Простые водоросли образуют биомассу, которую можно собирать и затем перерабатывать для производства топлива и других продуктов. В недавнем сообщении компания Aramco сообщила о производстве первой партии биосырья из водорослей. Вместе с другими исследователями и компаниями они изучают способы производства и использования низкоуглеродистого топлива из микроводорослей, содержащихся в сточных водах и морской воде.
Создание низкоуглеродного топлива из сточных вод и морских микроводорослей: цель исследования
Цель исследования — узнать больше об альтернативных жидких видах топлива , которые можно использовать для производства экологически чистой и устойчивой энергии. А также определить потребности микроводорослей в энергии и виды биотоплива.
- Согласно исследование Клейновой и соавторов., биодизель, полученный из маслянистых микробов. Они используются как значительная возобновляемая альтернатива для производства дизельного топлива и нефти.
- Еще один продукт исследование Демирбаса позволяет предположить, что только микроводоросли обладают потенциалом возобновляемого биодизеля, способного удовлетворить глобальный спрос на транспорт.
Что такое микроводоросли?
Это самые маленькие в мире растения без корней и листьев, которые могут производить более половины кислорода, которым мы дышим. Кроме того, они являются хозяевами биоактивных соединений.
Характеристики микроводорослей
- Обычно водоросли разделены на 2 группы а именно эукариотические и прокариотические. Микроводоросли являются древнейшими живыми видами.
- Oни имеют механизмы фотосинтеза аналогичны таковым у других растений, состоящих из хлорофилла.
- Микроводоросли выращиваются в виде водной суспензии и имеют больший доступ к воде, питательным веществам и углекислому газу.
- Факторами, определяющими их классификацию, являются типы пигментов, химический состав, компоненты клеточной стенки и морфологические особенности.
- У них есть потенциал для фиксации CO2 из многих источников как растворимые карбонатные соли, атмосфера и промышленные отходящие газы.
Типы микроводорослей
- Они могут быть гетеротрофный если они используют органические соединения для развития.
- аутотропный, если они получают углерод из неорганических соединений.
- Они характеризуются как фотоавтотрофного когда они используют свет в качестве источника энергии.
- Аналогично, миксотрофные микроводоросли фотосинтезирующий поскольку они сочетают в себе автотрофность и гетеротрофность по сравнению с фотосинтезом.
Проблемы использования микроводорослей для производства биотоплива
Хотя использование водорослей для производства биотоплива выгодно, но имеет высокие затраты на переработку. Кроме того, оно имеет низкую конкурентоспособность, что является критическим препятствием для его широкой коммерциализации.
- Создание отраслей по производству биотоплива из водорослей и обеспечение конкурентоспособности цен является главная задача.
- В соответствии с Исследование Джонса и Мэйфилдак 2030 году около 6% общего спроса на энергию будет удовлетворяться за счет биотоплива.
- По мнению некоторых исследователей, микроводоросли для производства биотоплива включают в себя большое количество липидов из микроводорослей. В следующих таблицах приведены указанные данные.
Согласно исследованию, гигантские моллюски могут повысить эффективность использования солнечной энергии.
Шаг, вовлеченный в производство биотоплива из микроводорослей
Это включает в себя 2 основных этапа , которые, в свою очередь, состоят из различных подэтапов.
Выращивание водорослей
Рост водорослей может длиться от 1 до 10 дней, что позволяет собирать урожай несколько раз. Эти микроорганизмы могут развиваться даже на сухих и засушливых землях. Более того, некоторые виды водорослей могут вырастать в 20-30 раз выше, чем сельскохозяйственные культуры . В данном исследовании рассматривается выращивание водорослей в открытых прудах, поскольку это наиболее распространенный метод.
Открытый пруд для выращивания
Выбор правильной технологии для выращивания и сбора биомассы водорослей имеет решающее значение. Из-за экономических проблем в настоящее время единственным вариантом являются открытые пруды промышленного масштаба, поскольку они имеют простую конструкцию. Как правило, они создаются в форме пруда или гоночной трассы, и путем диффузии CO2 собирается из атмосферы . Система подразделяется на 3 типа: круглый пруд, пруд-канал и открытая система без перемешивания.
Ограничения
Этот метод приводит к потерям воды из-за испарения и имеет низкую биомассу. Кроме того, некоторые уязвимые виды водорослей не могут выживать в таких условиях. Метод выращивания в открытых прудах идеально подходит только для мест с большим количеством солнечного света и легким доступом к воде, особенно вдоль побережья.
Закрытая система выращивания
Поскольку открытые системы имеют ограничения по ресурсам, были разработаны фотобиореакторы закрытого типа. В них отсутствует прямое взаимодействие между окружающей средой и средой для выращивания водорослей . Это обеспечивает относительно более стабильные и надежные условия для культивирования и сбора водорослей.
Закрытая система производит ценные продукты и тонкие химикаты, которые используются в ряде приложений. Из них производятся биофармацевтические препараты, косметика, биотопливо и добавки для здоровья человека. Плоская панель, вертикальная трубка, горизонтальная трубка и мешалка являются типами методов закрытого выращивания.
Ограничения
Эта система довольно дорогая, поскольку включает в себя подход, основанный на параметрах процесса, герметичности и массопереносе. Системы молниезащиты потребляют значительное количество энергии, что делает эту систему неэффективной. Ее коммерциализация затруднена из-за существующих ограничений.
Подход с использованием нанодобавок для ускоренного культивирования микроводорослей
Недавно некоторые исследователи применили нанодобавки на разных стадиях культивирования микроводорослей . Их целью было повышение эффективности образования биомассы и побочных продуктов.
- Наноматериалы, такие как нанотрубки и нановолокна, покрытые ферментами, могут быть используется для иммобилизации. Определенные углеродные структуры, такие как углеродные нанотрубки и оксид графена, обладают потенциалом обеспечивать стабильность и активность ферментов.
- Более того, наночастицы также использовались для увеличение производства биотоплива и биомассы.
- По словам исследователей, можно увеличить биомассу микроводорослей путем 20-30% с применением наночастиц.
- Светодиоды на основе арсенида галлия и алюминия были использованы для масштабирования культуры водорослей, что позволило добиться более высокого производства биомассы.
- Оптические волокна также используются при выращивании водорослей для повышения эффективности роста, а также экономят затраты на освещение.
Биотопливо в транспортном секторе
Биотопливо здесь важно, поскольку оно помогает удовлетворить растущий спрос на топливо. Это лучшая альтернатива ископаемому топливу и для окружающей среды, поскольку оно производит меньше выбросов углекислого газа. Это, в свою очередь, снижает выбросы парниковых газов и немного облегчает борьбу с изменением климата. Бензин из старых отложений водорослей является ограниченным источником, становится все дороже и, возможно, заканчивается.
Исследование показывает , что микроводоросли являются ценным источником биотоплива. Микроводоросли накапливают и синтезируют значительное количество нейтральных липидов, что является преимуществом. Кроме того, микроводоросли обеспечивают круглогодичное производство и гарантируют высокую урожайность масла на каждой культивируемой площади по сравнению с масличными культурами.
Исследование показало, что меланин из чернил каракатицы обладает потенциалом в качестве устойчивого источника биомассы.
Значение водорослей в производстве биотоплива: аспекты различных исследований
Были проведены многочисленные исследования, подтверждающие преимущества микроводорослей по сравнению с другими наземными растениями.
Исследование # 1
Исследование Джонса и Мейфилда показало, что микроводоросли можно использовать для производства различных видов биотоплива. Например, для производства метана путем аэробного сбраживания из микроводорослевого масла, полученного из биоводорода.
Исследование # 2
В исследовании Пиенкоса и Дарзинса говорится, что они наблюдали, как микроводоросли, одноклеточные организмы, могут быть воспроизведены с помощью высокоскоростных технологий и создавать быстро изменяющиеся штаммы. Исследование показало экологичность и простоту выращивания микроводорослей. Более того, процесс культивирования микроводорослей может сократить количество отходов.
Исследование # 3
Согласно исследованию Питтмана и др. , микроводоросли могут обеспечить самый высокий урожай биомассы на единицу площади и длины. Именно поэтому они привлекают к себе значительное внимание в качестве возобновляемых источников энергии. Они обладают высоким содержанием масла и крахмала и не требуют для выращивания специальных сельскохозяйственных земель или пресной воды. Их легко выращивать с использованием углекислого газа и сточных вод.
Исследование # 4
Согласно исследованию Патила и др. , микроводоросли предпочтительнее макроводорослей, поскольку последние менее гибки и предоставляют только один метод переработки. В то время как микроводоросли используют CO2 и солнечный свет для производства биотоплива, кормов и высокоценных биологически активных веществ. Примечательно, что на микроводоросли приходится более 40% глобальной фиксации углерода, при этом наибольшую продуктивность демонстрируют морские микроводоросли.
Исследование # 5
Другое исследование Сингха и Олсена показало , что в биомассе микроводорослей содержится около 50% углерода по сухому весу. Водоросли способны производить большое количество биомассы за короткий период времени. Это объясняется тем, что для их ветвей, листьев и корней не требуется целлюлоза. Более того, для производства биодизеля из микроводорослей легко осуществить сбор, экстракцию и преобразование в нанокатализатор, что приводит к эффективному производству биодизеля. В то время как макроводоросли содержат различные липиды, углеводороды и сложные масла, что делает этот процесс более сложным.
Здесь представлена упрощенная и пояснительная версия Глобального энергетического прогноза на 2024-2050 годы.
Заключение
Микроводоросли обладают более высокой скоростью роста, чем другие наземные культуры, имеют высокое содержание липидов и быстро размножаются. Очевидно, что ни одна отдельная стратегия не способна обеспечить эффективное решение. Таким образом, для обеспечения зависимости от биотоплива в производстве энергии необходима комбинация процессов . Важно обеспечить эффективность водорослей в переработке биотоплива и извлечении масла. При этом становится ясно, что низкоуглеродистое топливо из сточных вод и морских микроводорослей может стать следующим наилучшим устойчивым решением.
Источник : Получение биотоплива из микроводорослей
