Potencial trajnostne proizvodnje bioenergije iz Synechocystis sp., gojene v odpadnih vodah v velikem merilu – pristop nizkocenovne biorafinerije

From Wiki FKKT

(Difference between revisions)
Jump to: navigation, search
Line 26: Line 26:
<h2>Zaključek</h2>
<h2>Zaključek</h2>
-
V predstavljeni študiji so se Ashokkumar in sodelavci namenili razviti pristop integrirane biorafinerije za namen čiščenja komunalne odpadne vode in sinteze biogoriv. Raziskovalci so pokazali, da je možno gojenje mikroalg z uporabo komunalnih voda. Poleg tega so uspeli sintetizirati visoke deleže biodizelskega goriva in bioetanola. S tem so pokazali potencial cianobakterije ''Synechocystis'' sp. PCC6803 tako za čiščenje opadnih voda kot tudi za biosintezo goriv.
+
V predstavljeni študiji so se Ashokkumar in sodelavci namenili razviti pristop integrirane biorafinerije za namen čiščenja komunalne odpadne vode in sinteze biogoriv. Raziskovalci so pokazali, da je možno gojenje mikroalg z uporabo komunalne odpadne vode. Poleg tega so uspeli sintetizirati visoke deleže biodizelskega goriva in bioetanola. S tem so pokazali potencial cianobakterije ''Synechocystis'' sp. PCC6803 tako za čiščenje opadnih voda kot tudi za biosintezo goriv.
<h2>Viri</h2>
<h2>Viri</h2>
<references/>
<references/>

Revision as of 10:43, 14 May 2019

Analize potreb po energiji in zalog surove nafte napovedujejo veliko energijsko krizo v naslednjih nekaj desetletjih. Zaradi tega je potreben razvoj tehnologij alternativnih virov energije in biogoriv, pri čemer naj biogoriva ne bi nadaljnjo obremenjevala okolja [1] [2]. Bioetanol in biodizelsko gorivo predstavljata potencialno rešitev. Biodizel je sestavljen iz alkilnih estrov maščobnih kislin in se ga lahko sintetizira iz obnovljivih virov. Prednosti biodizelskega goriva so kompatibilnost z že obstoječo gorivno infrastrukturo, nestrupenost in boljše karakteristike igorevanja kot fosilna goriva [1].

Contents

Uporaba alg za proizvodnjo biogoriv

Algna biomasa predstavlja potencialno surovino za proizvodnjo biogoriv. Gojenje alg ne izrablja kmetijskih površin in ne zahteva obsežnejše obdelave biomase [2]. Za proizvodnjo biomase so zanimive mikroalge, saj so številne mikroalge miksotrofi, zaradi česar so potencialno uporabne za čiščenje odpadne vode [3]. Gojenje algne biomase lahko poteka v fotobioreaktorjih ali odprtih sistemih. Fotobioreaktorji omogočajo natančen nadzor pogojev gojenja, medtem ko so odprti sistemi bolj cenovno ugodni. Za proizvodnjo biodizelskega goriva je potrebno na biomasi izvesti transesterifikacijo, da pridobimo alkilne estre maščobnih kislin. Za proizvodnjo bioetanola je potrebno biomaso fermentirati [2].

Gojenje mikroalg v odprtih sistemih z uporabo komunalne odpadne vode

Cianobakterije so potencialni organizmi za pridobivanje biogoriv, predvsem zaradi robustne rasti in kopičenja visokih deležev lipidov v celicah. Med rodovi z visokim potencialom je rod Synechocystis, vendar kljub temu še ni bilo narejenih raziskav z gojenjem cianobakterij iz tega rodu v odprtih sistemih z uporabo komunalne odpadne vode. Takšen sistem je ugoden tudi za proizvodnjo biogoriv zaradi nizkih stroškov gojenja cianobakterij. Tovrstno raziskavo so izvedli Ashokkumar in sodelavci [4].

Izolacija in gojenje Synechocystis sp. PCC6803

Raziskovalci so iz sladkovodnega vira izolirali cianobakterijo Synechocystis sp. PCC6803. Izolirani mikroorganizem so počasi privadili na končne pogoje gojenja s postopnim dodajanjem komunalne odpadne vode v gojišče, pri čemer so iz vode najprej odstranili neraztopljene trdne snovi in vodo filtrirali. Za pospešitev rasti cianobakterij so v gojišče dodajali natrijev hidrogenkarbonat [4].

Tako gojene cianobakterije so prestavili v odprt gojitveni bazen (ang. »raceway pond«) in jih gojili več tednov. Vsak 3. dan so vzorčili 35 % volumna kulture cianobakterij in ga nadomestili s komunalno odpadno vodo. Iz vzorčenega volumna so izolirali biomaso z uporabo železovega (III) klorida in določenega biopolimera. Testirali več pogojev in določili najboljše pogoje izolacije biomase (železov (III) klorid: 90 ppm, biopolimer: 40 ppm, pH: 6,5). Pri teh pogojih so izolirali 98,7 % biomase [4].

Izolacija lipidov in sinteza biodizelskega goriva

Iz liofilizirane biomase so raziskovalci izolirali lipide po Soxhletovi ekstrakcijski metodi. Najboljši izkoristek izolacije lipidov (24,3 %) so dosegli z uporabo mešanice dietil etra in metanola (razmerje 1:1) [4].

Za proizvodnjo biodizelskega goriva so uporabili proces transesterifikacije z uporabo ultrasoniciranja in dodatkom katalizatorja WO3/ZrO2. Produkt reakcije so bili metilni estri maščobnih kislin. Te so očistili, analizirali z masno spektrometrijo in jedrsko magnetno resonanco ter hkrati določili njihove fizikalne lastnosti po pravilniku D6751 Ameriškega društva za testiranje in materiale. Ta protokol določa standardne vrednosti in specifikacije za biodizelska goriva [4]. Testirali so več pogojev in določili optimalno koncentracijo katalizatorja (3 %), optimalno temperaturo reakcije (75 °C) in optimalno razmerje metanol:lipidi (30:1). Pri optimalnih pogojih so dosegli 90,5 % izkoristek reakcije. Analize so pokazale, da so večinski del pripravljenega biodizelskega goriva predstavljali estri palmitinske kisline (46,1 %). Fizikalne lastnosti biodizelskega goriva so ustrezale zahtevam pravilnika D6751 [4].

Sinteza bioetanola

Raziskovalci so del izoliranih lipidov obdelali s H2SO4, s čimer so izolirali sladkorje za proizvodnjo bioetanola. Največjo količino sladkorev so izolirali pri 150 °C v mešanici s 4 % H2SO4. Z uporabo kvasovke Saccharomyces cerevisiae so vzorec fermentirali. Izolirali so bioetanol in ga analizirali s plinsko kromatografijo s plamensko-ionizacijskim detektorjem. Največji delež bioetanola v vzorcu so določili po 72 h fermentacije [4].

Analiza cene proizvodnje biomase

Na podlagi rezultatov svoje raziskave so znanstveniki določili, da bi bila cianobakterija Synechocystis sp. PCC6803 sposobna proizvodnje 94,5 ton suhe biomase na hektar gojene površine na leto. Z uporabo komunalne odpadne vode pri gojenju cianobakterij bi lahko zmanjšali stroške gojenja za 32–35 %. Kljub temu bi bila po njihovi metodi gojenja cena algne biomase 2–3 $ na kilogram biomase [4].

Zaključek

V predstavljeni študiji so se Ashokkumar in sodelavci namenili razviti pristop integrirane biorafinerije za namen čiščenja komunalne odpadne vode in sinteze biogoriv. Raziskovalci so pokazali, da je možno gojenje mikroalg z uporabo komunalne odpadne vode. Poleg tega so uspeli sintetizirati visoke deleže biodizelskega goriva in bioetanola. S tem so pokazali potencial cianobakterije Synechocystis sp. PCC6803 tako za čiščenje opadnih voda kot tudi za biosintezo goriv.

Viri

  1. 1.0 1.1 A. Rötig, L. Wenning, D. Bröker in A. Steinbüchel: Fatty acid alkyl esters: perspectives for production of alternative biofuels. Applied Microbiology and Biotechnology. 2010, 85 (6), 1713–1733.
  2. 2.0 2.1 2.2 R. A. Voloshin, M. V. Rodinova, S. K. Zharmakhmedov, T. N. Veziroglu in S. I. Allakhverdiev: Review: Biofuel production from plant and algal biomass. International Journal of Hydrogen Energy. 2016, 41 (39), 177257–17273.
  3. C. Troschl, K. Meixner in B. Drosg: Cyanobacterial PHA production – Review of recent advances and a summary of three years’working experience running a pilot plant. Bioengineering. 2017, 4 (2), 26.
  4. 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 V. Ashokkumar, W.-H. Chen, C. Ngamcharussrivichai, E. Agila in F. N. Ani: Potential of sustainable bioenergy production from Synechocystis sp. cultivated in wastewater at large scale – A low cost biorefinery approach. Energy Conversion and Management. 2019, 186, 188–199.
Personal tools