Yksinkertaiset leväorganismit kehittävät biomassaa, joka voidaan korjata ja muuttaa sitten polttoaineiden ja muiden tuotteiden valmistamiseksi. Tuoreessa viestissä Aramco paljasti että he olivat tuottaneet ensimmäisen erän bioraaka-ainetta levistä. He yhdessä muiden tutkijoiden ja yritysten kanssa tutkivat tapoja tuottaa ja käyttää vähähiilisiä polttoaineita jätevedestä ja meriveden mikrolevistä.
Vähähiilisten polttoaineiden luominen jätevedestä ja meriveden mikrolevistä: tutkimuksen tavoite
jotta Lue lisää vaihtoehtoisista nestemäisistä polttoaineista jolla voidaan valmistaa ympäristöystävällistä ja kestävää energiaa. Myös mikrolevien energiantarve ja -tyypit määrittäminen biopolttoaine.
- Mukaan Kleinovan et ai., biodiesel on peräisin öljypitoisista mikrobeista. Niitä käytetään merkittävänä uusiutuvana vaihtoehtona dieselin ja öljyn tuotannossa.
- Toinen Demirbasin tutkimus ehdottaa, että vain mikrolevissä on uusiutuvan biodieselin potentiaali, joka voi vastata maailmanlaajuisiin kuljetustarpeisiin.
Mitä ovat mikrolevät?
Ne ovat maailman pienimpiä juurittomia ja lehdettömiä kasveja, jotka voivat tuottaa yli puolet hengittämästämme hapesta. Ne ovat myös bioaktiivisten yhdisteiden isäntä.
Mikrolevien ominaisuudet
- Yleensä levät ovat luokitellaan 2 ryhmään nimittäin eukaryootti ja prokaryootti. Mikrolevät ovat vanhimpia eläviä lajeja.
- Ne niillä on fotosynteesimekanismeja samanlainen kuin muiden klorofyllistä valmistettujen kasvien.
- Mikroleviä viljellään vesipitoisena suspensiona, ja niillä on enemmän pääsyä veteen, ravinteisiin ja hiilidioksidiin.
- Niiden luokittelua määrittävät tekijät ovat niiden pigmenttityypit, kemiallinen koostumus, soluseinän ainesosat ja morfologiset ominaisuudet.
- Heillä on mahdollisuus kiinnittää hiilidioksidia moniin lähteisiin kuten liukoiset karbonaattisuolat, ilmakehä ja tehtaan jätekaasut.
Mikrolevien tyypit
- Ne voivat olla heterotrofisia jos ne käyttävät orgaanisia yhdisteitä kehittämiseen.
- Autotrofinen, jos he saavat hiiltä epäorgaanisista yhdisteistä.
- Niitä luonnehditaan mm fotoautotrofinen kun he käyttävät valoa energialähteenä.
- Samoin mixotrofiset mikrolevät ovat fotosynteettinen niitä, koska ne sisältävät autotrofian ja heterotrofian fotosynteesin yli.
Mikrolevien käytön haasteet biopolttoaineiden tuotannossa
Vaikka levien käyttö biopolttoaineiden tuotannossa on edullista, mutta sillä on korkeat jalostuskustannukset. Lisäksi sen kilpailukyky on heikko, mikä on kriittinen este sen laajalle kaupallistamiselle.
- Biopolttoaineiden tuotantoteollisuuden perustaminen levien avulla ja kustannuskilpailukyvyn varmistaminen on a suuri haaste.
- Kuten kohti Jones & Mayfield tutkimus, vuoteen 2030 mennessä noin 6 % kokonaisenergiantarpeesta katetaan biopolttoaineilla.
- Joidenkin tutkijoiden mukaan biopolttoaineiden tuotantoon käytettävät mikrolevät sisältävät suuria määriä mikrolevistä peräisin olevia lipidejä. Seuraavat taulukot esittävät mainitut tiedot.
Tutkimuksen mukaan, jättiläissimpukat voivat tehostaa aurinkoenergiaa.
Vaihe mukana biopolttoaineiden tuotannossa Mikrolevät
Tämä sisältää 2 suurta askelta jotka sisältävät erilaisia alavaiheita.
Levien viljely
Levien kasvu voi kestää 1-10 päivää ja se mahdollistaa useita satoja. Nämä mikro-organismit voivat kehittyä jopa kuivalla maalla. Lisäksi jonkinlainen levät voivat kasvaa 20-30 kertaa korkeammaksi kuin ruokakasvit. Tässä tutkimuksessa käsitellään avolammikoiden viljelyä, koska se on yleisimmin käytetty menetelmä.
Avoin lampi viljelyyn
On tärkeää valita oikea tekniikka leväbiomassan viljelyyn ja talteenottoon. Taloudellisista syistä johtuen teollisen mittakaavan avoimet lammet ovat nyt ainoa vaihtoehto, koska ne ovat rakenteeltaan yksinkertaisia. Yleensä ne ovat kehitetty lammen tai raviradan muotoon ja diffuusion kautta kerätään ilmakehästä hiilidioksidia. Järjestelmä on edelleen luokiteltu 3 tyyppiin: pyöreä lampi, kilpa-allas ja sekoittamaton avoin järjestelmä.
Rajoitukset
Tämä menetelmä johtaa vesihäviöitä haihtumisen vuoksi ja sen biomassan tuotanto on alhainen. Lisäksi, tietyt herkät levälajit eivät pysty menestymään tässä ympäristössä. Avolammen viljelymenetelmä on ihanteellinen vain paikkoihin, joissa on paljon auringonvaloa ja helppo pääsy vesille, varsinkin rannikolla.
Suljettu viljelyjärjestelmä
Koska avoimessa järjestelmässä on resurssirajoituksia, kehitettiin suljetun järjestelmän PBR:itä. On ei suoria vuorovaikutuksia ympäristön ja kulttuurimedian välillä. Se tuottaa suhteellisen tasaisemman ja luotettavamman ympäristön levien viljelylle ja korjuulle.
Suljettu järjestelmä tuottaa arvokkaita tuotteita ja hienokemikaaleja, joita käytetään useissa sovelluksissa. Niistä valmistetaan biolääkkeitä, kosmetiikkaa, biopolttoaineita ja ihmisten terveydelle tarkoitettuja lisäravinteita. Litteä paneeli, pystyputki, vaakaputki ja sekoitettu säiliö ovat suljettuja viljelymenetelmiä.
Rajoitukset
Tämä järjestelmä on vähän kallis koska se sisältää prosessiparametrilähestymistavan, ilmatiiviyden ja massansiirron. Salamajärjestelmät vaativat huomattavan määrän energiaa tekee tästä järjestelmästä tehottoman. Sen kaupallistamisesta on tullut haastavaa sen rajoitusten vuoksi.
Nano-lisäainemenetelmä nopeaan mikroleväviljelyyn
Jotkut tutkijat äskettäin käytetty nanolisäaineita mikrolevien viljelyn eri vaiheissa. Niiden painopiste oli biomassan ja sivutuotekehityksen tehostamisessa.
- Nanomateriaalit, kuten nanoputket ja nanokuidut, jotka on päällystetty entsyymeillä, voivat olla käytetään immobilisointiin. Tietyt hiilirakenteet, kuten hiilinanoputket ja grafeenioksidi, voivat tarjota entsyymeille vakautta ja aktiivisuutta.
- Lisäksi nanopartikkeleita on käytetty myös biopolttoaineiden ja biomassan tuotannon lisääminen.
- Tutkijoiden mukaan on mahdollista lisätä mikrolevien biomassaa 20-30% nanohiukkassovelluksella.
- Galliumalumiiniarsenidipohjaisia LED-valoja on käytetty leväviljelmän mittakaavassa, mikä lisää biomassan tuotantoa.
- Optisia kuituja käytetään myös leväviljelyssä kasvutehokkuuden parantamiseksi ja se säästää myös valaistuskustannuksia.
Biopolttoaineet liikennealalla
Biopolttoaineet ovat tärkeitä, koska ne auttavat vastaamaan kasvaviin polttoainetarpeisiin. Ne ovat parempia vaihtoehtoja kuin fossiiliset polttoaineet ja ympäristön kannalta, koska ne tuottavat vähemmän hiilidioksidipäästöjä. Tämä puolestaan vähentää kasvihuonekaasupäästöjä ja helpottaa ilmastonmuutoksen torjuntaa. Vanhoista leväesiintymistä peräisin oleva bensiini on rajallinen lähde, ja se on tulossa kalliimmaksi ja mahdollisesti loppumassa.
A tutkimus toteaa että mikrolevät ovat arvokkaita biopolttoainelähteitä. Mikrolevät kerääntyvät ja syntetisoivat huomattavan määrän neutraaleja lipidejä, mikä on edullista. Lisäksi mikrolevät tarjoavat ympärivuotista tuotantoa ja takaavat tehokkaan öljysadon jokaiselle viljelyalueelle verrattuna öljykasveihin.
Ehdotettu tutkimus Seepiamusteen melaniini näyttää olevan potentiaalinen kestävänä biomassaresurssina.
Levien merkitys biopolttoaineiden tuotannossa: näkökohtia erilaisista tutkimuksista
On tehty lukuisia tutkimuksia, jotka osoittavat mikrolevien edut muihin maakasveihin verrattuna.
Tutkimus # 1
Jones & Mayfield tutkimus ehdotti, että mikroleviä voidaan käyttää erilaisten biopolttoaineiden tuottamiseen. Esimerkiksi metaanin tuotanto aerobisella digestiolla mikroleväöljystä biovedystä.
Tutkimus # 2
Pienkos & Darzins Tutkimuksen mukaan he havaitsivat mikroleviä, yksisoluisia organismeja, jotka voidaan monistaa nopealla tekniikalla ja luoda nopeasti muuttuvia kantoja. Tutkimus osoitti mikrolevien ympäristöystävällisyyttä ja helppoja kasvumahdollisuuksia. Lisäksi mikrolevien viljelyprosessi voi vähentää jätevirtoja.
Tutkimus # 3
Kuten kohti Pittman et ai. opiskella, mikrolevät voivat tarjota korkeimman biomassasadon pinta-ala- ja pituusyksikköä kohti. Tästä syystä se on saanut merkittävää huomiota uusiutuvan energian tuotantoon. Siinä on korkea öljy- ja tärkkelyspitoisuus, eikä se vaadi erityistä maatalousmaata viljelyyn tai makeaa vettä selviytyäkseen. Sitä voidaan helposti kasvattaa hiilidioksidin ja jäteveden kanssa.
Tutkimus # 4
Mukaan Patil et ai. opiskella, mikroleviä suositaan makroleviin verrattuna, koska jälkimmäinen on vähemmän joustava ja tarjoaa vain yhden käsittelymenetelmän. Mikrolevät taas käyttävät CO2:ta ja auringonvaloa prosessissa tuottaakseen biopolttoaineita, rehuja ja arvokkaita bioaktiivisuuksia. On huomionarvoista, että mikrolevien osuus maailmanlaajuisesta C-kiinnityksestä on yli 40 %, ja meren mikrolevät muodostavat suurimman osan tuottavuudesta.
Tutkimus # 5
Toinen Singh & Olsenin tutkimus, mikrolevien biomassassa on noin 50 % hiiltä kuivapainosta. Levät voivat tuottaa suuria määriä biomassaa lyhyessä ajassa. Tämä johtuu siitä, että niiden oksiin, lehtiin tai juuriin ei tarvita selluloosaa. Lisäksi biodieselin valmistaminen mikrolevistä on helppoa keräys, uuttaminen ja muuntaminen nanokatalyytiksi, mikä johtaa tehokkaaseen biodieselin tuotantoon. Makrolevissä on erilaisia lipidejä, hiilivetyjä ja monimutkaisia öljyjä, mikä tekee prosessista monimutkaisen.
Tässä on yksinkertaistettu ja selitetty versio Globaalit energianäkymät 2024-2050.
Yhteenveto
Mikrolevien kasvunopeus on parempi kuin muilla maakasveilla, niillä on korkea lipidipitoisuus ja ne lisääntyvät nopeasti. On selvää, että mikään yksittäinen strategia ei pysty tarjoamaan tehokasta ratkaisua. Näin ollen tarvitaan prosessien yhdistelmää riippuvuuden varmistamiseksi biopolttoaineet energiantuotantoon. Biopolttoaineiden käsittelyssä ja öljyntuotannossa on tärkeää varmistaa levätehokkuus. Näin käy selväksi, että vähähiiliset polttoaineet jätevedestä ja meriveden mikrolevistä voivat olla seuraavaksi paras kestävä ratkaisu.
