Enkla algorganismer utvecklar biomassa som kan skördas och sedan omvandlas för att tillverka bränslen och andra produkter. I ett nyligen publicerat inlägg avslöjade Aramco att de hade producerat den första omgången bioråvara från alger. Tillsammans med andra forskare och företag utforskar de sätt att producera och använda koldioxidsnåla bränslen från avloppsvatten och mikroalger i havsvatten.
Skapa lågkolhaltiga bränslen från mikroalger av avloppsvatten och havsvatten: Studiens syfte
För att få veta mer om alternativa flytande bränslen som kan användas för att tillverka miljövänlig och hållbar energi. Även för att fastställa mikroalgers behov för att producera energi och typer av biobränslen.
- Enligt studie av Kleinova et al., biodiesel härstammar från oljiga mikrober. De används som ett betydande förnybart alternativ för att producera diesel och petroleum.
- Annan studie av Demirbas föreslår att endast mikroalger har potentialen hos förnybar biodiesel som kan möta de globala transportbehoven.
Vad är mikroalger?
De är världens minsta rotlösa och bladlösa växter som kan producera mer än hälften av det syre vi andas. De är också en värd för bioaktiva föreningar.
Egenskaper hos mikroalger
- I allmänhet är alger delas in i 2 grupper nämligen eukaryota och prokaryota. Mikroalger är den äldsta levande arten.
- De har fotosyntesmekanismer liknande de hos andra växter gjorda av klorofyll.
- Mikroalger odlas som vattenhaltig suspension och har mer tillgång till vatten, näringsämnen och koldioxid.
- Faktorer som definierar deras klassificering är deras pigmenttyper, kemiska sammansättning, cellväggsbeståndsdelar och morfologiska egenskaper.
- De har potential att fixa CO2 för många källor som lösliga karbonatsalter, atmosfär och fabriksavfallsgaser.
Typer av mikroalger
- De kan vara heterotrofisk om de använder organiska föreningar för utveckling.
- Autotrofisk, om de erhåller kol från oorganiska föreningar.
- De karakteriseras som fotoautotrofisk när de använder ljus som energikälla.
- På liknande sätt är mixotrofa mikroalger fotosyntetisk sådana eftersom de införlivar autotrofi och heterotrofi över fotosyntes.
Utmaningar med att använda mikroalger för generering av biobränsle
Även om det är fördelaktigt att använda alger för produktion av biobränsle men har höga bearbetningskostnader. Dessutom har den låg konkurrenskraft, vilket är ett avgörande hinder för dess utbredda kommersialisering.
- Att etablera biobränsleproduktionsindustrier genom alger och säkerställa kostnadskonkurrenskraft är en stor utmaning.
- Enligt Jones & Mayfield studie2030 kommer cirka 6 % av det totala energibehovet att täckas av biobränslen.
- Enligt vissa forskare innehåller mikroalger för biobränsleproduktion höga mängder lipider från mikroalger. Följande tabeller visar nämnda data.
Enligt en forskning kan jättemusslor effektivisera solenergi.
Steg involverat i biobränsleproduktion Mikroalger
Detta inkluderar två huvudsteg som inkluderar olika delstegsprocedurer.
Odling av alger
Algtillväxt kan vara från 1 till 10 dagar och möjliggör flera skördar. Dessa mikroorganismer kan utvecklas även på torr och torr mark. Dessutom kan vissa typer av alger växa 20 till 30 gånger högre än livsmedelsgrödor . Denna studie diskuterar odling i öppna dammar eftersom det är den vanligaste metoden.
Öppen damm för odling
Det är avgörande att välja rätt teknik för odling och skörd av algbiomassa. På grund av ekonomiska problem är öppna dammar i industriell skala det enda alternativet nu eftersom de har en enkel design. Generellt sett utvecklas de i form av en damm eller tävlingsbana och genom diffusion samlas CO2 upp från atmosfären . Systemet kategoriseras vidare i tre typer: cirkulär damm, tävlingsdamm och oomrört öppet system.
Begränsningar
Denna metod leder till vattenförluster på grund av avdunstning och har låg biomassaproduktion. Dessutom kan vissa sårbara algarter inte trivas i denna miljö. Odlingsmetoden i öppna dammar är endast idealisk för platser med mycket solljus och enkel tillgång till vatten, särskilt längs kusten.
Stängt odlingssystem
Eftersom det öppna systemet har resursbegränsningar utvecklades PBR-system för slutna system. Det finns inga direkta interaktioner mellan miljön och kulturmediet . Det resulterar i relativt mer konsekventa och tillförlitliga miljöer för algodling och skörd.
Det slutna systemet producerar värdefulla produkter och finkemikalier som används i en rad applikationer. Bioläkemedel, kosmetika, biobränslen och hälsotillskott görs av dem. Platt, vertikalt rör, horisontellt rör och omrörd tank är typer av slutna odlingsmetoder.
Begränsningar
Detta system är lite dyrt eftersom det inkluderar en processparametermetod, lufttäthet och massöverföring. Blixtsystem kräver en betydande mängd energi vilket gör systemet ineffektivt. Kommersialiseringen har blivit utmanande på grund av dess begränsningar.
Nano-tillsatsmetoden för snabb mikroalgkultur
Några forskare har nyligen använt nanotillsatser i olika stadier av mikroalgodling . Deras fokus var att förbättra effektiviteten av biomassa och biproduktutveckling.
- Nanomaterial som nanorör och nanofibrer belagda med enzymer kan vara används för immobilisering. Vissa kolstrukturer som kolnanorör och grafenoxid har potential att ge stabilitet och aktivitet för enzymer.
- Dessutom har nanopartiklar också använts för öka produktionen av biobränsle och biomassa.
- Enligt forskarna är det möjligt att förbättra biomassan från mikroalger genom 20-30% med nanopartikelapplikation.
- Lysdioder baserade på galliumaluminiumarsenid har använts för att skala upp algkulturen och därmed uppnå högre biomassaproduktion.
- Optiska fibrer används också under algodling för att förbättra tillväxteffektiviteten och det sparar även belysningskostnader.
Biobränslen inom transportsektorn
Biobränsle är viktigt här eftersom det hjälper till att möta de växande kraven på bränsle. De är bättre alternativ än fossila bränslen och för miljön då de ger mindre koldioxidutsläpp. Detta minskar i sin tur utsläppen av växthusgaser och gör kampen mot klimatförändringarna lite lättare. Bensin från gamla algfyndigheter är en begränsad källa och blir dyrare och kanske tar slut.
En studie visar att mikroalger är värdefulla biobränslekällor. Mikroalger ackumulerar och syntetiserar en avsevärd mängd neutrala lipider, vilket är fördelaktigt. Dessutom erbjuder mikroalger produktion året runt och säkerställer ett effektivt oljeutbyte för varje odlad areal jämfört med oljeväxter.
En forskning tyder på att melanin från bläckfiskbläck visar potential som en hållbar biomassaresurs.
Vikten av alger i biobränsleproduktion: Aspekter från olika studier
Det har gjorts många studier som vittnar om fördelarna med mikroalger i jämförelse med andra landlevande växter.
Studie # 1
Jones & Mayfields studie föreslog att mikroalger kan användas för att producera olika former av biobränslen. Till exempel metanproduktion genom aerob nedbrytning av mikroalgolja från bioväte.
Studie # 2
Pienkos & Darzins undersökning visar att de observerade att mikroalger, encelliga organismer, kan dupliceras med höghastighetstekniker och skapa snabbt föränderliga stammar. Studien visade miljövänlighet och enkla odlingsmöjligheter för mikroalger. Dessutom kan odlingsprocessen för mikroalger minska avfallsströmmarna.
Studie # 3
Enligt Pittman et al.-studien kan mikroalger ge den högsta biomassautbytet per ytenhet och längd. Det är anledningen till att de har fått stor uppmärksamhet för förnybar energiproduktion. De har ett högt olje- och stärkelseinnehåll och kräver inte specifik jordbruksmark för odling eller sötvatten för att överleva. De kan enkelt odlas med koldioxid och avloppsvatten.
Studie # 4
Enligt studien av Patil et al. är mikroalger föredragna framför makroalger eftersom de senare är mindre flexibla och endast erbjuder en bearbetningsmetod. Mikroalger använder däremot koldioxid och solljus för processen att producera biobränslen, foder och högvärdiga bioaktiviteter. Det är anmärkningsvärt att mikroalger står för mer än 40 % av den globala koldioxidfixeringen, medan marina mikroalger står för mest produktivitet.
Studie # 5
En annan studie av Singh & Olsen visar att mikroalgernas biomassa innehåller cirka 50 % kol per torrvikt. Alger kan producera stora mängder biomassa på kort tid. Detta beror på att ingen cellulosa behövs för deras grenar, blad eller rötter. Dessutom är det enkelt att samla in, extrahera och omvandla biodiesel från mikroalger, vilket resulterar i effektiv biodieselproduktion. Makroalger har däremot olika lipider, kolväten och komplexa oljor, vilket gör processen komplex.
Här är en förenklad och förklarad version av Global Energy Outlook 2024-2050.
Slutsats
Mikroalger har en bättre tillväxthastighet än andra landgrödor, har högt lipidinnehåll och förökar sig snabbt. Det är uppenbart att ingen enskild strategi kan ge en effektiv lösning. Därför krävs en kombination av processer för att säkerställa beroendet av biobränslen för energiproduktion . Det är viktigt att säkerställa algeffektivitet vid biobränslebearbetning och oljeutvinning. Med detta blir det tydligare att koldioxidsnåla bränslen från avloppsvatten och mikroalger i havsvatten kan vara den näst bästa hållbara lösningen.
