Des organismes algaux simples développent une biomasse qui peut être récoltée puis transformée en carburants et autres produits. Dans une publication récente, Aramco a révélé avoir produit le premier lot de biopétrole à partir d'algues. L'entreprise, en collaboration avec d'autres chercheurs et sociétés, explore des méthodes de production et d'utilisation de carburants à faible teneur en carbone à partir des eaux usées et des microalgues marines.
Création de carburants à faible teneur en carbone à partir d'eaux usées et de microalgues d'eau de mer : objectif de l'étude
Pour en savoir plus sur les carburants liquides alternatifs pouvant servir à produire une énergie écologique et durable, et pour déterminer les besoins des microalgues en énergie et les types de biocarburants.
- Selon le étude de Kleinova et al.Le biodiesel est issu de microbes oléagineux. Il constitue une alternative renouvelable importante pour la production de diesel et de pétrole.
- Une autre étude de Demirbas suggère que seules les microalgues détiennent le potentiel de biodiesel renouvelable qui peut répondre aux demandes mondiales de transport.
Que sont les microalgues ?
Ce sont les plus petites plantes sans racines ni feuilles du monde, capables de produire plus de la moitié de l'oxygène que nous respirons. Elles abritent également des composés bioactifs.
Caractéristiques des microalgues
- En général, les algues sont classés en 2 groupes à savoir les eucaryotes et les procaryotes. Les microalgues sont les plus anciennes espèces vivantes.
- Ils ont des mécanismes de photosynthèse semblables à celles des autres plantes constituées de chlorophylle.
- Les microalgues sont cultivées en suspension aqueuse et ont davantage accès à l’eau, aux nutriments et au dioxyde de carbone.
- Les facteurs définissant leur classification sont leurs types de pigments, leur composition chimique, les constituants de la paroi cellulaire et les caractéristiques morphologiques.
- Ils ont le potentiel de fixation du CO2 pour de nombreuses sources comme les sels de carbonate solubles, l’atmosphère et les gaz résiduaires des usines.
Types de microalgues
- Ils peuvent être hétérotrophe s'ils utilisent des composés organiques pour le développement.
- Autotrophes’ils obtiennent du carbone à partir de composés inorganiques.
- Ils sont caractérisés comme photoautotrophe lorsqu'ils utilisent la lumière comme source d'énergie.
- De même, les microalgues mixotrophes sont photosynthétique ceux qui intègrent l'autotrophie et l'hétérotrophie par rapport à la photosynthèse.
Les défis de l'utilisation des microalgues pour la production de biocarburants
Bien que l'utilisation des algues pour la production de biocarburants soit avantageuse, ses coûts de transformation sont élevés. De plus, sa faible compétitivité constitue un obstacle majeur à sa commercialisation à grande échelle.
- Mettre en place des industries de production de biocarburants à partir d’algues et assurer la compétitivité des coûts est une un défi majeur.
- Conformément Étude de Jones et MayfieldD’ici 2030, environ 6 % de la demande énergétique totale sera satisfaite par les biocarburants.
- Selon certains chercheurs, les microalgues utilisées pour la production de biocarburants contiennent de grandes quantités de lipides. Les tableaux suivants présentent ces données.
Selon une étude, les bénitiers géants peuvent rendre l'énergie solaire plus efficace.
Étape impliquée dans la production de biocarburants Microalgues
Cela comprend 2 étapes principales qui incluent diverses sous-étapes.
Culture d'algues
La croissance des algues peut durer de 1 à 10 jours et permet plusieurs récoltes. Ces micro-organismes peuvent se développer même sur des terres sèches et arides. De plus, certaines algues peuvent croître 20 à 30 fois plus vite que les cultures vivrières . Cette étude porte sur la culture en bassin ouvert, car il s'agit de la méthode la plus couramment utilisée.
Étang ouvert pour la culture
Il est essentiel de choisir la technologie appropriée pour la culture et la récolte de la biomasse algale. Compte tenu des contraintes économiques, les bassins ouverts à l'échelle industrielle constituent actuellement la seule option viable, du fait de leur conception simple. Généralement aménagés en bassins circulaires ou en pistes de culture, ils captent le CO₂ atmosphérique par diffusion . On distingue trois types de systèmes : bassins circulaires, bassins en piste de culture et systèmes ouverts non agités.
Limites
Cette méthode entraîne des pertes d'eau dues à l'évaporation et un faible rendement en biomasse. De plus, certaines espèces d'algues vulnérables ne peuvent pas se développer dans ce milieu. La culture en bassin ouvert est idéale uniquement pour les endroits très ensoleillés et où l'eau est facilement accessible, notamment en bord de mer.
Système de culture fermé
Les systèmes ouverts étant limités en ressources, des photobioréacteurs (PBR) en système fermé ont été développés. Il n'y a pas d'interactions directes entre l'environnement et le milieu de culture , ce qui crée un environnement plus stable et fiable pour la culture et la récolte des algues.
Le système fermé produit des produits de valeur et des produits chimiques fins utilisés dans de nombreuses applications. On en fabrique des produits biopharmaceutiques, des cosmétiques, des biocarburants et des compléments alimentaires. Les systèmes de culture fermés comprennent des panneaux plats, des tubes verticaux, des tubes horizontaux et des cuves agitées.
Limites
Ce système est relativement coûteux car il repose sur une approche par paramètres de processus, l'étanchéité à l'air et le transfert de masse. Les systèmes de protection contre la foudre consomment une quantité importante d'énergie, ce qui le rend peu efficace. Sa commercialisation s'avère complexe en raison de ces limitations.
Approche par nano-additifs pour une culture rapide des microalgues
Des chercheurs ont récemment appliqué des nano-additifs à différentes étapes de la culture de microalgues . Leur objectif était d'améliorer l'efficacité du développement de la biomasse et des sous-produits.
- Les nanomatériaux tels que les nanotubes et les nanofibres recouverts d'enzymes peuvent être utilisé pour l'immobilisationCertaines structures de carbone comme les nanotubes de carbone et l’oxyde de graphène ont le potentiel d’assurer la stabilité et l’activité des enzymes.
- De plus, les nanoparticules ont également été utilisées pour augmenter la production de biocarburants et de biomasse.
- Selon les chercheurs, il est possible d’améliorer la biomasse des microalgues en 20 to 30 % avec application de nanoparticules.
- Des LED à base d’arséniure de gallium et d’aluminium ont été utilisées pour accroître la culture d’algues, permettant ainsi une production de biomasse plus élevée.
- Les fibres optiques sont également utilisées lors de la culture d'algues pour améliorer l'efficacité de la croissance et permettent également de réduire les coûts d'éclairage.
Les biocarburants dans le secteur des transports
Les biocarburants sont importants ici, car ils contribuent à répondre à la demande croissante en carburant. Ils constituent une meilleure alternative aux combustibles fossiles et sont plus respectueux de l'environnement, car ils produisent moins d'émissions de dioxyde de carbone. Cela réduit les émissions de GES et facilite la lutte contre le changement climatique. L'essence issue d'anciens gisements d'algues est une source limitée, son prix augmente et elle risque de s'épuiser.
Une étude indique que les microalgues constituent de précieuses sources de biocarburants. Elles accumulent et synthétisent une quantité considérable de lipides neutres, ce qui représente un avantage certain. De plus, leur production est continue tout au long de l'année et elles garantissent un rendement en huile optimal pour chaque surface cultivée, comparativement aux cultures oléagineuses.
Une étude suggère que la mélanine de l'encre de seiche présente un potentiel en tant que ressource de biomasse durable.
Importance des algues dans la production de biocarburants : aspects issus de diverses études
De nombreuses études ont démontré les avantages des microalgues par rapport aux autres plantes terrestres.
Étude n ° 1
Une étude de Jones et Mayfield suggère que les microalgues peuvent être utilisées pour produire différentes formes de biocarburants. Par exemple, la production de méthane par digestion aérobie de l'huile de microalgues à partir de biohydrogène.
Étude n ° 2
L' étude de Pienkos et Darzins indique que les microalgues, organismes unicellulaires, peuvent être multipliées rapidement grâce à des techniques à haut débit, permettant ainsi la création de souches à évolution rapide. Cette étude a démontré le caractère écologique et la facilité de culture des microalgues. De plus, leur culture peut contribuer à réduire les déchets.
Étude n ° 3
D'après l' étude de Pittman et al. , les microalgues offrent le rendement en biomasse le plus élevé par unité de surface et de longueur. C'est pourquoi elles suscitent un intérêt considérable pour la production d'énergie renouvelable. Riches en huile et en amidon, elles ne nécessitent ni terres agricoles spécifiques ni eau douce pour leur culture. Elles peuvent être cultivées facilement à partir de dioxyde de carbone et d'eaux usées.
Étude n ° 4
D'après l' étude de Patil et al. , les microalgues sont privilégiées par rapport aux macroalgues, ces dernières étant moins flexibles et n'offrant qu'une seule méthode de transformation. Les microalgues, quant à elles, utilisent le CO₂ et la lumière solaire pour produire des biocarburants, des aliments pour animaux et des bioactivités à haute valeur ajoutée. Il est à noter que les microalgues représentent plus de 40 % de la fixation mondiale du carbone, les microalgues marines affichant la plus grande productivité.
Étude n ° 5
Une autre étude de Singh et Olsen indique que la biomasse microalgale contient environ 50 % de carbone (en poids sec). Les algues peuvent produire de grandes quantités de biomasse en peu de temps, car leurs branches, feuilles et racines ne nécessitent pas de cellulose. De plus, la production de biodiesel à partir de microalgues est simple : la collecte, l’extraction et la conversion en nanocatalyseur sont des opérations aisées, permettant une production efficace. En revanche, les macroalgues contiennent divers lipides, hydrocarbures et huiles complexes, ce qui complexifie le processus.
Voici une version simplifiée et expliquée des Perspectives énergétiques mondiales 2024-2050.
Conclusion
Les microalgues présentent un taux de croissance supérieur à celui des autres cultures terrestres, une teneur élevée en lipides et une multiplication rapide. Il est évident qu'aucune stratégie unique ne peut constituer une solution efficace. Par conséquent, une combinaison de procédés est nécessaire pour garantir la dépendance aux biocarburants pour la production d'énergie . Il est important d'optimiser l'efficacité des algues dans la transformation des biocarburants et l'extraction d'huile. Dès lors, il apparaît clairement que les carburants à faible teneur en carbone issus des eaux usées et des microalgues marines représentent une solution durable prometteuse.
