単純な藻類は、収穫して燃料やその他の製品に変換できるバイオマスを生成する。アラムコは最近の投稿で、藻類からバイオ原油を初めて生産したことを明らかにした。同社は他の研究者や企業とともに、廃水や海水微細藻類から低炭素燃料を生産・利用する方法を模索している。
廃水と海水微細藻類から低炭素燃料を作る：研究の目的
環境に優しく持続可能なエネルギーの製造に使用できる代替液体燃料について詳しく調べるため。また、微細藻類がエネルギーを生産するために必要な条件やバイオ燃料の種類を明らかにするため。
- による Kleinova らによる研究バイオディーゼルは油性微生物から生成されます。ディーゼルや石油を生産するための重要な再生可能な代替品として使用されています。
- 別の デミルバスによる研究 微細藻類だけが、世界的な輸送需要を満たすことができる再生可能なバイオディーゼルの可能性を秘めていることを示唆しています。
微細藻類とは何ですか?
これらは、私たちが呼吸する酸素の半分以上を生成することができる、世界最小の根も葉もない植物です。また、生物活性化合物の宿主でもあります。
微細藻類の特徴
- 一般的に、藻類は 2つのグループに分類される すなわち、真核生物と原核生物です。微細藻類は最も古い生物種です。
- 彼ら 光合成機構を持つ 他の植物のクロロフィルでできたものと似ています。
- 微細藻類は水性懸濁液として培養され、水、栄養素、二酸化炭素をより多く利用できるようになります。
- 分類を定義する要素は、色素の種類、化学組成、細胞壁の成分、形態学的特徴です。
- 彼らは持っています 多くの発生源のCO2を固定する潜在能力 可溶性炭酸塩、大気、工場の廃ガスなど。
微細藻類の種類
- 彼らはすることができます 従属栄養 開発に有機化合物を使用する場合。
- 独立栄養無機化合物から炭素を得ている場合。
- それらは次のような特徴がある 光合成独立栄養 光をエネルギー源として利用するとき。
- 同様に、混合栄養性微細藻類は 光合成 光合成よりも独立栄養性と従属栄養性を組み込んだもの。
微細藻類をバイオ燃料生成に利用する際の問題
藻類をバイオ燃料生産に使用することは有利ではあるものの、処理コストが高額です。また、競争力が低いため、広く商業化される上で大きな障壁となっています。
- 藻類によるバイオ燃料生産産業を確立し、コスト競争力を確保することは、 大きなチャレンジ.
- 毎回 ジョーンズ＆メイフィールド研究2030年までに、総エネルギー需要の約6％がバイオ燃料によって満たされることになります。
- 一部の研究者によると、バイオ燃料生産用の微細藻類には微細藻類由来の脂質が大量に含まれています。次の表にそのデータを示します。
| 微細藻類 | 収量（g/l/日） | 参考文献 | |
| 脂質 | バイオマス | ||
| クロレラピレノイドサ | 39.0 | 0.35 | バイオディーゼル用クロレラピレノイドサ脂質の生産性向上... |
| クロレラ尋常性 | 0.148 | 0.37 | クロレラ菌株の発熱量の増加... |
| クロレラ尋常性 | 0.14 | 0.24 | 発熱量の増加した微細藻類の成長... |
| クロレラ・エマーソニ | 0.122 | 0.36 | 発熱量の増加した微細藻類の成長... |
| クロレラ・エマーソニ | 0.157 | 0.25 | クロレラ菌株の発熱量の増加... |
| クロレラ・ミヌティッシマ | 0.0912 | 0.16 | クロレラ菌株の発熱量の増加... |
| クロレラプロトテコイデス | 1.6-1.7 | 3.6-4.1 | キクイモからのバイオディーゼル生産... |
| クロレラプロトテコイデス | 1.24-4.16 | 2.4-7.3 | 微細藻類クロレラ・プロトテコイデスの高密度発酵... |
| クロレラプロトテコイデス | 0.27-1.06 | 1.93 | 微細藻類からの高品質バイオディーゼル生産... |
| クロレラプロトテコイデス | 0.56 | 0.93 | クロレラピレノイドサを用いた微生物油生産に関する研究... |
| クロレラプロトテコイデス | 0.654 | 1.3 | クロレラ・プロトテコイデスの従属栄養培養... |
| ボツリオコッカス・ブラウンニ | 0.029-0.064 | 0.16 | コレクション株の脂質および炭化水素組成... |
| ナンノクロロプシス sp. | 0.142 | 0.48 | ナンノクロロプシス・オキュラータの脂質蓄積とCO2利用... |
| ナンノクロロプシス sp. | 0.204 | 0.3 | 油脂用微細藻類：菌株の選択、脂質合成の誘導... |
| ネオクロリス オレオアブンダス | 0.0126 | 0.055 | Neochloris oleoabundans によるバイオマスおよび脂質生産の調査... |
| シゾキトリウム・リマシナム | 0.22-0.54 | 0.186-2.0 | ドコサヘキサエン酸の供給源としてのシゾキトリウム・リマシナム SR-21... |
| Scenedesmus 斜位 | 0.27 | 0.15 | バイオディーゼル生産の潜在的供給源としての微細藻類Scenedesmus obliquus... |
ある研究によると、オオシャコガイは太陽エネルギーの効率を高めることができるという。
バイオ燃料生産に関わるステップ 微細藻類
これには、さまざまな下位手順を含む2つの主要なステップが含まれます。
藻類の栽培
藻類の生育期間は1日から10日間で、複数回の収穫が可能です。これらの微生物は乾燥した土地でも生育できます。さらに、藻類の種類によっては、食用作物よりも20～30倍も高く成長することがあります。本研究では、最も一般的に用いられている開放型池での養殖について考察します。
耕作用のオープン池
藻類バイオマスの培養と収穫には、適切な技術を選択することが極めて重要です。経済的な問題から、現在ではシンプルな設計の工業規模の開放型池が唯一の選択肢となっています。一般的に、開放型池は池またはレースウェイ型に設計され、拡散によって大気中のCO2を回収します。このシステムは、円形池、レースウェイ型池、非攪拌開放型システムの3種類に分類されます。
製品制限
この方法は蒸発による水分損失を招き、バイオマス生産量も少ない。さらに、特定の脆弱な藻類種はこの環境では生育できない。開放型池での養殖方法は、日照量が多く、水へのアクセスが容易な場所、特に海岸沿いの地域にのみ適している。
閉鎖栽培システム
開放系には資源の制約があるため、閉鎖系PBRが開発された。閉鎖系では環境と培養培地との直接的な相互作用がないため、藻類の培養と収穫において、より安定した信頼性の高い環境が実現する。
閉鎖系システムでは、さまざまな用途に使用される貴重な製品やファインケミカルが生産されます。バイオ医薬品、化粧品、バイオ燃料、人間の健康サプリメントは、それらから作られています。フラットパネル、垂直チューブ、水平チューブ、撹拌タンクは、閉鎖系栽培方法のタイプです。
製品制限
このシステムは、プロセスパラメータのアプローチ、気密性、物質移動といった要素を含むため、ややコストがかかります。また、照明システムは大量のエネルギーを必要とするため、このシステムの効率は劣ります。こうした制約があるため、実用化は困難となっています。
迅速な微細藻類培養のためのナノ添加剤アプローチ
近年、一部の研究者は微細藻類培養の様々な段階でナノ添加剤を適用する研究を行っている。彼らの目的は、バイオマスおよび副産物の生成効率を高めることであった。
- 酵素でコーティングされたナノチューブやナノファイバーなどのナノ材料は、 固定のために使用されるカーボンナノチューブや酸化グラフェンなどの特定の炭素構造は、酵素に安定性と活性をもたらす可能性があります。
- さらに、ナノ粒子は バイオ燃料とバイオマス生産の増加.
- 研究者によると、微細藻類のバイオマスを増やすには、 20-30％ ナノ粒子を応用。
- ガリウムアルミニウムヒ素ベースの LED は藻類培養の規模拡大に使用され、より高いバイオマス生産を実現しています。
- 藻類の培養では成長効率を高めるために光ファイバーも使用され、照明コストも節約されます。
輸送部門におけるバイオ燃料
バイオ燃料は、増大する燃料需要を満たすのに役立つため、ここで重要です。バイオ燃料は化石燃料よりも優れた代替品であり、二酸化炭素排出量が少ないため環境にも優しいです。これにより、温室効果ガス排出量が削減され、気候変動との戦いが少し容易になります。古い藻類堆積物からのガソリンは限られた資源であり、価格が高騰しており、枯渇する可能性があります。
ある研究によると、微細藻類は貴重なバイオ燃料源である。微細藻類は中性脂質を相当量蓄積・合成するため、有利である。さらに、微細藻類は年間を通して生産が可能であり、油糧種子作物と比較して、栽培面積あたりの油収量を効率的に確保できる。
ある研究によると、イカ墨に含まれるメラニンは、持続可能なバイオマス資源としての可能性を秘めていることが示唆されている。
バイオ燃料生産における藻類の重要性：さまざまな研究からの側面
他の陸生植物と比較した微細藻類の利点を証明する研究は数多くあります。
研究#1
ジョーンズとメイフィールドの研究によると、微細藻類は様々な形態のバイオ燃料の生産に利用できる可能性がある。例えば、微細藻類油からの好気性消化によるメタン生成やバイオ水素生成などが挙げられる。
研究#2
ピエンコスとダルジンの調査によると、単細胞生物である微細藻類は高速技術で複製でき、急速に変化する株を作り出すことができることが観察された。この研究は、微細藻類の環境に優しく、栽培が容易であることを示した。さらに、微細藻類の培養プロセスは廃棄物の削減にもつながる。
研究#3
ピットマンらの研究によると、微細藻類は単位面積・単位長さあたりのバイオマス収量が最も高い。そのため、再生可能エネルギー発電において大きな注目を集めている。微細藻類は油分とデンプンを豊富に含み、栽培に特定の農地や淡水を必要としない。二酸化炭素と廃水を用いて容易に培養できる。
研究#4
Patilらの研究によると、微細藻類は大型藻類よりも優れている。大型藻類は柔軟性に欠け、処理方法が1種類しかないためである。一方、微細藻類はCO2と太陽光を利用してバイオ燃料、飼料、高付加価値の生物活性物質を生産する。微細藻類は世界の炭素固定量の40%以上を占めており、中でも海洋性微細藻類が生産性の大部分を担っていることは注目に値する。
研究#5
Singh & Olsenによる別の研究では、微細藻類バイオマスの乾燥重量の約50%が炭素であることが明らかになっています。藻類は短期間で大量のバイオマスを生産できます。これは、藻類の枝、葉、根にセルロースが必要ないためです。さらに、微細藻類からバイオディーゼルを製造する場合、収集、抽出、ナノ触媒への変換が容易であり、効率的なバイオディーゼル生産が可能になります。一方、大型藻類は様々な脂質、炭化水素、複雑な油を含んでいるため、製造プロセスが複雑になります。
以下は、 「世界エネルギー展望2024-2050」の簡略化および解説版です。
結論
微細藻類は他の陸上作物よりも成長速度が速く、脂質含有量が高く、繁殖力も強い。しかし、単一の戦略で効果的な解決策を提供できるものはないことは明らかだ。したがって、エネルギー生産におけるバイオ燃料への依存を確保するためには、複数のプロセスを組み合わせる必要がある。バイオ燃料処理と油抽出における藻類の有効性を確保することが重要である。これにより、廃水や海水由来の微細藻類から得られる低炭素燃料が、次なる持続可能な解決策となり得ることがより明確になる。
