Yosun yakıtı - Algae fuel

Alg yakıtı , alg biyoyakıtı veya alg yağı , enerji açısından zengin yağların kaynağı olarak alg kullanan sıvı fosil yakıtlara bir alternatiftir . Ayrıca alg yakıtları, mısır ve şeker kamışı gibi yaygın olarak bilinen biyoyakıt kaynaklarına bir alternatiftir. Deniz yosunundan (makroalg) yapıldığında deniz yosunu yakıtı veya deniz yosunu yağı olarak bilinebilir .

Birkaç şirket ve devlet kurumu, sermaye ve işletme maliyetlerini düşürme ve yosun yakıtı üretimini ticari olarak uygulanabilir hale getirme çabalarını finanse ediyor. Fosil yakıt gibi, yosun yakıtı da CO2 salıyor
2yakıldığında, ancak fosil yakıttan farklı olarak, yosun yakıtı ve diğer biyoyakıtlar sadece CO2 yayar
2yakın zamanda algler veya bitki büyüdükçe fotosentez yoluyla atmosferden uzaklaştırıldı. Enerji krizi ve dünya gıda krizi , tarım için uygun olmayan arazileri kullanarak biyodizel ve diğer biyoyakıtları yapmak için alg kültürüne (çiftçilik algleri) olan ilgiyi ateşledi . Algal yakıtların çekici özellikleri arasında tatlı su kaynakları üzerinde minimum etki ile yetiştirilebilmesi, tuzlu su ve atık su kullanılarak üretilebilmesi , yüksek parlama noktasına sahip olması ve biyolojik olarak parçalanabilmesi ve çevreye nispeten zararsız olması sayılabilir. Algler, yüksek sermaye ve işletme maliyetleri nedeniyle diğer ikinci nesil biyoyakıt ekinlerine göre birim kütle başına daha pahalıdır, ancak birim alan başına 10 ila 100 kat daha fazla yakıt sağladığı iddia edilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı yosunu yakıt ABD'deki tüm petrol yakıtı yerini, eğer 15.000 mil kare (39,000 km gerekeceğini öngörmektedir ² ABD haritanın sadece% 0,42'dir), ya da kara alanının yaklaşık yarısını arasında Maine . Bu, 2000 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde hasat edilen mısır alanından 1 ⁄ 7'den azdır .

Algal Biyokütle Organizasyonu başkanı, 2010 yılında, alg yakıtının üretim vergisi kredileri verilmesi durumunda 2018'de petrol ile fiyat paritesine ulaşabileceğini belirtti . Ancak 2013 yılında, Exxon Mobil Başkanı ve CEO'su Rex Tillerson ile bir ortak girişim kalkınması üzerinde 10 yıl içinde 600 milyon $ kadar harcamak işledikten sonra söyledi Venter 'ın Synthetic Genomics , 2009 yılında, Exxon (dört yıl sonra geri çekildi ve 100 milyon dolar) yosun yakıtının ticari uygulanabilirlikten "muhtemelen 25 yıldan daha uzak" olduğunu fark ettiğinde. 2017'de Synthetic Genomics ve ExxonMobil, gelişmiş biyoyakıtlara yönelik ortak araştırmalarda bir atılım bildirdi. Buluş, genetik olarak tasarlanmış bir Nannochloropsis gaditana suşunda lipid içeriğini (doğal formunda %20'den yüzde 40-55'e) iki katına çıkarmayı başardılar . Öte yandan Solazyme , Sapphire Energy ve Algenol sırasıyla 2012 ve 2013 ve 2015 yıllarında alg biyoyakıtının ticari satışına başlamıştır. 2017 yılına gelindiğinde, çoğu çaba terk edildi veya diğer uygulamalara değiştirildi, yalnızca birkaçı kaldı.

Tarih

1942'de Harder ve Von Witsch, mikroalglerin yiyecek veya yakıt için bir lipit kaynağı olarak yetiştirilmesini öneren ilk kişilerdi . İkinci Dünya Savaşı'nın ardından ABD, Almanya, Japonya, İngiltere ve İsrail'de, özellikle Chlorella cinsindeki türler olmak üzere daha büyük ölçeklerde mikroalg yetiştirmek için kültür teknikleri ve mühendislik sistemleri üzerine araştırmalar başladı . Bu arada, HG Aach , Chlorella pyrenoidosa'nın , kuru ağırlığının %70'ini lipidler olarak biriktirmek için nitrojen açlığı yoluyla indüklenebileceğini gösterdi . İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra alternatif ulaşım yakıtına olan ihtiyaç azaldığından, şu anda araştırmalar algleri bir gıda kaynağı olarak veya bazı durumlarda atık su arıtımı için kültürlemeye odaklandı.

Biyoyakıtlar için alg uygulamasına olan ilgi, 1970'lerdeki petrol ambargosu ve petrol fiyatlarındaki artışlar sırasında yeniden alevlendi ve ABD Enerji Bakanlığı'nın 1978'de Sucul Türler Programını başlatmasına yol açtı. Sucul Türler Programı, bu amaçla 18 yılda 25 milyon dolar harcadı. alglerden petrol türevi yakıtlarla fiyat rekabeti sağlayacak sıvı nakliye yakıtı geliştirme. Araştırma programı, maliyeti düşük ancak sıcaklık dalgalanmaları ve biyolojik istilalar gibi çevresel rahatsızlıklara karşı savunmasız olan açık hava havuzlarında mikroalglerin yetiştirilmesine odaklandı. Ülkenin dört bir yanından 3.000 alg suşu toplandı ve yüksek verimlilik, lipit içeriği ve termal tolerans gibi istenen özellikler için tarandı ve en umut verici suşlar, Golden'daki Güneş Enerjisi Araştırma Enstitüsü'ndeki (SERI) SERI mikroalg koleksiyonuna dahil edildi , Colorado ve daha fazla araştırma için kullanıldı. Programın en önemli bulguları arasında, hızlı büyüme ve yüksek lipit üretiminin, ilkinin yüksek besin maddeleri ve ikincisinin düşük besin maddeleri gerektirdiği için "birbirini dışlayan" olduğuydu. Nihai rapor , alg suşlarının bu ve diğer doğal sınırlamalarının üstesinden gelebilmek için genetik mühendisliğinin gerekli olabileceğini ve ideal türün yer ve mevsime göre değişebileceğini öne sürdü. Açık havuzlarda yakıt için büyük ölçekli alg üretiminin mümkün olduğu başarılı bir şekilde gösterilmiş olsa da, program, özellikle 1990'larda petrol fiyatları düştüğü için, petrolle rekabet edebilecek bir maliyetle bunu başaramadı. En iyi senaryoda bile, çıkarılmamış alg petrolünün varil başına 59-186$'a, petrolün ise 1995'te varil başına maliyetinin 20$'dan az olacağı tahmin ediliyordu. Bu nedenle, 1996'da bütçe baskısı altında, Sucul Türler Programından vazgeçildi.

Alg biyoyakıt araştırmalarına diğer katkılar, dolaylı olarak alg kültürlerinin farklı uygulamalarına odaklanan projelerden gelmiştir. Örneğin, Dünya için Yenilikçi Teknoloji 1990 Japonya'nın Araştırma Enstitüsü (RITE) içinde düzeltme gelişmekte sistemlerinin amacı ile bir araştırma programı uygulamaya CO
₂mikroalg kullanımı. Amaç enerji üretimi olmamasına rağmen, RITE tarafından yapılan birkaç çalışma, enerji santrallerinden gelen baca gazının CO2 olarak kullanılmasıyla alglerin yetiştirilebileceğini göstermiştir.
₂kaynak, alg biyoyakıt araştırmaları için önemli bir gelişme. Alglerden hidrojen gazı, metan veya etanolün yanı sıra besin takviyeleri ve farmasötik bileşiklerin toplanmasına odaklanan diğer çalışmalar da alglerden biyoyakıt üretimine ilişkin araştırmaların bilgilendirilmesine yardımcı olmuştur.

1996 yılında Sucul Türler Programının dağıtılmasının ardından, alg biyoyakıt araştırmalarında görece bir durgunluk yaşandı. Yine de, çeşitli projeler tarafından ABD'de finanse edildi Enerji Bakanlığı , Savunma Bakanlığı , Ulusal Bilim Vakfı , Tarım Bakanlığı , Ulusal Laboratuarları , devlet finansman ve özel fon, hem de diğer ülkelerde. Daha yakın zamanlarda, 2000'lerde yükselen petrol fiyatları alg biyoyakıtlarına olan ilginin yeniden canlanmasını teşvik etti ve ABD federal fonları arttı, Avustralya, Yeni Zelanda, Avrupa, Orta Doğu ve dünyanın diğer bölgelerinde çok sayıda araştırma projesi finanse ediliyor ve özel şirketler dalgası alana girdi (bkz. Şirketler ). Kasım 2012 yılında Solazyme ve Propel Yakıtlar yosun türevi yakıt ilk perakende satış yaptı ve Mart 2013'te Safir Enerji için alg biyoyakıt ticari satışları başladı Tesoro .

Gıda takviyesi

Algal yağı, özellikle EPA ve DHA olmak üzere tekli ve çoklu doymamış yağlar içerdiğinden gıda ürünlerinde yağ asidi takviyesi kaynağı olarak kullanılır . DHA içeriği kabaca somon bazlı balık yağına eşdeğerdir .

yakıtlar

Algler, tekniğe ve kullanılan hücrelerin parçasına bağlı olarak çeşitli yakıt türlerine dönüştürülebilir. Lipid ya da yosun biyokütlenin yağlı kısmı ekstre edilmiş ve başka bir bitkisel yağ için kullanılana benzer bir işlemle biyodizel dönüştürülebilir veya petrol bazlı yakıt yedek "açılır" bir rafineride dönüştürülebilir. Alternatif olarak veya lipit ekstraksiyonunun ardından , alglerin karbonhidrat içeriği biyoetanol veya bütanol yakıtına fermente edilebilir .

Biyodizel

Biyodizel, hayvansal veya bitki lipidlerinden (yağlar ve katı yağlar) elde edilen bir dizel yakıttır. Araştırmalar, bazı alg türlerinin kuru ağırlıklarının %60'ını veya daha fazlasını yağ şeklinde üretebildiğini göstermiştir. Hücreler, suya daha verimli erişime sahip oldukları sulu süspansiyonda büyüdüğü için, CO
₂ve çözünmüş besinler, mikroalgler, yüksek oranlı alg havuzlarında veya fotobiyoreaktörlerde büyük miktarlarda biyokütle ve kullanılabilir yağ üretebilir . Bu yağ daha sonra otomobillerde kullanılmak üzere satılabilecek biyodizele dönüştürülebilir . Mikroalglerin bölgesel üretimi ve biyoyakıtlara dönüştürülmesi kırsal topluluklara ekonomik faydalar sağlayacaktır.

Yapraklar, gövdeler veya kökler için selüloz gibi yapısal bileşikler üretmeleri gerekmediğinden ve zengin bir besin ortamında yüzerek yetiştirilebildiklerinden, mikroalgler karasal mahsullerden daha hızlı büyüme oranlarına sahip olabilir. Ayrıca, geleneksel mahsullere kıyasla biyokütlelerinin çok daha yüksek bir kısmını yağa dönüştürebilirler, örneğin soya fasulyesi için %60'a karşı %2-3. Alglerden birim alan başına yağ veriminin, lipit içeriğine bağlı olarak 58.700 ila 136.900 L/ha/yıl olduğu tahmin edilmektedir; bu, 5.950 L'de sonraki en yüksek verimli mahsul olan palmiye yağından 10 ila 23 kat daha yüksektir. /ha/yıl.

ABD Enerji Bakanlığı'nın Sucul Türler Programı , 1978-1996, mikroalglerden elde edilen biyodizel üzerine odaklandı. Nihai rapor, biyodizelin , mevcut dünya dizel kullanımının yerini alacak yeterli yakıtı üretmenin tek uygulanabilir yöntemi olabileceğini öne sürdü . Yosun türevli biyodizel, yıllık 1,1 milyar ton geleneksel dizel üretiminin yerini alacak olsaydı, o zaman diğer biyoyakıtlara kıyasla oldukça elverişli olan 57,3 milyon hektarlık bir arazi kütlesi gerekli olacaktı.

biyobütanol

Butanol, yalnızca güneş enerjisiyle çalışan bir biyorafineri kullanılarak alglerden veya diatomlardan yapılabilir . Bu yakıt, benzinden %10 daha az ve etanol veya metanolden daha büyük bir enerji yoğunluğuna sahiptir . Çoğu benzinli motorda, hiçbir değişiklik yapılmadan benzin yerine bütanol kullanılabilir. Birkaç testte, bütanol tüketimi benzine benzer ve benzinle karıştırıldığında etanol veya E85'ten daha iyi performans ve korozyon direnci sağlar .

Yosun yağı ekstraksiyonundan kalan yeşil atık, bütanol üretmek için kullanılabilir. Ek olarak, makroalglerin (deniz yosunlarının) Clostridia cinsi bakteriler tarafından bütanol ve diğer çözücülere fermente edilebildiği gösterilmiştir . Deniz yosunu yağının (biyodizele) transesterifikasyonu , Chaetomorpha linum , Ulva lactuca ve Enteromorpha compacta ( Ulva ) gibi türlerle de mümkündür .

Aşağıdaki türler, etanol ve/veya bütanol üretmek için uygun türler olarak araştırılmaktadır :

• laria esculenta
• laminarya sakarina
• palmarya palmiyesi

biyogazolin

Biyogazin , biyokütleden üretilen benzindir . Geleneksel olarak üretilen benzin gibi, molekül başına 6 ( heksan ) ile 12 ( dodekan ) arasında karbon atomu içerir ve içten yanmalı motorlarda kullanılabilir .

biyogaz

Biyogaz esas olarak metandan ( CH
4) ve karbondioksit ( CO
2), bazı eser miktarda hidrojen sülfür , oksijen, nitrojen ve hidrojen içerir . Makroalg, bitki biyokütlesine kıyasla yüksek metan üretim hızına sahiptir. Makroalglerden biyogaz üretimi teknik olarak diğer yakıtlara göre daha uygundur, ancak makroalg besleme stoğunun yüksek maliyeti nedeniyle ekonomik olarak uygun değildir. Mikroalglerdeki karbonhidrat ve protein, hidroliz, fermantasyon ve metanojenez adımlarını içeren anaerobik sindirim yoluyla biyogaza dönüştürülebilir. Algal biyokütlenin metana dönüştürülmesi potansiyel olarak elde ettiği kadar enerjiyi geri kazanabilir, ancak alg lipid içeriği %40'tan düşük olduğunda daha karlı olur. Mikroalglerdeki yüksek protein oranı nedeniyle mikroalglerden biyogaz üretimi nispeten düşüktür, ancak mikroalgler atık kağıt gibi yüksek C/N oranlı ürünlerle birlikte sindirilebilir. Biyogaz üretmek için başka bir yöntem, hidrokarbonun yüksek sıcaklıkta (tipik olarak 800 °C ila 1000 °C) kısmi oksidasyon reaksiyonu yoluyla sentez gazına dönüştürüldüğü gazlaştırmadır. Gazlaştırma genellikle katalizörlerle yapılır. Katalizlenmemiş gazlaştırma, sıcaklığın yaklaşık 1300 °C olmasını gerektirir. Syngas, enerji üretmek için doğrudan yakılabilir veya türbin motorlarında yakıt olarak kullanılabilir. Diğer kimyasal üretimler için hammadde olarak da kullanılabilir.

Metan

Doğal gazın ana bileşeni olan metan , alglerden gazlaştırma , piroliz ve anaerobik çürütme gibi çeşitli yöntemlerle üretilebilir . Gazlaştırma ve piroliz yöntemlerinde metan, yüksek sıcaklık ve basınç altında ekstrakte edilir. Anaerobik çürütme, alglerin basit bileşenlere ayrıştırılması, ardından asidojenik bakteriler gibi mikroplar kullanılarak yağ asitlerine dönüştürülmesi, ardından katı partiküllerin çıkarılması ve son olarak metan içeren bir gaz karışımını serbest bırakmak için metanojenik arke eklenmesiyle ilgili basit bir yöntemdir . Bir dizi çalışma, mikroalglerden elde edilen biyokütlenin anaerobik çürütme yoluyla biyogaza dönüştürülebileceğini başarıyla göstermiştir. Bu nedenle, mikroalg yetiştirme operasyonlarının genel enerji dengesini iyileştirmek için, atık biyokütlede bulunan enerjinin anaerobik çürütme yoluyla elektrik üretmek için metana geri kazanılması önerilmiştir.

etanol

Algenol tarafından piyasaya olan sistem bioalanlar içinde Puerto Libertad , Sonora , Meksika üretmek etanol deniz suyu ve endüstriyel egzoz kullanmaktadır. Porphyridium cruentum'un ayrıca büyük miktarda karbonhidrat biriktirme kapasitesinden dolayı etanol üretimi için potansiyel olarak uygun olduğu gösterilmiştir.

Yeşil dizel

Yosunlar, dizel motorlarda kullanılan daha kısa hidrokarbon zincirlerine molekülleri parçalayan bir hidro-işleme rafineri işlemi yoluyla ' yeşil dizel ' (yenilenebilir dizel, hidro-işlemci bitkisel yağ veya hidrojenden türetilmiş yenilenebilir dizel olarak da bilinir) üretmek için kullanılabilir . Petrol bazlı dizel ile aynı kimyasal özelliklere sahiptir, yani dağıtmak ve kullanmak için yeni motorlar, boru hatları veya altyapı gerektirmez. Henüz petrolle rekabet edebilecek bir maliyetle üretilmemiştir . Hidro-işleme şu anda dekarboksilasyon/dekarbonilasyon yoluyla yakıt benzeri hidrokarbonlar üretmenin en yaygın yolu olsa da, hidro-işlemeye göre bir dizi önemli avantaj sunan alternatif bir süreç vardır. Bu konuda Crocker ve ark. ve Lercher ve ark. özellikle dikkat çekicidir. Petrol arıtma için, yenilenebilir yakıtların dekarboksilasyon yoluyla katalitik dönüşümü için araştırmalar devam etmektedir . Oksijen, ham petrolde %0.5 gibi oldukça düşük seviyelerde mevcut olduğundan, petrol rafinasyonunda oksijensizleştirme pek önemli değildir ve oksijenatların hidro-muamele edilmesi için özel olarak formüle edilmiş hiçbir katalizör yoktur. Bu nedenle, alg yağı prosesinin hidrodeoksijenasyonunu ekonomik olarak mümkün kılmak için kritik teknik zorluklardan biri, etkili katalizörlerin araştırılması ve geliştirilmesi ile ilgilidir.

Jet yakıtı

Alglerin biyoyakıt olarak kullanılmasına yönelik denemeler, 2008 yılında Lufthansa ve Virgin Atlantic tarafından gerçekleştirilmiştir , ancak alg kullanımının jet biyoyakıtları için makul bir kaynak olduğuna dair çok az kanıt vardır. 2015'e kadar, yetiştirme yağlı asit metil esterlerinin ve alkenones yosunlardan, Isochrvsis , olası bir püskürtme biyoyakıt, araştırma altında besleme .

2017 itibariyle, alglerden jet yakıtı üretiminde çok az ilerleme kaydedilmiştir ve 2050 yılına kadar yakıt ihtiyacının yalnızca %3 ila %5'inin alglerden sağlanabileceği tahmin edilmektedir. bir alg biyoyakıt endüstrisi, kozmetik , hayvan yemi veya özel petrol ürünleri gibi diğer ürünlere yönelik iş geliştirmelerini ya kapattı ya da değiştirdi .

Türler

Petrolün seri üretimi için alglere yönelik araştırmalar , deniz yosunu gibi makroalglerin aksine , temel olarak mikroalglere ( diatomlar ve siyanobakteriler dahil olmak üzere çapı 0,4 mm'den küçük fotosentez yapabilen organizmalar) odaklanır . Mikroalglerin tercihi, büyük ölçüde daha az karmaşık yapıları, hızlı büyüme oranları ve yüksek yağ içeriği (bazı türler için) nedeniyle ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, muhtemelen bu kaynağın yüksek mevcudiyeti nedeniyle, biyoyakıtlar için deniz yosunlarının kullanılması konusunda bazı araştırmalar yapılmaktadır.

2012 itibariyle, dünya çapında çeşitli yerlerdeki araştırmacılar, aşağıdaki türleri toplu yağ üreticileri olarak uygunlukları açısından araştırmaya başladılar:

• Botryococcus braunii
• klorella
• Dunaliella tertiolekta
• gracilarya
• Pleurochrysis carterae ( CCMP647 olarak da bilinir).
• Sargassum , Gracilaria'nın çıkış hacminin 10 katı.

Her alg türünün ürettiği yağ miktarı büyük ölçüde değişir. Aşağıdaki mikroalglere ve bunların çeşitli yağ verimlerine dikkat edin:

• Ankistrodesmus TR-87: %28-40 kuru ağırlık
• Botryococcus braunii : %29–75 dw
• Chlorella sp.: %29 dw
• Chlorella protothecoides ( ototrofik / heterotrofik ): %15–55 dw
• Crypthecodinium cohnii : %20 dw
• Cyclotella DI- 35: %42dw
• Dunaliella tertiolekta  : %36–42 dw
• Hantzschia DI-160: %66 dw
• Nannokloris : %31(6–63)dw
• Nannochloropsis  : 46 (31-68)% ka
  • Nannokloropsis ve biyoyakıtlar
• Neokloris oleo bolluğu : %35–54 dw
• Nitzschia TR-114: %28–50 dw
• Phaeodactylum tricornutum : %31 dw
• Scenedesmus TR-84: %45 dw
• Schizochytrium 50-77% dw
• Stichococcus : %33( 9-59 )dw
• Tetraselmis suecica : %15–32 dw
• Thalassiosira pseudonana : (21–31)%dw

Ek olarak , Ulva , yüksek büyüme oranı nedeniyle , kurak, subtropikal koşullarda kullanıma uygun kapalı çevrim bir güç üretim sistemi olan SOFT döngüsünde (SOFT, Solar Oksijen Yakıt Türbini anlamına gelir) kullanım için bir yakıt olarak araştırılmıştır. bölgeler.

Kullanılan diğer türler arasında Clostridium saccharoperbutylacetonicum , Sargassum , Gracilaria , Prymnesium parvum ve Euglena gracilis bulunur .

Besinler ve büyüme girdileri

Işık, en sınırlayıcı faktör olduğu için, alglerin büyüme için öncelikle ihtiyaç duyduğu şeydir. Birçok şirket, yapay ışık sağlamak için sistem ve teknolojiler geliştirmeye yatırım yapıyor. Bunlardan biri, bir sarmal düzende düzenlenmiş düşük enerjili ışıklara sahip dönen bir dikey şafta sahip bir Helix BioReactorTM geliştiren OriginOil'dir. Su sıcaklığı ayrıca alglerin metabolik ve üreme oranlarını da etkiler. Çoğu alg, su sıcaklığı düştüğünde düşük oranda büyümesine rağmen, otlayan organizmaların yokluğu nedeniyle alg topluluklarının biyokütlesi büyüyebilir. Besin alımı ve sınır tabakası difüzyon hızı mevcut hız ile arttığından, su akımı hızındaki mütevazı artışlar da alg büyüme oranlarını etkileyebilir.

Işık ve su dışında fosfor, nitrojen ve bazı mikro besinler de yosun yetiştirmede faydalıdır ve gereklidir. Azot ve fosfor, alg üretkenliği için gerekli olan en önemli iki besin maddesidir, ancak karbon ve silika gibi diğer besinler de gereklidir. Gerekli besinlerden fosfor, çok sayıda metabolik süreçte kullanıldığı için en gerekli olanlardan biridir. Mikroalg D. tertiolecta , büyümesini en çok hangi besinin etkilediğini görmek için analiz edildi. Fosfor (P), demir (Fe), kobalt (Co), çinko (Zn), manganez (Mn) ve molibden (Mo), magnezyum (Mg), kalsiyum (Ca), silikon (Si) ve kükürt konsantrasyonları ( S) konsantrasyonları, endüktif olarak eşleştirilmiş plazma (ICP) analizi kullanılarak günlük olarak ölçülmüştür. Ölçülen tüm bu elementler arasında fosfor, kültür boyunca %84'lük bir azalma ile en çarpıcı düşüşe neden oldu. Bu sonuç, fosfat formundaki fosforun, metabolizma için tüm organizmalar tarafından yüksek miktarlarda gerekli olduğunu göstermektedir.

Çoğu yosun türünü yetiştirmek için yaygın olarak kullanılan iki zenginleştirme ortamı vardır: Walne ortamı ve Guillard's F/ ₂ ortamı. Bu ticari olarak temin edilebilen besin çözeltileri, yosun yetiştirmek için gerekli tüm besin maddelerinin hazırlanması için gereken süreyi azaltabilir. Ancak, üretim sürecindeki karmaşıklıkları ve yüksek maliyetleri nedeniyle büyük ölçekli kültür operasyonlarında kullanılmazlar. Bu nedenle, alglerin seri üretimi için kullanılan zenginleştirme ortamları, laboratuvar düzeyinde gübreler yerine yalnızca tarım sınıfı gübrelerle birlikte en önemli besin maddelerini içerir.

yetiştirme

Algler, gıda ürünlerinden çok daha hızlı büyür ve kolza tohumu, palmiyeler, soya fasulyesi veya jatropha gibi geleneksel mahsullerden birim alan başına yüzlerce kat daha fazla yağ üretebilir . Alglerin 1-10 günlük bir hasat döngüsü olduğundan, ekimleri çok kısa bir zaman diliminde birkaç hasata izin verir, bu da yıllık mahsullerle ilişkili olandan farklı bir stratejidir. Ek olarak, algler, kurak araziler ve aşırı tuzlu toprak içeren araziler dahil olmak üzere karasal ürünler için uygun olmayan arazilerde yetiştirilebilir ve bu da tarımla rekabeti en aza indirir. Yosun yetiştiriciliği üzerine yapılan araştırmaların çoğu, temiz fakat pahalı fotobiyoreaktörlerde veya bakımı ucuz ama kirlenmeye meyilli olan açık havuzlarda yosun yetiştirmeye odaklanmıştır .

Kapalı döngü sistemi

Büyük miktarlarda alg yetiştirmeye başlamak için gerekli ekipman ve yapıların eksikliği, biyoyakıt üretimi için yaygın olarak kitlesel alg üretimini engellemiştir. Mevcut tarım süreçlerinin ve donanımının maksimum düzeyde kullanılması hedeftir.

Kapalı sistemler (açık havaya maruz kalmayan), hava tarafından üflenen diğer organizmalar tarafından kontaminasyon sorununu ortadan kaldırır. Kapalı bir sistemin sorunu, ucuz bir steril CO kaynağı bulmaktır.
₂. Birkaç deneyci CO'yu buldu
₂bir bacadan yosun yetiştirmek için iyi çalışır. Ekonomi nedeniyle, bazı uzmanlar biyoyakıtlar için alg yetiştiriciliğinin , atık ısıdan yararlanabileceği ve kirliliği emmeye yardımcı olabileceği kojenerasyonun bir parçası olarak yapılması gerektiğini düşünüyor .

PBR sistemi kullanılarak kontrollü ortam altında büyük ölçekte mikro alg üretmek için ışık kılavuzları, sparger ve gerekli PBR yapı malzemeleri gibi stratejiler iyi düşünülmelidir.

Fotobiyoreaktörler

Biyoyakıt kaynağı olarak algleri takip eden çoğu şirket, besin açısından zengin suyu , güneş ışığına maruz kalan (ve fotobiyoreaktörler veya PBR olarak adlandırılan) plastik veya borosilikat cam tüpler (" biyoreaktörler " olarak adlandırılır ) yoluyla pompalar .

Bir PBR'yi çalıştırmak, açık bir havuz kullanmaktan daha zordur ve daha maliyetlidir, ancak daha yüksek düzeyde kontrol ve üretkenlik sağlayabilir. Ek olarak, bir fotobiyoreaktör, havuzlardan veya diğer yöntemlerden çok daha kolay bir kapalı döngü kojenerasyon sistemine entegre edilebilir.

açık gölet

Açık havuz sistemleri, genellikle bir çark ile karıştırılan basit zemin havuzlarından oluşur. Bu sistemler, kapalı döngü fotobiyoreaktör sistemlerine kıyasla düşük güç gereksinimlerine, işletme maliyetlerine ve sermaye maliyetlerine sahiptir. Yüksek değerli alg ürünleri için neredeyse tüm ticari alg üreticileri, açık havuz sistemlerini kullanır.

çim yıkayıcı

Yosun temizleyici alg turba kullanılarak suyun üzerinden besin ve kirletici maddeleri temizlemek için esas olarak tasarlanmış bir sistemdir. ATS, atık akarsulardan veya doğal su kaynaklarından besin açısından zengin suyu alarak ve eğimli bir yüzey üzerinde titreştirerek doğal mercan resifinin alg çimlerini taklit eder. Bu yüzey, doğal olarak oluşan alg sporlarının yüzeye yerleşmesine ve kolonileşmesine izin veren kaba bir plastik zar veya bir elek ile kaplanmıştır. Algler oluşturulduktan sonra, her 5-15 günde bir hasat edilebilir ve yılda hektar başına 18 metrik ton alg biyokütlesi üretebilir. Öncelikle tek bir yüksek verimli alg türüne odaklanan diğer yöntemlerin aksine, bu yöntem doğal olarak oluşan alg polikültürlerine odaklanır. Bu nedenle, bir ATS sistemindeki alglerin lipid içeriği genellikle daha düşüktür, bu da onu etanol, metan veya bütanol gibi fermente edilmiş bir yakıt ürünü için daha uygun hale getirir. Tersine, hasat edilen algler , biyodizel, benzin ve jet yakıtı üretimini mümkün kılacak bir hidrotermal sıvılaştırma işlemi ile işlenebilir .

ATS'nin diğer sistemlere göre üç büyük avantajı vardır. İlk avantaj, açık havuz sistemlerine göre belgelenmiş daha yüksek üretkenliktir. İkincisi, daha düşük işletme ve yakıt üretim maliyetleridir. Üçüncüsü, doğal olarak oluşan alg türlerine olan bağımlılıktan kaynaklanan kontaminasyon sorunlarının ortadan kaldırılmasıdır. Bir ATS sisteminde enerji üretimi için öngörülen maliyetler, 3,50$/kg'a mal olacak bir fotobiyoreaktöre kıyasla 0,75$/kg'dır. Ayrıca, ATS'nin birincil amacının besin maddelerini ve kirleticileri sudan uzaklaştırmak olması ve bu maliyetlerin diğer besin giderim yöntemlerine göre daha düşük olduğunun gösterilmesi nedeniyle, bu, besin giderimi için bu teknolojinin kullanımını teşvik edebilir. ek bir fayda olarak biyoyakıt üretimi ile birincil işlev.

Yakıt üretimi

Yosun hasat edildikten sonra, biyokütle tipik olarak türe ve istenen ürüne göre farklılık gösterebilen bir dizi aşamada işlenir; bu aktif bir araştırma alanıdır ve aynı zamanda bu teknolojinin darboğazı: çıkarmanın maliyeti, elde edilenlerden daha yüksektir. Çözümlerden biri, onları "yemek" için filtre besleyicileri kullanmaktır. Gelişmiş hayvanlar hem yiyecek hem de yakıt sağlayabilir. Algleri çıkarmak için alternatif bir yöntem, algleri belirli mantar türleri ile büyütmektir. Bu, daha kolay ekstraksiyona izin veren alglerin biyo-flokülasyonuna neden olur.

dehidrasyon

Genellikle, algler kurutulur ve daha sonra , kurutulmuş malzemeden trigliseritler gibi enerji açısından zengin bileşikleri çıkarmak için heksan gibi bir çözücü kullanılır . Ardından, çıkarılan bileşikler standart endüstriyel prosedürler kullanılarak yakıta dönüştürülebilir. Örneğin, ekstrakte edilen trigliseritler, transesterifikasyon yoluyla biyodizel oluşturmak için metanol ile reaksiyona sokulur . Her türün yağ asitlerinin benzersiz bileşimi, elde edilen biyodizelin kalitesini etkiler ve bu nedenle besleme stoğu için alg türleri seçilirken dikkate alınmalıdır.

hidrotermal sıvılaştırma

Hidrotermal sıvılaştırma adı verilen alternatif bir yaklaşım , hasat edilen ıslak algleri yüksek sıcaklıklara ve basınçlara -350 °C (662 °F) ve inç kare başına 3.000 pound (21.000 kPa) maruz bırakan sürekli bir süreç kullanır.

Ürünler, bir veya daha fazla yükseltme işlemi kullanılarak havacılık yakıtı, benzin veya dizel yakıt olarak daha da rafine edilebilen ham petrolü içerir. Test süreci, alglerin karbonunun yüzde 50 ila 70'ini yakıta dönüştürdü. Diğer çıktılar arasında temiz su, yakıt gazı ve azot, fosfor ve potasyum gibi besinler bulunur.

besinler

Azot (N), fosfor (P) ve potasyum (K) gibi besinler bitki büyümesi için önemlidir ve gübrenin temel parçalarıdır. Silika ve demirin yanı sıra birkaç eser element de önemli deniz besinleri olarak kabul edilebilir, çünkü bunların eksikliği bir bölgedeki büyümeyi veya üretkenliği sınırlayabilir.

Karbon dioksit

köpüren CO
₂alg yetiştirme sistemleri aracılığıyla üretkenliği ve verimi (bir doyma noktasına kadar) büyük ölçüde artırabilir. Tipik olarak, yaklaşık 1.8 ton CO
₂alg türlerine göre değişmekle birlikte, üretilen ton alg biyokütlesi (kuru) başına kullanılacaktır. İçinde Glenturret Distillery Perthshire'daki perkolasyon CO
₂viski distilasyonu sırasında bir mikroalg biyoreaktörü ile yapılmıştır. Her bir ton mikroalg, iki ton CO2 emer.
₂. Projeyi yürüten İskoç Biyoenerji, mikroalgleri balıkçılık için yüksek değerli, protein açısından zengin gıda olarak satıyor . Gelecekte, alg kalıntılarını anaerobik çürütme yoluyla yenilenebilir enerji üretmek için kullanacaklar .

Azot

Azot, alg büyümesinde kullanılabilecek değerli bir substrattır. Farklı kapasitelerde, algler için besin maddesi olarak çeşitli azot kaynakları kullanılabilir. Yetiştirilen biyokütle miktarına göre nitratın tercih edilen azot kaynağı olduğu bulundu. Üre, karşılaştırılabilir sonuçlar gösteren hazır bir kaynaktır, bu da onu büyük ölçekli alg kültürlerinde azot kaynağı için ekonomik bir ikame yapar. Azotsuz bir ortama kıyasla büyümedeki açık artışa rağmen, azot seviyelerindeki değişikliklerin alg hücreleri içindeki lipid içeriğini etkilediği gösterilmiştir. Bir çalışmada, 72 saat boyunca nitrojen yoksunluğu, toplam yağ asidi içeriğinin (hücre bazında) 2,4 kat artmasına neden oldu. Toplam yağ asitlerinin %65'i, ilk kültürle karşılaştırıldığında yağ kütlelerindeki triaçilgliseritlere esterleştirildi, bu da alg hücrelerinin yağ asitlerinin de novo sentezini kullandığını gösterir. Yeterli hücre bölünme sürelerini korurken, alg hücrelerindeki lipid içeriğinin yeterince yüksek miktarda olması hayati önem taşır, bu nedenle her ikisini de en üst düzeye çıkarabilecek parametreler araştırılmaktadır.

atıksu

Muhtemel bir besin kaynağı, kanalizasyon, tarım veya taşkın ovalarının arıtılmasından kaynaklanan atık sudur ; bunların tümü şu anda başlıca kirleticiler ve sağlık riskleridir. Ancak bu atık su yosunları doğrudan besleyemez ve önce bakteriler tarafından anaerobik çürütme yoluyla işlenmelidir . Atık su alglere ulaşmadan işlenmezse, reaktördeki algleri kirletecek ve en azından istenen alg türlerinin çoğunu öldürecektir. Olarak biyogaz tesisleri, organik atık, genellikle karbon dioksit, bir karışım haline dönüştürülür metan ve organik gübre. Çürütücüden çıkan organik gübre sıvıdır ve yosun büyümesi için neredeyse uygundur, ancak önce temizlenmeli ve sterilize edilmelidir.

Tatlı su kaynaklarının tükenmeye devam etmesi nedeniyle, tatlı su yerine atık su ve okyanus suyunun kullanılması şiddetle savunulmaktadır. Bununla birlikte, atık sudaki ağır metaller, eser metaller ve diğer kirleticiler, hücrelerin biyosentetik olarak lipit üretme yeteneğini azaltabilir ve ayrıca hücre mekanizmasındaki diğer çeşitli çalışmaları etkileyebilir. Aynısı okyanus suyu için de geçerlidir, ancak kirleticiler farklı konsantrasyonlarda bulunur. Bu nedenle, tarımsal sınıf gübre tercih edilen besin kaynağıdır, ancak ağır metaller, özellikle bu metallere duyarlı alg türleri için yine bir sorundur. Açık havuz sistemlerinde, yüksek konsantrasyonlarda ağır metallerle başa çıkabilen alg türlerinin kullanılması, diğer organizmaların bu sistemleri istila etmesini önleyebilir. Bazı durumlarda, alg türlerinin nispeten kısa sürelerde endüstriyel atık sudan nikel ve çinkonun %90'ından fazlasını giderebildiği bile gösterilmiştir.

Çevresel Etki

Mısır veya soya fasulyesi gibi karasal temelli biyoyakıt ekinleriyle karşılaştırıldığında, mikroalg üretimi, mikroalglerden diğer tüm yağlı ekinlere göre daha yüksek yağ üretkenliği nedeniyle çok daha az önemli bir arazi ayak izi ile sonuçlanır. Algler ayrıca sıradan mahsuller için faydasız ve koruma değeri düşük olan marjinal arazilerde yetiştirilebilir ve tarım veya içme için yararlı olmayan tuzlu akiferlerden gelen suyu kullanabilir. Algler ayrıca okyanus yüzeyinde torbalarda veya yüzen ekranlarda büyüyebilir. Böylece mikroalgler, yeterli gıda ve suyun sağlanması veya biyolojik çeşitliliğin korunması üzerinde çok az etkisi olan bir temiz enerji kaynağı sağlayabilir. Yosun ekimi ayrıca böcek ilacı veya herbisit için harici sübvansiyon gerektirmez ve ilgili pestisit atık akışları oluşturma riskini ortadan kaldırır. Ek olarak, alg biyoyakıtları çok daha az toksiktir ve petrol bazlı yakıtlardan çok daha kolay bozunur. Bununla birlikte, herhangi bir yanıcı yakıtın yanıcı doğası nedeniyle, bir trenin raydan çıkması veya bir boru hattı sızıntısında olabileceği gibi, tutuşursa veya dökülürse bazı çevresel tehlikeler potansiyeli vardır. Algal biyoyakıtların çok daha yerel bir şekilde üretilebilmesi ve genel olarak daha düşük toksisite nedeniyle bu tehlike fosil yakıtlara kıyasla azaltılır, ancak tehlike yine de oradadır. Bu nedenle, alg biyoyakıtları, taşıma ve kullanımda petrol yakıtlarına benzer şekilde ve her zaman yeterli güvenlik önlemleri alınarak işlenmelidir.

Çalışmalar, biyoyakıt gibi yenilenebilir enerji kaynakları, fosil yakıtları değiştirilmesi azaltma yeteneğine sahip olduğunu tespit ettik CO
₂emisyonları %80'e kadar azaltır. Yosun tabanlı bir sistem CO2'nin yaklaşık %80'ini yakalayabilir
₂güneş ışığı mevcut olduğunda bir elektrik santralinden yayılan. Her ne kadar bu CO
₂yakıt yakıldığında daha sonra atmosfere salınacak, bu CO
₂ne olursa olsun atmosfere girerdi. Toplam CO'yu azaltma olasılığı
₂emisyonlar bu nedenle CO salınımının önlenmesinde yatmaktadır.
₂fosil yakıtlardan. Ayrıca, dizel ve petrol gibi yakıtlarla ve hatta diğer biyoyakıt kaynaklarıyla karşılaştırıldığında, alg biyoyakıtın üretimi ve yanması herhangi bir kükürt oksit veya nitröz oksit üretmez ve azaltılmış miktarda karbon monoksit, yanmamış hidrokarbonlar ve indirgenmiş miktarda üretir. diğer zararlı kirleticilerin emisyonu. Biyoyakıt üretiminin karasal bitki kaynakları, mevcut enerji gereksinimlerini karşılayacak üretim kapasitesine sahip olmadığı için, mikroalgler, fosil yakıtların tamamen değiştirilmesine yaklaşmak için tek seçeneklerden biri olabilir.

Mikroalg üretimi ayrıca tuzlu atık veya atık CO kullanma yeteneğini de içerir.
₂enerji kaynağı olarak akar. Bu, atık su arıtımı ile birlikte biyoyakıt üretmek için yeni bir strateji açarken, yan ürün olarak temiz su üretebilir. Bir mikroalgal biyoreaktörde kullanıldığında, hasat edilen mikroalgler, önemli miktarlarda organik bileşiklerin yanı sıra, aksi takdirde doğrudan yüzey ve yeraltı suyuna boşaltılacak olan atık su akıntılarından emilen ağır metal kirleticileri yakalayacaktır. Ayrıca bu süreç, doğada esansiyel ancak kıt bir element olan ve rezervlerinin son 50 yılda tükendiği tahmin edilen atıklardan fosforun geri kazanılmasına da olanak tanır. Diğer bir olasılık, alg çim temizleyici (ATS) olarak bilinen bir sistemde noktasal olmayan kaynak kirliliğini temizlemek için alg üretim sistemlerinin kullanılmasıdır. Bunun nehirlerdeki ve ötrofikasyondan etkilenen diğer büyük su kütlelerindeki nitrojen ve fosfor seviyelerini azalttığı kanıtlanmıştır ve günde 110 milyon litreye kadar suyu işleyebilecek sistemler inşa edilmektedir. ATS, yukarıda bahsedilen atık sular gibi nokta kaynaklı kirliliğin arıtılması veya çiftlik hayvanlarının atık sularının arıtılması için de kullanılabilir.

polikültürler

Alg biyoyakıtlarındaki neredeyse tüm araştırmalar, mikroalglerin tek türlerinin veya monokültürlerinin kültürlenmesine odaklanmıştır. Bununla birlikte, ekolojik teori ve ampirik çalışmalar, bitki ve alg polikültürlerinin, yani çoklu tür gruplarının, monokültürlerden daha büyük verim üretme eğiliminde olduğunu göstermiştir. Deneyler ayrıca, daha çeşitli su mikrobiyal topluluklarının, daha az çeşitliliğe sahip topluluklardan daha istikrarlı olma eğiliminde olduğunu göstermiştir. Son çalışmalar, mikroalglerin çoklu kültürlerinin, monokültürlerden önemli ölçüde daha yüksek lipid verimi ürettiğini buldu. Polikültürler ayrıca, diğer bitkiler veya alglerin istilasının yanı sıra, haşere ve hastalık salgınlarına karşı daha dirençli olma eğilimindedir. Bu nedenle, mikroalglerin polikültürde kültürlenmesi, yalnızca biyoyakıt verimini ve verimini artırmakla kalmaz, aynı zamanda bir alg biyoyakıt endüstrisinin çevresel etkisini de azaltır.

Ekonomik canlılık

Sürdürülebilir biyoyakıt üretimi için açıkça bir talep vardır, ancak belirli bir biyoyakıtın kullanılıp kullanılmayacağı nihai olarak sürdürülebilirliğe değil, maliyet verimliliğine bağlıdır. Bu nedenle araştırmalar, alg biyoyakıt üretiminin maliyetini geleneksel petrolle rekabet edebilecek düzeye indirmeye odaklanmaktadır. Alglerden çeşitli ürünlerin üretilmesi, alg üretimini ekonomik olarak uygulanabilir kılmak için en önemli faktör olarak belirtilmiştir. Diğer faktörler, güneş enerjisinin biyokütleye dönüşüm verimliliğinin iyileştirilmesi (şu anda %3, ancak teorik olarak %5 ila %7'ye ulaşılabilir) ve alglerden yağ çıkarılmasını kolaylaştırmaktır.

2007 tarihli bir raporda, petrol dizelinin geçerli bir ikamesi olması için alg yağının maliyetini tahmin eden bir formül türetilmiştir:

C _{(alg yağı)} = 25.9 × 10 ⁻³ C _(petrol)

burada: C _{(alg yağı)} , mikroalgal yağın galon başına dolar cinsinden fiyatıdır ve C _(petrol) , ham petrolün varil başına dolar cinsinden fiyatıdır. Bu denklem, alg yağının, ham petrolün kalorik enerji değerinin kabaca %80'ine sahip olduğunu varsayar.

Mevcut teknoloji ile, mikroalgal biyokütle üretme maliyetinin fotobiyoreaktörler için 2,95$/kg ve açık havuzlar için 3,80$/kg olduğu tahmin edilmektedir. Bu tahminler, karbondioksitin ücretsiz olarak mevcut olduğunu varsayar. Yıllık biyokütle üretim kapasitesi 10.000 tona çıkarılırsa, kilogram başına üretim maliyeti sırasıyla yaklaşık 0,47 ve 0,60 ABD dolarına düşer. Biyokütlenin ağırlıkça %30 yağ içerdiğini varsayarsak, bir litre yağ sağlamak için biyokütlenin maliyeti fotobiyoreaktörler ve kanallar için sırasıyla yaklaşık 1,40$ (5,30$/gal) ve 1,81$ (6,85$/gal) olacaktır. Fotobiyoreaktörlerde üretilen daha düşük maliyetli biyokütleden geri kazanılan petrolün maliyetinin 2,80 $/L olduğu tahmin edilmektedir, geri kazanım sürecinin nihai geri kazanılan petrolün maliyetine %50 katkıda bulunduğu varsayılmaktadır. Mevcut alg projeleri, galon başına 1 doların altındaki biyodizel üretim fiyat hedeflerine ulaşabilirse, Amerika Birleşik Devletleri, alg üretiminden elde edilen çevresel ve ekonomik açıdan sürdürülebilir yakıtları kullanarak 2020 yılına kadar ulaşım yakıtlarının %20'sini değiştirme hedefini gerçekleştirebilir.

Hasat gibi teknik sorunlar endüstri tarafından başarılı bir şekilde ele alınırken, alglerden biyoyakıt tesislerine yapılan yüksek ön yatırım birçok kişi tarafından bu teknolojinin başarısının önündeki büyük bir engel olarak görülüyor. Ekonomik uygulanabilirlik üzerine sadece birkaç çalışma kamuya açıktır ve genellikle kamuya açık alanda mevcut olan küçük verilere (genellikle sadece mühendislik tahminlerine) güvenmek zorundadır. Dmitrov, GreenFuel'in fotobiyoreaktörünü inceledi ve yosun yağının ancak varil başına 800 dolarlık bir petrol fiyatıyla rekabet edebileceğini tahmin etti. Alabi ve ark. alglerden biyoyakıt yapmak için kanalları, fotobiyoreaktörleri ve anaerobik fermenterleri inceledi ve fotobiyoreaktörlerin biyoyakıt yapmak için çok pahalı olduğunu buldu. Yuvarlanma yolları, çok düşük işçilik maliyetleri olan ılıman iklimlerde uygun maliyetli olabilir ve fermenterler, önemli süreç iyileştirmelerinin ardından uygun maliyetli hale gelebilir. Grup, sermaye maliyetinin, işçilik maliyetinin ve işletme maliyetlerinin (gübre, elektrik vb.) kendi başlarına, alg biyoyakıtlarının geleneksel yakıtlarla maliyet açısından rekabetçi olamayacak kadar yüksek olduğunu buldu. Benzer sonuçlar başkaları tarafından da bulundu; bu, biyoyakıt üretimi için algleri kullanmanın yeni, daha ucuz yolları bulunmadıkça, büyük teknik potansiyellerinin asla ekonomik olarak erişilebilir olamayacağını öne sürdü. Son zamanlarda, Rodrigo E. Teixeira yeni bir reaksiyon gösterdi ve biyoyakıt ve kimyasal üretim için hammaddelerin toplanması ve çıkarılması için mevcut yöntemlerin enerjisinin bir kısmını gerektiren ve tüm hücre bileşenlerini çıkaran bir süreç önerdi.

yan ürünlerin kullanımı

Mikroalglerin işlenmesinde üretilen yan ürünlerin çoğu, birçoğu alg biyoyakıtından daha uzun bir üretim geçmişine sahip olan çeşitli uygulamalarda kullanılabilir. Biyoyakıt üretiminde kullanılmayan ürünlerden bazıları, doğal boyalar ve pigmentler, antioksidanlar ve diğer yüksek değerli biyo-aktif bileşikleri içerir. Bu kimyasallar ve aşırı biyokütle, diğer endüstrilerde sayısız kullanım bulmuştur. Örneğin, boyalar ve yağlar, genellikle koyulaştırıcı ve su bağlayıcı maddeler olarak kozmetikte bir yer bulmuştur. İlaç endüstrisindeki keşifler arasında mikroalglerden elde edilen antibiyotikler ve antifungaller ile son birkaç on yılda popülaritesi artan doğal sağlık ürünleri yer almaktadır. Örneğin Spirulina çok sayıda çoklu doymamış yağ (Omega 3 ve 6), amino asitler ve vitaminlerin yanı sıra beta-karoten ve klorofil gibi faydalı olabilecek pigmentler içerir.

Avantajlar

Büyüme kolaylığı

Daha geleneksel ürünlere kıyasla hammadde olarak mikroalg kullanmanın ana avantajlarından biri, çok daha kolay yetiştirilebilmesidir. Algler, düzenli olarak kullanılan mahsullerin yetiştirilmesine uygun görülmeyen arazilerde yetiştirilebilir. Buna ek olarak, normalde bitki büyümesini engelleyebilecek atık suların alg yetiştirmede çok etkili olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, aksi takdirde gıda mahsulleri üretmek için kullanılacak olan ekilebilir araziler alınmadan algler yetiştirilebilir ve normal mahsul üretimi için daha iyi kaynaklar rezerve edilebilir. Mikroalgler ayrıca büyümek için daha az kaynak gerektirir ve çok az dikkat gerektirir, bu da alglerin büyümesinin ve yetiştirilmesinin çok pasif bir süreç olmasına izin verir.

Gıda üzerindeki etkisi

Mısır ve hurma gibi birçok geleneksel biyodizel hammaddesi, çiftliklerde çiftlik hayvanları için yem olarak ve insanlar için değerli bir besin kaynağı olarak da kullanılmaktadır. Bu nedenle, bunları biyoyakıt olarak kullanmak, her ikisi için de mevcut olan yiyecek miktarını azaltır, bu da hem yiyecek hem de üretilen yakıt için artan bir maliyetle sonuçlanır. Algleri biyodizel kaynağı olarak kullanmak, bu sorunu çeşitli şekillerde hafifletebilir. Birincisi, algler insanlar için birincil besin kaynağı olarak kullanılmaz, bu da yalnızca yakıt için kullanılabileceği ve gıda endüstrisinde çok az etkisi olacağı anlamına gelir. İkincisi, biyoyakıt için alglerin işlenmesi sırasında üretilen atık ürün ekstraktlarının çoğu, yeterli bir hayvan yemi olarak kullanılabilir. Bu, atıkları en aza indirmenin etkili bir yoludur ve daha geleneksel mısır veya tahıl bazlı yemlere çok daha ucuz bir alternatiftir.

Atıkların en aza indirilmesi

Biyoyakıt kaynağı olarak büyüyen alglerin de sayısız çevresel faydaları olduğu gösterilmiştir ve kendisini mevcut biyoyakıtlara çok daha çevre dostu bir alternatif olarak sunmuştur. Birincisi, tarımın yan ürünü olan gübrelerle kirlenmiş suyu ve diğer besin maddelerini birincil su ve besin kaynağı olarak kullanabilir. Bu nedenle, bu kirlenmiş suyun şu anda içme suyumuzu sağlayan göl ve nehirlere karışmasını engeller. Buna ek olarak, normalde suyu güvensiz hale getirecek olan amonyak, nitratlar ve fosfatlar aslında algler için mükemmel besinler olarak hizmet eder, bu da algleri büyütmek için daha az kaynağa ihtiyaç duyulduğu anlamına gelir. Biyodizel üretiminde kullanılan birçok alg türü, mükemmel biyo-sabitleyicilerdir, yani atmosferdeki karbondioksiti kendileri için bir enerji biçimi olarak kullanmak üzere uzaklaştırabilirler. Bu nedenle, baca gazlarını arıtmanın ve GHG emisyonlarını azaltmanın bir yolu olarak endüstride kullanım bulmuşlardır.

dezavantaj

Yüksek su gereksinimi

Mikroalg yetiştirme süreci oldukça su yoğundur. Yaşam döngüsü çalışmaları, 1 litre mikroalg bazlı biyodizel üretiminin 607 ile 1944 litre arasında su gerektirdiğini tahmin ediyor.

Ticari geçerlilik

Yosun biyodizel hala oldukça yeni bir teknolojidir. Araştırmanın 30 yılı aşkın bir süre önce başlamasına rağmen, temel olarak fon eksikliği ve nispeten düşük petrol maliyeti nedeniyle 1990'ların ortalarında askıya alındı. Sonraki birkaç yıl boyunca alg biyoyakıtları çok az ilgi gördü; 2000'lerin başındaki gaz zirvesine kadar, alternatif yakıt kaynakları arayışında sonunda bir canlanma olmadı. Algleri hasat etmek ve kullanılabilir bir biyodizel kaynağına dönüştürmek için teknoloji mevcut olsa da, mevcut enerji ihtiyaçlarını desteklemek için hala yeterince büyük bir ölçekte uygulanmadı. Yosun biyoyakıtlarının üretimini daha verimli hale getirmek için daha fazla araştırma gerekecek ve bu noktada, mısır ve tahıldan üretilenler gibi alternatif biyoyakıtları destekleyen lobiciler tarafından şu anda geri tutuluyor. 2013 yılında, Exxon Mobil Yönetim Kurulu Başkanı ve CEO'su Rex Tillerson , J. Craig Venter 's Synthetic Genomics ile ortak bir girişimde geliştirme için 600 milyon dolara kadar harcama taahhüdünün ardından , alglerin "muhtemelen 25 yıldan daha uzakta" olduğunu söyledi. ticari uygulanabilirlik, ancak Solazyme ve Sapphire Energy , sırasıyla 2012 ve 2013 yıllarında küçük ölçekli ticari satışlara başlamış olsa da . 2017 yılına gelindiğinde, çoğu çaba terk edildi veya diğer uygulamalara değiştirildi, yalnızca birkaçı kaldı. Ölçek ekonomileri ve mekanizasyon nedeniyle, deniz yosunu yakıt üretim maliyetlerinin fiyatının yine de %100'e kadar azaltılabilmesi beklenmektedir.

istikrar

Mikroalglerin işlenmesinden üretilen biyodizel, çoklu doymamış yağların içeriğinde diğer biyodizel formlarından farklıdır. Çoklu doymamış yağlar, düşük sıcaklıklarda akışkanlığını koruma yetenekleriyle bilinir. Bu, kışın daha düşük sıcaklıklarında üretimde bir avantaj gibi görünse de, çoklu doymamış yağlar normal mevsim sıcaklıklarında daha düşük stabiliteye neden olur.

Araştırma

Mevcut projeler

Amerika Birleşik Devletleri

Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) yenilenebilir enerji ve enerji verimliliği araştırma ve geliştirme için Enerji birincil ulusal laboratuvar ABD Departmanı. Bu program yenilenebilir enerjilerin üretimi ve enerji verimliliği ile ilgilidir. En güncel bölümlerinden biri, biyokütle proses mühendisliği ve analizi ile birlikte biyokütle karakterizasyonu, biyokimyasal ve termokimyasal dönüşüm teknolojilerinde yer alan biyokütle programıdır. Program, kırsal ekonomileri destekleyen, ülkelerin petrole olan bağımlılığını azaltan ve hava kalitesini iyileştiren enerji verimli, uygun maliyetli ve çevre dostu teknolojiler üretmeyi amaçlıyor.

En Woods Hole Oşinografi Enstitüsü ve Harbor Branch Oşinografi Enstitüsü , evsel ve endüstriyel kaynaklardan gelen atık su yosunu büyümesini hızlandırmak için kullanılmaktadır zengin organik bileşikler içerir. Georgia Üniversitesi Biyoloji ve Ziraat Mühendisliği Bölümü, endüstriyel atık su kullanarak mikroalgal biyokütle üretimini araştırıyor. Indianapolis , Indiana merkezli Algaewheel , biyoyakıt üretmek için çamur yan ürününü kullanarak belediye atık sularını arıtmak için alg kullanan Indiana Cedar Lake'de bir tesis inşa etmek için bir teklif sundu . Daphne, Alabama merkezli bir şirket olan Algae Systems tarafından da benzer bir yaklaşım izleniyor .

Sapphire Energy (San Diego), alglerden yeşil ham petrol üretti.

Solazyme ( Güney San Francisco, California ), jet uçaklarına alglerden güç sağlamak için uygun bir yakıt üretti.

Nova Scotia , Ketch Harbour'daki Deniz Araştırmaları istasyonu, 50 yıldır yosun yetiştirmekle ilgileniyor. Ulusal Araştırma Konseyi (Kanada) (NRC) ve Ulusal Yan ürünler Programı bu projeyi finanse etmek için 5 milyon $ sağladı. Programın amacı, Ketch liman tesisinde 50.000 litrelik bir yetiştirme pilot tesisi kurmaktı. İstasyon, biyoyakıt için alglerin en iyi nasıl yetiştirileceğinin değerlendirilmesinde yer aldı ve Kuzey Amerika bölgelerinde çok sayıda alg türünün kullanımının araştırılmasında yer aldı. NRC, Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı, Colorado'daki Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı ve New Mexico'daki Sandia Ulusal Laboratuvarları ile güçlerini birleştirdi .

Avrupa

Yosun petrol üretilmesine çalışıyoruz İngiltere'deki üniversiteler şunlardır: Manchester Üniversitesi , Sheffield Üniversitesi , Glasgow Üniversitesi , Brighton Üniversitesi , Cambridge Üniversitesi , University College London , Imperial College London , Cranfield Üniversitesi ve Newcastle Üniversitesi . İspanya'da, araştırma yürüttüğü de geçerlidir CSIC 'ın Instituto de Bioquímica Bitkisel y Fotosíntesis (Mikroalgler Biyoteknoloji Grubu, Sevilla ).

Avrupa Yosun Biyokütle Birliği (EABA) 79 üyesi ile şu anda, yosun teknolojileri alanında hem araştırma ve endüstrisini temsil Avrupa birliğidir. Derneğin merkezi İtalya'nın Floransa kentindedir. EABA'nın genel amacı, biyoyakıt kullanımları ve diğer tüm kullanımlar dahil olmak üzere biyokütle üretimi ve kullanımı alanında karşılıklı değişimi ve işbirliğini teşvik etmektir. Üyeleri arasında dayanışma ve bağ oluşturmayı, geliştirmeyi ve sürdürmeyi ve Avrupa düzeyinde ve uluslararası düzeyde çıkarlarını savunmayı amaçlar. Ana hedefi, Algler alanında araştırma, teknoloji ve endüstriyel kapasitelerin geliştirilmesini teşvik etmek için bilim adamları, sanayiciler ve karar vericiler arasında sinerjiyi teşvik etmek için bir katalizör görevi görmektir.

CMCL yenilikleri ve Cambridge Üniversitesi, bir C-FAST (Algal ve Güneş Teknolojilerinden elde edilen Karbon negatif Yakıtlar) tesisinin ayrıntılı bir tasarım çalışmasını yürütüyor . Temel amaç, kimyasal emtia endüstrisi için sürdürülebilir karbon negatif enerji taşıyıcıları ve hammaddeleri olarak hidrokarbon yakıtların (dizel ve benzin dahil) üretimini gösterebilecek bir pilot tesis tasarlamaktır. Bu proje Haziran 2013'te raporlanacak.

Ukrayna , özel bir alg türü kullanarak biyoyakıt üretmeyi planlıyor.

Avrupa Komisyonu yoluyla finanse 'ın Yosun Küme Projesi, Yedinci Çerçeve Programı , her tasarım ve arazi 10ha kapsayan farklı bir yosun biyoyakıt tesisi inşa etmek isteyen, üç alg biyoyakıt projelerinin oluşur. Projeler BIOFAT, All-Gas ve InteSusAl'dır.

Alglerden çeşitli yakıtlar ve kimyasallar üretilebildiğinden, entegre bir alg biyorafinerisinde uygulama için çeşitli üretim proseslerinin (geleneksel ekstraksiyon/ayırma, hidrotermal sıvılaştırma, gazlaştırma ve piroliz) fizibilitesinin araştırılması önerilmiştir.

Hindistan

Reliance Industries , Algenol ile işbirliği içinde , ABD, 2014 yılında alg biyo-yağ üretmek için bir pilot projeyi devreye aldı. Protein içeriği açısından zengin bir alg olan Spirulina , Hindistan'da ticari olarak yetiştirilmektedir. Algler Hindistan'da açık/doğal oksidasyon havuzlarında kanalizasyonun arıtılması için kullanılmaktadır. Bu, kanalizasyonun Biyolojik Oksijen İhtiyacını (BOD) azaltır ve ayrıca yakıta dönüştürülebilen alg biyokütlesi sağlar.

Başka

Algae Biomass Organisation (ABO), misyonu "alglerden elde edilen yenilenebilir ve sürdürülebilir ürünler için uygun ticari pazarların gelişimini teşvik etmek" olan kar amacı gütmeyen bir organizasyondur.

Milli Yosun Derneği (NAA) biyoyakıtlar pazarlar için alternatif hammadde olarak alg yağı ticarileştirme hedefini paylaşan algler araştırmacılar, algler üretim şirketleri ve yatırım çevrelerinin kar amacı gütmeyen bir organizasyondur. NAA, üyelerine, potansiyel erken aşama şirket fırsatları için çeşitli alg teknolojilerini verimli bir şekilde değerlendirmeleri için bir forum sağlar.

Kanada, Ontario'daki Pond Biofuels Inc., alglerin doğrudan bir çimento fabrikasından çıkan baca emisyonlarından yetiştirildiği ve atık ısı kullanılarak kurutulduğu işleyen bir pilot tesise sahiptir. Mayıs 2013'te Pond Biofuels, Bonnyville, Alberta yakınlarındaki bir petrol kumları sahasında gösteri ölçekli bir alg biyorafinerisi inşa etmek için Kanada Ulusal Araştırma Konseyi ve Kanada Doğal Kaynaklar Limited Şirketi ile bir ortaklık duyurdu .

Kanada , Nova Scotia, Halifax'ta Ocean Nutrition Canada , biyoyakıt üretimi için kullanılan diğer alg türlerinden 60 kat daha fazla yağ üretebilen yeni bir alg türü buldu.

Viral Genetics Incorporated'ın bir yan kuruluşu olan VG Energy, aksi takdirde fotosentetik enerjiyi karbonhidrat üretimine yönlendirecek olan metabolik yolları bozarak alg lipid üretimini artırmaya yönelik yeni bir yöntem keşfettiğini iddia ediyor. Şirket, bu teknikleri kullanarak, lipit üretiminin birkaç kat artırılabileceğini ve potansiyel olarak alg biyoyakıtlarını mevcut fosil yakıtlarla maliyet açısından rekabetçi hale getirebileceğini belirtiyor.

Bir nükleer enerji santralinin sıcak su deşarjından elde edilen yosun üretimi, Exelon Corporation'a ait Peach Bottom Nuclear Power Station'da Patrick C. Kangas tarafından pilot olarak yapılmıştır . Bu işlem, kış aylarında bile yosun büyümesini sürdürmek için nispeten yüksek sıcaklıktaki sudan yararlanır.

Sapphire Energy ve Bio Solar Cells gibi şirketler, alg yakıt üretimini daha verimli hale getirmek için genetik mühendisliğini kullanıyor. Bio Solar Cells'den Klein Lankhorst'a göre, algler uzun karbonhidrat zincirleri yerine sadece kısa karbon zincirleri oluşturacak şekilde değiştirilebildiğinden, genetik mühendisliği alg yakıt verimliliğini büyük ölçüde artırabilir. Sapphire Energy ayrıca mahsul olarak kullanıma uygun algler üretmek için kimyasal olarak indüklenen mutasyonları kullanır.

Büyük ölçekli alg yetiştirme sistemlerine yönelik bazı ticari çıkarlar, çimento fabrikaları, kömür santralleri veya kanalizasyon arıtma tesisleri gibi mevcut altyapılarla bağlantı kurmaya çalışıyor. Bu yaklaşım, hammaddeleri, CO2'yi sağlamak için atıkları kaynaklara dönüştürür.
₂ ve sistem için besinler.

Bir fotobiyoreaktörde deniz mikroalglerini kullanan bir fizibilite çalışması, Jacobs Üniversitesi Bremen'deki Uluslararası Kıta Marjları Araştırma Konsorsiyumu tarafından yapılmaktadır .

Çevre Bilimi Bölümü Ateneo de Manila Üniversitesinde de Filipinler , yosun yerel türlerden biyoyakıt üretmek üzerinde çalışıyor.

Genetik mühendisliği

Genetik mühendisliği algleri, lipid üretimini veya büyüme oranlarını artırmak için kullanılmıştır. Genetik mühendisliğindeki mevcut araştırmalar, enzimlerin girişini veya çıkarılmasını içerir . 2007 yılında Oswald ve ark. Bir tanıtıldı sentaz monoterpen tatlı gelen fesleğen içine Saccharomyces cerevisiae , bir suş maya . Bu özel monoterpen sentaz , aynı zamanda ortama salgılarken , büyük miktarlarda geraniolün de novo sentezine neden olur . Geraniol, gül yağı , palmarosa yağı ve sitronella yağının yanı sıra uçucu yağlarda birincil bileşendir ve bu da onu biyodizel üretimi için uygun bir triasilgliserit kaynağı yapar .

ADP-glukoz pirofosforilaz enzimi nişasta üretiminde hayati öneme sahiptir, ancak lipid sentezi ile hiçbir bağlantısı yoktur. Bu enzimin çıkarılması, artan lipit içeriği gösteren sta6 mutantı ile sonuçlandı. Azot eksikliği olan ortamda 18 saatlik büyümeden sonra sta6 mutantları, WT hücrelerinde 10 ng/1000 hücreye kıyasla ortalama 17 ng triasilgliserit/1000 hücreye sahipti. Lipid üretimindeki bu artış, algler nişasta üretiminden enerjiyi saptırdığı için hücre içi kaynakların yeniden tahsisine bağlandı.

2013'te araştırmacılar, büyümeden ödün vermeden lipitleri (yağları) artırmak için yağ azaltıcı enzimlerin (çok işlevli lipaz/fosfolipaz/asiltransferaz) "yıkımını" kullandılar. Çalışma aynı zamanda verimli bir tarama sürecini de tanıttı. Antisens eksprese eden yıkım suşları 1A6 ve 1B1, üstel büyüme sırasında 2.4 ve 3.3 kat daha yüksek lipit içeriği ve 40 saatlik silikon açlığından sonra 4.1 ve 3.2 kat daha yüksek lipit içeriği içeriyordu.

2014 yılında Ecover, yosunların genetiği değiştirilmiş yosun yağından yapılan bir çamaşır yıkama ürününü duyurdu.

Finansman programları

Yenilenebilir Enerji kullanımını teşvik etmek amacıyla çok sayıda Finansman programı oluşturulmuştur. Kanada'da, ecoAgriculture biyoyakıt sermaye girişimi (ecoABC), çiftçilere yenilenebilir bir yakıt üretim tesisi inşa etme ve genişletme konusunda yardımcı olmak için proje başına 25 milyon $ sağlıyor. Program, bu projeler için 186 milyon dolar ayırdı. Sürdürülebilir kalkınma (SDTC) programı, yeni nesil yenilenebilir yakıtların inşasına yardımcı olmak için 8 yılda 500 milyon dolar da uyguladı. Ayrıca, son 2 yılda yenilenebilir yakıt araştırma ve analizi için 10 milyon ABD doları tahsis edilmiştir.

Avrupa'da, Yedinci Çerçeve Programı (FP7) araştırmaları finanse etmek için ana araçtır. Benzer şekilde, NER 300, yenilenebilir enerji ve şebeke entegrasyon projelerine adanmış resmi olmayan, bağımsız bir portaldır. Diğer bir program, 1 Ocak'ta başlayacak olan ve çerçeve programı ile diğer AB inovasyon ve araştırma fonlarını yeni bir entegre fon sisteminde bir araya getirecek olan Horizon 2020 programını içermektedir.

Amerikan NBB 'ın Hammadde Geliştirme programı sürdürülebilir bir şekilde biyodizel için kullanılabilir malzemeyi genişletmek için ufukta algler üretimini ele alıyor.

Uluslararası politikalar

Kanada

1975 petrol krizinden bu yana Amerika Birleşik Devletleri, Kanada ve Avrupa'da Yenilenebilir Yakıtların kullanımını teşvik etmek için çok sayıda politika uygulamaya konmuştur. Kanada'da bunlar, 1992'de biyokütle ve metanolden yapılan etanole genişletilen propan ve doğal gazdan muaf tüketim vergilerinin uygulanmasını içeriyordu. Federal hükümet ayrıca 2006'da dört bileşen öneren yenilenebilir yakıt stratejilerini açıkladı: Kanada'nın yenilenebilir yakıt üretiminin genişlemesini destekleyen, çiftçilerin bu sektörde yeni fırsatları yakalamalarına yardımcı olan ve yeni teknolojilerin ticarileştirilmesini hızlandıran düzenleme. Bu yetkiler hızla Kanada eyaletleri tarafından takip edildi:

BC, Ocak 2010'dan itibaren geçerli olmak üzere %5 etanol ve %5 yenilenebilir dizel gereksinimini uygulamaya koydu. Ayrıca 2012-2020 için düşük karbonlu yakıt gereksinimini de uygulamaya koydu.

Alberta, Nisan 2011'de uygulanan %5 etanol ve %2 yenilenebilir dizel gereksinimini uygulamaya koydu. Eyalet ayrıca, yenilenebilir yakıtları nitelendirmek için minimum %25 GHG emisyonu azaltma gereksinimini de uygulamaya koydu.

Saskatchewan, 2009 yılında %2 yenilenebilir dizel gereksinimini uygulamaya koydu.

Ek olarak, 2006'da Kanada Federal Hükümeti satın alma gücünü biyoyakıt endüstrisini teşvik etmek için kullanma taahhüdünü açıkladı. 2006 alternatif yakıtlar yasasının üçüncü bölümü, ekonomik olarak mümkün olduğunda, tüm federal kurumların ve kraliyet şirketlerinin yüzde-75'inin motorlu taşıtlar olacağını belirtti.

Kanada Ulusal Araştırma Konseyi, onun amiral gemisi programlardan biri olarak Alg Karbon Dönüşüm araştırma kurmuştur. Bu programın bir parçası olarak, NRC Mayıs 2013'te Kanada Doğal Kaynaklar Limited Şirketi ve Pond Biofuels ile Bonnyville, Alberta yakınlarında gösteri ölçekli bir alg biyorafineri inşa etmek için ortaklık kurduklarını duyurdu.

Amerika Birleşik Devletleri

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki politikalar, federal ve eyalet hükümetleri tarafından petrol endüstrisine sağlanan ve genellikle 2,84 milyar doları içeren sübvansiyonlarda bir azalmayı içeriyordu. Bu, biyoyakıt endüstrisi için gerçekte ayrılandan daha fazlasıdır. Tedbir, Pittsburgh'daki G20'de tartışıldı ve liderlerin "verimsiz fosil yakıt sübvansiyonlarının savurgan tüketimi teşvik ettiğini, enerji güvenliğimizi azalttığını, temiz kaynaklara yatırımı engellediğini ve iklim değişikliği tehdidiyle başa çıkma çabalarını baltaladığını" kabul etti. Bu taahhüt yerine getirilirse ve sübvansiyonlar kaldırılırsa, alg biyoyakıtlarının rekabet edebileceği daha adil bir pazar oluşturulacaktır. 2010 yılında, ABD Temsilciler Meclisi, federal vergi kredisi programlarında alg bazlı biyoyakıtlarla selüloz biyoyakıtlar arasında bir denklik sağlamaya çalışan bir yasa çıkardı. Yosun bazlı yenilenebilir yakıt teşvik yasası (HR 4168), biyoyakıt projelerine galon başına 1,01 $'lık üretim vergisi kredisine erişim ve biyoyakıt tesisi mülkü için %50 bonus amortisman sağlamak için uygulandı. ABD Hükümeti ayrıca, 2011 yılında uygulamaya konulan Ulusal Güvenliği Geliştirmek için Yerli Yakıt Yasasını da uygulamaya koymuştur. Bu politika, 1949 tarihli Federal Mülkiyet ve İdari Hizmetler Yasasında ve federal savunma hükümlerinde, Dışişleri Bakanlığı'nın görev süresinin 15'e çıkarılması için bir değişiklik teşkil etmektedir. Gelişmiş biyoyakıt satın alınması durumunda savunma (DOD) çok yıllı sözleşmesi yapılabilir. Federal ve DOD programları genellikle 5 yıllık bir süre ile sınırlıdır

Başka

Avrupa Birliği (AB), Biyoyakıtlar ve Yakıt Kalitesi Direktiflerinde bir değişiklik olarak oluşturulan ikinci nesil alg biyoyakıtlarının kredilerini dört katına çıkararak yanıt verdi.

Şirketler

Algal biyoyakıt, geleneksel petrol ürünlerine nispeten yeni bir alternatif olmakla birlikte, teknolojinin her alanında büyük ilerlemeler için sayısız fırsat bırakmaktadır. Yosun biyoyakıt üretmek henüz benzin için uygun maliyetli bir alternatif değil, ancak mevcut metodolojilerdeki değişiklikler bunu değiştirebilir. Gelişmeler için en yaygın iki hedef, büyüme ortamı (açık havuza karşı fotobiyoreaktör) ve alglerin hücre içi bileşenlerini uzaklaştırma yöntemleridir. Aşağıda, şu anda alg biyoyakıt teknolojilerinde yenilik yapan şirketler bulunmaktadır.

Algenol Biyoyakıtlar

2006 yılında kurulan Algenol Biofuels, etanol ve diğer yakıtların üretimi için patentli alg teknolojisini ticarileştiren küresel bir endüstriyel biyoteknoloji şirketidir. Güneybatı Florida'da bulunan Algenol'un patentli teknolojisi, tescilli algler, güneş ışığı, karbondioksit ve tuzlu su kullanarak en önemli dört yakıtın (etanol, benzin, jet ve dizel yakıtı) galon başına yaklaşık 1,27 $'a ve 8 000 üretim seviyelerinde üretilmesini sağlar. yılda dönüm başına toplam galon sıvı yakıt. Algenol'ün teknolojisi yüksek verim üretir ve endüstriyel kaynaklardan karbondioksit kullanarak düşük maliyetli yakıt üretimi için patentli fotobiyoreaktörlere ve tescilli aşağı akış tekniklerine dayanır. Şirket başlangıçta 2014 yılına kadar ticari olarak üretim yapmayı planlıyordu, ancak Florida Valisi Rick Scott, 2013 yılında eyaletin ticari benzinde minimum %10 etanol kullanma zorunluluğunu ortadan kaldıran bir yasa tasarısı imzalayınca geri çekildi. Bu, Algenol CEO'su Paul Woods'un ticari miktarlarda alg biyoyakıtları üretmek ve diğer iş sahalarını takip etmek için 500 milyon ABD Doları değerinde bir tesis için bir plandan vazgeçmesine neden oldu. Şu anda Algenol, ABD Enerji Bakanlığı'nın Biyoenerji Teknolojileri Ofisi'nin bir ortağıdır ve 2015 yılında Florida merkezli bir yakıt distribütörü olan Protec Fuel'e E15 ve E85 etanol karışımlarının daha küçük ölçekli ticari satışına başlamıştır.

Mavi Mermer Üretimi

Blue Marble Production, kendini yosunlu sulardan yosunları temizlemeye adamış Seattle merkezli bir şirkettir. Bu da çevreyi temizler ve bu şirketin biyoyakıt üretmesini sağlar. Bu şirket sadece alglerin seri üretimine odaklanmak yerine yan ürünlerle ne yapılacağına odaklanıyor. Bu şirket, suyunun neredeyse %100'ünü ters ozmoz yoluyla geri dönüştürerek her ay yaklaşık 26 000 galon su tasarrufu sağlıyor. Bu su daha sonra sistemlerine geri pompalanır. Alglerin bir yan ürünü olarak üretilen gaz da, birden fazla alg türünü tutan bir fotobiyoreaktör sistemine yerleştirilerek geri dönüştürülecektir. Geriye kalan gaz ne olursa olsun, termokimyasal işlemlerle piroliz yağına dönüştürülür. Bu şirket sadece biyoyakıt üretmeye çalışmakla kalmıyor, aynı zamanda algleri gübre, gıda aroması, iltihap önleyici ve kanser önleyici ilaçlar gibi çeşitli başka amaçlar için de kullanmak istiyor.

Solazim

Solazyme, Chevron gibi petrol şirketleri tarafından desteklenen bir avuç şirketten biridir. Ayrıca, bu şirket Imperium Renewables, Blue Crest Capital Finance ve The Roda Group tarafından da desteklenmektedir. Solazyme, kuru alglerin yüzde 80'ini yağ olarak kullanmanın bir yolunu geliştirdi. Bu işlem, alglerin karanlık bir fermantasyon kabında büyümesini ve büyüme ortamları içindeki karbon substratlar tarafından beslenmesini gerektirir. Etki, bitkisel yağ ile neredeyse aynı olan trigliseritlerin üretimidir. Solazyme'in üretim yönteminin, fotosentetik olarak yetiştirilen veya etanol üretmek için yapılan alglerden daha fazla yağ ürettiği söylenmektedir. Petrol rafinerileri daha sonra bu alg yağını alıp biyodizel, yenilenebilir dizel veya jet yakıtlarına dönüştürebilir.

Solazyme'in Maersk Line ve ABD Donanması ile işbirliği içinde yaptığı testlerin bir parçası olarak, 98.000 ton, 300 metrelik Maersk Kalmar konteyner gemisine 30 ton Soladiesel (RD) alg yakıtı yerleştirdi. Bu yakıt, Aralık 2011'de Bremerhaven, Almanya'dan Pipavav, Hindistan'a bir aylık bir yolculukta bir yardımcı motorda %7 ila %100 arasındaki karışımlarda kullanıldı. Temmuz 2012'de ABD Donanması, üç motorda 700.000 galon HRD76 biyodizel kullandı. Hawaii'deki 2012 RIMPAC tatbikatı sırasında USS Nimitz "Green Strike Group" gemileri. Nimitz ayrıca 200.000 galon HRJ5 jet biyoyakıt kullandı. 50/50 biyoyakıt karışımları Solazyme ve Dynamic Fuels tarafından sağlandı.

safir enerji

Sapphire Energy , Wellcome Trust, Bill Gates'in Cascade Investment, Monsanto ve diğer büyük bağışçılar tarafından desteklenen alg biyoyakıt endüstrisinde liderdir. 2007'de başlayan çeşitli alg yakıtlarının üretimi ile denemeler yaptıktan sonra, şirket şimdi açık kanal havuzlarındaki alglerden "yeşil ham petrol" olarak adlandırdığı şeyi üretmeye odaklanıyor. 2012 yılında 100 milyon dolardan fazla federal fon aldıktan sonra, Sapphire New Mexico'da ilk ticari gösteri yosun yakıt tesisini kurdu ve tesisin o yıl tamamlanmasından bu yana sürekli olarak biyoyakıt üretti. 2013 yılında, Safir için alg biyoyakıt ticari satışları başladı Tesoro piyasada yosun yakıt satmak için, Solazyme birlikte, ilk şirketlerden biri haline.

Diversified Technologies Inc.

Diversified Technologies Inc., alglerden yağ çıkarma maliyetlerini azaltmak için patent bekleyen bir ön arıtma seçeneği yarattı. Darbeli Elektrik Alanı (PEF) teknolojisi olarak adlandırılan bu teknoloji, bir yosun bulamacına yüksek voltajlı elektrik darbeleri uygulayan düşük maliyetli, düşük enerjili bir işlemdir. Elektrik darbeleri, tüm hücre içeriğinin (Lipidler, proteinler ve karbonhidratlar) mevcudiyetini artırarak, alg hücre duvarlarının kolayca yırtılmasını sağlar ve aşağı yönde belirli bileşenlere ayrılmasını sağlar. Hücre içi ekstraksiyona bu alternatif yöntem, hem hat içi entegre olma hem de yüksek verimli tertibatlara ölçeklenebilir olma kabiliyetini göstermiştir. Darbe Elektrik Alanı, algleri bir tedavi odasında kısa, yoğun elektromanyetik radyasyon patlamalarına maruz bırakarak hücre duvarlarını elektroporasyona tabi tutar. Hücre duvarındaki deliklerin oluşumu, içindeki içeriğin daha fazla ayrılma için çevreleyen çözeltiye akmasına izin verir. PEF teknolojisi yalnızca 1-10 mikrosaniyelik puls gerektirir ve bu da alg ekstraksiyonuna yüksek verimli bir yaklaşım sağlar.

Ön hesaplamalar, PEF teknolojisinin kullanımının, üretilen yosun türevli biyoyakıtın galonu başına sadece 0.10$'a karşılık geleceğini göstermiştir. Karşılaştırıldığında, geleneksel kurutma ve solvent bazlı ekstraksiyonlar galon başına 1,75 ABD dolarıdır. Maliyetler arasındaki bu tutarsızlık, alg kurutmanın genellikle ekstraksiyon işleminin %75'ini oluşturmasına bağlanabilir. Nispeten yeni bir teknoloji olmasına rağmen, PEF hem gıda dekomtaminasyon süreçlerinde hem de atık su arıtma işlemlerinde başarıyla kullanılmaktadır.

Origin Oils Inc.

Origin Oils Inc., ortak kapalı döngü büyüme sistemini değiştiren Helix Biyoreaktör adı verilen bir yöntemi araştırıyor. Bu sistem, her alg hücresinin gerekli miktarda ışık elde etmesini sağlayan sarmal bir düzende düşük enerjili ışıklar kullanır. Güneş ışığı, alg hücrelerinden yalnızca birkaç inç nüfuz edebilir ve bu da ışığı, açık havuzlu alg çiftliklerinde sınırlayıcı bir reaktif haline getirir. Biyoreaktördeki her bir aydınlatma elemanı, tam bir ışık spektrumu alg büyümesi için faydalı olmadığından, belirli dalga boylarında ışık yaymak için özel olarak değiştirilir. Aslında, ultraviyole ışınımı fotosentezi, fotoindirgemeyi ve alglerin 520 nm aydınlık-karanlık absorbans değişimini engellediği için zararlıdır.

Bu biyoreaktör ayrıca alg hücre büyümesinde bir başka önemli konuyu da ele alır; CO tanıtan ₂ bozarak veya alg aşırı havalandırarak olmadan yosun ve besin. Origin Oils Inc., Kuantum Çatlatma teknolojisini yaratarak bu sorunlarla mücadele eder. Bu işlem, CO alır ₂ son derece yüksek basınçlarda ve diğer besinler, kırıklar, onları ve yosunlara mikron boyutlu kabarcıklar sağlar. Bu, hücrelerin bütünlüğünü koruyarak besinlerin çok daha düşük bir basınçta verilmesini sağlar.

proviron

Proviron, Amerika Birleşik Devletleri'nde de faaliyet gösteren Belçikalı bir mikroalg şirketidir. Şirket, yosun yetiştirme maliyetini azaltan (düz plakalar kullanan) yeni tip bir reaktör üzerinde çalışıyor. En AlgaePARC benzer bir araştırma 4 yetiştirme sistemi (1 açık havuz sistemi ve kapalı sistemlerde 3 tip) kullanılarak yürütülmektedir. René Wijffels'e göre mevcut sistemler henüz yosun yakıtının rekabetçi bir şekilde üretilmesine izin vermiyor. Bununla birlikte, yeni (kapalı) sistemlerin kullanılması ve üretimin büyütülmesiyle, maliyetleri 10 kat azaltmak, kg alg başına 0,4 €'ya varan bir fiyatla mümkün olacaktır. Şu anda Proviron, öncelikle çevreye duyarlı plastikler, esterleştirme süreçleri ve buz çözme süreçleri gibi alg kültürlerinin alternatif kullanımlarına odaklanmaktadır.

cin yakıtları

Genifuel Corporation, yüksek sıcaklık/basınçlı yakıt çıkarma sürecini lisansladı ve ekiple 2008'den beri laboratuvarda çalışıyor. Şirket, endüstriyel miktarlarda biyoyakıt yapmak için bu süreci kullanan bir pilot tesis oluşturmak için bazı endüstriyel ortaklarla birlikte çalışmayı planlıyor. Genifuel işlemi, hidrotermal sıvılaştırmayı, 350 santigrat derece (662 derece Fahrenhayt) ve 20 684.2719 kPa (3 000 PSI) basınçta çalışan reaktörde katalitik hidrotermal gazlaştırma ile birleştirir.

Qeshm Mikroalg Biyorafineri A.Ş.

Qeshm Microalgae Biorefinery Co. (QMAB), yalnızca İran'ın Hürmüz Boğazı'ndaki Qeshm adasında faaliyet gösteren İran merkezli bir biyoyakıt şirketidir. QMAB'ın orijinal pilot tesisi 2009'dan beri faaliyet gösteriyor ve 25.000 Litre kapasiteye sahip. 2014 yılında QMAB, Nannochloropsis yosunundan türetilen bir biyoyakıt olan BAYA Biofuel'i piyasaya sürdü ve o zamandan beri benzersiz türünün kuru ağırlık hacmine göre %68'e kadar lipid olduğunu belirtti. Çiftliğin gelişimi, temel olarak biyoyakıt üretmek için nutrasötik ürünler ve yeşil ham petrol üretimi olmak üzere 2 aşamaya odaklanmaktadır. Mikroalg kültürlerinin ana ürünü, aynı tür yakıtlara ve kimyasal bileşiklere ayrılabilen ham petroldür.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

• Worldwatch Enstitüsü (2007). Ulaştırma için Biyoyakıtlar: 21. Yüzyılda Sürdürülebilir Tarım ve Enerji için Küresel Potansiyel ve Etkileri . Dünya taraması. ISBN'si 978-1-84407-422-8.
• McKay, David JC (3 Kasım 2008). Sürdürülebilir Enerji-Sıcak Hava Olmadan . 3.5.2. UIT Cambridge Ltd. ISBN 978-0-9544529-3-3.
• Lane, Jim (18 Nisan 2010). "Tuzlu Su: Enerji Özgürlüğünün Keskin Tadı" . Yenilenebilir Enerji Dünyası . Erişim tarihi: 21 Nisan 2010 .
• Bhatnagar, SK; Atul Saxena; Stefan Kraan, ed. (2011). Yosun biyoyakıt . Yeni Delhi: Studium Press (Hindistan) Pvt. Ltd. ISBN'si 978-93-8001-244-5.
• Darzins, Al; Pienkos, Philip; Edye, Les (2010). Algal biyoyakıt üretimi için mevcut durum ve potansiyel (PDF) . IEA Biyoenerji Görevi 39.

Dış bağlantılar

• Algal Yağının Ticari Kullanımı ve Üretimi Üzerine Bir Rapor
• Yosunlardan Biyoyakıtlara Ayık Bir Bakış (Biyodizel Dergisi)
• ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı Yayınları
• Algal Biyoyakıt Üretiminin Mevcut Durumu ve Potansiyeli