Schnelle, energiesparende und kontinuierliche Biotreibstoffextraktion aus Mikroalgen

Anonim

Als Alternative zu flüssigen fossilen Brennstoffen ist Biodiesel, der aus Mikroalgen gewonnen wird, ein zunehmend wichtiger Teil des Bioenergiefeldes. Während es beim Verbrennen eine ähnliche Menge an CO2 freisetzt wie Erdöl, ist das aus Biodiesel freigesetzte CO2 das, was kürzlich durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt wurde, was bedeutet, dass es nicht zu einer Zunahme des Treibhausgases beiträgt. Darüber hinaus hat die Forschung gezeigt, dass Mikroalgen einen viel höheren Prozentsatz ihrer Biomasse als nutzbares Öl in einer signifikant kleineren Landmasse produzieren als Landpflanzen. Gegenwärtig besteht eines der größten Hindernisse beim Ersatz von Diesel durch Biodiesel in den Produktionskosten. Fossile Brennstoffe sind immer noch billiger als Biokraftstoffe, daher sind Verbesserungen der Produktionseffizienz sehr gefragt.

Kürzlich wurden von Forschern in Japan Anstrengungen unternommen, die Kosten der Biodieselproduktion zu reduzieren, indem gepulste elektrische Felder (PEF) verwendet wurden, um Kohlenwasserstoffe aus Mikroalgen zu extrahieren. Ein Milli- oder Mikrosekunden-PEF wird typischerweise verwendet, um Zellwände zu schwächen und die Permeabilität zu erhöhen, was die Extraktion von Elementen innerhalb der Zelle ermöglicht. Die Forscher der Kumamoto University nutzten dagegen ein Nanosekunden-PEF (nsPEF), um sich auf die Mikroalgenmatrix anstatt auf die Zellen zu konzentrieren. Ein nsPEF verbraucht im Allgemeinen weniger Energie als die μs / ms PEFs selbst bei hohen Spannungen und ist nicht so zerstörerisch oder teuer wie die herkömmliche Trocknungsmethode der Ölgewinnung.

Die Forscher führten mehrere Tests mit der nsPEF auf der Mikroalge Botryococcus braunii (Bb) durch, um das optimale elektrische Feld, die Energie und die Impulsfolgefrequenz für die Kohlenwasserstoffextraktion zu bestimmen. Interessanterweise wurde gefunden, dass eine Verdoppelung der Energie nur zu einer 10% igen Erhöhung der Kohlenwasserstoffextraktion führte. Bei 10 Hz wurden die optimalen Feld- und Energiebedingungen zu ungefähr 50 kV / cm bzw. 55, 6 J / ml pro Algenvolumen bestimmt. Außerdem fanden die Forscher heraus, dass die Pulsfrequenz wenig oder keine Auswirkung auf den Extraktionsprozentsatz hatte, was bedeutet, dass eine große Menge an Kohlenwasserstoffen schnell für große / industrielle Systeme extrahiert werden kann.

"Der Vorteil dieses Extraktionsmechanismus ist, dass er Kohlenwasserstoffe von einer Matrix trennt, anstatt sie aus Zellen zu extrahieren. Andere Mikroalgen sezernieren keine Matrix, so dass die Zellmembranen beschädigt oder zerstört werden müssen, um an die Kohlenwasserstoffe zu gelangen, die beide mehr Energie aufnehmen und ist weniger effizient als unsere Methode ", sagte der leitende Forscher Professor Hamid Hosseini vom Institut für gepulste Energiewissenschaft an der Universität Kumamoto. "Hinzu kommt, dass viele heute praktizierte Extraktionsverfahren eine Trockenmethode verwenden, um Öl zu extrahieren, was zur Zerstörung der Algen führt. Unsere Methode ist relativ zerstörungsfrei und die Mikroalgen sind in der Lage, ihre Kolonien nach der Extraktion wieder aufzubauen."

Ein kleiner Nachteil ist die Verunreinigung der Matrix; Polysaccharide müssen aus der extrahierten Kohlenwasserstofflösung gereinigt werden. Glücklicherweise können diese Moleküle bei der Erzeugung von Bioethanol verwendet werden, aber ihre Konzentration ist gering.

Es ist zu hoffen, dass diese Technologie die Biokraftstoffproduktion als eine geeignete grüne Energiequelle verbessern wird.

Diese Arbeit kann in der Online BioMed Central Zeitschrift Biotechnology for Biofuels gefunden werden .

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