Przegląd fotobioreaktorów do produkcji biodiesla

• Autorzy: Patyna A. , Witczak S.

Warianty tytułu

EN

Overview of photobioreactors for the production of biodiesel

• Konferencja: Ochrona Środowiska (XVII; 19-21.10.2016; Ustroń, Polska)
• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Biomasa glonów coraz częściej uważana jest za potencjalny surowiec mogący służyć do produkcji biopaliw (biodiesel, biogaz) oraz energii elektrycznej i cieplnej. Ze względu na wyczerpujące się zasoby ropy naftowej, a także wzrost zanieczyszczenia środowiska, prowadzone są coraz szersze badania w zakresie wykorzystania biomasy alg jako źródła energii odnawialnej. Dodatkowo wysoka zawartość lipidów w komórkach alg i wiele innych zalet sprawia, że biodiesel produkowany z oleju pozyskanego z mikroalg może być właściwą alternatywą dla uszczuplających się zasobów diesla wytwarzanego z paliw kopalnych. Hodowla alg nie wymaga dużych powierzchni, a także używania czystej wody pitnej. W dodatku wskaźnik produkcji biomasy alg jest dużo wyższy niż roślin naczyniowych. Pod względem technologicznym sam proces produkcji biodiesla z alg jest podobny do analogicznego procesu produkcji tego paliwa z oleju roślinnego. By zacząć produkować biodiesel z mikroalg na skalę przemysłową, trzeba odpowiedzieć na ważne pytania związane z opłacalnością wytwarzania ich biomasy w różnych typach foto- bioreaktorach. W pracy dokonano oceny efektywności hodowli mikroalg w zamkniętych fotobioreaktorach o różnej konstrukcji i warunkach ich eksploatacji. Produkcja biomasy i biopaliw odbywa się wg dwóch głównych faz: procesu wstępnego (upstream) i końcowego (downstream). Proces wstępny obejmuje różne technologie hodowlane, których celem jest otrzymanie biomasy w jak największej ilości i o jak najlepszej jakości. Etap końcowy związany jest z kolei z doborem technologii zbioru alg i produkcji biopaliw.

EN

The algae biomass is increasingly being recognized as a potential raw material which may be used for the production of biofuels (biodiesel, biogas), electricity and thermal energy. Due to the depleting oil reserves and also the increase of environmental pollution, research is progressively being conducted on the use of the algae biomass as a source of renewable energy. Additionally a high content of lipids in the algae cells and a lot of other advantages make the biodiesel produced from oil obtained from micro-algae a proper alternative for the depleting diesel sources produced from fossil fuels. Algae breeding neither requires large amounts of areas, nor clean drinking water. Additionally, the biomass production ratio of algae is much higher than of vascular plants. In terms of technology the production process of biodiesel from algae itself is similar to the analogous production process of this fuel from vegetable oil. In order to produce biodiesel from microalgae on an industrial scale, it is necessary to answer important questions related to the profitability of producing biomass in different types of photobioreactors. The thesis contains the evaluation of the effectiveness of breeding microalgae in closed photobioreactors of different structures and under different exploitation conditions. Biomass and biofuels are produced according to two main phases: the initial (upstream) process and the final (downstream) process. The initial process covers different breeding technologies the aim of which is to obtain the largest amount of biomass of the best quality. The final stage relates to the choice of the technology of harvesting algae and of producing biofuels.

Słowa kluczowe

PL

algi; biodiesel; fotobioreaktor

EN

algae; biodiesel; photobioreactor

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Przemysłu Chemicznego, ZW CHEMPRESS-SITPChem
• Czasopismo: Chemik
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 70, nr 10
• Strony: 634--643
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Patyna A.

• Katedra Inżynierii Procesowej, Politechnika Opolska, Opole

autor

Witczak S.

• Katedra Inżynierii Procesowej, Politechnika Opolska, Opole

Bibliografia

• 1. Rawat I., Ranjith Kumar R., Mutanda T., Bux F.: Biodiesel from microalgae: A critical evaluation from laboratory to large scale production. Applied Energy 2013, 103, 444–467.
• 2. Singh R.N., Sharma S.: Development of suitable photobioreactor for algae production. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2012, 16, 2347–2353.
• 3. The American Heritage Dictionary of the English Language, 4th edition, 2000.
• 4. Kozieł W., Włodarczyk T.: Glony – produkcja biomasy. Acta Agrophysica 2011, 17, 1, 105–116.
• 5. Spolaore P., Joannis-Cassan C., Duran E., Isambert A.: Commercial application of microalgae. Journal of bioscience and bioengineering 2006, 101, 2, 87–96.
• 6. Shi J., Podola B., Melkonian M.: Removal of nitrogen and phosphorus from wastewater using microalgae immobilized on twin layers: an experimental study. Journal of Applied Phycology 2007, 19, 5, 417–423.
• 7. Mata T.M., Martins A.A., Caetano N.S.: Microalgae for biodiesel production and other applications: a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010, 14, 217–232.
• 8. Souza S.P., Gopal A.R., Seabra J.E.A.: Life cycle assessment of biofuels from an integrated Brazilian algae – sugarcane biorefinery. Energy 2015, 81, 1, 373–381.
• 9. Demirbas M.F.: Biofuels from algae for sustainable development. Applied Energy 2011, 88, 3473–3480.
• 10. Demirbas A.: Production of biodiesel from algae oils. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 2009, 31, 163–168.
• 11. Chisti Y.: Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances 2007, 25, 294–306.
• 12. Brennana 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 2010, 14, 2, 557–577.
• 13. Singha J., Gu S.: Commercialization potential of microalgae for biofuels production. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2012, 14, 9, 2596–2610.
• 14. Yadala S., Cremaschi S.: Design and optimization of artificial cultivation units of algae. Energy 2014, 78, 23–39.
• 15. Lundquist T.J., Woertz I.C., Quinn N.W.T., Benemann J.R.: A realistic technology and engineering assessment of algae biofuel production. Energy Biosciences Institute, University of California, Berkeley, California, October 2010.
• 16. Sánchez Mirón A., Cerón García M.C., Contreras Gómez A., Garcia Camacho F., Molina Grima E., Chisti Y:. Shear stress tolerance and biochemical characterization of Phaeodactylum tricornutum in quasi steady-state continuous culture in outdoor photobioreactors. Biochemical Engineering Journal 2003, 16, 3, 287–297.
• 17. Holtermann T., Madlener R.: Assessment of the technological development and economic potential of photobioreactors. Faculty of Business and Economics 2009.
• 18. Eriksen N.T.: The technology of microalgal culturing. Biotechnology Letters 2008, 30, 1525–1536.
• 19. Barbosa M.J.G.V.: Microalgal photobioreactors: scale-up and optimisation. PhD thesis. Wageningen University, The Netherlands 2003.
• 20. Suali E., Sarbatly R.: Conversion of microalgae to biofuel. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2012, 16, 4316–4342.
• 21. Schenk P.M., Thomas-Hall S.R., Stephens E., Marx U.C., Mussgnug J.H., Posten C., Kruse O., Hankamer B.: Second generation biofuels: high-efficiency microalgae for biodiesel production. Bioenergy Research 2008, 1, 20–43.
• 22. Chen C.Y., Saratale G.D., Lee C.M., Chen P.C., Chang J.S.: Phototrophic hydrogen production in photobioreactors coupled with solar-energyexcited optical fibers. International Journal of Hydrogen Energy 2008, 33, 6886–6895.
• 23. Das P., Lei W., Aziz S.S., Obbard J.P.: Enhanced algae growth in both phototrophic and mixotrophic culture under blue light. Bioresource Technology 2011b, 102, 3883–3887.
• 24. Leite G.B., Abdelaziz A.E.M., Hallenbeck P.C.: Algal biofuels: Challenges and opportunities. Bioresource Technology 2013, 145, 134–141.
• 25. Kumar K., Dasgupta C.N., Nayak B., Lindblad P., Das D.: Development of suitable photobioreactors for CO2 sequestration addressing global warming using green algae and cyanobacteria. Bioresource Technology 2011, 102, 4945–4953.
• 26. Richmond A., Hu Q.: Handbook of Microalgal Culture. Blackwell Publishers 2004, 57–82.
• 27. https://en.wikipedia.org/wiki/Bubble_column_reactor 01.07.2016 r.
• 28. Li Y., Horsman M., Wu N., Lan C.Q., Dubois-Calero N.: Algae-based biofuels. Biotechnology Advances 2008, 24, 815–820.
• 29. http://technologyinscience.blogspot.com/2012/08/different-types-of-fermentors.html#.V3QYAfkgXIW 01.07.2016 r.
• 30. Norsker N.H., Barbosa M.J., Vermuë M.H., Wijffels R.H.: Microalgal production — a close look at the economics. Biotechnology Advances 2011, 29, 24–27.
• 31. Ugwu C.U., Aoyagi H., Uchiyama H.: Photobioreactors for mass cultivation of algae. Bioresource Technology 2008, 99. 4021–4028.
• 32. Posten C.: Design and Performance Parameters of Photobioreactors. Technikfolgenabschätzung – Theorie und Praxis 2012, 21, 1, 38–45.
• 33. Miron A.S., Gomez A.C., Camacho F.G., Grima E.M., Chisti Y.: Comparative evaluation of compact photobioreactors for large-scale monoculture of microalgae. Journal of Biotechnology 1999, 70, 249–270.
• 34. http://biofuels2010.blogspot.com/2010/11/manufacturing-processes-ofalgae.html 01.07.2016 r.
• 35. Demirbasa A., Demirbas M.F.: Importance of algae oil as a source of biodiesel. Energy Conversion and Management 2011, 52, 1, 163–170.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.