Eenvoudige algenorganismen ontwikkelen biomassa die kan worden geoogst en vervolgens kan worden omgezet in brandstoffen en andere producten. In een recent bericht, Aramco onthuld dat ze de eerste batch biocrude uit algen hadden geproduceerd. Samen met andere onderzoekers en bedrijven onderzoeken ze manieren om koolstofarme brandstoffen uit afvalwater en zeewatermicroalgen te produceren en gebruiken.
Het creëren van koolstofarme brandstoffen uit afvalwater en zeewatermicroalgen: doel van de studie
Naar Ontdek meer over alternatieve vloeibare brandstoffen die gebruikt kunnen worden om milieuvriendelijke en duurzame energie te produceren. Ook om de behoefte van microalgen voor het produceren van energie en soorten te bepalen biobrandstof.
- Volgens de studie door Kleinova et al., biodiesel is afkomstig van olieachtige microben. Ze worden gebruikt als een belangrijk hernieuwbaar alternatief voor de productie van diesel en petroleum.
- Nog een studie door Demirbas suggereert dat alleen microalgen het potentieel hebben om hernieuwbare biodiesel te produceren, waarmee aan de wereldwijde vraag naar transport kan worden voldaan.
Wat zijn microalgen?
Het zijn de kleinste wortel- en bladloze planten ter wereld die meer dan de helft van de zuurstof die we inademen kunnen produceren. Ook zijn ze een gastheer voor bioactieve verbindingen.
Kenmerken van microalgen
- Over het algemeen zijn algen ingedeeld in 2 groepen namelijk eukaryotisch en prokaryotisch. Microalgen zijn de oudste levende soorten.
- Ze hebben fotosynthesemechanismen vergelijkbaar met die van andere planten die uit chlorofyl bestaan.
- Microalgen worden gekweekt als waterige suspensie en hebben meer toegang tot water, voedingsstoffen en koolstofdioxide.
- Factoren die hun classificatie bepalen, zijn het type pigment, de chemische samenstelling, de bestanddelen van de celwand en morfologische kenmerken.
- Ze hebben de potentieel om CO2 voor veel bronnen vast te leggen zoals oplosbare carbonaatzouten, de atmosfeer en afvalgassen van fabrieken.
Soorten microalgen
- Ze kunnen zijn heterotroof als ze organische verbindingen gebruiken voor hun ontwikkeling.
- autotrofe, als ze koolstof uit anorganische verbindingen verkrijgen.
- Ze worden gekenmerkt als fotoautotroof wanneer ze licht als energiebron gebruiken.
- Op dezelfde manier zijn mixotrofe microalgen fotosynthetisch die welke autotrofie en heterotrofie boven fotosynthese incorporeren.
Uitdagingen bij het gebruik van microalgen voor de productie van biobrandstof
Hoewel het gebruik van algen voor de productie van biobrandstof voordelig is, heeft het hoge verwerkingskosten. Ook heeft het een lage concurrentiekracht, wat een kritieke barrière is voor de brede commercialisering ervan.
- Het opzetten van biobrandstofproductie-industrieën door middel van algen en het waarborgen van kostenconcurrentie is een grote uitdaging.
- Volgens de Jones & Mayfield-studieTegen 2030 zal ongeveer 6% van de totale energievraag worden gedekt door biobrandstoffen.
- Volgens sommige onderzoekers bevatten microalgen voor biobrandstofproductie grote hoeveelheden lipiden van microalgen. De volgende tabellen tonen de genoemde gegevens.
Volgens een onderzoek, reuzenmosselen kunnen zonne-energie efficiënter maken.
Stap betrokken bij de productie van biobrandstof microalgen
Dit bevat 2 belangrijke stappen die verschillende substapprocedures omvatten.
Kweek van algen
De groei van algen kan 1 tot 10 dagen duren en het maakt meerdere oogsten mogelijk. Deze micro-organismen kunnen zich zelfs op droog en dor land ontwikkelen. Bovendien kan een bepaald type algen kunnen 20 tot 30 keer hoger groeien dan voedselgewassenIn deze studie wordt de open vijverteelt besproken, omdat dit de meest toegepaste methode is.
Open vijver voor teelt
Het is van cruciaal belang om de juiste technologie te kiezen voor het kweken en oogsten van algenbiomassa. Vanwege economische problemen zijn open vijvers op industriële schaal nu de enige optie, omdat ze een eenvoudig ontwerp hebben. Over het algemeen zijn ze ontwikkeld in de vorm van een vijver of renbaan en door diffusie wordt CO2 uit de atmosfeer verzameldHet systeem wordt verder onderverdeeld in 3 typen: cirkelvormige vijver, racewayvijver en ongeroerd open systeem.
Beperkingen
Deze methode leidt tot waterverlies door verdamping en heeft een lage biomassa-output. Bovendien, bepaalde kwetsbare algensoorten kunnen niet gedijen in deze omgeving. De open vijverkweekmethode is alleen ideaal voor plaatsen met veel zonlicht en gemakkelijke toegang tot water, vooral langs de kust.
Gesloten teeltsysteem
Omdat het open systeem beperkingen heeft wat betreft de bronnen, werden er gesloten-systeem-PBR's ontwikkeld. Er zijn geen directe interacties tussen de omgeving en culturele mediaHet resulteert in relatief consistente en betrouwbare omstandigheden voor de kweek en oogst van algen.
Het gesloten systeem produceert waardevolle producten en fijne chemicaliën die in een aantal toepassingen worden gebruikt. Biofarmaceutica, cosmetica, biobrandstoffen en supplementen voor de menselijke gezondheid worden ervan gemaakt. Plat paneel, verticale buis, horizontale buis en geroerde tank zijn typen gesloten teeltmethoden.
Beperkingen
In deze systeem is een beetje duur omdat het een procesparameterbenadering, luchtdichtheid en massaoverdracht omvat. Bliksemsystemen vereisen een aanzienlijke hoeveelheid energie waardoor dit systeem inefficiënt is geworden. De commercialisering ervan is een uitdaging geworden vanwege de beperkingen.
Nano-additievenbenadering voor snelle microalgenkweek
Sommige onderzoekers hebben onlangs toegepaste nano-additieven in verschillende stadia van microalgencultuurHun focus lag op het verbeteren van de efficiëntie van de ontwikkeling van biomassa en bijproducten.
- Nanomaterialen zoals nanotubes en nanovezels die met enzymen zijn gecoat, kunnen gebruikt voor immobilisatieBepaalde koolstofstructuren, zoals koolstofnanobuisjes en grafeenoxide, kunnen stabiliteit en activiteit voor enzymen bieden.
- Bovendien zijn nanodeeltjes ook gebruikt voor verhoging van de productie van biobrandstoffen en biomassa.
- Volgens de onderzoekers is het mogelijk om de biomassa van microalgen te vergroten door 20-30% met toepassing van nanodeeltjes.
- LED-lampen op basis van galliumaluminiumarsenide worden gebruikt om de algencultuur op te schalen en zo een hogere biomassaproductie te realiseren.
- Optische vezels worden ook gebruikt bij het kweken van algen om de groei-efficiëntie te verbeteren en om verlichtingskosten te besparen.
Biobrandstoffen in de transportsector
Biobrandstof is hier belangrijk omdat het helpt bij het voldoen aan de groeiende vraag naar brandstof. Het zijn betere alternatieven dan fossiele brandstoffen en voor het milieu omdat ze minder koolstofdioxide-uitstoot produceren. Dit vermindert op zijn beurt de uitstoot van broeikasgassen en maakt de strijd tegen klimaatverandering een stuk makkelijker. Benzine uit oude algenafzettingen is een beperkte bron en wordt steeds duurder en raakt mogelijk op.
A studie staten dat microalgen waardevolle bronnen van biobrandstof zijn. Microalgen accumuleren en synthetiseren een aanzienlijke hoeveelheid neutrale lipiden, wat voordelig is. Bovendien bieden microalgen het hele jaar door productie en zorgen ze voor een efficiënte olieopbrengst voor elk gecultiveerd gebied in vergelijking met oliehoudende gewassen.
Een onderzoek suggereerde Melanine uit inktvisinkt toont potentieel als duurzame biomassabron.
Belang van algen bij de productie van biobrandstoffen: aspecten uit verschillende onderzoeken
Er zijn talrijke onderzoeken gedaan die de voordelen van microalgen ten opzichte van andere landplanten aantonen.
Onderzoek # 1
Jones & Mayfield-studie suggereerde dat microalgen gebruikt kunnen worden om verschillende vormen van biobrandstoffen te produceren. Bijvoorbeeld methaanproductie door aerobe vertering van microalgenolie uit biowaterstof.
Onderzoek # 2
De Politia Militar hield zelfs tijdens de pre-carnaval festiviteiten de zaken al nauwlettend in de gaten. Pienko's & Darzins enquête stelt dat ze hebben waargenomen dat microalgen, eencellige organismen, kunnen worden gedupliceerd met hogesnelheidstechnieken en snel veranderende stammen kunnen creëren. De studie toonde de eco-vriendelijkheid en gemakkelijke groeimogelijkheden van microalgen. Bovendien kan het kweekproces van microalgen afvalstromen verminderen.
Onderzoek # 3
Volgens de Pittman et al. studie, microalgen kunnen de hoogste biomassaopbrengst per oppervlakte- en lengte-eenheid leveren. Dit is de reden dat het veel aandacht heeft gekregen voor de opwekking van hernieuwbare energie. Het heeft een hoog olie- en zetmeelgehalte en vereist geen specifiek landbouwgrond voor teelt of zoet water om te overleven. Het kan gemakkelijk worden gekweekt met koolstofdioxide en afvalwater.
Onderzoek # 4
Volgens de Patil et al. studie, microalgen worden verkozen boven macroalgen omdat de laatste minder flexibel zijn en slechts één verwerkingsmethode bieden. Terwijl microalgen CO2 en zonlicht gebruiken voor het proces om biobrandstoffen, veevoer en hoogwaardige bioactiviteiten te produceren. Het is opmerkelijk dat microalgen goed zijn voor meer dan 40% van de wereldwijde C-fixatie, waarbij mariene microalgen verantwoordelijk zijn voor de meeste productiviteit.
Onderzoek # 5
Nog een studie door Singh & Olsen, er zit ongeveer 50% koolstof op basis van drooggewicht in microalgenbiomassa. Algen kunnen in korte tijd grote hoeveelheden biomassa produceren. Dit komt doordat er geen cellulose nodig is voor hun takken, bladeren of wortels. Bovendien is het verzamelen, extraheren en omzetten in nanokatalysator om biodiesel te maken van microalgen eenvoudig, wat resulteert in efficiënte biodieselproductie. Terwijl macroalgen verschillende lipiden, koolwaterstoffen en complexe oliën hebben, wat het proces complex maakt.
Hier is een vereenvoudigde en uitgelegde versie van Wereldwijde energievooruitzichten 2024-2050.
Conclusie
Microalgen hebben een betere groeisnelheid dan andere terrestrische gewassen, hebben een hoog lipidengehalte en planten zich snel voort. Het is duidelijk dat geen enkele strategie een effectieve oplossing kan bieden. Daarom is een combinatie van processen vereist om afhankelijkheid van biobrandstoffen voor energieproductie. Het is belangrijk om de effectiviteit van algen te waarborgen bij de verwerking van biobrandstoffen en de winning van olie. Hiermee wordt duidelijker dat koolstofarme brandstoffen uit afvalwater en microalgen uit zeewater de volgende beste duurzame oplossing kunnen zijn.
