Semplici organismi algali sviluppano biomassa che può essere raccolta e poi trasformata per produrre combustibili e altri prodotti. In un recente comunicato, Aramco ha rivelato di aver prodotto il primo lotto di biocarburante grezzo dalle alghe. Insieme ad altri ricercatori e aziende, sta esplorando metodi per produrre e utilizzare combustibili a basse emissioni di carbonio dalle microalghe presenti nelle acque reflue e nell'acqua di mare.
Creazione di carburanti a basse emissioni di carbonio da microalghe di acque reflue e di acqua di mare: obiettivo dello studio
Per approfondire la conoscenza dei combustibili liquidi alternativi utilizzabili per la produzione di energia ecocompatibile e sostenibile. Inoltre, per determinare le esigenze delle microalghe in termini di produzione di energia e le tipologie di biocarburanti.
- Secondo il studio di Kleinova et al., il biodiesel ha origine da microbi oleosi. Sono utilizzati come un'importante alternativa rinnovabile per la produzione di diesel e petrolio.
- Un altro studio di Demirbas suggerisce che solo le microalghe possiedono il potenziale di produrre biodiesel rinnovabile in grado di soddisfare la domanda di trasporto globale.
Cosa sono le microalghe?
Sono le piante più piccole al mondo, senza radici e senza foglie, che possono produrre più della metà dell'ossigeno che respiriamo. Inoltre, sono ospiti di composti bioattivi.
Caratteristiche delle microalghe
- Generalmente le alghe sono classificati in 2 gruppi vale a dire eucariotici e procariotici. Le microalghe sono le specie viventi più antiche.
- Essi hanno meccanismi di fotosintesi simili a quelli di altre piante costituite da clorofilla.
- Le microalghe vengono coltivate come sospensione acquosa e hanno maggiore accesso ad acqua, sostanze nutritive e anidride carbonica.
- I fattori che definiscono la loro classificazione sono il tipo di pigmento, la composizione chimica, i costituenti della parete cellulare e le caratteristiche morfologiche.
- Hanno il file potenziale per fissare la CO2 per molte fonti come sali di carbonato solubili, atmosfera e gas di scarico delle fabbriche.
Tipi di microalghe
- Possono essere eterotrofi se utilizzano composti organici per lo sviluppo.
- autotrofa, se ottengono carbonio da composti inorganici.
- Sono caratterizzati come fotoautotrofico quando utilizzano la luce come fonte di energia.
- Allo stesso modo, le microalghe mixotrofiche sono fotosintetico poiché incorporano autotrofia ed eterotrofia nella fotosintesi.
Sfide dell'utilizzo delle microalghe per la generazione di biocarburanti
Sebbene l'uso delle alghe per la produzione di biocarburanti sia vantaggioso, presenta costi di lavorazione elevati. Inoltre, ha una bassa competitività, il che rappresenta un ostacolo critico alla sua commercializzazione su larga scala.
- L'istituzione di industrie di produzione di biocarburanti attraverso le alghe e la garanzia della competitività dei costi è un grande sfida.
- Come per il Studio di Jones & Mayfieldentro il 2030 circa il 6% del fabbisogno energetico totale sarà soddisfatto dai biocarburanti.
- Secondo alcuni ricercatori, le microalghe per la produzione di biocarburanti includono elevate quantità di lipidi da microalghe. Le tabelle seguenti mostrano i suddetti dati.
Secondo una ricerca, le vongole giganti possono rendere più efficiente l'energia solare.
Fase coinvolta nella produzione di biocarburanti Microalghe
Ciò include 2 fasi principali , che a loro volta comprendono diverse procedure secondarie.
Coltivazione di alghe
La crescita delle alghe può durare da 1 a 10 giorni e consente diversi raccolti. Questi microrganismi possono svilupparsi anche su terreni aridi e secchi. Inoltre, alcune specie di alghe possono crescere da 20 a 30 volte più alte delle colture alimentari . Questo studio analizza la coltivazione in stagni aperti, in quanto è il metodo più comunemente utilizzato.
Stagno aperto per la coltivazione
È fondamentale scegliere la tecnologia corretta per la coltivazione e la raccolta della biomassa algale. A causa di problemi economici, le vasche a cielo aperto su scala industriale rappresentano attualmente l'unica opzione, data la loro semplicità progettuale. Generalmente, queste vasche hanno la forma di una vasca o di un circuito e, tramite diffusione, la CO2 viene catturata dall'atmosfera . Il sistema si suddivide ulteriormente in tre tipologie: vasca circolare, vasca a circuito e sistema a cielo aperto non agitato.
limitazioni
Questo metodo comporta perdite d'acqua per evaporazione e una bassa produzione di biomassa. Inoltre, alcune specie di alghe vulnerabili non riescono a prosperare in questo ambiente. Il metodo di coltivazione in stagni aperti è ideale solo per luoghi con molta luce solare e facile accesso all'acqua, in particolare lungo la costa.
Sistema di coltivazione chiuso
Poiché i sistemi aperti presentano limitazioni di risorse, sono stati sviluppati i fotobioreattori a sistema chiuso. In questi sistemi non vi è alcuna interazione diretta tra l'ambiente e il substrato di coltura . Ciò si traduce in un ambiente relativamente più costante e affidabile per la coltivazione e la raccolta delle alghe.
Il sistema chiuso produce prodotti di valore e prodotti chimici raffinati che vengono utilizzati in numerose applicazioni. Da essi si ricavano prodotti biofarmaceutici, cosmetici, biocarburanti e integratori per la salute umana. Pannelli piatti, tubi verticali, tubi orizzontali e serbatoi agitati sono tipi di metodi di coltivazione chiusi.
limitazioni
Questo sistema è piuttosto costoso in quanto include un approccio basato sui parametri di processo, la tenuta all'aria e il trasferimento di massa. I sistemi a fulmine richiedono una quantità significativa di energia, il che rende questo sistema inefficiente. La sua commercializzazione è diventata difficile a causa dei suoi limiti.
Approccio nano-additivo per la coltura rapida di microalghe
Recentemente, alcuni ricercatori hanno applicato nanoadditivi in diverse fasi della coltura di microalghe . Il loro obiettivo era quello di migliorare l'efficienza della produzione di biomassa e di sottoprodotti.
- I nanomateriali come i nanotubi e le nanofibre rivestite con enzimi possono essere utilizzato per l'immobilizzazioneAlcune strutture di carbonio come i nanotubi di carbonio e l'ossido di grafene hanno il potenziale per fornire stabilità e attività agli enzimi.
- Inoltre, le nanoparticelle sono state utilizzate anche per aumentare la produzione di biocarburanti e biomasse.
- Secondo i ricercatori è possibile aumentare la biomassa delle microalghe 20-30% con applicazione di nanoparticelle.
- Per ampliare la coltura delle alghe, ottenendo così una maggiore produzione di biomassa, sono stati utilizzati LED a base di arseniuro di gallio e alluminio.
- Le fibre ottiche vengono utilizzate anche nella coltura delle alghe per migliorare l'efficienza della crescita e risparmiare sui costi di illuminazione.
Biocarburanti nel settore dei trasporti
Il biocarburante è importante qui perché aiuta a soddisfare la crescente domanda di carburante. Sono alternative migliori rispetto ai combustibili fossili e per l'ambiente, poiché producono meno emissioni di anidride carbonica. Questo a sua volta riduce le emissioni di gas serra e rende un po' più facile la lotta contro il cambiamento climatico. La benzina da vecchi depositi di alghe è una fonte limitata e sta diventando più costosa e probabilmente sta finendo.
Uno studio afferma che le microalghe sono preziose fonti di biocarburanti. Le microalghe accumulano e sintetizzano una notevole quantità di lipidi neutri, il che rappresenta un vantaggio. Inoltre, le microalghe offrono una produzione continua durante tutto l'anno e garantiscono un'efficiente resa di olio per ogni area coltivata, rispetto alle colture oleaginose.
Una ricerca ha suggerito che la melanina estratta dall'inchiostro di seppia ha il potenziale per essere utilizzata come risorsa di biomassa sostenibile.
Importanza delle alghe nella produzione di biocarburanti: aspetti da vari studi
Sono numerosi gli studi che testimoniano i vantaggi delle microalghe rispetto ad altre piante terrestri.
Studio n. 1
Lo studio di Jones e Mayfield ha suggerito che le microalghe possono essere utilizzate per produrre diverse forme di biocarburanti. Ad esempio, la produzione di metano tramite digestione aerobica dall'olio di microalghe a partire dal bioidrogeno.
Studio n. 2
Lo studio di Pienkos e Darzins afferma che le microalghe, organismi unicellulari, possono essere riprodotte con tecniche ad alta velocità e generare ceppi in rapida evoluzione. La ricerca ha evidenziato la compatibilità ambientale e la facilità di coltivazione delle microalghe. Inoltre, il processo di coltivazione delle microalghe può ridurre la produzione di rifiuti.
Studio n. 3
Secondo lo studio di Pittman et al. , le microalghe possono fornire la più alta resa di biomassa per unità di superficie e lunghezza. Questo è il motivo per cui hanno ricevuto notevole attenzione per la produzione di energia rinnovabile. Hanno un alto contenuto di olio e amido e non richiedono terreni agricoli specifici per la coltivazione né acqua dolce per sopravvivere. Possono essere facilmente coltivate utilizzando anidride carbonica e acque reflue.
Studio n. 4
Secondo lo studio di Patil et al. , le microalghe sono preferibili alle macroalghe in quanto queste ultime sono meno flessibili e offrono un solo metodo di lavorazione. Le microalghe, invece, utilizzano CO2 e luce solare per produrre biocarburanti, mangimi e bioattività di alto valore. È importante sottolineare che le microalghe rappresentano oltre il 40% della fissazione globale di carbonio, con le microalghe marine che contribuiscono maggiormente alla produttività.
Studio n. 5
Un altro studio di Singh e Olsen ha rilevato che la biomassa di microalghe contiene circa il 50% di carbonio in peso secco. Le alghe possono produrre grandi quantità di biomassa in un breve periodo di tempo, poiché non necessitano di cellulosa per la formazione di rami, foglie o radici. Inoltre, la produzione di biodiesel dalle microalghe è semplice: la raccolta, l'estrazione e la conversione in nanocatalizzatore consentono una produzione efficiente. Al contrario, le macroalghe contengono diversi lipidi, idrocarburi e oli complessi, il che rende il processo più complesso.
Ecco una versione semplificata e spiegata del Rapporto sulle prospettive energetiche globali 2024-2050.
Conclusione
Le microalghe presentano un tasso di crescita superiore rispetto ad altre colture terrestri, un elevato contenuto lipidico e una rapida riproduzione. È evidente che nessuna singola strategia è in grado di fornire una soluzione efficace. Pertanto, è necessaria una combinazione di processi per garantire la dipendenza dai biocarburanti per la produzione di energia . È fondamentale assicurare l'efficacia delle alghe nella lavorazione dei biocarburanti e nell'estrazione dell'olio. In quest'ottica, risulta chiaro che i combustibili a basse emissioni di carbonio derivati da acque reflue e microalghe marine possono rappresentare la prossima, valida soluzione sostenibile.
