае концентрация частиц пищи и копоти будет намного выше.

Сегодня вытяжки представлены с производительностью в диапазоне от 180 до 700 м³/час, поэтому каждый сможет выбрать модель для своей кухни. Но имейте в виду, что высокая производительность неразрывно связана с сильным шумом, впрочем, работать на пределе возможностей не всегда и нужно. Производительность также напрямую связана с мощностью вытяжки. Так, например, мощности в 500 Вт хватает для очень высокого уровня производительности.

Габариты вытяжки

Ширину вытяжки стоит подбирать в зависимости от ширины поверхности кухонной плиты: вытяжка никак не должна быть меньше, а лучше, если она будет даже немного шире. Так, для плиты шириной в 60 см можно подобрать вытяжку с соответствующей шириной, но если позволяет площадь кухни и конструкция мебели, то можно остановить свой выбор на устройстве с шириной в 90 см. В продаже сегодня присутствуют модели с совершенно разными параметрами: с шириной 60 см очень много вытяжек, с шириной 90 см – уже меньше, еще труднее найти компактную модель с шириной в 50 см.

Еще раз о высоте крепления. Если у вас установлена электрическая плита, то вытяжку можно установить на высоте не менее 65 см, для газовых плит это расстояние увеличивается до 75 см. В противном случае вытяжка будет сильно нагреваться, а скопившиеся на стенках частички жира могут и воспламениться.

Типы конструкции вытяжек

В зависимости от конструкционных особенностей, места крепления и формы вытяжки  делятся на несколько групп:

• традиционная;
• встраиваемая;
• купольная.

Традиционные вытяжки

Самый простой вариант вытяжки и, как правило, самый дешевый. Такие модели крепятся к стене над плитой. Большинство работают в режиме рециркуляции воздуха, но есть и проточные вытяжки. В последнем случае необходимо соединять их гофрошлангом с вентиляционным каналом, что не придает кухне стиля. Именно поэтому такой шланг стараются спрятать  короб или за кухонными шкафами. Циркуляционные вытяжки этого типа отличаются более низкой ценой, но помните, что придется тратиться на фильтры.

Встраиваемые вытяжки

Это более функциональный вариант, который не бросается в глаза и никаким образом не способен испортить интерьер. Монтируют такую вытяжку над плитой в навесной шкафчик. Многие модели оснащены выдвижной панелью, с помощью которой можно увеличивать поверхность вытяжки и, соответственно, увеличивать ее производительность. В плане цены такие вытяжки не намного дороже традиционных, поэтому лучше отдать предпочтение такому варианту, особенно если вы покупаете устройство вместе с кухонной мебелью.

Отдельно стоит отметить те встраиваемые вытяжки, которые монтируются в столешницу, а заборная часть у них, как правило, выдвижная. Такие модели стоят недешево и, к тому же, отнимают полезную площадь в рабочей зоне кухни, что критично для небольших помещений. Для просторных кухонь это не такой уж минус, ведь у моделей есть весомое преимущество – смелый дизайн, которые не портит, а украшает любую кухню. Тем более, такие устройства способны уловить все загрязнения еще до того, как они поднимутся наверх.

Купольные вытяжки

Такие модели способны более эффективно улавливать все загрязнения. Они могут быть таких видов:

• каминные;
• островные;
• угловые.

Каминные вытяжки получили название за счет своей формы, напоминающей вытяжную систему камина. Они достаточно большие, часто имеют замысловатый дизайн, причем часто именно дизайн, а не технические параметры, и увеличивает цену на конкретную модель.

Островная вытяжка может крепиться в совершенно любой части кухни, необязательно у стены. Монтируется она с помощью потолочного крепления и станет идеальным вариантом для просторной кухни, где рабочая зона расположена в центре кухни, например, на острове. Цена на такие модели не отличается демократичностью, зато в плане производительности и дизайна они одни из лучших.

Угловая вытяжка отличается формой корпуса, которая позволяет установить ее в углу кухни. Такие модели идеальны, когда помещение не располагает большой площадью, и достойных альтернатив нет. Вытяжки данного типа нормально справляются со своими задачами, но представлены в небольшом ассортименте.

Фильтры вытяжки

В зависимости от того, в каких режимах может работать вытяжка, она будет снабжаться определенными фильтрами. Стоит отметить, что самые простые и дешевые модели вообще не имеют фильтров, и в них жир и прочие загрязнения оседают на моторе и прочих частях устройства, постепенно приводя их в негодность. Даже регулярное мытье зачастую не способно предотвратить подобное развитие событий.

Итак, фильтры для вытяжки могут быть такими:

• фильтры грубой очистки, которые задерживают частички жира. Это металлические сетки, предназначенные для многократного использования. Их периодически нужно вынимать, промывать и устанавливать обратно. Такие фильтры защищают мотор от оседания жира на нем;
• дополнительные фильтры в виде сетки из синтетического материала также используются в вытяжках проточного типа. Они улучшают процесс очистки воздуха, но их нужно периодически менять, чтобы не ухудшать работу вытяжки;
• угольные фильтры относятся к фильтрам тонкой очистки и необходимы для вытяжек, работающих в циркуляционном режиме. Они очень хорошо нейтрализуют запахи, но нуждаются в регулярной замене.

В продвинутых моделях вытяжек предусмотрено сигнализирование необходимости замены или очистки фильтра в виде световой индикации. В моделях попроще используется другой способ оповещения: на фильтрах просто пропадают определенные символы, что и символизирует о необходимости провести очистку или замену. В самых простых вариантах вытяжек и такой индикации нет.

Способ управления

Вытяжки на сегодняшний день могут управляться тремя разными способами:

• с помощью обычных физических кнопок, которые нажимаются;
• с помощью слайдерных кнопок, которые смещаются в сторону;
• с помощью сенсорной панели.

У каждого из данных способов управления есть свои сильные и слабые стороны, а ориентироваться стоит на собственные предпочтения и вкусы.

Вытяжки с кнопками, которые наживаются или сдвигаются, — самые простые в обращении. В таких моделях одни кнопки отвечают за включение вытяжки и переключение режимов работы, а также за включение и выключение освещения. Такие устройства имеют меньше уязвимостей, так как тут нет дисплея и дополнительных возможностей, они проще в управлении и дешевле. С другой стороны, отсутствие дополнительных функций можно назвать минусом, ведь это ограничивает функциональность устройства.

Сенсорное управление предусматривает наличие небольшого дисплея, где отображается вся информация по работе вытяжки на данный момент. Управление осуществляется благодаря касанию к сенсорам. В таких вытяжках, как правило, присутствует функция таймера, автоматического переключения режимов, автовыключения. Порой такие устройства сами могут менять режим работы в зависимости от измеренных встроенными датчиками температуры и влажности, а датчики дыма при улавливании дыма автоматически активируют работу вытяжки.

Дополнительные функции

Логично будет рассмотреть все возможные дополнительные функции, которыми может оснащаться вытяжка. Так, в их числе:

• остаточный ход вентилятора, когда даже после выключения вытяжки она работает еще минут 10-15, чтобы полностью очистить воздух от продуктов горения, от запаха и частичек жира;
• интервальное включение вытяжки позволяет ей включаться раз в несколько часов на 5-10 минут, даже если вы ничего на данный момент не готовите или вообще отсутствуете на кухне. Это необходимо, чтоб обеспечить постоянную очистку воздуха и приток свежего воздуха в помещение;
• таймер позволяет настроить, через какое время вытяжка отключится;
• интенсивный режим дополняет все присутствующие скорости работы, которых может быть од 1 до 15. Его можно активировать, когда на кухне присутствует сильный запах, например, что-то подгорело. Эта функция в некоторых моделях может активироваться и самостоятельно;
• встроенное освещение есть почти в каждой вытяжке. Оно способно стать отличным дополнением к уже существующей системе освещения на кухне. Зону над плитой такие встроенные светильники способны освещать очень даже прилично. Количество ламп, как и их тип может отличаться. Так, могут использоваться лампы накаливания, галогеновые светильники или светодиоды. В самых продвинутых моделях яркость освещения можно регулировать в широком диапазоне. А некоторые модели способны вообще менять фокусировку света: освещать только варочную поверхность или создавать рассеянный свет в определенной части кухни;
• дистанционное управление поддерживают далеко не все модели. Самый простой вариант – это управление с помощью пульта. Более современный – с помощью смартфона или планшета с установленным приложением. Таким образом можно менять любые настройки, следить за работой вытяжки откуда угодно и даже получать уведомления о необходимости заменить фильтр или о повышенной задымленности на кухне.

Насколько нужны все эти дополнительные функции решать каждому самостоятельно, но если вы сомневаетесь, что будете использовать какую-то из них, то лучше отдать предпочтение модели с минимально необходимым набором возможностей. Что же касается встроенного освещения, то это действительно удобно, но подобной функцией оборудовано абсолютное большинство кухонных вытяжек.

Уровень шума

При работе вентиляторов вытяжки создается определенный уровень шума. Если кухня совмещена с гостиной лучше обращать внимание на максимально тихие модели с уровнем шума до 35-45 дБ. Но даже если кухня – это отдельное помещение, то все равно шум не должен превышать 50 дБ, иначе находиться там при работе вытяжки будет невозможно.

Производители сегодня нашли множество способов снизить уровень шума от вытяжки. Так, они монтируют не один, а несколько вентиляторов: наряду с повышением производительности, снижается и уровень шума, ведь необходимо делать меньшее количество оборотов. Также есть модели, которые можно назвать вообще бесшумными, ведь мотор в них вынесен за пределы кухни и установлен на выходе вентиляционного канала. Кроме того, есть модели, где используется антивибрационная прокладка, которая отделяет корпус от мотора.

Материал корпуса

Для создания корпуса вытяжек производители используют разные материалы: пластик, нержавеющая сталь, алюминий, стекло. Пластик – самый дешевый вариант, но со временем этот материал может желтеть. Самый оптимальный по соотношению цены и качества – алюминий. На нем не остаются отпечатки пальцев, он не поддается коррозии и прост в уходе. Нержавеющая сталь и стекло также неплохо показывают себя в плане эксплуатации, но нуждаются в постоянном уходе, хоть и несложном.

В завершение

Вытяжка – неотъемлемый элемент кухни, на которой хоть более-менее регулярно что-то готовят, а уж там, где любят домашнюю кухню, без нее вовсе не обойтись. Огромнейший ассортимент позволяет выбрать устройство для любой кухни: разнообразие моделей, функций, дизайна позволят найти оптимальный вариант в каждом конкретном случае.

Статья написана для сайта remstroiblog.ru.

Как рассчитать мощность вытяжки на кухню

Современную кухню трудно представить без такого атрибута, как вытяжка. Этот несложный и неприхотливый бытовой прибор позволяет решить многие проблемы: не дает запахам распространяться по всей квартире при приготовлении блюд, улавливает жир и копоть, облегчает процесс готовки за счет своих дополнительных функций. Увеличивается срок службы внутренней отделки помещения, облегчается процесс его регулярной уборки. Но надо знать, как рассчитать мощность вытяжки для того, чтобы она выполняла свое предназначение в течение длительного времени, а не стала бесполезным предметом интерьера кухни.

Какие бывают виды кухонных вытяжек?

Прежде чем переходить к расчету необходимой мощности вытяжки, следует определиться с ее видом. Существует несколько разновидностей этих бытовых приборов. Разница между ними не только в конструкции, но и в принципе работы. Это может быть как отвод загрязненного воздуха из помещения, так и его рециркуляция после соответствующей очистки.

Купольные

Загрязненный воздух после попадания в купол такой вытяжки по системе трубопроводов выбрасывается вентиляторами наружу.

Особенности вытяжных устройств купольного типа:

• Система требует минимума обслуживания, но во время ее работы необходим приток в помещение свежего воздуха извне.
• Если на кухне установлены современные стеклопакеты, не пропускающие воздух, то на время работы вытяжки может потребоваться открывать окно.
• К недостаткам данной системы можно также отнести довольно значительные габариты, сложную установку.
• Такие вытяжки рекомендуется использовать в просторных помещениях.
• Комплекс коробов и гофрированных соединений должен иметь минимум изгибов, затрудняющих движение воздуха.

Плоские

Такие вытяжки более компактны, и установить их несложно. В отличие от купольных, они не требуют присоединения к вентиляционным каналам, так как работают по принципу рециркуляции воздуха.

Особенности плоских вытяжек:

• Не занимают много места на кухне.
• Требуют регулярного обслуживания: угольные фильтры, отвечающие за нейтрализацию запахов, придется менять каждые 3–6 месяцев в зависимости от интенсивности готовки.
• Копоть и жир улавливают сменные акриловые или несъемные металлические фильтры. Первые тоже придется регулярно менять, а вторые промывать с помощью моющих средств.

Встраиваемые

Модели встраиваемого типа лучше покупать еще на стадии планирования общего интерьера кухни. Под них придется подбирать или специально заказывать мебель, в которую будет помещена большая часть вытяжки.

Особенности встраиваемых вытяжек:

• По своему устройству они очень похожи на купольные, но, как правило, отличаются большей мощностью и меньшим уровнем производимого шума.
• Большая часть их конструкции будет спрятана внутри мебели, поэтому не придется ломать голову над тем, как гармонично вписать такую вытяжку в общую композицию кухни.

Обратите внимание! Даже мощные купольные и встраиваемые вытяжки не смогут обеспечить воздухообмен больше, чем пропускная способность вентиляционного канала квартиры.

В большинстве домов вентканалы могут обеспечить беспрепятственное прохождение не более 180 м3 за час. Поэтому предпочтительней использовать вытяжки, работающие по принципу рециркуляции воздуха, или устройства смешанного типа. Их более высокая стоимость компенсируется независимостью от пропускной способности вентиляции квартиры. Также не надо будет решать проблему поступления свежего воздуха в помещение.

Расчет мощности вытяжки

Перед покупкой важно правильно определить необходимую производительность вытяжки. Если мощность выбранного прибора будет недостаточной, то это приведет к неполной очистке воздуха на кухне. Или вытяжку постоянно придется использовать на максимальной мощности, что скажется на сроке ее эксплуатации.

В различных источниках приводится классическая формула, по которой можно произвести расчет мощности:

P = V * N

(P – производительность прибора, V– объем помещения, N – количество циклов воздухообмена в час)

Получается, что для определения требуемой мощности устройства объем кухни надо умножить на кратность циклов обмена воздуха в помещении, которая в соответствии с нормами должна равняться 10–12 в час.

Формула верна, но существует немало скрытых моментов, которые могут внести в расчеты свои коррективы.

Необходимые поправки при расчете

В большинстве квартир, особенно в домах старой постройки, кухни не отличаются большими габаритами. Расчет требуемой мощности будет выдавать результаты в интервале от 300 до 450 м3/ч. Почему же профессионалы рекомендуют выбирать вытяжки с производительностью не менее 600 м3/ч?

• При выборе вытяжки согласно классической формуле прибор будет вынужден работать на максимальных оборотах. Это не только скажется на уровне производимого им шума, но и сильно сократит срок его эксплуатации. Кроме того, при возникновении любых непредвиденных обстоятельств запаса мощности уже не будет.
• Значение такого параметра, как кратность воздухообмена, зависит от того, какой тип варочной поверхности используется. При использовании газовой плиты он возрастает до 20, ведь вытяжке придется удалять не только запахи, жир и копоть от приготавливаемой пищи, но и продукты сгорания природного газа. Если установлена электрическая плита, то этот коэффициент будет немного меньше и составит 15.
• Объем кухни рассчитать несложно. Но многие упускают из виду, что это помещение не всегда отделено от других комнат плотно закрывающимися дверями. В таком случае к объему кухни добавляется объем смежных помещений, с которыми у нее не затруднен воздухообмен. А это потребует серьезной корректировки производимого расчета. Требуемая производительность прибора может увеличиться в разы!
• Согласно формуле для небольшой изолированной кухни достаточно устройства довольно скромной мощности. На самом деле в крохотном помещении запахи и копоть будут распространяться гораздо быстрее. Поэтому чтобы готовить на такой кухне в комфортных условиях, экономить на мощности прибора не стоит.

Таблица для расчета минимальной производительности устройства для кухни:

Независимо от выбранной конструкции вытяжки должно выполняться обязательное условие: по своей площади она должна как минимум не уступать варочной поверхности, а лучше – немного превосходить ее по размерам.

Дополнительные функции

Современные бытовые приборы снабжены многими вспомогательными функциями. Выбирая вытяжку, следует обратить внимание на удобство их использования.

• Сенсорные панели управления увеличивают стоимость, но предпочтительней ползунковых, так как меньше подвержены загрязнениям и смотрятся более эстетично.

• Во всех моделях предусмотрена функция освещения. Лучше, если вытяжка оснащена галогенными лампами. Они имеют более приятный свет и меньше искажают цвета, чем лампы накаливания или флуоресцентные.

Внимательно произведя расчет требуемой мощности кухонной вытяжки, тщательно выбрав ее модель, можно гарантировать не только комфортные условия в зоне приготовления пищи, но и долгий срок службы приобретаемого оборудования.

Используйте предварительно созданную модель извлечения ключевой фразы в Power Automate — AI Builder

• 05.04.2021
• 2 минуты на чтение

В этой статье

1. Войдите в Power Automate.

2. Выберите Мои потоки на левой панели, а затем выберите Новый поток > Мгновенный поток облаков .

3. Назовите свой поток, выберите Запустить поток вручную под Выберите способ запуска этого потока , а затем выберите Создать .

4. Развернуть Вручную запустить поток , а затем выбрать + Добавить ввод > Текст в качестве типа ввода.

5. Замените Input на My Text (также известный как заголовок).

6. Выберите + Новый шаг > AI Builder , а затем выберите Извлечь ключевые фразы из текста в списке действий.

7. В поле ввода Язык выберите или введите свой язык.

8. В поле ввода Текст выберите Мой текст из списка Динамическое содержимое :

9. В последовательных действиях вы можете использовать любые столбцы, извлеченные моделью AI Builder. Например, вы можете создать строку Microsoft Dataverse для каждой ключевой фразы :

Параметры

Вход

Выход

Поздравляем! Вы создали поток, который использует вашу модель ИИ для извлечения ключевой фразы.Выберите Сохранить в правом верхнем углу, а затем выберите Тест , чтобы опробовать свой поток.

См. Также

Обзор извлечения ключевых фраз

Предварительно созданная модель AI для извлечения ключевых фраз — AI Builder

• 05.04.2021
• 2 минуты на чтение

В этой статье

Предварительно созданная модель извлечения ключевой фразы определяет основные моменты текстового документа.Например, при вводе текста «Еда была восхитительной, и было отличное обслуживание!», Модель возвращает основные темы для разговора: «еда» и «отличный сервис». Эта модель может извлекать список ключевых фраз из неструктурированных текстовых документов.

Использование в Power Apps

Изучите извлечение ключевых фраз

Вы можете опробовать модель извлечения ключевых фраз, прежде чем импортировать ее в свой поток, используя функцию «опробовать».

1. Войдите в Power Apps.
2. На левой панели выберите AI Builder > Build .
3. Меньше Получите продуктивную работу , выберите Key Phrase Extraction .
4. В окне Key Phrase Extraction выберите Try it out .
5. Выберите предопределенные образцы текста для анализа или добавьте свой собственный текст в Или добавьте сюда свое собственное поле , чтобы увидеть, как модель анализирует текст.

Используйте строку формул

Вы можете интегрировать свою модель извлечения ключевой фразы AI Builder в Power Apps Studio с помощью панели формул.Дополнительная информация: Используйте формулы для текстовых моделей AI

Использование в Power Automate

Если вы хотите использовать эту предварительно созданную модель в Power Automate, вы можете найти дополнительную информацию в разделе Использование предварительно созданной модели извлечения ключевой фразы в Power Automate.

Поддерживаемый язык и формат данных

Выпуск модели

Если текст обнаружен, модель извлечения ключевой фразы выводит следующую информацию:

• Результаты : Список фраз из документа
• Фраза : Строки, обозначающие ключевые темы в тексте документа

Пределы

Следующее применяется к вызовам, выполняемым для каждой среды в следующих предварительно созданных моделях: определение языка, анализ тональности и извлечение ключевых фраз.

границ | Методы экстракции липидов из микроводорослей: всесторонний обзор

Введение

Экологические проблемы и тревожные энергетические кризисы — главные проблемы двадцать первого века.Чтобы решить проблемы окружающей среды, необходимо создать экологически чистую зеленую среду. В то же время энергия неизбежна в сегодняшнем глобальном сценарии, поскольку почти все виды деятельности обусловлены энергией. Многие источники и методы производства энергии изучаются / исследуются, и на сегодняшний день ее можно получить из тепловой, приливной, гидро-, солнечной, механической и ядерной энергии или из ископаемого топлива. Фактически, 85% энергии, которую мы используем, получается из ископаемого топлива, то есть в форме нефти, угля и природного газа, тогда как возобновляемые источники энергии и ядерная энергия внесли только 13.5 и 6,5%, соответственно, от общих потребностей в энергии в 2007 году (Asif, Muneer, 2007; Khan et al., 2009; Arumugam et al., 2011a). Эта ситуация привела к тому, что мы полагаемся исключительно на ископаемое топливо для удовлетворения потребностей в энергии. Однако вызывает тревогу то, что естественный источник ископаемого топлива ограничен и очень быстро истощается из-за неконтролируемого потребления, что указывает на невозобновляемую природу ископаемого топлива как источника энергии.

Энергетическая безопасность стала общенациональной, а также глобальной проблемой, и необходимы серьезные попытки поиска жизнеспособных альтернатив в виде возобновляемых источников энергии для удовлетворения футуристического спроса.Хотя цены растут, ископаемое топливо является основным источником использования на транспорте и в других секторах, помимо этого, они выделяют большое количество углерода и, следовательно, стали основной причиной глобального потепления. На этом фоне существует острая необходимость в поиске несъедобных и экологически чистых альтернативных источников, которые проложили путь к появлению так называемого «биотоплива второго и третьего поколения». Биотопливо второго поколения получают из любого возобновляемого сырья, кроме пищевых источников сырья, а биотопливо третьего поколения делает особый упор на использование микроорганизмов.В этом отношении микроводоросли, по-видимому, выступают в качестве потенциально жизнеспособного альтернативного источника биотоплива из-за их уникальных свойств, т. Е. Более короткого времени генерации, пригодности для выращивания в культуральных сосудах и открытых прудах, высокой способности улавливать CO ₂ , способности расти в сточные воды / морская вода / солоноватая вода, невмешательство в пищевую цепь и высокая продуктивность липидов (Dunahay et al., 1992; Roessler et al., 1994; Sawayama et al., 1995; Sheehan et al., 1998; Banerjee et al. ., 2002; Гаврилеску, Чисти, 2005; Чисти, 2008; Арумугам и др., 2013). Прогнозируется, что биомасса водорослей станет в будущем привлекательным источником для производства биотоплива, главным образом из-за ее способности производить до 10 раз больше масла на акр, чем традиционные культуры для биотоплива (Cooney et al., 2009). Однако биотопливо на основе водорослей может быть коммерциализировано в более крупных масштабах с разработкой подходящей экономически эффективной среды для выращивания (Arumugam et al., 2011b), низкоэнергетического метода сбора урожая и эффективного метода экстракции липидов. Среди трудностей, связанных с коммерческим внедрением технологии биотоплива из микроводорослей, рентабельное и эффективное извлечение липидов остается основным узким местом.Даже в недавней концепции биотоплива четвертого поколения, которая предлагает использование рекомбинантных организмов для производства большого количества липидов, указанная выше проблема должна быть решена. В этой статье подробно рассматриваются вышеупомянутые основные ограничения исследований и разработок водорослевого биотоплива с доступными методами извлечения липидов из микроводорослей.

В отличие от наземных масличных культур, маслоотделитель / пресс не может использоваться для извлечения липидов из микроводорослей по причинам, связанным с небольшим размером клеток, сложной клеточной мембраной, а также толстой и жесткой клеточной стенкой (Ruan et al., 2006; Cho et al., 2012). Таким образом, экстракция масла из водорослей выполняется с использованием нетрадиционных дорогостоящих методов, таких как использование органических растворителей, электропорация, ультразвуковые и сверхкритические методы CO ₂ . Цель этой статьи — предоставить своевременный обзор комплексных методологических / аналитических представлений в области добычи масла из микроводорослей, а также их преимуществ и ограничений.

Биомасса / липид водорослей как источник биоэнергии

Микроводоросли — перспективное сырье для производства биотоплива.В зависимости от химического состава сырья биомассы водорослей можно производить различные виды биотоплива. К ним относятся биодизель, биоэтанол, биобутанол, биометан, реактивное топливо, биоводород и продукты термохимического преобразования, такие как бионефть, биогруд и синтез-газ (Chinnasamy et al., 2012). В настоящее время проводится множество исследований для разработки технологии биодизельного топлива микроводорослей путем проведения биоразведки штаммов с высоким содержанием липидов, а также путем стимулирования производства более высоких липидов с помощью различных физиологических и генетических методов улучшения штаммов.Следовательно, экстракция липидов — чрезвычайно важный процесс для производства биодизельного топлива из микроводорослей. Существуют также другие методы, такие как биоочистка водорослей для производства множества продуктов из водорослей и термохимическая технология для производства биоматериалов. Поскольку топливо является товарным продуктом, извлечение липидов из водорослей технически и экономически целесообразно даже в комплексных концепциях. При производстве в огромных количествах будет осуществима экстракция липидов для производства биодизельного топлива из штаммов, содержащих даже около 10% липидов.

Методы экстракции общих липидов

Метод Фолча

Различные органические растворители или комбинации различных растворителей были предложены для селективного извлечения липидов из сложной смеси органических соединений. В методе Фолча (Folch et al., 1957) используется смесь хлороформ-метанол (2: 1 по объему) для экстракции липидов из эндогенных клеток. Вкратце, гомогенизированные клетки уравновешивали четвертью объема физиологического раствора и хорошо перемешивали. Полученной смеси давали возможность разделиться на два слоя, и липиды оседали в верхней фазе.Этот метод — одна из старейших инициатив в области экстракции липидов, которая легла в основу разработки будущих процедур экстракции с усовершенствованиями. Вышеупомянутый метод с некоторыми модификациями до сих пор используется для спектрофотометрической оценки липидов водорослей. Быстрая и простая обработка большого количества образцов — главное преимущество этого метода. Однако он менее чувствителен по сравнению с другими новейшими процедурами.

Метод Блая и Дайера

Экстракция липидов и разделение выполняются одновременно по методу Блая и Дайера (1959), в котором белки осаждаются на границе раздела двух жидких фаз.Метод Блая и Дайера — один из широко применяемых методов экстракции липидов. Он очень похож на метод Фолча, но в основном отличается соотношением растворитель / растворитель и растворитель / ткань. Эта процедура выполняется путем извлечения липидов из гомогенизированной клеточной суспензии с использованием 1: 2 (об. / Об.) Хлороформ / метанол. Затем липиды из фазы хлороформа экстрагируются и обрабатываются различными процедурами, которые здесь не описаны. Вышеупомянутый гравиметрический метод до сих пор широко используется для оценки липидов водорослевыми технологами, и та же процедура также применяется для пилотных и крупномасштабных процессов экстракции.

Чтобы улучшить описанный выше основной метод, исследователи приняли множество модификаций. Наиболее распространенной модификацией является добавление 1 М NaCl вместо воды для предотвращения связывания кислых липидов с денатурированными липидами. Также сообщалось, что добавление 0,2 М фосфорной кислоты (Hajra, 1974) и HCl (Jensen et al., 2008) к раствору соли улучшает извлечение липидов с более коротким временем разделения по сравнению с более ранними методами экстракции. Аналогично добавление 0.5% (об. / Об.) Уксусной кислоты в водной фазе увеличивают извлечение кислых фосфолипидов (Weerheim et al., 2002). В более позднем отчете говорится, что метод экстракции липидов Хаджры оказался наиболее эффективным методом экстракции растительных сфинголипидов (Markham et al., 2006).

Экстракция всех классов липидов

Самый последний и точный метод был предложен Matyash et al. (2008), который является модификацией метода Фолча / Блая и Дайера.Вышеупомянутый метод обеспечивает лучшее восстановление почти всех основных классов липидов. Метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) использовался в качестве растворителя для экстракции липидов, и этот метод обеспечивает наиболее точный профиль липидома. Возможно, это достигается за счет образования липидсодержащей верхней органической фазы низкой плотности, которую легко полностью экстрагировать. Вкратце, для образца 200 мл добавляли 1,5 мл метанола и тщательно перемешивали (встряхивание) с последующим добавлением 5 мл MTBE и смесь инкубировали в течение 1 ч при комнатной температуре.К смеси добавляли 1,25 мл воды и оставляли при комнатной температуре на 10 мин для развития фазового разделения. Верхнюю органическую фазу собирали после центрифугирования при 1000 × g в течение 10 мин. Рекомендуется повторно экстрагировать нижнюю фазу свежим добавлением 2 мл MTBE / метанол / вода (10/3 / 2,5, об / об / об) для достижения полного восстановления липидов. Обе органические фазы, содержащие липидный экстракт, можно сушить в вакууме для удаления избытка растворителя. Экстрагированные липиды растворяли в 200 мл смеси хлороформ / метанол / вода (60/30/4.5, об. / Об. / Об.) Для хранения или могут быть непосредственно использованы для дальнейшего анализа (Матяш и др., 2008). Все вышеупомянутые методы применимы для экстракции липидов из всех типов липидсодержащих клеток, включая микроводоросли.

Превосходные методы экстракции растворителем

Вышеупомянутые методы с растворителем обычно используют хлороформ в качестве экстрагирующего растворителя; Несмотря на то, что экстракция очень эффективна, крупномасштабная экстракция липидов с использованием этих методов исключается из-за рисков для окружающей среды и здоровья.Поэтому менее токсичные, но менее эффективные заменители, такие как этанол, изопропанол, бутанол, МТБЭ, эфиры уксусной кислоты, гексан и различные комбинации растворителей, исследовались многими исследователями для экстракции липидов микроводорослей (Sheng et al., 2011) . Опять же, использование вышеуказанных растворителей зависит от класса экстрагируемых липидов. Однако в недавнем исследовательском отчете было показано, что использование 2-этоксиэтанола (2-EE) обеспечивает лучшее извлечение липидов по сравнению с другими распространенными экстракционными растворителями, такими как хлороформ: метанол и гексан (Jones et al., 2012). Процесс ускоренной экстракции растворителем (ASE) с использованием тепла или давления также использовался для достижения лучшего извлечения липидов, сокращения времени процесса и извлечения растворителя для повторного использования (Cooney et al., 2009). Многие усовершенствованные методы экстракции растворителем, а также комбинированные системы экстракции растворителем / физической экстракцией исследуются во всем мире; однако экстракционные системы с использованием органических растворителей имеют свои недостатки при реализации в более крупном масштабе.

Совсем недавно Levine et al. Сообщили о методе in situ гидролиза липидов и сверхкритической переэтерификации in situ (SC-IST / E) для экстракции липидов из влажной биомассы водорослей.(2010). В этом методе влажная биомасса водорослей обрабатывается для экстракции липидов с последующей переэтерификацией для получения биодизеля, и поэтому он приобретает значение в области исследований и разработок водорослевого биотоплива. Вкратце, влажную биомассу водорослей хранили в реакторе из нержавеющей стали, погруженном в предварительно нагретую изотермическую песчаную баню с псевдоожиженным слоем в течение желаемого времени, а затем быстро удаляли и охлаждали в воде. Реакцию гидролиза проводили одновременно при каждом условии в двух других реакторах. Затем высушенную биомассу водорослей (1 г) смешивали с 4 г воды в большом реакторе (10 мл), и реакцию продолжали в течение 15, 30, 45 и 60 минут при 250 ° C.В этом методе одновременная сушка и дегидратация превращают влажную биомассу водорослей в твердое вещество, и этот процесс способствует точной загрузке твердых веществ в реакциях гидролиза. После охлаждения водную фазу и твердые вещества разделяли в условиях легкого вакуума с использованием соответствующего фильтра (фильтровальная бумага 934-AH; Whatman). Затем был проведен подробный эксперимент для определения влияния температуры реакции, времени реакции и загрузки этанола на выход и состав сырого биодизельного топлива.Полученное неочищенное водорослевое масло было проверено на соответствие стандартам качества с использованием соответствующих методов (Levine et al., 2010). Однако вышеупомянутый метод должен быть протестирован на предмет его коммерческой применимости в крупномасштабной культивационной установке.

Извлечение водорослевого масла — механический подход

Помимо вышеуказанных методов, многие механические методы используются для извлечения липидов из микроводорослей как на экспериментальном, так и на коммерческом уровне. Механические методы представляют собой эффективный подход, поскольку они меньше зависят от типа обрабатываемых видов микроводорослей, а также с меньшей вероятностью могут вызвать загрязнение экстрагированного липидного продукта.Однако вышеуказанные методы обычно требуют более высоких затрат энергии, чем химические или ферментативные методы. Кроме того, выделение тепла во время механических сбоев может вызвать повреждение конечных продуктов, и система охлаждения становится жизненно важной во время извлечения термочувствительных продуктов. Затраты на электроэнергию и оборудование для установки и функционирования системы охлаждения добавятся к производственным затратам (Lee et al., 2012). Некоторые из процессов механической экстракции, которые не обязательно требуют помощи растворителя, включают бисерные мельницы (Richmond, 2004), процедуру вытеснительного пресса (Ramesh, 2013), экстракцию пиролизом с помощью микроволнового излучения (Du et al., 2011), а также экстракции с помощью ультразвука, импульсного электрического поля и гидротермального разжижения (Brown et al., 2010).

Экспеллерный пресс

Экспеллерный пресс или маслопресс — один из самых простых и старых методов, используемых для извлечения масла из масличных семян. Простой, но эффективный метод механического дробления также используется при извлечении масла из биомассы водорослей (Demirbas, 2009). Биомасса сушеных водорослей сохраняет содержание масла, которое затем можно отжать с помощью пресса для масла.Принцип, лежащий в основе этой техники, заключается в приложении высокого механического давления для дробления и разрушения клеток и выдавливания масла из биомассы водорослей. Приложение давления в определенном диапазоне повышает эффективность экстракции, но слишком большое давление приведет к снижению извлечения липидов, увеличению тепловыделения и проблемам с удушьем (Ramesh, 2013). Характеристики биомассы водорослей сильно различаются, особенно по их физическим характеристикам, в зависимости от морфологических различий разных штаммов и различных конфигураций пресса, изготовленных по индивидуальному заказу (винт, экспеллер, поршень и т. Д.).) являются обязательными. Обычно нефтеотдача находится в пределах 70–75%. Иногда для увеличения нефтеотдачи используют механическое дробление в сочетании с химическими методами. Однако методы прессования дороги и требуют длительного времени обработки (Boldor et al., 2010). Кроме того, для механического прессования обычно требуются исходные материалы с очень низким содержанием влаги, а сушка биомассы водорослей, которая является энергоемким процессом, может составлять до 30% от общих производственных затрат. В отличие от растительных масел, которые можно легко экстрагировать путем измельчения семян в сопровождении экстракции растворителем, выделению масла из клеток водорослей препятствует жесткая структура клеточной стенки (Johnson and Wen, 2009).Главный технический недостаток — наличие пигментов наряду с маслом. Перед превращением в масло пигменты необходимо удалить либо экстракцией растворителем, либо адсорбцией активированным углем, что опять же увеличивает стоимость. Другие основные недостатки этого метода включают высокую стоимость обслуживания, потребность в квалифицированной рабочей силе и меньшую эффективность по сравнению с другими методами (Ramesh, 2013).

Взбивание бус

Взбивание шариков — это механический метод разрушения клеток, при котором прямое повреждение клеток вызвано концепцией высокоскоростного вращения суспензии биомассы с мелкими шариками (Lee et al., 1998; Geciova et al., 2002). В шаровых мельницах клетки разрушаются при ударе измельчающих шариков о клетки. Вышеупомянутым методом можно обрабатывать все типы клеток, включая клетки микроводорослей. Встряхивающие сосуды и взбалтываемые шарики — два распространенных типа бисерных мельниц. При встряхивании сосуда клетки повреждаются встряхиванием всего культурального сосуда. Обычно несколько сосудов встряхивают на вибрирующей платформе, и этот тип бисерной мельницы подходит для образцов, требующих аналогичных условий разрушающей обработки.Следовательно, эту установку можно использовать исключительно в лабораторных масштабах. Лучшая эффективность разрушения и экстракции может быть достигнута при использовании второго типа, когда шарики перемешиваются вместе с культурой клеток. Поскольку вращающаяся мешалка внутри культурального сосуда выделяет тепло, сосуды снабжены охлаждающими рубашками для защиты термочувствительных биомолекул. Несомненно, комбинированный эффект перемешивания, столкновения и измельчения шариков дает более эффективный процесс разрушения (Lee et al., 2012). Точно так же обезвоживание водорослевой суспензии не требуется, в отличие от метода экспеллерного пресса, и это способствует снижению затрат на обработку. Для разных типов ячеек используются разные бусинки; Оптимальный диаметр гранул для клеток микроводорослей составляет 0,5 мм, а оптимальная объемная доля загрузки гранул составляет около 0,5 мм. Гранулы из диоксида циркония-диоксида кремния, оксида циркония или карбида титана могут повысить скорость разрушения и эффективность извлечения клеток микроводорослей, предположительно из-за их большей твердости и плотности (Hopkins, 1991).

Ультразвуковая экстракция

Экстракция липидов с помощью ультразвука — это альтернативный метод, который лишен трудностей, связанных с традиционными методами механического разрушения. Процесс прост с простыми рабочими условиями настройки, придает более высокую чистоту конечному продукту и исключает необходимость очистки сточных вод, образующихся во время процесса. Кроме того, этот метод более экономичен и экологичен и может быть выполнен за очень короткое время с высокой воспроизводимостью.Потребляемая энергия очень мала по сравнению с обычными методами и может работать при более низких температурах (Chemat et al., 2011). Когда используются жидкие культуры, есть два основных механизма, с помощью которых ультразвук может вызывать повреждение клеток, а именно кавитация и акустический поток. Кавитация — это образование микропузырьков в результате воздействия ультразвука, который, в свою очередь, может создать давление на клетки для разрушения (Suslick and Flannigan, 2008), а акустический поток облегчает перемешивание культуры водорослей (Khanal et al., 2007). Ультразвуковые волны создают преходящую и стабильную кавитацию из-за быстрых циклов сжатия / декомпрессии, происходящих во время лечения. Нестационарные колебания приведут к кратковременной кавитации, которая в конечном итоге взорвется. Кавитационная имплозия вызывает чрезвычайно локализованные волны теплового шока, которые разрушают клетки микроводорослей (Brujan et al., 2001). Таким образом, обработка ультразвуком разрушает клеточную стенку и мембрану из-за эффекта кавитации (Engler, 1985; Harrison, 1991; Hosikian et al., 2010; Adam et al., 2012). Микропоток и усиленный массоперенос в результате кавитации и схлопывания пузырьков являются двумя критическими этапами для определения эффективности экстракции выхода липидов (Adam et al., 2012).

Рупор и ванна — два основных типа ультразвуковых аппаратов, и оба процессора обычно используются в периодических операциях, но также могут быть адаптированы для непрерывных операций (Hosikian et al., 2010). Пьезоэлектрические генераторы, изготовленные из кристаллов цирконата-титаната свинца, используются в рупорах, которые колеблются с амплитудой 10–15 мм, тогда как в ваннах ультразвукового устройства используются преобразователи, которые размещаются на дне реактора для генерации ультразвуковых волн.В типе ванны емкость и форма реактора определяют количество и расположение преобразователей (Lee et al., 2012). Основное преимущество процесса обработки ультразвуком состоит в том, что он генерирует относительно низкие температуры по сравнению с микроволновыми реакторами и автоклавами, что приводит к меньшей тепловой денатурации биомолекул.

Кроме того, он не требует добавления гранул или химикатов, которые необходимо удалить позже в процессе, что, в свою очередь, повлечет за собой дополнительные расходы (Harrison, 1991).Однако длительная обработка ультразвуком приводит к образованию свободных радикалов, что может отрицательно сказаться на качестве добываемого масла (Mason et al., 1994).

Микроволновая печь

Ранее применение микроволнового излучения ограничивалось обработкой проб для измерения следов металлов (Huffer et al., 1998) и экстракцией органических загрязнителей (Marcato and Vianello, 2000). О возможности извлечения липидов с помощью микроволнового излучения впервые было сообщено в середине 1980-х годов (Ganzler et al., 1986). Они разработали метод микроволновой экстракции для выделения липидов и пестицидов из семян, пищевых продуктов, кормов и почвы, который оказался более эффективным, чем обычные процедуры. Таким образом, микроволновая технология позволила разработать быстрые, безопасные и экономичные методы извлечения липидов и не требует обезвоживания биомассы водорослей (Pare et al., 1997). Точно так же использование микроволн остается наиболее простым и эффективным методом среди других испытанных методов экстракции липидов микроводорослей (Lee et al., 2010). Диэлектрический или полярный материал, введенный в быстро колеблющееся электрическое поле, например, создаваемое микроволнами, будет генерировать тепло из-за сил трения, возникающих в результате меж- и внутримолекулярных движений (Amarni and Kadi, 2010). Внутриклеточное нагревание приводит к образованию водяного пара, который разрушает клетки изнутри. Это, в свою очередь, приводит к эффекту электропорации, которая дополнительно открывает клеточную мембрану, тем самым обеспечивая эффективную экстракцию внутриклеточных метаболитов (Rosenberg and Bogl, 1987).Таким образом, быстрое генерирование тепла и давления внутри биологической системы вытесняет соединения из клеточного матрикса, что приводит к получению экстрактов хорошего качества с лучшим извлечением целевых соединений (Hemwimon et al., 2007). Sostaric et al. (2012) предположили, что предварительно обработанные микроводорослями микроводоросли имеют более высокий выход биомасла из-за наличия нескольких микротрещин в клеточной стенке. Микроволны также можно использовать для извлечения и переэтерификации масел в биодизельное топливо. В настоящее время микроволны являются наиболее предпочтительным вариантом из-за экономических аспектов, связанных с вышеупомянутым процессом; Ожидается, что он будет привлекательным благодаря короткому времени реакции, низким эксплуатационным расходам и эффективному извлечению масел из водорослей.Также сообщалось, что восстановление биодизеля из реакционной смеси в процессе с использованием микроволн составляет примерно 15-20 минут, что намного быстрее по сравнению с 6-часовым периодом в обычном методе нагрева (Refaat et al., 2008 ). Однако недостатком процесса с использованием микроволнового излучения являются затраты на техническое обслуживание, особенно в промышленных масштабах.

Извлечение водорослевого масла с использованием электропорации

Электропорация, или электропроницаемость, представляет собой явление мембраны, которое включает в себя значительное увеличение электропроводности и проницаемости стенки клетки водорослей и цитоплазматической мембраны в результате внешнего приложенного электрического поля.По данным Sommerfeld et al. (2008), электропорация / электропермеабилизация изменили клеточные мембраны и клеточные стенки протестированных клеток водорослей и повысили эффективность экстракции липидов с точки зрения времени и использования растворителя, не влияя на состав и качество экстрагированных жирных кислот. Они также сообщают, что 92% общего липида было экстрагировано из биомассы водорослей после однократной обработки электропорацией, в то время как только 62% общего липида было извлечено из того же количества биомассы водорослей без обработки электропорацией.

Новая промышленная инициатива по извлечению липидов водорослей

Поскольку коммерциализация биотоплива третьего поколения все еще находится на начальной стадии, промышленные предприятия, исследовательские и академические институты по всему миру разрабатывают несколько инициатив и методологий. Одна из таких попыток, о которой здесь стоит упомянуть, — это отраслевая инициатива OriginOil, которая разработала технологию, в которой не используются органические растворители для извлечения масла из водорослей. Вместо этого он использует маломощные, настроенные по частоте микроволновые импульсы, которые разрушают жесткие и сложные стенки клеток водорослей.Затем к ячейкам, которые теперь уже подверглись трещинам, применяется квантовый гидроразрыв, чтобы с легкостью завершить добычу нефти. Как сообщает компания OriginOil, этот уникальный подход делает реальностью производство низкоэнергетического и экологически безопасного масла из водорослей. Общее описание различных классов липидов водорослей и процедуры их экстракции схематично представлено (рис. 1).

Рис. 1. Различные классы липидов микроводорослей с примерами и общепринятыми методами экстракции .

Методы экстракции биомассы водорослей без использования растворителей

Как обсуждалось ранее, обычно экстракцию липидов из биомассы водорослей обычно проводят с использованием органических растворителей, таких как гексан, хлороформ, петролейный эфир, ацетон и метанол. В настоящее время нет других возможных альтернатив, которые могли бы преодолеть опасность возгорания и огромные затраты, связанные с использованием органических растворителей. Хотя экстракция на основе органических растворителей довольно хорошо работает с некоторыми штаммами водорослей, она не широко применима для всех штаммов водорослей, а также требует времени и труда.Точно так же механические подходы могут оказаться дорогостоящими и вызвать повреждение конечных продуктов.

Все описанные выше методы имеют свои преимущества и недостатки, но ни один из них не был подтвержден в качестве подходящего метода экстракции для производства водорослевого топлива (Ranjan et al., 2010; Rawat et al., 2013). Инновационная эффективная технология процесса эко-экстракции / фракционирования, помимо методов механической / экстракции растворителем, может привести к снижению или контролю производственных затрат.Adam et al. (2012) сообщили, что экстракция без растворителей часто является более экологичным и более экономичным процессом; действительно, для разделения фаз не требуется дополнительная энергия, и удаление растворителя не требуется, если не существует системы рециркуляции конечного продукта. Очень мало исследований было посвящено разработке методов экстракции без использования растворителей и немеханических методов, таких как использование осмотического давления и изотонического раствора. Эти методы могут оказаться экономически и технически устойчивыми, экологичными и легко масштабируемыми (Таблица 1).

Таблица 1 . Избирательные преимущества методов экстракции липидов без использования растворителей .

Метод осмотического давления

Инновационный и альтернативный подход с использованием осмотического давления считается экологичным и экономически эффективным способом конкурировать с другими методами экстракции (Adam et al., 2012). Осмотическое давление может нарушать клеточные стенки водорослей из-за поспешного увеличения или уменьшения концентрации солей в водной среде; это может нарушить баланс осмотического давления между внутренней и внешней стороной водорослевых клеток.Повреждение клеток водорослей может происходить под действием двух осмотических стрессов — гиперосмотического и гипоосмотического. Когда концентрация соли выше снаружи, клетки испытывают гиперосмотический стресс. В результате клетки сжимаются по мере того, как жидкости внутри клеток диффундируют наружу, и повреждаются оболочки клеток. Напротив, гипоосмотический стресс возникает, когда концентрация соли ниже снаружи; жидкость течет в клетки, чтобы уравновесить осмотическое давление, и клетки разбухают или лопаются, если напряжение слишком велико.Гипоосмотический шок — это процедура, обычно используемая для извлечения внутриклеточных веществ из микроорганизмов. По мнению некоторых авторов, положительные результаты могут быть достигнуты при использовании метода осмотического давления для экстракции масла из различных биомасс микроводорослей, таких как Chlamydomonas reinhardtii (Lee et al., 2010), Botryococcus sp., Chlorella vulgaris и Scenedesmus sp. (Yoo et al., 2012). Таким образом, был сделан вывод, что метод осмотического давления может оказаться наиболее простым, легким и эффективным методом экстракции липидов из микроводорослей (Yoo et al., 2012; Ким и Ю, 2013). Необходимы дальнейшие исследования экстракции липидов с использованием метода осмотического давления из различных видов водорослей, включая морские штаммы. Точно так же необходимо проверить возможность использования этой технологии на пилотном и промышленном уровнях.

Метод изотонической экстракции

Использование ионной жидкости для экстракции липидов водорослей — это инновационная и появляющаяся альтернативная технология предварительной обработки. Различные исследователи провели интенсивные исследования экстракции ионной жидкостью у микробов, и эта технология более биологически настроена независимо от подробных процедур (Li et al., 2010; Кляйн-Маркушамер и Симмонс, 2011 г .; Wang et al., 2011; Ниномия и др., 2012; Хуанг и Ван, 2013). Идея состоит в том, чтобы заменить токсичные органические растворители ионными жидкостями, так называемым «зеленым» дизайнерским растворителем. Ионные жидкости представляют собой неводные растворы солей, которые можно поддерживать в жидком состоянии при умеренных температурах в диапазоне от 0 до 140 ° C. Они состоят из большого асимметричного органического катиона и неорганического или органического аниона. Эти ионные жидкости обеспечивают синтетическую гибкость за счет четкой комбинации аниона и катиона, так что можно рассчитать специфическую полярность, гидрофобность, проводимость и растворимость растворителя в соответствии с потребностями (Cooney et al., 2009). Тем не менее, только несколько исследований были выполнены на видах микроводорослей, таких как Chlorella vulgaris (Kim and Choi, 2012), для извлечения липидов с помощью экологически чистого метода экстракции ионной жидкостью. Экономическая и техническая целесообразность пока не проработана, и еще слишком рано прогнозировать, что этот метод является одним из лучших методов добычи масла из водорослей. Однако этот метод кажется многообещающим, поскольку он может быть экологически чистой альтернативой органическим растворителям. Краткий обзор перечисленных выше методов приведен в таблице 2.

Таблица 2 . Сравнение различных методов экстракции липидов: стоимость и энергоэффективность .

Экстракция с помощью ферментов

Новый метод извлечения липидов микроводорослей включает использование ферментов, способствующих разрушению клеток. Добавление ферментов, таких как целлюлаза и трипсин, к биомассе микроводорослей позволит легко экстрагировать внутриклеточные липиды после разложения прочных полимеров, присутствующих на структурах клеточной поверхности (Taher et al., 2014). Вышеупомянутый метод очень специфичен и быстр, но на него влияет класс липидов и тип микроводорослей (Liang et al., 2012). Более того, этот метод требует работы при низких температурах с высокой специфичностью / селективностью для повышения эффективности (Taher et al., 2014). Хотя этот метод является дорогостоящим, он имеет преимущество, поскольку для разрушения жесткой клеточной стенки механическими методами требуется избыточная энергия.

Заключительные замечания

Успешная коммерциализация этой технологии зависит от оптимизации роста микроводорослей, эффективного извлечения липидов и преобразования их в биодизельное топливо.Однако эффективная экстракция липидов и максимальное извлечение остаются жизненно важными трудностями при последующей переработке в индустрии биотоплива из водорослей. В настоящее время для экстракции липидов чаще всего используются методы экстракции растворителем, поскольку они обеспечивают максимальное извлечение липидов. Использование механических методов, хотя и экологически безопасных и дешевых, не является разумным вариантом из-за плохого восстановления и возможного разложения липидов. В настоящее время методы без использования растворителей кажутся многообещающими в лабораторном масштабе, и необходимо провести дополнительные исследования для минимального использования растворителей для крупномасштабной коммерческой реализации.Более многообещающим способом эффективной и действенной экстракции липидов может быть использование комбинированных методов, таких как ферментативные методы и методы экстракции механическим способом / растворителем. Методы без использования растворителей, такие как ферментативное разложение, в сочетании с другими методами уменьшают использование растворителя / потребление энергии, а также повышают эффективность извлечения. Для успешной коммерциализации и рентабельного производства биотоплива из микроводорослей вышеуказанная проблема должна быть решена всесторонне, и эта цель может быть достигнута за счет постоянных усилий научных кругов, исследовательских институтов и промышленности в области НИОКР.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность г-ну Ананду, научному сотруднику проекта DST, Отдел биотехнологий, CSIR-NIIST, Тривандрам, за его помощь в подготовке этой рукописи. Мы также благодарим г-на Т. Баладжи Прасада, Scientific Publishing Services Pvt.Ltd., Ченнаи, за его своевременную помощь в улучшении языка рукописи.

Список литературы

Adam, F., Abert-Vian, M., Peltier, G., and Chemat, F. (2012). «Без растворителей» экстракция липидов из свежих клеток микроводорослей с помощью ультразвука: зеленый, чистый и масштабируемый процесс. Биоресурсы. Technol. 114, 457–465. DOI: 10.1016 / j.biortech.2012.02.096

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Амарни, Ф., и Кади, Х. (2010). Исследование кинетики микроволновой экстракции растворителем масла из оливкового жмыха с использованием гексана: сравнение с традиционной экстракцией. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 11, 322–327. DOI: 10.1016 / j.ifset.2010.01.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Асиф, М., и Мунир, Т. (2007). Энергоснабжение, его потребности и вопросы безопасности для развитых и развивающихся стран. Обновить. Поддерживать. Energ. Ред. 11, 1388–1413.DOI: 10.1016 / j.rser.2005.12.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блай, Э. Г. и Дайер, У. Дж. (1959). Экспресс-метод экстракции и очистки общих липидов. Банка. J. Biochem. Physiol. 37, 911–917. DOI: 10.1139 / o59-099

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Болдор, Д., Каниткар, А., Теригар, Б. Г., Леонарди, К., Лима, М., и Брайтенбек, Г. А. (2010). Экстракция биодизельного сырья с помощью микроволн из семян инвазивного китайского таллового дерева. Environ. Sci. Technol. 44, 4019–4025. DOI: 10.1021 / es100143z

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Браун Т. М., Дуан П. и Сэвидж П. Э. (2010). Гидротермальное сжижение и газификация Nannochloropsis sp. Energy Fuels 24, 3639–3646. DOI: 10.1021 / ef100203u

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бруян, Э.А., Нахен, К., Шмидт, П., и Фогель, А. (2001). Динамика лазерно-индуцированных кавитационных пузырьков вблизи упругой границы. J. Fluid Mech. 433, 251–281. DOI: 10.1017 / S0022112000003335

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чиннасами С., Рао П. Х., Бхаскар С., Ренгасами Р. и Сингх М. (2012). «Водоросли: новое сырье биомассы для биотоплива», в Microbial Biotechnology: Energy and Environment , ed. Р. Арора (Уоллингфорд: CAB International), 224–239.

Google Scholar

Чо, С.К., Чой, В. Ю., О, С. Х., Ли, К. Г., Со, Ю. С., Ким, Дж. С. и др. (2012). Повышение экстракции липидов из морских микроводорослей, Scenedesmus , связанных с процессом гомогенизации под высоким давлением. J Biomed Biotechnol 2012, 359432. DOI: 10.1155 / 2012/359432

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Du, Z., Li, Y., Wang, X., Wan, Y., Chen, Q., Wang, C., et al. (2011). Микроволновый пиролиз микроводорослей для производства биотоплива. Биоресурсы. Technol. 102, 4890–4896. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.01.055

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dunahay, T. G., Jarvis, E. E., Dais, S. S., and Roessler, P. G. (1992). Генная инженерия микроводорослей для производства топлива. Заявл. Biochem. Biotechnol. 34, 331–339. DOI: 10.1007 / BF02920556

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Энглер, К. Р. (1985).«Разрушение микробных клеток», в Комплексная биотехнология , 2-е изд., Изд. М. Му-Юн (Оксфорд: Pergamon Press), 305–324.

Google Scholar

Фолч, Дж., Лиз, М., и Слоан Стэнли, Г. Х. (1957). Простой метод выделения и очистки общих липидов из тканей животных. J. Biol. Chem. 226, 497–509.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | Google Scholar

Geciova, J., Бери, Д., и Джелен, П. (2002). Методы разрушения микробных клеток для потенциального использования в молочной промышленности — обзор. Внутр. Молочный J. 12, 541–553. DOI: 10.1016 / S0958-6946 (02) 00038-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаджра, А. К. (1974). Об экстракции ацил- и алкилдигидроксиацетонфосфата из инкубационных смесей. Липиды 9, 502–505. DOI: 10.1007 / BF02532495

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хемвимон, С., Павазант, П., и Шотипрук, А. (2007). Экстракция в микроволновой печи антиоксидантных антрахинонов из корней Morinda citrifolia . Сентябрь Purif. Technol. 54, 44–50. DOI: 10.1016 / j.seppur.2006.08.014

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хопкинс, Т. Р. (1991). «Физическое и химическое разрушение клеток для восстановления внутриклеточного белка», в Очистка и анализ рекомбинантных белков , ред. Р. Ситхарам и С.Шарма (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер), 57–84.

Google Scholar

Хосикян А., Лим С., Халим Р. и Данкуа М. К. (2010). Извлечение хлорофилла из микроводорослей: обзор технологических аспектов. Внутр. J Chem. Англ. 2010, 391632. DOI: 10.1155 / 2010/391632

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дженсен, Г. С., Ву, X., Паттерсон, К. М., Барнс, Дж., Картер, С. Г., Шервитц, Л., и др. (2008).Улучшенная процедура извлечения Блая и Дайера. Липид Технол . 20, 280–281. DOI: 10.1002 / lite.200800074

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, М. Б., и Вен, З. (2009). Производство биодизеля из микроводоросли Schizochytrium limacinum путем прямой переэтерификации биомассы водорослей. Energy Fuels 23, 5179–5183. DOI: 10.1021 / ef4h

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонс, Дж., Мэннинг, С., Монтойя, М., Келлер, К., и Поени, М. (2012). Экстракция липидов водорослей и их анализ методами ВЭЖХ и масс-спектрометрии. J. Am. Oil Chem. Soc. 89, 1371–1381. DOI: 10.1007 / s00216-011-5376-6

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хан, С. А., Рашми Хусейн, М. З., Прасад, С., и Банерджи, У. (2009). Перспективы производства биодизеля из микроводорослей в Индии. Обновить. Поддерживать. Energ. Ред. 13, 2361–2372. DOI: 10.1016 / j.rser.2009.04.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кляйн-Маркушамер, Д., и Симмонс, Б. (2011). Технико-экономический анализ установки биопереработки лигноцеллюлозного этанола с предварительной обработкой ионной жидкостью. Биотопливо Биопрод. Биорефин. 5, 562–569. DOI: 10.1002 / bbb.303

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, А. К., Льюис, Д. М., и Эшман, П. Дж. (2012). Разрушение клеток микроводорослей для извлечения липидов для биотоплива: процессы и особые энергетические потребности. Биомасса Биоэнергетика 46, 89–101. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2012.06.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж. Ю., Ю, К., Джун, С. Ю., Ан, С. Ю. и О, Х. М. (2010). Сравнение нескольких методов эффективной экстракции липидов из микроводорослей. Биоресурсы. Technol. 101, S75 – S77. DOI: 10.1016 / j.biortech.2009.03.058

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С.Дж., Юн, Б. Д. и О, Х. М. (1998). Экспресс-метод определения липидов зеленой водоросли Botryococcus braunii . Biotechnol. Tech. 12, 553–556. DOI: 10.1023 / A: 1008811716448

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Левин Р. Б., Пиннарат Т. и Сэвидж П. Э. (2010). Производство биодизеля из влажной биомассы водорослей путем гидролиза липидов in situ и сверхкритической переэтерификации. Energy Fuels 24, 5235–5243.DOI: 10.1021 / ef1008314

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К., Цзян, X., Хе, Ю., Ли, Л., Сиань, М., и Ян, Дж. (2010). Оценка предварительной обработки биосовместимой ионной жидкости диметилфосфитом 1-метил-3-метилимидазолия кукурузных початков для улучшения осахаривания. Заявл. Microbiol. Biotechnol. 87, 117–126. DOI: 10.1007 / s00253-010-2484-8

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маркато, Б., и Вианелло, М. (2000). Экстракция с помощью СВЧ путем быстрой подготовки проб для систематического анализа добавок в полиолефинах с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. J. Chromatogr. 869, 285–300. DOI: 10.1016 / S0021-9673 (99) 00940-1

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маркхэм, Б. Л., Онг, Л., Барси, Дж. А., Менденхолл, Дж. А., Ленсиони, Д. Э., Хелдер, Д. Л. и др. (2006). «Стабильность радиометрической калибровки усовершенствованного наземного формирователя изображения EO-1: 5 лет на орбите», в материалах Proceedings of SPIE Conference 6361 on Sensors, Systems, and Next-Generation Satellites X, SPIE , Vol.6361, ред. Р. Мейнарт, С. П. Ник и Х. Шимода (Сан-Диего, Калифорния), 66770U: 1–12.

Google Scholar

Мейсон, Т. Дж., Лоример, Дж. П., Бейтс, Д. М., и Чжао, Ю. (1994). Дозиметрия в сонохимии: использование водного терефталат-иона в качестве монитора флуоресценции. Ультрасон. Sonochem. 1, S91 – S95. DOI: 10.1016 / 1350-4177 (94) -3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Матяш В., Либиш Г., Курчалия Т.В., Шевченко А., и Швудке, Д. (2008). Экстракция липидов метил-трет-бутиловым эфиром для высокопроизводительной липидомики. J. Lipid Res. 49, 1137–1146. DOI: 10.1194 / мл. D700041-JLR200

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ниномия К., Камиде К., Такахаши К. и Симидзу Н. (2012). Усиленное ферментативное осахаривание порошка кенафа после предварительной обработки ультразвуком в ионных жидкостях при комнатной температуре. Биоресурсы. Technol. 103, 259–265. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.10.019

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Паре, Дж. Р. Дж., Матни, Г., Беланже, Дж. М. Р., Ли, К., Рул, К. и Тиберт, Б. (1997). Использование процесса с использованием микроволн для экстракции жира из мясных, молочных и яичных продуктов при атмосферном давлении. J. AOAC Int. 80, 928–933.

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | Google Scholar

Рамеш, Д.(2013). «Методы идентификации и экстракции липидов», в «Биотехнологическое применение микроводорослей: биодизельное топливо и продукты с добавленной стоимостью», , изд. Ф. Букс (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press), 89–97.

Google Scholar

Ранджан А., Патил К. и Мохолкар В. С. (2010). Механистическая оценка экстракции липидов микроводорослей. Ind. Eng. Chem. Res. 49, 2979–2985. DOI: 10.1021 / ie57

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рават, И., Ранджит Кумар, Р., Мутанда, Т., и Букс, Ф. (2013). Биодизель из микроводорослей: критическая оценка от лаборатории до крупномасштабного производства. Заявл. Энергия 103, 444–467. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2012.10.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рефаат А.А., Эль-Шелтави С.Т. и Садек К.У. (2008). Оптимальное время реакции, производительность и выбросы выхлопных газов биодизельного топлива, получаемого при микроволновом облучении. Внутр. J. Environ. Sci. Technol. 5, 315–322. DOI: 10.1007 / BF03326026

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ричмонд, А. (2004). Справочник по культуре микроводорослей: биотехнология и прикладная психология . Оксфорд: Блэквелл.

Google Scholar

Ресслер, П. Г., Браун, Л. М., Дунахей, Т. Г., Хикокс, Д. А., Джарвис, Э. Э., и Шнайдер, Дж. К. (1994). Генно-инженерные подходы для увеличения производства биодизельного топлива из микроводорослей. ACS Symp.Сер. 566, 255–270. DOI: 10.1021 / bk-1994-0566.ch013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Розенберг, У., и Богл, У. (1987). Оттаивание, сушка и выпечка в микроволновой печи в пищевой промышленности. Food Technol. 41, 85–91.

Google Scholar

Ruan, C., Jun, T., and Hong, G. (2006). Кинетика выщелачивания флавоноидов из Pueraria lobata этанолом. Подбородок. J. Chem. Англ. 14, 402–406. DOI: 10.1016 / S1004-9541 ​​(06) 60091-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sawayama, S., Inoue, S., Dote, Y., and Yokoyama, S. Y. (1995). CO ₂ фиксация и производство масла через микроводоросли. Energ. Беседы. Manag. 36, 729–731. DOI: 10.1016 / 0196-8904 (95) 00108-P

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sheehan, J., Dunahay, T., Benemann, J., and Roessler, P. (1998). Взгляд назад на программу Министерства энергетики США по водным видам — ​​Биодизель из водорослей .Отчет NREL / TP-580-24190. Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии.

Google Scholar

Зоммерфельд М., Чен В., Ху К., Джорджи Д., Навапанич Т., Инграм М. и др. (2008). Применение электропорации для экстракции липидов из микроводорослей . Сиэтл, Вашингтон: Саммит по биомассе водорослей.

Google Scholar

Сотарич, М., Клинар, Д., Бричель, М., Голоб, Дж., Берович, М., и Ликозар, Б. (2012). Рост, экстракция липидов и термическое разложение микроводоросли Chlorella vulgaris . N. Biotechnol. 29, 325–331. DOI: 10.1016 / j.nbt.2011.12.002

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тахер, Х., Аль-Зухайр, С., Аль-Марзуки, А. Х., Хайк, Ю. и Фарид, М. (2014). Эффективное извлечение липидов микроводорослей из влажной биомассы для производства биодизеля. Биомасса Биоэнергетика 66, 159–167. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2014.02.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Weerheim, A.М., Колб А.М., Стурк А. и Ньюланд Р. (2002). Фосфолипидный состав микрочастиц клеточного происхождения определен методом одномерной высокоэффективной тонкослойной хроматографии. Анал. Biochem. 302, 191–198. DOI: 10.1006 / abio.2001.5552

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю, Г., Пак, В. К., Ким, К. В., Чой, Ю. Э. и Ян, Дж. У. (2012). Прямая экстракция липидов из влажной биомассы Chlamydomonas reinhardtii с использованием осмотического шока. Биоресурсы. Technol. 123, 717–722. DOI: 10.1016 / j.biortech.2012.07.102

Pubmed Аннотация | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст | Google Scholar

изучается вода, используемая для добычи топлива и производства электроэнергии

Новое исследование, проведенное в соавторстве с исследователями Белферского центра науки и международных отношений Гарвардской школы Кеннеди, Института Николаса при Университете Дьюка и Университета Калгари представляет собой первое исследование. всестороннее представление об изменении моделей потребления воды, связанных с добычей топлива и выработкой электроэнергии.

В исследовании под названием «Пространственно-временное исследование изменений водопотребления в результате перехода с угля на газ в Пенсильвании» изучаются водные последствия выбора Пенсильвании в области добычи и производства энергии. В этом исследовании перехода Пенсильвании с угля на газ на уровне суб-бассейна исследователи разработали метод, который использует имеющиеся данные для оценки ежемесячного потребления воды, связанного с добычей топлива и выработкой электроэнергии в водосборных бассейнах Пенсильвании с 2009 по 2012 годы.

В исследовании делается вывод о том, что добыча угля и природного газа и выработка электроэнергии из обоих видов топлива способствовали ежегодному увеличению потребления воды в Пенсильвании на 2,6–8,4% на ранних этапах перехода с угля на газ. Тем не менее, воздействия различались по штату, поскольку в некоторых районах потребление воды не изменилось или произошло значительное снижение, согласно новому рабочему документу

«Мы обнаружили, что, хотя в Пенсильвании для добычи и производства энергии из природного газа потребляется больше воды — примерно эквивалентно использованию воды в городе размером 61 000 — угля используется меньше, поэтому меньше воды используется для его добычи и производства », — сказала Лорен Паттерсон, научный сотрудник Института Николаса и ведущий автор исследования.«Эти результаты показывают, как изучение секторов добычи и генерации энергии, а также уменьшение масштаба до уровня, даже меньшего, чем уровень штата, может помочь лицам, принимающим решения, в определении воздействия на потребление в результате перехода с угля на газ».

В документе объединены общедоступные данные о местоположении, полученные от Департамента охраны окружающей среды Пенсильвании, FracFocus, Управления по безопасности и охране здоровья в шахтах и ​​Управления энергетической информации США, для оценки потребления воды, связанной как с добычей энергии, так и с производством электроэнергии в более широком масштабе, чем в предыдущих исследованиях. .

Было установлено, что потребление воды широко варьировалось в зависимости от наличия ресурсов природного газа и инфраструктуры производства электроэнергии. В течение четырехлетнего периода потребление воды для производства природного газа увеличилось на 67 процентов, особенно вокруг столичного региона Филадельфия и Питтсбург, в то время как количество воды, используемой для гидроразрыва пласта, со временем увеличилось на юго-западе и северо-востоке Пенсильвании.

С другой стороны, количество воды, потребляемой угольной энергетикой, за четыре года уменьшилось на 13 процентов.А в некоторых районах штата увеличение водопотребления в результате гидроразрыва пласта было компенсировано снижением водопотребления для выработки электроэнергии, поскольку электростанции перешли с угля на природный газ.

«Наша работа представляет собой тематическое исследование, демонстрирующее важность учета связей между различными производственными секторами для понимания воздействия технологических разработок на окружающую среду», — сказала Лаура Диас Анадон, доцент кафедры государственной политики Белферского центра Гарвардской школы Кеннеди. Наука и международные отношения и приглашенный старший преподаватель Департамента науки, технологий, инженерии и государственной политики Университетского колледжа Лондона.«Сложность, с которой мы столкнулись с оценкой масштабов изменений потребления воды в Пенсильвании для добычи и переработки топлива в недавнем прошлом, также указывает на то, насколько сложно, но необходимо сделать это в перспективе».

С исследованием можно ознакомиться здесь. См. Интерактивную карту и диаграмму с отображением данных: www.nicholasinstitute.duke.edu/hydraulic-fracturing.

###

Отбор энергии из приливных каналов — множественные приливные составляющие, сложные приливы и отливы

Основные моменты

•

Максимальное извлечение энергии из приливного канала будет значительно варьироваться в течение весны / приливов. цикл.

•

Это можно выразить с помощью простого аналитического выражения.

•

Ток M4 всегда будет уменьшаться, когда энергия извлекается из приливного пролива.

•

Ток M6 может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от геометрии и трения в канале.

•

Эти результаты подтверждаются анализом численной модели Пентленд-Ферт.

Abstract

Многие кандидаты для отбора мощности приливных потоков представляют собой приливные каналы, и мощность, которая может генерироваться из этих мест, будет напрямую связана с амплитудой и фазой основных приливных составляющих, управляющих потоком через канал.В этой статье исследуется взаимодействие между извлечением энергии и приливными составляющими, а также влияние, которое извлечение энергии может иметь на гармоники основных составляющих (то есть сложные приливы и приливы). Во-первых, изменение извлекаемой мощности и доступной мощности (определяемой как доля извлекаемой мощности, удаляемой идеализированными приливными турбинами) исследуются в течение весенне-приливного цикла с использованием простой теоретической модели. Результаты модели используются для получения аналитических оценок изменения мощности весной и во время прилива.Показано, что эти границы зависят от естественного динамического баланса каналов и имеют практическое значение для разработчиков устройств приливных токов, стремящихся обеспечить электроэнергией электросеть. Во-вторых, исследуются изменения высших гармоник скорости потока в русле для развертывания приливной фермы в каналах различной длины и геометрии. В частности, показано, что в целом, если турбины обеспечивают равномерное сопротивление потоку через канал, четные гармоники в скорости потока будут затухать с отбором мощности (что приведет к более симметричному приливу), в то время как нечетные гармоники в скорости потока. может затухать или увеличиваться в зависимости от естественной приливной динамики.Эти изменения могут иметь значительное влияние на остаточные потоки и местную окружающую среду. На протяжении всей статьи результаты теоретической модели сравниваются со сложной численной моделью извлечения энергии из Пентленд-Ферт. Хорошее согласие показано во всех случаях.

Ключевые слова

Энергия приливного потока

Оценка ресурсов

Overtide

Цикл весна / река

Пентленд-Ферт

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2013 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Автоматическое извлечение метаданных: Часть 2

Это вторая часть статьи, состоящей из двух частей, посвященной AI Builder и Power Platform. Я рекомендую вам просмотреть первую часть, чтобы узнать о столь необходимом контексте).

В первой части этой серии, состоящей из двух частей, мы создали модель AI Builder с использованием типа модели обработки форм и обучили ее извлекать и устанавливать значения для выбранных полей в документах определенного типа (в моем случае: техническое задание) .

Начнем с проекта типа контента для использования в SharePoint Online:

В этой статье (вторая часть серии) мы создадим поток с помощью Power Automate. Он будет использовать нашу модель AI Builder для извлечения и хранения метаданных для отчетов о работе, загруженных в SharePoint Online.

(Я буду продолжать использовать утверждение или работу в качестве примера на протяжении всей серии статей. Не стесняйтесь заменять его и выбранные поля на что-то более применимое в вашей организации).

Предварительные требования

Прежде чем мы создадим Flow , нам нужно будет выполнить следующие действия (роль владельца сайта даст вам достаточные права для выполнения этой работы). Я не хочу вдаваться в подробности здесь, но я дал ссылки на вспомогательные статьи, если вы новичок в SharePoint Online.

После завершения настройки необходимых компонентов настройки нашей библиотеки документов должны выглядеть примерно так:

После этого мы готовы создать наш Flow !

Типовой проект

Прежде чем я построю поток с помощью Power Automate, я люблю набросать высокоуровневый дизайн, чтобы зафиксировать любую логику принятия решений и лучше понять, что должен делать рабочий процесс.Мы можем беспокоиться о том, как эти шаги работают, когда мы их реализуем. Вот что я хочу, чтобы Flow сделал:

В потоке есть три подпроцесса. Триггером будет создание документа в нашей библиотеке документов (вручную или иным образом). Если этот документ не в формате pdf, нам нужно будет его преобразовать. Это связано с тем, что модель обработки форм AI Builder не поддерживает документы в собственном формате (Microsoft) Office. Наконец, нам нужно отправить документ в AI Builder, чтобы его можно было проанализировать.

Создание потока

Хорошо, давайте создадим наш Flow . Технически это решение «без кода», но мы собираемся создать несколько выражений для обработки таких вещей, как подстановка токена. Подумайте: Excel, а не Visual Studio Code.

Создание потока — это просто. Просто перейдите на flow.microsoft.com, войдите в систему и нажмите + Create . Наш поток срабатывает, когда кто-то загружает документ в SharePoint Online, поэтому выберите шаблон Автоматизированный поток :

Первым строительным блоком автоматизированного потока является триггер .Выберите (или найдите) триггер под названием Когда элемент создается или изменяется и нажмите Create .

Настройка триггера проста. Просто выберите свой адрес сайта из предоставленного списка и укажите имя списка (установите настраиваемое значение , если Power Automate с трудом разрешает имя вашего списка, как это часто случалось со мной). Когда будете готовы, щелкните + New Step .

Переменные обработки

Затем нам нужно создать несколько переменных для хранения значений, на которые мы будем ссылаться в процессе.Здесь вам поможет действие Initialize Variabl e, поэтому мы создадим по одному для каждой переменной, которая нам нужна.

• Инициализируйте переменную с именем FolderPath (тип: строка) и установите для нее значение , используя следующее выражение:

подстрока (triggerOutputs ()? [‘Body / {Path}’], 0, add (length (triggerOutputs ()? [‘Body / {Path}’]), — 1))

(это удаление завершающего символа «/» из относительного пути к документу с помощью собственного свойства Path элемента списка.Это отстой, но нам нужно передать это значение веб-сервису позже в потоке, и оно просто сломается, если вы оставите там завершающий «/». )

• Инициализируйте переменную с именем PDFUrl (тип: строка) и пока оставьте поле Value пустым (это сохранит ссылку на преобразованный PDF-файл, который мы создадим позже в потоке).
• Инициализируйте переменную с именем PDFContent (тип: объект) и пока оставьте поле Value пустым (это сохранит содержимое, которое будет передано в AI Builder для преобразования позже в потоке).

На этом этапе ваш Flow должен выглядеть следующим образом:

(Примечание: вы можете переименовать триггеры в и действия, чтобы улучшить удобочитаемость, как показано на изображении выше).

Логика принятия решений

Затем нам нужно еще одно действие , чтобы проверить, находится ли наш документ в формате pdf. Добавьте еще действие и найдите: Условие . Мы можем использовать свойство Имя файла в Динамическое содержимое (созданное нашим триггером ) и просто проверить последние три символа в этом значении (т.е.е. расширение файла).

На данный момент наш поток выглядит так и должен разделиться на две части. Ветвь «да» (если документ — pdf) и ветка «нет» (что-либо еще). Сначала мы обработаем ответ «да», так как он самый простой.

Путь «Да»

Нам нужно создать ссылку на содержание документа и передать ее AI Builder для анализа. Хорошей новостью является то, что если документ уже находится в формате pdf, мы можем использовать Получить содержимое файла, используя действие пути , а затем присвоить значение из этого переменной PDF Content , которую мы создали ранее в потоке:

• Добавьте Получить содержимое файла, используя действие пути , в ветвь Да потока Flow .Установите для File Path свойство Full Path (под динамическим содержимым ), которое было создано нашим триггером .
• Затем добавьте действие Установить переменную . Мы собираемся назначить свойство File Content (в разделе динамического содержимого ), созданное предыдущим действием, переменной PDF Content , которую мы инициализировали ранее.

Все еще со мной? Ваша настройка для ветки «да» должна выглядеть так:

Путь «Нет»

Здесь становится немного сложно, но оставайся со мной.Если документ не в формате pdf, мы должны его преобразовать.

Здесь есть несколько вариантов, в том числе использование сторонних действий , которые вы можете приобрести для обработки конверсии за вас. Но есть способ использовать SharePoint Online для преобразования документа за вас. Для этого решения я воспользовался инструкциями, опубликованными Полом Калмзее (@paulculmsee), чтобы помочь с моим решением. Полная заслуга ему за то, что он разобрался с этим!

Преобразование работает так:

• Мы отправляем запрос в SharePoint Online на полезные данные документа (включая ценные метаданные)
• Мы анализируем полученный JSON, чтобы нужные нам метаданные были кэшированы как динамического содержимого
• Мы собираем URL-адрес преобразованного pdf, взяв биты из полезной нагрузки JSON.
• Мы отправляем HTTP-запрос на преобразованный PDF-файл и сохраняем тело ответа в нашей переменной PDFContent .
  

Хорошо, поехали: