Mikroglony jako źródło energii odnawialnej

Transkrypt

1 Katedra Inżynierii Systemów Agrotechnicznych Mikroglony jako źródło energii odnawialnej Agnieszka Firląg-Beta Magdalena Sąsiadek opiekun: dr hab. inż. Adam Koniuszy, prof. nadzw dr hab. Małgorzata Hawrot-Paw

2 2 Plan prezentacji 1. Charakterystyka glonów 2. Dlaczego glony? 3. Glony vs. biomasa roślinna 4. Metody ekstrakcji oleju z glonów 5. Potencjał energetyczny alg 5. Wnioski

3 3 Charakterystyka glonów Jedne z najstarszych organizmów na Ziemi Zróżnicowane systematycznie Zróżnicowane morfologicznie Szeroko rozpowszechnione w przyrodzie

4 4 Podział alg Charakterystyka glonów Mikroglony Makroglony

5 5 Charakterystyka glonów Metody hodowli mikroglonów Systemy otwarte: Stawy glonowe Systemy zamknięte: Fotobioreaktory

6 6 Dlaczego glony? 2015 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 9 września 2015 r I generacja II generacja II generacja III generacja III generacja substraty żywnościowe biomasa odpadowa, biomasa odpadowa, glony glony celulozowa celulozowa

7 7 Dlaczego glony? Biopaliwa wytwarzane z glonów Składniki komórkowe Biomasa

8 8 Glony vs. biomasa roślinna Wyższe plony w stosunku do roślin Mniejsza powierzchnia upraw Wykorzystanie Rośliny wody słodkiej, Plon słonej, biomasy zasolonej [t.s.m ha -1 ] oraz z osadów ściekowych Minimalne zużycie pestycydów Zbiór biomasy możliwy po 1-10 dniach Kukurydza 18 Trawy łąkowe 8 Spartina preriowa 24 Miskant olbrzymi 33 Topinambur 30 Mikroglony dni 7 dni 14 dni

9 9 Glony vs. biomasa roślinna Wydajność oleju z roślin oleistych i glonów Rośliny Wydajność oleju [dm 3 ha -1 ] Kukurydza 172 Soja 446 Rzepak 1190 Jatrofa 1892 Orzech kokosowy 2689 Mikroglony Botryococcus braunii Nannochloropsis sp. Neochloris oleoabundans Nitzschia sp. Schizochytrium sp.

10 10 Glony vs. biomasa roślinna Wskaźnik emisji CO 2 Roślina Paliwo Emisja CO 2 [kg MJ -1 ] Kukurydza Bioetanol 83 Trzcina cukrowa Bioetanol 8 Soja Biodiesel 49 Rzepak Biodiesel 37 Mikroalgi Biodiesel Martha Groom, University of Washington; Elizabeth Gray, The Nature Conservancy; Patricia Townsend, University of Washington; as published in Conservation Biology

11 11 Glony vs. biomasa roślinna Wydajność metanu w procesie fermentacji metanowej

12 12 Schemat pozyskiwania oleju Metody ekstrakcji oleju z glonów z mikroglonów

13 13 Metody ekstrakcji oleju z glonów Analizowane metody ekstrakcji mikroglonów Wytłaczanie Ultradźwięki Mikrofale Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi Ekstrakcja rozpuszczalnikami w stanie nadkrytycznym Elektroporacja

14 14 Metody ekstrakcji oleju z glonów Wytłaczanie Schemat prasy ślimakowej

15 15 Ultradźwięki Metody ekstrakcji oleju z glonów Częstotliwość fal w zakresie od 20 khz do 500 khz

16 16 Mikrofale Metody ekstrakcji oleju z glonów

17 17 Metody ekstrakcji oleju z glonów Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi Stosowane rozpuszczalniki organiczne: - heksan - cykloheksan - benzen - etanol - aceton - chloroform - DMF

18 18 Metody ekstrakcji oleju z glonów Ekstrakcja rozpuszczalnikami w stanie nadkrytycznym Stosowane rozpuszczalniki: - dwutlenek węgla - metanol - etylen - aceton - amoniak yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.agro.../01_janiszewska.pdf

19 19 Elektroporacja Metody ekstrakcji oleju z glonów

20 20 Wyniki Metody ekstrakcji oleju z glonów Skuteczność metod pozyskiwania oleju Metoda pozyskiwania Skuteczność [%] Źródło Wytłaczanie + rozpuszczalnik organiczny Ultradźwięki + rozpuszczalnik organiczny Mikrofale + rozpuszczalnik organiczny 14,9. 21,2 6,0. 25,9 9,9. 77,0 Shen i in Ranjan i in Cravotto i in Lee i in Balasubramanian i in. 2011

21 21 Skuteczność metod Metody ekstrakcji oleju z glonów pozyskiwania oleju cd. Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi Ekstrakcja rozpuszczalnikami w stanie nadkrytycznym Elektroporacja + rozpuszczalnik organiczny 0,6. 47,0 2,8. 23,0 23,9. 43,7 Ranjan i in Balasubramanian i in Bjornsson i in Andrich i in Guderjan i in. 2005

22 22 Skuteczność [%] Metody ekstrakcji oleju z glonów ,2 25, ,7

23 23 Potencjał energetyczny alg 13

24 24 Potencjał energetyczny alg Algi jako surowiec paliwa lotniczego 14

25 25 Budynek zasilany algami Potencjał energetyczny alg

26 26 Budynek zasilany algami Potencjał energetyczny alg

27 27 Budynek zasilany algami Potencjał energetyczny alg Woda Układ kogeneracji Sprężone powietrze Wymiennik ciepła

28 28 Bibliografia: Andrich G., Nesti U., Venturi F Supercritical fluid extraction of bioacetive lipidst from the microalga Nannochloropsis sp. Eur J Lipid Się Technol 107(6), Balasubramanian S., Allen JD., Kanitkar A., Boldor D Oil extraction from Scenedesmus obliquus using a continuous microwave system- design, optimilization, and quality characterization. Bioresour Technol 102 (3), Cravotto G., Boffa L., Mantegna S., Perego P., Avogadro M., Cintas P Improved extraction of vegetable oils under high-intensity ultrasound and/or microwaves. Ultrason Sonochem 15 (5), Guderjan M., Topfl S., Angersach A., Knorr D Impact of pulsed electric field treatment on the recovery and quality of plant oils. J Food Eng 67 (3), Halim R., Gladman B., Danquah MK., Webley PA Oil extraction from microalgae for biodiesel production. Bioresour Technol 102 (1), Lee J-Y., Yoo C., Jun S-Y., Ahn C-Y., Oh H-M Comprasion of several methods for effective lipid extraction from microalgae. Bioresour Technol 101 (1), Shen Y., Pei Z., Yuan W., Mao E Effect of nitrogen and extraction method on algae lipid yield. Int J Agric Biol Eng 2 (1), Ranjan A., Patil C., Moholkar VS Mechanistic assessment of microalgal lipid extraction. Ind Eng Chem Res 49 (6), Bjornsson J., MacDougall KM., Mclanson JE., O Leary SJB., McGinn PJ Pilot-scale supercritical carbon dioxide extractions for the recovery of triacylglycerols from microalgae: a practical tool for algal biofuels research. J Appl Phycol 24 (3), Brennan L., Owende P., Biofuels from microalgae A review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and co-products, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, RSER-805, 1 21 Benemann J.R., Overview: Algae Oil to Biofuels (annotated presentation), źródło internetowe: Benson B. CH., Optimization of the light dynamics in the hydraulically integrated serial turbidostat algal reactor (HISTAR), praca doktorska Louisiana State University 2003 Borowitzka M. A., Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and fermenters, Journal of Biotechnology, 1999, 70, Chisti Y., Biodiesel from microalgae, Biotechnology Advances, 2007, 25, Fernandez F. G. A. i in., Outdoor production of Phaeodactylum tricornutum biomass in a helical reactor, Journal of Biotechnology, 2003,103, Gouveia L., Oliveira AC. Microalgae as a raw material for biofuels production. J Ind Microbiol Biotechnol, 2009, 36, Kozieł W., Włodarczyk T., Glony produkcja biomasy, Acta Agrophysica, 2011, 17,

29 29 Dziękujemy za uwagę