Proste organizmy glonowe wytwarzają biomasę, którą można zbierać, a następnie przetwarzać na paliwa i inne produkty. W niedawnym wpisie firma Aramco ujawniła , że wyprodukowała pierwszą partię biosurowca z alg. Wraz z innymi badaczami i firmami badają sposoby produkcji i wykorzystania paliw niskoemisyjnych ze ścieków i mikroalg morskich.
Tworzenie paliw niskoemisyjnych ze ścieków i mikroalg morskich: cel badania
Aby dowiedzieć się więcej o alternatywnych paliwach ciekłych , które można wykorzystać do produkcji ekologicznej i zrównoważonej energii, a także określić zapotrzebowanie mikroalg na energię i rodzaje biopaliw.
- Według badanie Kleinova i in., biodiesel pochodzi z oleistych mikrobów. Są one wykorzystywane jako znacząca odnawialna alternatywa do produkcji oleju napędowego i ropy naftowej.
- Inne badanie Demirbasa sugeruje, że jedynie mikroalgi mają potencjał do produkcji odnawialnego biodiesla, który może sprostać światowemu zapotrzebowaniu na transport.
Czym są mikroalgi?
Są to najmniejsze na świecie rośliny bez korzeni i liści, które mogą produkować ponad połowę tlenu, którym oddychamy. Są również żywicielami związków bioaktywnych.
Charakterystyka mikroalg
- Ogólnie rzecz biorąc, glony są sklasyfikowane na 2 grupy mianowicie eukariotyczne i prokariotyczne. Mikroalgi są najstarszymi żyjącymi gatunkami.
- one mają mechanizmy fotosyntezy podobne do tych, które znajdują się w innych roślinach zawierających chlorofil.
- Mikroalgi hodowane są w postaci zawiesiny wodnej, co zapewnia im lepszy dostęp do wody, składników odżywczych i dwutlenku węgla.
- Czynnikami definiującymi ich klasyfikację są rodzaje pigmentów, skład chemiczny, składniki ścian komórkowych i cechy morfologiczne.
- Mają potencjał do wiązania CO2 z wielu źródeł takie jak rozpuszczalne sole węglanowe, atmosfera i gazy odlotowe z fabryk.
Rodzaje mikroalg
- Oni mogą być heterotroficzny jeśli do rozwoju wykorzystują związki organiczne.
- Autotroficzny, jeśli pozyskują węgiel ze związków nieorganicznych.
- Charakteryzują się one jako fotoautotroficzny gdy wykorzystują światło jako źródło energii.
- Podobnie, mikroalgi miksotroficzne są Fotosyntetyczny ponieważ włączają autotrofię i heterotrofię do fotosyntezy.
Wyzwania związane z wykorzystaniem mikroalg do produkcji biopaliw
Chociaż wykorzystanie alg do produkcji biopaliw jest korzystne, ale ma wysokie koszty przetwarzania. Ponadto ma niską konkurencyjność, co stanowi krytyczną barierę dla jego powszechnej komercjalizacji.
- Utworzenie przemysłu produkującego biopaliwa z alg i zapewnienie konkurencyjności cenowej to główne wyzwanie.
- Zgodnie z Badania Jonesa i MayfieldaDo roku 2030 biopaliwa będą zaspokajać około 6% całkowitego zapotrzebowania na energię.
- Według niektórych badaczy, mikroalgi do produkcji biopaliw zawierają duże ilości lipidów z mikroalg. Poniższe tabele przedstawiają wspomniane dane.
Badania wykazały, że małże olbrzymie mogą zwiększyć efektywność energii słonecznej.
Krok w kierunku produkcji biopaliw z mikroalg
Proces ten składa się z 2 głównych kroków , na które składają się różne procedury podrzędne.
Uprawa alg
Wzrost glonów może trwać od 1 do 10 dni, co pozwala na wielokrotne zbiory. Mikroorganizmy te mogą rozwijać się nawet na suchych i jałowych terenach. Co więcej, niektóre gatunki glonów mogą rosnąć 20 do 30 razy szybciej niż rośliny uprawne . W niniejszym opracowaniu omówiono uprawę w stawach otwartych jako najpowszechniej stosowaną metodę.
Otwarty staw do uprawy
Wybór odpowiedniej technologii uprawy i zbioru biomasy alg jest kluczowy. Ze względów ekonomicznych, otwarte stawy przemysłowe są obecnie jedyną opcją, ponieważ charakteryzują się prostą konstrukcją. Zazwyczaj mają one kształt stawu lub toru wyścigowego, a CO2 jest pobierany z atmosfery poprzez dyfuzję . Systemy te dzielą się na 3 typy: staw okrągły, staw z torem przepływowym i system otwarty bez mieszania.
Ograniczenia
Metoda ta prowadzi do utraty wody w wyniku parowania i charakteryzuje się niską produkcją biomasy. Ponadto, niektóre wrażliwe gatunki glonów nie są w stanie rozwijać się w tym środowisku. Metoda uprawy w stawach otwartych jest idealna jedynie w miejscach o dużym nasłonecznieniu i łatwym dostępie do wody, szczególnie wzdłuż wybrzeża.
Zamknięty system uprawy
Ponieważ system otwarty ma ograniczenia zasobów, opracowano systemy PBR w systemie zamkniętym. Nie ma bezpośrednich interakcji między środowiskiem a mediami uprawowymi . Efektem jest stosunkowo bardziej stabilne i niezawodne środowisko do uprawy i zbioru alg.
Zamknięty system wytwarza wartościowe produkty i dobre chemikalia, które są wykorzystywane w wielu zastosowaniach. Biofarmaceutyki, kosmetyki, biopaliwa i suplementy zdrowotne dla ludzi są z nich wytwarzane. Płaski panel, pionowa rura, pozioma rura i zbiornik mieszający to rodzaje zamkniętych metod uprawy.
Ograniczenia
Ten system jest nieco kosztowny, ponieważ obejmuje analizę parametrów procesu, szczelność powietrzną i wymianę masy. Systemy piorunowe wymagają znacznej ilości energii, co czyni ten system nieefektywnym. Jego komercjalizacja stała się trudna ze względu na jego ograniczenia.
Podejście nano-dodatków do szybkiej hodowli mikroalg
Niektórzy badacze zastosowali ostatnio nanododatki na różnych etapach hodowli mikroalg . Ich celem było zwiększenie efektywności biomasy i rozwoju produktów ubocznych.
- Nanomateriały, takie jak nanorurki i nanowłókna pokryte enzymami, mogą być stosowany do unieruchomienia. Niektóre struktury węglowe, takie jak nanorurki węglowe i tlenek grafenu, mają potencjał zapewnienia stabilności i aktywności enzymom.
- Ponadto nanocząsteczki są również wykorzystywane do zwiększenie produkcji biopaliw i biomasy.
- Według naukowców możliwe jest zwiększenie biomasy mikroalg poprzez 20-30% z zastosowaniem nanocząstek.
- Do zwiększenia skali hodowli alg wykorzystano diody LED na bazie arsenku galu i glinu, co pozwoliło na osiągnięcie większej produkcji biomasy.
- Włókna optyczne wykorzystuje się również w hodowli glonów, aby zwiększyć wydajność wzrostu, a także obniżyć koszty oświetlenia.
Biopaliwa w sektorze transportu
Biopaliwo jest tutaj ważne, ponieważ pomaga zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na paliwo. Są lepszą alternatywą niż paliwa kopalne i dla środowiska, ponieważ wytwarzają mniej emisji dwutlenku węgla. To z kolei zmniejsza emisję gazów cieplarnianych i sprawia, że walka ze zmianą klimatu jest nieco łatwiejsza. Benzyna ze starych złóż alg jest ograniczonym źródłem i staje się coraz droższa, a prawdopodobnie się kończy.
Badania wskazują , że mikroalgi są cennym źródłem biopaliw. Mikroalgi gromadzą i syntetyzują znaczną ilość neutralnych lipidów, co jest korzystne. Co więcej, mikroalgi zapewniają całoroczną produkcję i zapewniają wydajne plony oleju z każdego obszaru uprawnego w porównaniu z roślinami oleistymi.
Badania wskazują, że melanina z atramentu mątwy ma potencjał, aby stać się zrównoważonym źródłem biomasy.
Znaczenie alg w produkcji biopaliw: aspekty z różnych badań
Przeprowadzono liczne badania potwierdzające zalety mikroalg w porównaniu z innymi roślinami lądowymi.
Badanie nr 1
Badania Jonesa i Mayfielda sugerują, że mikroalgi mogą być wykorzystywane do produkcji różnych form biopaliw. Na przykład, produkcja metanu poprzez fermentację tlenową oleju z mikroalg z biowodoru.
Badanie nr 2
Badanie Pienkosa i Darzinsa wykazało, że mikroalgi, organizmy jednokomórkowe, można powielać za pomocą szybkich technik i tworzyć szybko zmieniające się szczepy. Badanie wykazało przyjazność dla środowiska i łatwość uprawy mikroalg. Co więcej, proces uprawy mikroalg może zmniejszyć ilość odpadów.
Badanie nr 3
Według badań Pittmana i in. , mikroalgi mogą zapewnić najwyższy plon biomasy z jednostki powierzchni i długości. Właśnie dlatego cieszą się tak dużym zainteresowaniem w kontekście wytwarzania energii odnawialnej. Charakteryzują się wysoką zawartością oleju i skrobi i nie wymagają specjalnych gruntów rolnych ani słodkiej wody do uprawy. Można je łatwo uprawiać z wykorzystaniem dwutlenku węgla i ścieków.
Badanie nr 4
Według badania Patila i in. , mikroalgi są preferowane w stosunku do makroalg, ponieważ te drugie są mniej elastyczne i oferują tylko jedną metodę przetwarzania. Natomiast mikroalgi wykorzystują CO2 i światło słoneczne do produkcji biopaliw, pasz i wysokowartościowych bioaktywności. Warto zauważyć, że mikroalgi odpowiadają za ponad 40% globalnej wiązania węgla, a największą produktywność zapewniają mikroalgi morskie.
Badanie nr 5
Z innego badania przeprowadzonego przez Singha i Olsena wynika, że biomasa mikroalg zawiera około 50% węgla w suchej masie. Algi mogą wytwarzać duże ilości biomasy w krótkim czasie. Dzieje się tak, ponieważ ich gałęzie, liście i korzenie nie potrzebują celulozy. Co więcej, aby wyprodukować biodiesel z mikroalg, ich zbiór, ekstrakcja i konwersja na nanokatalizator są łatwe, co przekłada się na wydajną produkcję biodiesla. Natomiast makroalgi zawierają różnorodne lipidy, węglowodory i złożone oleje, co czyni ten proces złożonym.
Oto uproszczona i wyjaśniona wersja Global Energy Outlook 2024-2050.
Wniosek
Mikroalgi charakteryzują się szybszym tempem wzrostu niż inne rośliny lądowe, wysoką zawartością lipidów i szybkim rozmnażaniem. Oczywiste jest, że żadna pojedyncza strategia nie jest w stanie zapewnić skutecznego rozwiązania. Dlatego też, aby zapewnić zależność od biopaliw w produkcji energii , konieczne jest połączenie różnych procesów . Ważne jest zapewnienie skuteczności alg w przetwarzaniu biopaliw i ekstrakcji oleju. Dzięki temu staje się jasne, że paliwa niskoemisyjne z mikroalg wód ściekowych i morskich mogą być kolejnym najlepszym, zrównoważonym rozwiązaniem.
Źródło : Tworzenie biopaliw z mikroalg
