Proste organizmy algowe wytwarzają biomasę, którą można zbierać, a następnie przetwarzać w celu wytwarzania paliw i innych produktów. W niedawnym poście, Aramco ujawniło że wyprodukowali pierwszą partię biosurowca z alg. Wraz z innymi badaczami i firmami badają sposoby produkcji i wykorzystania paliw niskoemisyjnych z mikroalg ścieków i wody morskiej.
Tworzenie paliw niskoemisyjnych ze ścieków i mikroalg morskich: cel badania
Do dowiedz się więcej o alternatywnych paliwach płynnych które mogą być wykorzystane do produkcji przyjaznej dla środowiska i zrównoważonej energii. Również, aby określić zapotrzebowanie mikroalg na produkcję energii i rodzaje biopaliwo.
- 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.
Zgodnie z badaniami, olbrzymie małże mogą zwiększyć efektywność energii słonecznej.
Krok w kierunku produkcji biopaliw z mikroalg
obejmuje to 2 główne kroki które obejmują różne procedury podrzędne.
Uprawa alg
Wzrost glonów może trwać od 1 do 10 dni i umożliwia kilka zbiorów. Te mikroorganizmy mogą rozwijać się nawet na suchym i jałowym terenie. Ponadto, niektóre rodzaje algi mogą rosnąć 20–30 razy wyżej niż rośliny uprawneW niniejszym badaniu omówiono uprawę w stawach otwartych, gdyż jest to najczęściej stosowana metoda.
Otwarty staw do uprawy
Wybór właściwej technologii do uprawy i zbioru biomasy alg jest niezwykle istotny. Ze względu na kwestie ekonomiczne, otwarte stawy przemysłowe są obecnie jedyną opcją, ponieważ mają prostą konstrukcję. Zazwyczaj są rozwija się w kształcie stawu lub toru wyścigowego i poprzez dyfuzję CO2 jest zbierany z atmosfery. System można dodatkowo podzielić na 3 typy: staw kołowy, staw kanałowy i niemieszany system otwarty.
Ograniczenia
Ta metoda prowadzi do straty wody z powodu parowania i ma niską wydajność biomasy. Ponadto, niektóre wrażliwe gatunki alg nie są w stanie się rozwijać w tym środowisku. Metoda uprawy w otwartym stawie jest idealna tylko w miejscach z dużą ilością światła słonecznego i łatwym dostępem do wody, szczególnie wzdłuż wybrzeża.
Zamknięty system uprawy
Ponieważ otwarty system ma ograniczenia zasobów, opracowano zamknięte systemy PBR. Istnieją brak bezpośrednich interakcji pomiędzy środowiskiem a mediami kulturowymi. W rezultacie uzyskuje się stosunkowo bardziej spójne 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 trochę drogi ponieważ obejmuje podejście oparte na parametrach procesu, szczelności powietrza i transferze masy. Systemy piorunowe wymagają znacznej ilości energii czyniąc ten system nieefektywnym. Jego komercjalizacja stała się wyzwaniem ze względu na jego ograniczenia.
Podejście nano-dodatków do szybkiej hodowli mikroalg
Niektórzy badacze niedawno zastosowane nano dodatki na różnych etapach hodowli mikroalg. Ich celem było zwiększenie efektywności wykorzystania 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.
A stany studyjne że mikroalgi są cennym źródłem biopaliw. Mikroalgi gromadzą i syntetyzują znaczną ilość neutralnych lipidów, co jest korzystne. Ponadto mikroalgi oferują całoroczną produkcję i zapewniają wydajne zbiory oleju dla każdego obszaru uprawnego w porównaniu do roślin oleistych.
Badania sugerują, melanina z atramentu mątwy wykazuje potencjał jako zrównoważone źródło 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 zasugerowano, że mikroalgi mogą być używane do produkcji różnych form biopaliw. Na przykład produkcja metanu poprzez trawienie tlenowe z oleju mikroalgowego z biowodoru.
Badanie nr 2
Pienkos i Darzins badanie stwierdza, że zaobserwowano, że mikroalgi, organizmy jednokomórkowe, mogą być powielane za pomocą technik o dużej prędkości i tworzyć szybko zmieniające się szczepy. Badanie wykazało przyjazność dla środowiska i łatwe możliwości wzrostu mikroalg. Ponadto proces uprawy mikroalg może zmniejszyć strumienie odpadów.
Badanie nr 3
Zgodnie z Badanie Pittmana i in., mikroalgi mogą zapewnić najwyższy plon biomasy na jednostkę powierzchni i długości. To jest powód, dla którego przyciągnęły znaczną uwagę do wytwarzania energii odnawialnej. Mają wysoką zawartość oleju i skrobi i nie wymagają specjalnych gruntów rolnych do uprawy ani słodkiej wody, aby przetrwać. Można je łatwo uprawiać z dwutlenkiem węgla i ściekami.
Badanie nr 4
Według Badanie Patila i in., mikroalgi są preferowane w stosunku do makroalg, ponieważ te drugie są mniej elastyczne i zapewniają tylko jedną metodę przetwarzania. Podczas gdy mikroalgi wykorzystują CO2 i światło słoneczne w procesie produkcji biopaliw, pasz i bioaktywności o wysokiej wartości. Warto zauważyć, że mikroalgi odpowiadają za ponad 40% globalnej wiązania C, przy czym mikroalgi morskie odpowiadają za większość produktywności.
Badanie nr 5
Inne badanie Singh & Olsen, w biomasie mikroalg znajduje się około 50% węgla według suchej masy. Algi mogą produkować duże ilości biomasy w krótkim czasie. Dzieje się tak, ponieważ ich gałęzie, liście lub korzenie nie potrzebują celulozy. Ponadto, aby wytworzyć biodiesel z mikroalg, zbieranie, ekstrakcja i konwersja na nanokatalizator są łatwe, co skutkuje wydajną produkcją biodiesla. Podczas gdy makroalgi mają różne lipidy, węglowodory i złożone oleje, co sprawia, że proces jest złożony.
Oto uproszczona i wyjaśniona wersja Globalne Perspektywy Energetyczne 2024-2050.
Wniosek
Mikroalgi mają lepsze tempo wzrostu niż inne uprawy lądowe, mają wysoką zawartość lipidów i szybko się rozmnażają. Oczywiste jest, że żadna pojedyncza strategia nie jest w stanie zapewnić skutecznego rozwiązania. Dlatego też, aby zapewnić zależność od biopaliwa do produkcji energii. Ważne jest zapewnienie skuteczności alg w przetwarzaniu biopaliw i ekstrakcji oleju. Dzięki temu staje się jaśniejsze, że paliwa niskoemisyjne ze ścieków i mikroalg morskich mogą być kolejnym najlepszym zrównoważonym rozwiązaniem.
Źródło : Tworzenie biopaliw z mikroalg
