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 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 Charakterystyka glonów Jedne z najstarszych organizmów na Ziemi Zróżnicowane systematycznie Zróżnicowane morfologicznie Szeroko rozpowszechnione w przyrodzie http://www.alguemarket.com/info/macroalgues http://protist.i.hosei.ac.jp/pdb/images/chlorophyta/filamentous_algae/sp_9d4.jpg http://www.mszakipaprotniki.strefa.pl/glony.html http://wiki.teamliquid.net/overwatch/sea_algae
4 Podział alg Charakterystyka glonów Mikroglony Makroglony http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/indexmag.html https://www.theguardian.com/lifeandstyle/2015/may/20/seaweed-supermarket-rise-guide-types
5 Charakterystyka glonów Metody hodowli mikroglonów Systemy otwarte: Stawy glonowe Systemy zamknięte: Fotobioreaktory http://urodelka.pl/spirulina/index.htm http://www.algaenergy.es/zh-hans/%e5%9b%be%e5%ba%93/
6 Dlaczego glony? 2015 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 9 września 2015 r. http://www.uprawypolowe.pl/index.php?option=com_content&view http://levnynakupcz.cz/dekoracni-doplnky/aranzovaci-klasy-obili-2.html http://levnynakupcz.cz/dekoracni-doplnky/aranzovaci-klasy-obili-2.html http://www.bioguard.com/pool-products/algae-killing-and-prevention http://www.bioguard.com/pool-products/algae-killing-and-prevention I generacja II generacja II generacja III generacja III generacja substraty żywnościowe biomasa odpadowa, biomasa odpadowa, glony glony celulozowa celulozowa
7 Dlaczego glony? Biopaliwa wytwarzane z glonów Składniki komórkowe Biomasa
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 220 0 dni 7 dni 14 dni
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 59000-137000 Nitzschia sp. Schizochytrium sp.
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 59000-137000 183 Martha Groom, University of Washington; Elizabeth Gray, The Nature Conservancy; Patricia Townsend, University of Washington; as published in Conservation Biology
11 Glony vs. biomasa roślinna Wydajność metanu w procesie fermentacji metanowej
12 Schemat pozyskiwania oleju Metody ekstrakcji oleju z glonów z mikroglonów http://inhabitat.com/power-your-car-with-algae-algae-biocrude-by-livefuels
13 Metody ekstrakcji oleju z glonów Analizowane metody ekstrakcji mikroglonów Wytłaczanie Ultradźwięki Mikrofale Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi Ekstrakcja rozpuszczalnikami w stanie nadkrytycznym Elektroporacja
14 Metody ekstrakcji oleju z glonów Wytłaczanie http://www.oil-expellers.com/product/yzs-95-oil-expeller/ Schemat prasy ślimakowej
15 Ultradźwięki Metody ekstrakcji oleju z glonów Częstotliwość fal w zakresie od 20 khz do 500 khz http://laborant.pl/index.php/ultradzwieki-w-laboratorium
16 Mikrofale Metody ekstrakcji oleju z glonów https://openi.nlm.nih.gov/detailedresult.php?img=pmc3430265_ijms-13-08775f3&req=4
17 Metody ekstrakcji oleju z glonów Ekstrakcja rozpuszczalnikami organicznymi Stosowane rozpuszczalniki organiczne: - heksan - cykloheksan - benzen - etanol - aceton - chloroform - DMF http://making-biodiesel-books.com/about-algae/algae-oil-extraction/
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 Elektroporacja Metody ekstrakcji oleju z glonów
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. 2009 Ranjan i in. 2010 Cravotto i in. 2008 Lee i in. 2010 Balasubramanian i in. 2011
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. 2010 Balasubramanian i in. 2011 Bjornsson i in. 2012 Andrich i in. 2005 Guderjan i in. 2005
22 Skuteczność [%] Metody ekstrakcji oleju z glonów 80 77 60 40 20 0 21,2 25,9 47 23 43,7
23 Potencjał energetyczny alg http://next.gazeta.pl/next/51,150857,11370633.html?i=3 13
24 Potencjał energetyczny alg Algi jako surowiec paliwa lotniczego http://www.chron.com/business/article/algae-helps-power-flight-to-chicago-2257436.php 14
25 Budynek zasilany algami Potencjał energetyczny alg https://www.google.pl/search?q=algae+building&espv=2&source=lnms&tbm=isch&sa=x&ved=0ahukewinnp3_lvtsahuccpokhxgjdjkq_auibigb&biw=1366&bih=662#imgrc=rmxzoowi0x6lim:
26 Budynek zasilany algami Potencjał energetyczny alg http://inhabitat.com/splitterwerk-architects-design-worlds-first-algae-powered-building-for-germany/
27 Budynek zasilany algami Potencjał energetyczny alg Woda Układ kogeneracji Sprężone powietrze Wymiennik ciepła https://www.google.pl/search?q=jak+dzia%c5%82a+zasilanie+domu+na+glony&espv
28 Bibliografia: Andrich G., Nesti U., Venturi F. 2005. Supercritical fluid extraction of bioacetive lipidst from the microalga Nannochloropsis sp. Eur J Lipid Się Technol 107(6), 381-386. Balasubramanian S., Allen JD., Kanitkar A., Boldor D. 2011. Oil extraction from Scenedesmus obliquus using a continuous microwave system- design, optimilization, and quality characterization. Bioresour Technol 102 (3), 3396-3403. Cravotto G., Boffa L., Mantegna S., Perego P., Avogadro M., Cintas P. 2008. Improved extraction of vegetable oils under high-intensity ultrasound and/or microwaves. Ultrason Sonochem 15 (5), 898-902. Guderjan M., Topfl S., Angersach A., Knorr D. 2005. Impact of pulsed electric field treatment on the recovery and quality of plant oils. J Food Eng 67 (3), 281-287. Halim R., Gladman B., Danquah MK., Webley PA. 2011. Oil extraction from microalgae for biodiesel production. Bioresour Technol 102 (1), 178-185. Lee J-Y., Yoo C., Jun S-Y., Ahn C-Y., Oh H-M. 2010. Comprasion of several methods for effective lipid extraction from microalgae. Bioresour Technol 101 (1), 75-77. Shen Y., Pei Z., Yuan W., Mao E. 2009. Effect of nitrogen and extraction method on algae lipid yield. Int J Agric Biol Eng 2 (1), 51-57. Ranjan A., Patil C., Moholkar VS. 2010. Mechanistic assessment of microalgal lipid extraction. Ind Eng Chem Res 49 (6), 2979-2985. Bjornsson J., MacDougall KM., Mclanson JE., O Leary SJB., McGinn PJ. 2012. 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), 547-555. 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: www.nrel.gov/biomass/pdfs/benemann.pdf 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, 313 321 Chisti Y., Biodiesel from microalgae, Biotechnology Advances, 2007, 25, 294 306 Fernandez F. G. A. i in., Outdoor production of Phaeodactylum tricornutum biomass in a helical reactor, Journal of Biotechnology, 2003,103, 137 152 Gouveia L., Oliveira AC. Microalgae as a raw material for biofuels production. J Ind Microbiol Biotechnol, 2009, 36, 269-274 Kozieł W., Włodarczyk T., Glony produkcja biomasy, Acta Agrophysica, 2011, 17, 105 116
29 Dziękujemy za uwagę https://www.google.pl/search?q=biodiesel&espv=2&biw=1366&bih=623&source=lnms&tbm=isch&sa=x&ved=0ahukewj-sym269zmahxkapokhdnfdsiq_auibigb#tbm=isch&q=algae&imgrc=ekier-dh9bualm%3a