Combustible de algas

"Aceite de algas", que vuelve a dirigir aquí, es también un término usado para un origen marino de los ácidos grasos omega-3 no extraído del pescado, un fuente de ácido docosahexaenoico utilizado como un suplemento dietético.

Un matraz cónico de "verde" combustible de jet hecho a base de algas

Combustible de algas o biocombustibles de algas es un alternativa a los combustibles fósiles líquidos que utiliza algas como fuente de aceites ricos en energía. Varias compañías y agencias gubernamentales están financiando esfuerzos para reducir los costos de capital y operación y hacer producción de algas combustible comercialmente viable. Como combustible fósil, combustible de algas libera CO₂ Cuando quema, pero a diferencia de los combustibles fósiles, combustible de algas y otros biocombustibles sólo liberan CO₂ recientemente retirado de la atmósfera mediante la fotosíntesis como las algas o plantas crecieron. La crisis energética y la crisis alimentaria mundial hayan encendido interés en algaculture (cultivo de algas) para la fabricación de biodiesel y otros biocombustibles uso de terrenos inadecuados para la agricultura. Entre las características atractivas de algas combustibles son que pueden cultivarse con un impacto mínimo en agua dulce recursos, se pueden producir con solución salina y aguas residuales, tienen un alto punto de inflamación, y son biodegradable y relativamente inofensivo para el medio ambiente si se derraman. Las algas cuestan más por unidad de masa que otros cultivos de biocombustibles de segunda generación debido a la gran capital y los gastos, de funcionamiento pero se dice que rinden entre 10 y 100 veces más combustible por unidad de área. El Departamento de energía de Estados Unidos estimaciones que sustituir combustible de algas todo el combustible del petróleo en los Estados Unidos, requerirían 15.000 millas cuadradas (39.000 km²), que es sólo el 0.42% del mapa de Estados Unidos, o cerca de la mitad de la superficie terrestre de Maine. Esto es menos de ¹⁄₇ el área de maíz cosecha en los Estados Unidos en el año 2000.

Según el responsable de la organización Algal de la biomasa, combustible de las algas puede llegar a paridad de precios con aceite en el 2018 si producción créditos fiscales. Sin embargo, en 2013, Exxon Mobil Presidente y Director Ejecutivo Rex Tillerson dijo después de comprometerse a gastar hasta $ 600 millones más de 10 años en desarrollo en una empresa conjunta con J. Craig Venter's Synthetic Genomics en 2009, Exxon retirado después de cuatro años (y $ 100 millones) cuando dieron cuenta de que combustible de algas es "más probable" de 25 años de viabilidad comercial. Por otro lado Solazyme y Energía zafiro comenzó ya a ventas comerciales de algas biocombustibles en 2012 y 2013, respectivamente, y Algenol espera producir comercialmente en 2014.

Historia

En 1942 más duras y Von Witsch fueron los primeros en proponer microalgas se cultiva como una fuente de lípidos para el alimento o combustible. Tras la II Guerra Mundial, la investigación comenzó en los Estados Unidos, Alemania Japón Inglaterra, e Israel en técnicas de cultivo e ingeniería de sistemas para el cultivo de microalgas en escalas más grandes, particularmente especies del género Chlorella. Mientras tanto, H. G. Aach demostró que Chlorella pyrenoidosa podía ser inducido por el hambre de nitrógeno para acumular tanto como el 70% de su peso seco como lípidos. Puesto que la necesidad de combustible de transporte alternativo se había calmado después de la segunda guerra mundial, la investigación en este tiempo que se centró en el cultivo de algas como fuente de alimento o, en algunos casos, para tratamiento de aguas residuales.

Interés en la aplicación de algas para biocombustibles se reavivaron durante el embargo de petróleo y aceite subidas de precio de la década de 1970, liderando el Departamento de energía para iniciar el Programa de especies acuáticas en 1978. El programa de especies acuáticas había pasado $ 25 millones más de 18 años con el objetivo de desarrollar combustible de transporte líquido de algas que se precio competitivo con los combustibles derivados del petróleo. El programa de investigación centrado en el cultivo de microalgas en estanques al aire libre abiertos, sistemas que son de bajo costo pero vulnerables a perturbaciones ambientales como cambios de temperatura y las invasiones biológicas. 3.000 cepas algales fueron recogidas de todo el país y evaluados para propiedades deseables como alta productividad, contenido lipídico y la tolerancia térmica, y las cepas más promisorias fueron incluidas en la colección de microalgas SERI en el Instituto de investigación de energía solar (SERI) en Golden, Colorado y utilizado para futuras investigaciones. Entre los hallazgos más significativos del programa eran que rápido crecimiento y producción de lípidos alto "mutuamente excluyentes", ya que el anterior requiere altos nutrientes y los nutrientes baja requiere esta última. El informe final sugirió que ingeniería genética puede ser necesario para poder superar esto y otras limitaciones naturales de cepas de algas, y que la especie ideal puede variar con el lugar y la temporada. Aunque fue demostrado con éxito que era posible producción a gran escala de algas para combustible en estanques al aire libre, el programa no ha podido hacerlo a un coste competitivo con el petróleo, sobre todo como aceite precios se hundieron en la década de 1990. Incluso en el mejor de los casos, se estimó que sin extraer aceite de algas costaría $59 – 186 dólares el barril, mientras que petróleo cuestan menos de $20 por barril en 1995. Por lo tanto, bajo presión del presupuesto en 1996, el programa de especies acuáticas fue abandonado.

Otras contribuciones a la investigación de biocombustibles de algas proceden indirectamente de proyectos centrados en diferentes aplicaciones de los cultivos de algas. Por ejemplo, en la década de 1990 investigación Instituto de tecnología de Japón innovadora para la tierra (RITE) implementó un programa de investigación con el objetivo de desarrollo de sistemas para fijar CO
2 con microalgas. Aunque el objetivo no era la producción de energía, diversos estudios producidos por rito demostraron que las algas podrían cultivarse utilizando gas de combustión de centrales como una CO
2 fuente, un desarrollo importante para la investigación de biocombustibles de algas. Otro trabajo centrado en la recolección de gas de hidrógeno, metano o etanol a partir de algas, así como suplementos nutricionales y compuestos farmacéuticos, también ha ayudado a informar a la investigación sobre la producción de biocombustibles de algas.

Tras la disolución del programa de especies acuáticas en 1996, hubo una relativa calma en la investigación de biocombustibles de algas. Aún así, varios proyectos fueron financiados en Estados Unidos por la Departamento de energía de, Departamento de defensa, Fundación Nacional de ciencia, Departamento de agricultura de, Laboratorios nacionales, fondos y fondos privados, del estado, así como en otros países. Más recientemente, aumento de aceite precios en la década del 2000 estimuló un renacimiento del interés en los biocombustibles de algas y fondos federales de Estados Unidos ha aumentado, numerosos proyectos de investigación están siendo financiados en Australia, Nueva Zelanda, Europa, Medio Oriente y otras partes del mundo, y una ola de empresas privadas ha entrado en el campo (véase Empresas). En noviembre de 2012, Solazyme e impulsar los combustibles hizo las primeras ventas por menor de combustibles derivados de algas, y en marzo de 2013 Energía zafiro comenzó ventas comerciales de algas biocombustibles a Tesoro.

Combustibles

Las algas se pueden convertir en varios tipos de combustible, dependiendo de la técnica y la parte de las células. El lípido, o la parte aceitosa de la biomasa de las algas puede extraerse y convertido en biodiesel mediante un proceso similar al que utiliza para cualquier otro aceite vegetal, o convertido en una refinería en sustitución "drop-in" para los combustibles derivados del petróleo. Como alternativa o tras la extracción, el hidratos de carbono contenido de algas puede ser fermentado en bioetanol o combustible Butanol.

Biodiesel

Artículo principal: Biodiesel

El biodiesel es un combustible diesel derivado de animal o planta de lípidos (aceites y grasas). Los estudios han demostrado que algunas especies de algas pueden producir 60% o más de su peso seco en forma de aceite. Porque las células crecen en suspensión acuosa, donde tienen un acceso más eficiente al agua, CO
2 y nutrientes disueltos, microalgas son capaces de producir grandes cantidades de biomasa y aceite utilizable en cualquier alto índice estanques de algas o fotobiorreactores. Este aceite puede ser convertido en biodiesel que podía venderse para su uso en automóviles. Producción regional de microalgas y transformación en biocombustibles proporcionará beneficios económicos a las comunidades rurales.

Como no tienen que producir compuestos estructurales como la celulosa de las hojas, tallos o raíces, y porque pueden ser cultivadas en un medio nutritivo rico, microalgas pueden tener las tasas de crecimiento más rápidas que los cultivos terrestres. También, puede convertir una fracción mucho mayor de su biomasa al aceite que los cultivos convencionales, por ejemplo, 60% versus 2-3% para la soja. La por unidad de área producción de aceite de algas se estima para ser de 58.700 a 136.900 L/ha/año, dependiendo de contenido en lípidos, que es 10 a la 23 veces más alta que el rendimiento más alto siguiente cosecha, aceite de Palma, de 5.950 L/ha/año.

Programa de especies acuáticas del Departamento de energía, 1978-1996, se centró en biodiesel de microalgas. El informe final sugirió que biodiesel podría ser el único método por el cual producir bastante combustible para reemplazar el uso de diesel de mundo actual. Si biodiesel derivado de algas reemplazar la producción global anual de 1.1bn toneladas de diesel convencional entonces una masa de tierra de 57,3 millones de hectáreas se necesitarían, que sería muy favorable en comparación con otros biocombustibles.

Biobutanol

Artículo principal: Combustible Butanol

Butanol puede ser hecho de algas o diatomeas usando sólo un solar powered Biorrefinería. Este combustible tiene un densidad de energía 10% menos que la gasolina y mayor que la de cualquiera etanol o metanol. En la mayoría de los motores de gasolina, butanol puede usarse en lugar de gasolina sin modificaciones. En varias pruebas, el consumo de butanol es similar a la de la gasolina y cuando está mezclado con gasolina, ofrece mejor rendimiento y corrosión resistencia que la de etanol o E85.

El desecho verde que queda de la extracción de aceite de algas puede ser utilizado para producir butanol. Además, se ha demostrado que macroalgas (algas) pueden ser fermentada por Clostridia bacterias del género butanol y otros solventes.

Biogasolina

Biogasolina produce gasolina de biomasa. Como tradicionalmente produce gasolina, contiene entre () 6hexano) y () 12dodecano) átomos de carbono por molécula y puede ser utilizado en motores de combustión interna.

Metano

Metano, el componente principal de gas natural puede ser producido de algas en varios métodos, a saber: Gasificación, Pirolisis y Digestión anaerobia. En los métodos de gasificación y pirólisis metano se extrae bajo presión y alta temperatura. Digestión anaerobia es un método de recto adelante participan en la descomposición de las algas en componentes simples entonces transformarlo en ácidos grasos utilizando microbios como bacterias acidific seguidas por eliminar cualquier partícula sólida y finalmente agregar metanogénicas bacterias liberan una mezcla de gas que contiene metano. Varios estudios han demostrado con éxito que la biomasa de las microalgas se pueden convertir en biogás mediante digestión anaerobia. Por lo tanto, para mejorar el balance energético global de las operaciones de cultivo de microalgas, se ha propuesto recuperar la energía contenida en la biomasa residual mediante digestión anaerobia de metano para generar electricidad.

Etanol

El Algenol sistema que está siendo comercializada por BioFields en Puerto Libertad, Sonora, México utiliza agua de mar y extractor industrial para producir etanol. PORPHYRIDIUM cruentum también han demostrado ser potencialmente aptas para producción de etanol debido a su capacidad para acumular gran cantidad de hidratos de carbono.

Hidrotratamiento de combustibles para el transporte tradicional

Artículo principal: Refino de petróleo vegetal

Las algas se pueden utilizar para producir 'verde diesel' (también conocido como renovable diesel, aceite vegetal de hidrotratamiento o derivados de hidrógeno renovable) a través de un proceso de refinería de hidrotratamiento rompe las moléculas menor hidrocarburos cadenas utilizadas en diesel motores. Tiene las mismas propiedades químicas que diesel basado en petróleo lo que significa que no requiere nuevos motores, tuberías o infraestructura para distribuir y utilizar. Aún no se ha producido a un costo competitivo con petróleo. Mientras que el hidrotratamiento es actualmente la vía más común para producir hidrocarburos como combustible mediante descarboxilación/decarbonylation, un proceso alternativo que ofrece una serie de ventajas importantes sobre el tratamiento con hidrógeno. En este sentido, el trabajo de Crocker et al. y Lercher et al. es particularmente notable. para la de refino de petróleo, investigación está en marcha para conversión catalítica de combustibles renovables por descarboxilación.

Combustible de jet

Artículo principal: Biocombustible de aviación

De levantamiento combustible de jet precios están poniendo fuertes presiones sobre las compañías aéreas, crear un incentivo para la investigación de combustible de jet de algas. La Asociación Internacional de transporte aéreo, por ejemplo, apoya la investigación, desarrollo e implementación de combustibles de algas. Objetivo de la IATA es que sus miembros a usar combustibles alternativos 10% 2017.

Se han hecho ensayos con biocombustibles de aviación por Air New Zealand, Lufthansa, y Líneas aéreas de la Virgen.

En febrero de 2010, el Defense Advanced Research Projects Agency anunció que el ejército de Estados Unidos estaba a punto de comenzar la producción de petróleo a gran escala de estanques de algas en combustible. Después de la extracción a un costo de $2 por galón, el aceite será refinado en menos de 3 dólares por galón. Una operación de refinación de mayor escala, produciendo 50 millones de galones al año, se espera para entrar en producción en 2013, con posibilidad de baja por los costos del galón para que sea competitivo con los combustibles fósiles combustible basado en algas. Los proyectos, a cargo de las empresas SAIC y General Atomics, se espera para producir 1.000 galones de aceite por acre por año de estanques de algas.

Especies

Investigación de las algas para la producción en masa de aceite se centra principalmente en microalgas (organismos capaces de fotosíntesis que son menos de 0,4 mm de diámetro, incluyendo la diatomeas y cianobacterias) en comparación con macroalgas, como algas marinas. La preferencia por microalgas se ha logrado debido en gran parte a su estructura menos compleja, las tasas de crecimiento rápido y alto contenido de aceite (para algunas especies). Sin embargo, se están realizando algunas investigaciones en la utilización de algas para biocombustibles, probablemente debido a la alta disponibilidad de este recurso.

A partir de 2012 los investigadores en varios lugares del mundo han comenzado a investigar las siguientes especies para su conveniencia como una masa-los productores de petróleo:

• Botryococcus braunii
• Chlorella
• Dunaliella tertiolecta
• Gracilaria
• Pleurochrysis carterae (también llamado CCMP647).
• Sargassum, con 10 veces el volumen de Gracilaria.

La cantidad de aceite que produce cada cepa de algas varía ampliamente. Tenga en cuenta las siguientes microalgas y sus diferentes rendimientos de aceite:

• Ankistrodesmus TR-87: 28-40% de peso seco
• Botryococcus braunii:: dw 29 – 75%
• Chlorella SP.: 29% dw
• Chlorella protothecoides(autótrofos / heterothrophic): 15 – 55% dw
• Crypthecodinium cohnii: 20% dw
• Cyclotella DI - 35:42 % dw
• Dunaliella tertiolecta: dw 36 – 42%
• Hantzschia DI-160: 66% dw
• Nannochloris: 31% (6 – 63) dw
• Nannochloropsis: (31 – 68) 46% dw
• Neochloris oleoabundans: dw 35 – 54%
• 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: dw 15 – 32%
• Thalassiosira pseudonana:: (21-31) % dw

Además, debido a su alta tasa de crecimiento, Ulva ha sido investigado como un combustible para el uso en la Ciclo suave, (SOFT significa oxígeno combustible turbina Solar), un sistema de generación de energía de ciclo cerrado apto para su uso en regiones áridas y subtropicales.

Cultivo de algas

Vea también: Cultivo de microalgas en criaderos

Fotobiorreactor de tubos de vidrio

Diseño de un estanque abierto de carrera forma comúnmente utilizado para el cultivo de algas

Las algas crecen mucho más rápidamente que los cultivos de alimentos y puede producir cientos de veces más aceite por unidad de superficie que los cultivos convencionales tales como colza, Palma, soja, o Jatropha. Las algas tienen un ciclo de cosechando de 1 – 10 días, su cultivo permite varias cosechas en un muy corto plazo, una estrategia distinta a la que están asociados con cultivos anuales. Además, las algas pueden crecer en tierra inadecuadas para los cultivos terrestres, incluyendo tierras áridas y con suelos excesivamente salinos, reduciendo al mínimo la competencia con la agricultura. Mayoría de las investigaciones sobre el cultivo de algas se ha centrado en el crecimiento de algas en limpio pero caro fotobiorreactores, o en estanques abiertos, que son baratas de mantener pero propenso a la contaminación.

Sistema de circuito cerrado

La falta de equipos y estructuras necesarias para comenzar a cultivar las algas en grandes cantidades ha inhibido la producción en masa extensa de las algas para la producción de biocombustibles. Máxima utilización de los procesos de agricultura existentes y el hardware es la meta.

Sistemas cerrados (no expuestos al aire libre) evitan el problema de contaminación por otros organismos soplados el aire. El problema para un sistema cerrado es encontrar una fuente barata de estéril CO
2. Varios experimentadores han encontrado la CO
2 de un chimenea funciona bien para el cultivo de algas. Por razones de economía, algunos expertos piensan que algas de cultivo para biocombustibles tendrán que hacer como parte de cogeneración, donde puede hacer uso del calor residual y ayuda absorber la contaminación.

Fotobiorreactores

Mayoría de las empresas que las algas como fuente de biocombustibles bomba nutrientes-rico en agua a través de tubos de plástico o vidrio de borosilicato (llamados"biorreactores de") que son expuestos a la luz solar (y los llamados fotobiorreactores o PBR).

Un PBR es más difícil que un estanque abierto y más costoso, pero puede proporcionar un mayor nivel de productividad y control. Además, un fotobiorreactor puede integrarse en un sistema de cogeneración de ciclo cerrado mucho más fácilmente que los estanques u otros métodos.

Estanque abierto

Charca de la canaleta utilizada para el cultivo de microalgas

Sistemas de la abrir-charca en su mayor parte se han dado para arriba para el cultivo de algas con especialmente alto contenido de aceite. Muchos Creo que un defecto importante de la Programa de especies acuáticas fue la decisión para centrarse sus esfuerzos exclusivamente en las abrir-charcas; Esto hace que el esfuerzo total depende de la resistencia de la cepa elegida, requiriendo ser innecesariamente resistente para soportar amplia fluctuaciones en temperatura y pH y la competencia de algas invasoras y las bacterias. Sistemas abiertos con un monocultivo son también vulnerables a la infección viral. La energía que un aceite de alta tensión se invierte en la producción de aceite es que no se invierte en la producción de proteínas o hidratos de carbono, generalmente dando por resultado la especie ser menos resistente, o tener una tasa de crecimiento más lento. Algas especies con bajo contenido de aceite, no tener que desviar sus energías de crecimiento, se pueden cultivar con más eficacia en las más duras condiciones de un sistema abierto.

Alguna producción de ensayo de estanques de aguas residuales abiertos ha tenido lugar en Marlborough, Nueva Zelanda.

Algal Turf Scrubber

sistema ATS de 2,5 hectáreas, instalado por Hydromentia en el Cala de una granja en la Florida

La fregadora algal turf (ATS) es un sistema diseñado principalmente para la limpieza de nutrientes y contaminantes de agua utilizando céspedes algales. ATS imita el césped algas de un arrecife de coral natural tomando agua rica en nutrientes de flujos de desechos o fuentes naturales de agua, y pulsando sobre una superficie inclinada. Esta superficie está cubierta con una membrana plástica áspera o una pantalla, que permite naturalmente esporas algales para establecerse y colonizar la superficie. Una vez que las algas se ha establecido, puede cosecharse cada 5 a 15 días, y pueden producir 18 toneladas métricas de biomasa de algas por hectárea por año. En contraste con otros métodos, que se centran sobre todo en un solo alto rendimiento especies de algas, este método se centra en natural erosionantes de las algas. Como tal, el contenido de lípidos de las algas en un sistema del ATS es generalmente más bajo, que hace más conveniente para un producto fermentado de combustible, como etanol, metano, butanol. Por el contrario, las algas cosechadas podrían ser tratadas con un licuefacción hidrotérmica proceso, que haría posible biodiesel, la gasolina y la producción de combustible de jet.

Hay tres ventajas principales de la ATS sobre otros sistemas. La primera ventaja está documentada una mayor productividad en sistemas de estanques abiertos. La segunda es más bajo de funcionamiento y de combustible los costos de producción. La tercera es la eliminación de problemas de contaminación debido a la dependencia natural especies de algas. Los costos proyectados para la producción de energía en un sistema del ATS son $ 0,75/kg, en comparación con un fotobiorreactor que costaría $ 3,50/kg. Además, debido a que el propósito principal de ATS es quitar nutrientes y contaminantes de agua, y estos costes se han demostrado para ser más bajo que otros métodos de eliminación de nutrientes, esto puede incentivar el uso de esta tecnología para la eliminación de nutrientes como la función principal, con la producción de biocombustibles como un beneficio adicional.

Algas siendo cosechado y secado de un sistema ATS

Producción de combustibles

Después de la cosecha de las algas, la biomasa normalmente se procesa en una serie de pasos, que pueden variar según la especie y el producto deseado; Esta es un área activa de investigación. y también es el cuello de botella de esta tecnología: el costo de extracción es superior a los obtenidos. Una de las soluciones es utilizar filtro alimentadores para "comer". Animales mejorados pueden proporcionar alimentos y combustibles.

Deshidratación

A menudo, las algas se deshidrata, y luego se utiliza un disolvente como el hexano para extraer compuestos ricos en energía como triglicéridos de material seco. Entonces, los compuestos extraídos se pueden procesar en el combustible mediante procedimientos industriales. Por ejemplo, los triglicéridos extraídos se reaccionaron con metanol para crear biodiesel a través de transesterificación. La composición única de ácidos grasos de cada especie influye en la calidad del biodiesel resultante y así debe tenerse en cuenta al seleccionar especies algales para materia prima.

Licuefacción hidrotérmica

Un enfoque alternativo denominado Licuefacción hidrotérmica emplea un proceso continuo que temas cosechan algas húmedas a temperaturas y presiones altas, 350 ° C (662 ° F) y 3.000 libras por pulgada cuadrada (kPa 21.000).

Los productos incluyen petróleo crudo, que puede ser perfeccionado en el combustible de aviación, gasolina o combustible diesel usando uno o varios procesos de modernización. El proceso de prueba convierte entre 50 y 70 por ciento de carbono de algas en combustible. Otros resultados incluyen agua potable, gas combustible y nutrientes como nitrógeno, fósforo y potasio.

Nutrientes

Artículo principal: Soluciones nutrientes algales

Nutrientes como nitrógeno (N), fósforo (P), y potasio (K), son importantes para el crecimiento vegetal y son partes esenciales del fertilizante. Sílice y hierro, así como varios oligoelementos, pueden también ser considerados nutrientes marinos importantes como la falta de uno puede limitar el crecimiento de, o de la productividad en un área.

Dióxido de carbono

Burbujas CO
2 a través del cultivo de algas sistemas considerablemente pueden aumentar la productividad y rendimiento (hasta un punto de saturación). Por lo general, alrededor de 1,8 toneladas de CO
2 se utilizarán por tonelada de biomasa algal (seco) producido, aunque esto varía con las especies de algas. La destilería Glenturret Perthshire, Reino Unido-hogar Famous Grouse Whisky – filtrarse CO
2 hecho durante la destilación del whisky a través de un biorreactor de microalgas. Cada tonelada de microalgas absorbe dos toneladas de CO
2. Escocés de bioenergía, que ejecute el proyecto, vender las microalgas como alimentos ricos en proteínas de alto valor pesca. En el futuro, se utilizan los residuos de las algas para producir energía renovable a través de digestión anaerobia.

Nitrógeno

El nitrógeno es un valioso sustrato que puede ser utilizado en el crecimiento de las algas. Diferentes fuentes de nitrógeno pueden utilizarse como un nutriente para las algas, con diferentes capacidades. Nitrato fue encontrado para ser la fuente preferida de nitrógeno, en cuanto a la cantidad de biomasa cultivada. La urea es una fuente fácilmente disponible que muestra resultados comparables, lo que es un sustituto económico de fuente de nitrógeno en gran escala el cultivo de algas. A pesar del claro aumento en crecimiento en comparación con un medio menos nitrógeno, se ha demostrado que alteraciones en los niveles de nitrógeno afectan el contenido de lípidos dentro de las células algales. En un estudio privación de nitrógeno por 72 horas causó el contenido total de ácidos grasos (sobre una base por célula) para aumentar en 2.4-fold. 65% del total de ácidos grasos fueron esterificado a triacylglycerides en cuerpos de aceite, en comparación con la cultura inicial, indicando que las células algales utilizaron síntesis de novo de ácidos grasos. Es vital para el contenido de lípidos en las células algales para estar en cantidad suficiente, manteniendo tiempos de división celular adecuada, por lo que los parámetros que pueden maximizar ambos están bajo investigación.

Aguas residuales

Artículo principal: Planta de tratamiento de aguas residuales

Una posible fuente de nutrientes es aguas residuales del tratamiento de aguas residuales, agricultura o escorrentía de llanura de inundación, todas en la actualidad las principales contaminantes y riesgos para la salud. Sin embargo, esta aguas residuales no alimentan las algas directamente y en primer lugar deben ser procesados por las bacterias, a través de digestión anaerobia. Si aguas residuales no se procesaron antes de que llegue a las algas, que contaminan las algas en el reactor y por lo menos, matar a gran parte de la cepa de algas deseado. En biogás instalaciones, residuos orgánicos a menudo se convierte en una mezcla de dióxido de carbono, metanoy fertilizante orgánico. Abono orgánico que sale del digestor es líquido y casi adecuado para el crecimiento de algas, pero primero debe limpiarse y esterilizarse.

La utilización de agua de mar y aguas residuales en lugar de agua dulce se aboga fuertemente por el continuo agotamiento de los recursos de agua dulce. Sin embargo, metales pesados, metales traza y otros contaminantes en las aguas residuales pueden reducir la capacidad de las células para producir lípidos biosintético y también influyen en varias otras áreas de trabajo en la maquinaria de las células. Lo mismo vale para el agua del océano, pero los contaminantes se encuentran en diferentes concentraciones. Así, fertilizante agrícola-grado es la fuente preferida de nutrientes y metales pesados son otra vez un problema, especialmente para las cepas de algas que son susceptibles a estos metales. En sistemas de estanques abiertos el uso de cepas de algas que pueden tratar con altas concentraciones de metales pesados podría evitar otros organismos infestan estos sistemas. En algunos casos incluso se ha demostrado que cepas de algas pueden quitar más 90% de níquel y zinc de las aguas residuales en períodos relativamente cortos de tiempo.

Impacto ambiental

En comparación con los cultivos de biocombustibles terrenales como maíz o soja, producción de microalgas resulta en una huella de tierra mucho menos significativa debido a la mayor productividad de aceite de las microalgas que todas las otras cosechas de aceite. Puede también cultivarse en tierras marginales inservibles para los cultivos ordinarios y con valor de conservación bajo y puede utilizar el agua de los acuíferos de sal que no es útil para la agricultura o potable., Las algas pueden crecer también en la superficie del océano en bolsas o pantallas flotantes. Así microalgas podrían proporcionar una fuente de energía limpia con poco impacto sobre el aprovisionamiento de agua y una alimentación adecuada o la conservación de la biodiversidad. Cultivo de algas también no requiere subsidios externos de insecticidas o herbicidas, eliminando cualquier riesgo de generación de flujos de residuos de pesticidas asociados. Además, algas biocombustibles son mucho menos tóxicos y se degradan más fácilmente que los combustibles derivados del petróleo. Sin embargo, debido a la naturaleza inflamable del combustible combustible, hay posibilidad de algunos riesgos ambientales si encendió o derrama, como puede ocurrir en un descarrilamiento de tren o una fuga en la tubería. Este riesgo se reduce en comparación con los combustibles fósiles, debido a la capacidad para biocombustibles de algas que se producirán en una forma mucho más localizada y la menor toxicidad general, pero el peligro todavía está allí sin embargo. Por lo tanto, biocombustibles algas deben ser tratados de manera similar a los combustibles de petróleo en el transporte y uso, con suficientes medidas de seguridad en todo momento.

Estudios han determinado que reemplazar combustibles fósiles con fuentes de energía renovables como los biocombustibles, tienen la capacidad de reducir CO
2 emisiones de hasta un 80%. Un sistema basado en algas puede capturar aproximadamente el 80% de la CO
2 emitida por una planta de energía cuando hay luz del sol. Aunque esto CO
2 más tarde saldrá a la atmósfera cuando se quema el combustible, esto CO
2 habría entrado en la atmósfera sin tener en cuenta. La posibilidad de reducir el total CO
2 las emisiones se encuentra por tanto en la prevención de la liberación de CO
2 de los combustibles fósiles. Además, comparado con combustibles como el diesel y el petróleo, incluso en comparación con otras fuentes de biocombustibles, la producción y combustión de biocombustible de algas no produce óxidos de sulfuro ni óxido nitroso y produce una cantidad reducida de monóxido de carbono, hidrocarburos no quemados y reducida emisión de otros contaminantes dañinos. Desde fuentes terrestres de la planta de producción de biocombustibles simplemente no tienen la capacidad de producción para satisfacer los requerimientos actuales de energía, microalgas pueden ser una de las únicas opciones para el reemplazo completo enfoque de combustibles fósiles.

Producción de microalgas también incluye la habilidad de utilizar solución salina residuos o desechos CO
2 arroyos como fuente de energía. Esto abre una nueva estrategia para producir biocombustible en conjunto con tratamiento de aguas residuales, siendo capaces de producir agua como subproducto. Cuando se utiliza en un biorreactor de microalgas, cosechar microalgas captará cantidades significativas de compuestos orgánicos y metales pesados contaminantes absorbidos de los flujos de aguas residuales que de lo contrario serían descargarse directamente en la superficie y agua subterránea. Por otra parte, este proceso también permite la recuperación de fósforo de los desechos, que es un elemento esencial, pero escaso en la naturaleza-se estiman que las reservas que han empobrecido en los últimos 50 años. Otra posibilidad es el uso de sistemas de producción de algas para limpiar la contaminación de fuente no puntual, en un sistema conocido como un depurador de turf algal (ATS). Esto se ha demostrado para reducir los niveles de nitrógeno y fósforo en los ríos y otros grandes cuerpos de agua afectados por la eutrofización, y sistemas se están construyendo que será capaz de procesar hasta 110 millones litros de agua al día. ATS también puede utilizarse para el tratamiento de la contaminación de fuente puntual, como las aguas residuales mencionadas arriba, o en el tratamiento de efluentes ganaderos.

Erosionantes

Casi toda la investigación en biocarburantes de algas se ha centrado en cultivo sola especie o monocultivo, de microalgas. Sin embargo, la teoría ecológica y estudios empíricos han demostrado que policultivos de plantas y algas, es decir, grupos de múltiples especies, tienden a producir mayores rendimientos que los monocultivos. Experimentos han mostrado también que las comunidades microbianas acuáticas más diversas tienden a ser más estable a través del tiempo que las comunidades menos diversas. Estudios recientes encontraron que erosionantes de microalgas producen rendimientos de lípidos significativamente más altos que los monocultivos. Erosionantes también tienden a ser más resistentes a plagas y enfermedades, así como invasión de otras plantas o algas. Así cultivar microalgas en policultivo puede no sólo aumentar los rendimientos y la estabilidad de los rendimientos de los biocombustibles, sino también reducir el impacto ambiental de una industria de biocombustibles de algas.

Viabilidad económica

Está claro que hay una demanda para la producción sostenible de biocombustibles, pero si se utilizará un biocombustible especial en definitiva depende de no sostenibilidad pero costo eficiencia. Por lo tanto, la investigación se centra en reduce los costos de producción de biocombustibles de algas hasta el punto donde pueda competir con el petróleo convencional. Se ha mencionado la producción de varios productos a base de algas como el factor más importante para hacer económicamente viable la producción de algas. Otros factores son la mejora de la eficiencia de conversión de la biomasa la energía solar (actualmente 3%, pero el 5 a 7% es teóricamente alcanzable) y facilitando la extracción del aceite de las algas.

En un informe de 2007 se derivó una fórmula calcular el costo del aceite de algas en orden para que sea un sustituto viable que el diesel de petróleo:

C (aceite de algas) = 25.9 × 10⁻³ C(Petroleum)

donde: C (aceite de algas) es el precio del aceite de microalgas en dólares por galón y C(petroleum) es el precio del crudo en dólares por barril. Esta ecuación asume que el aceite de algas tiene aproximadamente 80% de la energía calórica del petróleo crudo.

Con la tecnología actual disponible se estima que el costo de producción de biomasa microalgal es $2,95 de fotobiorreactores y $ 3,80/kg para estanques abiertos. Estas estimaciones suponen que el dióxido de carbono está disponible sin costo alguno. Si la capacidad de producción anual de biomasa es mayor a 10000 toneladas, el costo de producción por kilogramo se reduce a aproximadamente $0,47 y $0,60, respectivamente. Suponiendo que la biomasa contiene 30% de aceite por peso, el costo de la biomasa para proporcionar un litro de aceite sería aproximadamente $1,40 y $1,81 de fotobiorreactores y canales, respectivamente. Aceite recuperado de menor biomasa costo producido en fotobiorreactores se estima costará $ 2,80/L, suponiendo que el proceso de recuperación aporta 50% al costo del aceite recuperado final. Si los proyectos existentes de algas pueden alcanzar objetivos de precio de producción de biodiesel de menos de 1 dólar por galón, los Estados Unidos puede realizar su objetivo de sustituir hasta el 20% de combustibles para el transporte de aquí a 2020 mediante el uso ambientalmente y económicamente sostenibles combustibles de producción de algas.

Considerando que los problemas técnicos, como la cosecha, se están abordando con éxito por la industria, la alta inversión inicial de las instalaciones de algas para biocombustibles es vista por muchos como un obstáculo importante para el éxito de esta tecnología. Sólo pocos estudios sobre la viabilidad económica están públicamente disponibles y a menudo deben confiar en la poca información (estimaciones de ingeniería a menudo solamente) disponible en el dominio público. Dmitrov examinado el De GreenFuel fotobiorreactor y estima que el aceite de las algas sólo sería competitivo a un precio de 800 dólares por barril del petróleo. Un estudio realizado por Alabi et al. examinar caminos de rodadura, fotobiorreactores y fermentadores anaerobios para hacer biocombustibles de algas y encontró que los fotobiorreactores son demasiado caros para hacer biocombustibles. Caminos de rodadura pueden ser rentables en climas cálidos con costos muy bajos, y fermentadores pueden llegar a ser rentables después de mejoras en los procesos significativos. El grupo encontró que coste de capital, costes laborales y los costos operacionales (fertilizantes, electricidad, etc.) por sí mismos son demasiado altos para los biocombustibles de algas ser competitivos en costo con los combustibles convencionales. Resultados similares fueron encontrados por otros, lo que sugiere que a menos que se encuentran nuevas formas de aprovechamiento de las algas para la producción de biocombustibles más baratos, su gran potencial técnico no puede nunca llegar a ser económicamente accesible. Recientemente, Rodrigo E. Teixeira demostró una reacción nueva y propone un proceso para la cosecha y extracción de materias primas para la producción de biocombustibles y productos químicos que requiere una fracción de la energía de los métodos actuales, mientras que la extracción de todos los componentes de la célula.

Aprovechamiento de subproductos

Muchos de los subproductos producidos en el proceso de microalgas pueden utilizarse en diversas aplicaciones, muchas de las cuales tienen una historia más larga de la producción de biocombustibles de algas. Algunos de los productos no utilizados en la producción de biocombustibles incluyen tintes naturales y pigmentos, antioxidantes y otros compuestos bio-activos de alto valor. Estos productos químicos y biomasa exceso han encontrado numerosas uso en otras industrias. Por ejemplo, los tintes y aceites han encontrado un lugar en los cosméticos, los agentes comúnmente como espesamiento y retención de agua. Descubrimientos en la industria farmacéutica incluyen antibióticos y antifúngicos derivados de microalgas, así como productos de salud naturales, que han ido creciendo en popularidad en los últimos decenios. Por ejemplo Espirulina contiene numerosas grasas poliinsaturadas (Omega 3 y 6), aminoácidos y vitaminas, así como de pigmentos que pueden ser beneficiosos, como el betacaroteno y clorofila.

Ventajas

Facilidad de crecimiento

Una de las principales ventajas que utilizando microalgas como la materia prima en comparación con los cultivos más tradicionales es que se puede cultivar mucho más fácilmente. Las algas se puede cultivar en tierra que no se consideraría apto para el crecimiento de los cultivos regularmente usados. Además, las aguas residuales que normalmente obstaculizaría el crecimiento de las plantas ha demostrado ser muy eficaz en el crecimiento de algas. Debido a esto, las algas pueden ser crecidas sin ocupar tierras cultivables que de lo contrario se utilizaría para la producción de cultivos alimentarios y los recursos mejor puede ser reservado para el cultivo normal. Microalgas también requieren menos recursos para crecer y se requiere poca atención, permitiendo el crecimiento y cultivo de algas para ser un proceso muy pasivo.

Impacto en los alimentos

Muchas materias primas tradicionales para biodiesel, como el maíz y Palma, también se utilizan como alimento para el ganado en granjas, así como una valiosa fuente de alimento para los seres humanos. Debido a esto, utilizando como biocombustible reduce la cantidad de comida disponible para ambos, lo que resulta en un aumento de los costos de los alimentos y el combustible producido. Utilizando algas como fuente de biodiesel puede aliviar este problema en un número de maneras. En primer lugar, las algas no se utiliza como fuente principal de alimento para los seres humanos, lo que significa que puede ser usado solamente para combustible y sería muy poco impacto en la industria alimentaria. En segundo lugar, muchos de los extractos de producto de desecho producidos durante el proceso de las algas para biocombustible pueden utilizarse como una suficiente alimentación animal. Se trata de una forma efectiva para minimizar residuos y una alternativa mucho más barata a las más tradicionales basado en el maíz o el grano los feeds.

Minimización de residuos

Cultivo de algas como fuente de biocombustibles también ha demostrado tener numerosos beneficios ambientales y se ha presentado como una alternativa mucho más respetuosa hacia los biocombustibles actuales. Por ejemplo, es capaz de utilizar la escorrentía, el agua contaminada con fertilizantes y otros nutrientes que son un subproducto de la agricultura, como fuente primaria de agua y nutrientes. Debido a esto, impide que este agua contaminada mezclando con los lagos y ríos que actualmente abastecen de agua potable. Además de esto, el amoníaco, nitratos y fosfatos que normalmente haría que el agua insegura realmente sirven como excelentes nutrientes para las algas, lo que significa que menos recursos se necesitan para crecer las algas. Muchas algas especies utilizadas en la producción de biodiesel son excelentes fijadores de bio, lo que significa que son capaces de eliminar dióxido de carbono de la atmósfera para utilizar como una forma de energía para ellos mismos. Debido a esto, han encontrado uso en la industria como una forma de tratar los gases de combustión y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Desventajas

Viabilidad comercial

Biodiesel de algas es todavía una tecnología bastante nueva. A pesar de que la investigación comenzó hace más de 30 años, fue puesto en espera durante la década de 1990, debido principalmente a la falta de fondos y un costo relativamente bajo del petróleo. Durante los próximos pocos años algas biocombustibles vieron poca atención; no fue hasta el pico de gas de la década de 2000 que finalmente tuvo una revitalización en la búsqueda de fuentes alternativas de combustible. Mientras que la tecnología existe para cosechar y para convertir algas en una útil fuente de biodiesel, todavía no ha aplicado en una escala lo suficientemente grande como para satisfacer las necesidades actuales de energía. Más investigación será requerida para hacer la producción de biocombustibles de algas biocombustibles más eficientes y en este momento que se está actualmente siendo retenido por los grupos de interés en el apoyo de alternativa, como los producidos a partir de maíz y grano. En 2013, Exxon Mobil Presidente y Director Ejecutivo Rex Tillerson dijo después de cometer originalmente a gastar hasta $ 600 millones en el desarrollo en una empresa conjunta con J. Craig Venter's Synthetic Genomics, las algas son "probablemente más" allá "25 años" de viabilidad comercial, Aunque Solazyme y Energía zafiro ya comenzó la venta comercial en pequeña escala en 2012 y 2013, respectivamente.

Estabilidad

El biodiesel producido a partir de la transformación de microalgas difiere de otras formas de biodiesel en el contenido de grasas poliinsaturadas. Las grasas poliinsaturadas son conocidas por su capacidad conservar la fluidez a bajas temperaturas. Si bien esto puede parecer como una ventaja en la producción durante las temperaturas más frías del invierno, las grasas poliinsaturadas causar menor estabilidad durante temperaturas de temporada regulares.

Investigación

Proyectos actuales

Estados Unidos

Artículo principal: Combustible de algas en los Estados Unidos

El Laboratorio Nacional de energías renovables (NREL) es el principal laboratorio nacional del Departamento de energía de Estados Unidos para la investigación de la eficiencia energética, energías renovables y desarrollo. Este programa está involucrado en la producción de energías renovables y eficiencia energética. Son una de sus divisiones más actuales consiste en el programa de biomasa que está involucrado en la caracterización de la biomasa, bioquímica y tecnologías de conversión termoquímica junto con biomasa procesan de ingeniería y análisis. El programa apunta a la producción de tecnologías de energía eficiente, rentable y respetuosas que apoyen las economías rurales, reducen la dependencia de las Naciones Unidas en aceite y mejoran la calidad del aire.

En el Institución Oceanográfica del agujero de maderas y de la Institución Oceanográfica de Harbor Branch las aguas residuales de fuentes industriales y domésticas contienen ricos compuestos orgánicos que se utilizan para acelerar el crecimiento de algas. El Departamento de biológicas y la ingeniería agrícola en Universidad de Georgia está explorando la producción de biomasa microalgal con aguas residuales industriales. Algaewheel, con sede en Indianápolis, Indiana, presentó una propuesta para construir una instalación en Cedar Lake, Indiana utiliza algas para tratar aguas residuales municipales, utilizando la lodos de subproducto para producir biocombustible. Un enfoque similar se sigue por Sistemas de algas, una empresa de Daphne, Alabama.

Energía zafiro (San Diego) ha producido crudo verde de algas.

Solazyme (South San Francisco, California) ha producido un combustible conveniente para accionar el avión del jet de las algas.

Europa

Las universidades en el Reino Unido que trabajan en la producción de aceite de algas incluyen: Universidad de Manchester, Universidad de Sheffield, Universidad de Glasgow, Universidad de Brighton, Universidad de Cambridge, University College London, Imperial College London, Universidad de Cranfield y La Universidad de Newcastle. En España, también es relevante la investigación llevada a por el CSIC´s Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (Microalgas Biotecnología Grupo, Sevilla).

La estación de investigaciones marinas de Ketch Harbour, Nueva Escocia, ha estado involucrado en el crecimiento de algas durante 50 años. El Consejo Nacional de investigación (Canadá) (NRC) y programa nacional de productos derivados han proporcionado $ 5 millones para financiar este proyecto. El objetivo del programa ha sido construir una planta piloto de cultivo de l de 50.000 en el centro de puerto de Ketch. La estación ha estado involucrada en la evaluación de cuál es la mejor para cultivar algas para biocombustibles y está involucrada en la investigación de la utilización de numerosas especies de algas en las regiones de América del norte. NRC ha unido fuerzas con el Departamento de energía de Estados Unidos, el Laboratorio Nacional de energías renovables en Colorado y Laboratorios nacionales de Sandia en Nuevo México.

El Asociación de la biomasa de algas europeo (EABA) es la Asociación Europea que representa la investigación y la industria en el campo de las tecnologías de las algas, actualmente con 79 miembros. La Asociación tiene su sede en Florencia, Italia. El objetivo general de la EABA es promover el intercambio y la cooperación en el campo de la producción de biomasa y utilización, incluyendo usos de biocombustibles y otros empleos. Su objetivo es crear, desarrollar y mantener la solidaridad y vínculos entre sus miembros y defender sus intereses a nivel europeo e internacional. Su objetivo principal es actuar como un catalizador para fomentar las sinergias entre científicos, empresarios y tomadores de decisiones para promover el desarrollo de la investigación, tecnología y capacidad industrial en el campo de las algas.

Innovaciones de CMCL y el Universidad de Cambridge están llevando a cabo un estudio de diseño detallado de un C-rápido (Carbón combustibles negativo derivan Algal y tecnologías solares) planta. El objetivo principal es diseñar una planta piloto que puede demostrar la producción de combustibles de hidrocarburos (incluyendo diesel y gasolina) como portadores de energía sostenible de carbón negativo y materias primas para la industria de productos químicos básicos. Este proyecto presentará un informe en junio de 2013.

Ucrania planea producir biocombustibles usando un tipo especial de algas.

El Comisión Europeade algas grupo proyecto, financiado por el Séptimo programa marco, se compone de proyectos de biocombustibles de tres algas, cada uno mirando para diseñar y construir una planta de biocombustible de algas diferentes cubriendo 10ha de terreno. Los proyectos son BIOFAT, todo-Gas y InteSusAl.

Ya que pueden producir diversos combustibles y productos químicos a base de algas, se ha sugerido para investigar la viabilidad de diversos procesos de producción (separación de extracción convencional, hidrotermal licuefacción, gasificación y pirólisis) para su aplicación en una Biorrefinería integrada de algas.

India

Industrias de la confianza en colaboración con Algenol, Estados Unidos encargó un proyecto piloto para producir bio-aceite de algas en el año 2014. Espirulina que es un alga rica en contenido de proteínas se ha cultivado comercialmente en la India. Las algas se utiliza extensivamente en la India está situada en región tropical, para el tratamiento de las aguas residuales en lagunas de oxidación natural abierto para generar el oxígeno necesario en reunión del Demanda biológica de oxígeno (DBO).

Otros

La organización de la biomasa de algas (ABO) es una organización sin fines de lucro cuya misión es "promover el desarrollo de los mercados comerciales viables de materias primas renovables y sostenibles derivados de algas".

El Asociación Nacional de algas (NAA) es una organización sin fines de lucro de algas investigadores, empresas de producción de algas y la comunidad de inversionistas que comparten el objetivo de comercialización de aceite de algas como una materia prima alternativa para los mercados de biocombustibles. La NAA da a sus miembros un foro para evaluar eficientemente diversas tecnologías de algas para la primera etapa empresa oportunidades.

Estanque de biocombustibles Inc. en Ontario, Canadá cuenta con una planta piloto de funcionamiento donde las algas se cultiva directamente de las emisiones de chimeneas de una fábrica de cemento y secado usando calor residual. En mayo de 2013, estanque biocombustibles anunció una asociación con el Consejo de investigación nacional de Canadá y Canadian Natural Resources Limited construir una escala de demostración biorefinería algas en un sitio de arenas petrolíferas cerca de Bonnyville, Alberta.

Océano nutrición Canadá en Halifax, Nueva Escocia, Canadá se ha encontrado una nueva cepa de alga que aparece capaz de producir aceite a una velocidad 60 veces superior a otros tipos de algas que se utilizan para la generación de biocombustibles.

Energía de VG, una filial de Viral Genetics Incorporated, afirma haber descubierto un nuevo método de aumentar la producción de lípidos algas interrumpiendo las vías metabólicas que de lo contrario desviaría la energía fotosintética hacia la producción de hidratos de carbono. Utilizando estas técnicas, la empresa afirma que producción de lípidos puede aumentar varias veces, potencialmente hacer biocombustibles algas coste-competitivo con los combustibles fósiles existentes.

Producción de algas de la descarga de agua caliente de una planta de energía nuclear ha sido pilotado por Patrick C. Kangas en Estación de Energía Nuclear inferior del melocotón, propiedad de Exelon Corporación. Este proceso aprovecha la relativamente alta temperatura agua para sostener el crecimiento de las algas incluso durante los meses de invierno.

Empresas como la energía zafiro y las células solares Bio utilizan ingeniería genética para hacer más eficiente la producción de combustible de algas. Según Klein Lankhorst de Bio células solares, ingeniería genética mucho podría mejorar la eficiencia de combustible de algas como las algas pueden ser modificadas para construir solamente cadenas de carbono corta en lugar de largas cadenas de hidratos de carbono. Energía zafiro utiliza también mutaciones inducidas químicamente para producir adecuado para uso como un cultivo de algas.

Algunos intereses comerciales en sistemas de cultivo de algas a gran escala están mirando para atar las infraestructuras existentes, tales como fábricas de cemento, las centrales eléctricas de carbón, o instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Este enfoque transforma desechos en recursos para proveer la materia prima, CO
2 y nutrientes, para el sistema.

Un estudio de viabilidad usando microalgas marinas en un fotobiorreactor está siendo realizado por el consorcio internacional de investigación en márgenes continentales en el Universidad Jacobs de Bremen.

El Departamento de ciencias ambientales en Universidad Ateneo de Manila En Filipinas, está trabajando en la producción de biocombustibles a partir de una especie local de algas.

Ingeniería genética

Ingeniería genética las algas se ha utilizado para aumentar las tasas de crecimiento o producción de lípidos. La investigación actual en la ingeniería genética incluye la introducción o eliminación de enzimas. En 2007 Oswald et al. introdujo una el Monoterpene sintasa de dulce albahaca en Saccharomyces cerevisiae, una cepa de levadura. Este monoterpeno particular sintasa produce la síntesis de novo de grandes cantidades de geraniol, mientras que también la secreción al medio. Geraniol es un componente primario en aceite de rosa, aceite de Palmarosa, y aceite de citronela así como de aceites esenciales, lo que es una fuente viable de triacylglycerides para la producción de biodiesel.

La enzima ADP-Glucosa pirofosforilasa es de vital importancia en la producción de almidón, pero no tiene relación con la síntesis de lípidos. Retiro de esta enzima dio lugar en el sta6 mutante, que mostró contenido lipídico mayor. Después de 18 horas de crecimiento en mutantes de nitrógeno medio deficiente la sta6 tenía en promedio 17 células de triacylglycerides/1000 ng, comparado con 10 ng/1000 células en las células de la WT. Este aumento en la producción de lípidos fue atribuida a la reasignación de recursos intracelulares, como las algas desvían la energía de producción de fécula.

En 2013 los investigadores usaron un "knock-down" de reducir grasa enzimas (lipasa multifuncional, fosfolipasa/Aciltransferasa) para aumentar los lípidos (aceites) sin comprometer el crecimiento. El estudio también introdujo un proceso de selección eficiente. Caída sin sentido expresando las cepas 1A6 y 1B1 contenido 2.4 y 3.3 veces mayor contenido de lípidos durante el crecimiento exponencial y 4.1 y 3.2 veces mayor contenido de lípidos después de 40 h de hambre de silicio.

Programas de financiación

Se han creado numerosos programas de financiamiento con el objetivo de promover el uso de las energías renovables. En Canadá, la iniciativa capital de biocombustibles de ecoagricultura (ecoABC) ofrece $ 25 millones por proyecto para ayudar a los agricultores en la construcción y ampliación de una planta de producción de combustible renovable. El programa cuenta con $ 186 millones destinados a estos proyectos. El programa de desarrollo sostenible (SDTC) también ha aplicado $500 millones más de 8 años para ayudar en la construcción de la nueva generación de combustibles renovables. Además, en los últimos 2 años $ 10 millones se ha hecho disponible para el análisis y la investigación de combustibles renovables

En Europa, el séptimo programa marco (7 PM) es el principal instrumento para la financiación de la investigación. Asimismo, el NER 300 es un portal no oficial, independiente, dedicado a las energías renovables y proyectos de integración de la red. Otro programa incluye el programa de horizonte 2020 que se iniciar el 1 de enero y se reunir el programa marco y otra innovación de CE e investigación financiación en un nuevo integrado sistema de financiación

El americano NBB's Programa de desarrollo de materia prima se dirige a la producción de algas en el horizonte para ampliar material disponible para biodiesel de manera sostenible.

Políticas internacionales

Canadá

Numerosas políticas se han puesto en su lugar desde la crisis del petróleo de 1975 con el fin de promover el uso de combustibles renovables en los Estados Unidos, Canadá y Europa. En Canadá, estos incluyen la aplicación de impuestos eximiendo a propano y gas natural que se extendió a etanol procedente de biomasa y metanol en 1992. El gobierno federal también anunció su estrategia de combustibles renovables en el año 2006 que propone cuatro componentes: aumentar la disponibilidad de combustibles renovables a través de la regulación, apoyando la expansión de la producción canadiense de combustibles renovables, ayudar a los agricultores a aprovechar nuevas oportunidades en este sector y acelerar la comercialización de nuevas tecnologías. Estos mandatos fueron seguidos rápidamente por las provincias canadienses:

BC presenta un 5% de etanol y 5% requerimiento de diesel renovable que fue efectivo en enero de 2010. También introdujo un requisito de combustible de bajo carbono para el 2012 a 2020.

Alberta introdujo un 5% etanol y 2% diesel renovable requisito implementado de abril de 2011. La provincia también introdujo un 25% gases de efecto invernadero emisiones reducción requisito mínimo para clasificación de combustibles renovables.

Saskatchewan implementó un requerimiento de diesel renovable de 2% en 2009.

Además, en 2006, el Gobierno Federal canadiense anunció su compromiso para con su poder adquisitivo para fomentar la industria de los biocombustibles. Sección tercera de la ley de combustibles alternativos de 2006 declaró que cuando es económicamente factible hacerlo así - 75% por ciento de todos los organismos federales y corona Corporación serán vehículos de motor.

El Consejo de investigación nacional de Canadá ha establecido la investigación sobre algas conversión de carbono como uno de sus programas estrella. Como parte de este programa, el NRC hizo un anuncio en mayo de 2013 que se asocia con limitada canadiense de recursos naturales y biocombustibles de estanque a construir una demostración escala biorefinería algas cerca de Bonnyville, Alberta.

Estados Unidos

Políticas en los Estados Unidos incluyen una disminución en los subsidios proporcionados por los gobiernos federales y estatales a la industria petrolera que generalmente han incluido $ 2,84 billones. Esto es más de lo que realmente se deja de lado para la industria de los biocombustibles. La medida fue discutida en el g-20 en Pittsburgh donde los líderes acordaron que "subsidios a los combustibles fósiles ineficientes fomentar consumo desmedido, reducen nuestra seguridad energética, impiden la inversión en fuentes limpias y socavan los esfuerzos para hacer frente a la amenaza del cambio climático". Si este compromiso es seguido a través y se quitan las subvenciones, se creará un mercado más justo en que las algas biocombustibles pueden competir. En 2010, la cámara de representantes aprobó una legislación que buscan dar paridad de biocombustibles basados en algas con biocombustibles de celulosa en los programas de crédito de impuesto federal. La ley de promoción de combustibles renovables basados en algas (HR 4168) fue puesto en ejecución para dar acceso a proyectos de biocombustible a un $1,01 por gal producción impuesto crédito y 50% depreciación de bonificación para la propiedad de planta de biocombustible. El gobierno de Estados Unidos también introdujo el combustible doméstico para mejorar la ley de seguridad nacional implementadas en 2011. Esta política constituye una enmienda a la ley de servicios administrativos de las disposiciones de defensa 1949 y federal y propiedad Federal para extender a 15 el número de años que el contrato multianual del Departamento de defensa (DOD) puede ingresarse en el caso de la compra de biocombustibles avanzados. Programas federales y DOD son generalmente limitados a un período de 5 años

Otros

La Unión Europea (UE) también ha respondido por cuadruplicado los créditos para los biocombustibles de segunda generación algas que fue establecido como una enmienda a los biocombustibles y las directivas de calidad de combustible

Empresas

Vea también: Lista de los productores de combustible de algas

Con biocombustible algas siendo una alternativa relativamente nueva a productos derivados del petróleo convencional, deja numerosas oportunidades para avances drásticos en todos los aspectos de la tecnología. Producir biocombustibles de algas no es todavía un reemplazo rentable para la gasolina, pero alteraciones a las metodologías actuales pueden cambiar esto. Los dos objetivos más comunes para los avances están el medio de crecimiento (estanque abierto vs fotobiorreactor) y métodos para eliminar los componentes intracelulares de las algas. A continuación se presentan las empresas que actualmente están innovando tecnologías de biocombustibles de algas.

Algenol biocombustibles

Fundada en 2006, Algenol Biofuels es una empresa de biotecnología industrial, global que es comercializar su tecnología patentada de algas para producción de etanol y otros combustibles. Con base en el suroeste de la Florida, tecnología patentada de Algenol permite la producción de los combustibles más importantes cuatro (combustible de etanol, gasolina, jet y diesel) mediante algas patentadas, luz solar, dióxido de carbono y el agua salada de alrededor de $1,27 por galón y en niveles de producción de 8.000 total de galones de combustible líquido por acre por año. Tecnología de Algenol produce altos rendimientos y se basa en fotobiorreactores patentado y técnicas exclusivas aguas abajo para la producción de combustible de bajo costo con dióxido de carbono de fuentes industriales.

Producción de mármol azul

Producción de mármol azul es una empresa con sede en Seattle que se dedica a eliminar las algas del agua infestadas de algas. Esto a su vez limpia el medio ambiente y permite a esta empresa producir biocombustibles. En lugar de centrarse sólo en la producción masiva de algas, esta empresa se centra en qué hacer con los subproductos. Esta empresa recicla casi el 100% de su agua mediante ósmosis inversa, ahorro de 26.000 galones de agua cada mes. Esta agua entonces se bombea en su sistema. El gas producido como un subproducto de las algas también serán reciclado por estar en un sistema de fotobiorreactor que contiene varias cepas de algas. Sigue siendo de cualquier gas se hace en aceite de pirólisis por procesos termoquímicos. No sólo hace esta empresa buscan producir biocombustibles, pero también desea usar algas para una variedad de otros propósitos como fertilizante, saborizante de alimentos, drogas antiinflamatorias y anticáncer.

Solazyme

Solazyme es uno de un puñado de compañías que es apoyado por empresas como Chevron. Además, esta empresa también está respaldada por Imperium Renewables, financiamiento de Capital de cresta azul y el grupo Roda. Solazyme ha desarrollado una manera de utilizar hasta el 80% de algas secas como aceite. Este proceso requiere de las algas en un recipiente de fermentación oscura y ser alimentado por substratos de carbón dentro de su medio de crecimiento. El efecto es la producción de triglicéridos que son casi idénticos a aceite vegetal. Método de producción de Solazyme es dicho para producir más petróleo que las algas cultivadas fotosintéticamente o hecho para producir etanol. Refinerías de petróleo pueden entonces tomar este aceite de algas y convertirlo en biodiesel, diesel renovables o combustibles de jet.

Parte de prueba de Solazyme, en colaboración con Maersk Line y la US Navy, coloca 30 toneladas de combustible de las algas Soladiesel(RD) en la nave de envase Maersk Kalmar de 98.000 toneladas, 300 metros. Este combustible fue utilizado en mezclas de 7% a 100% en un motor auxiliar en un viaje de un mes de Bremerhaven, Alemania a Pipavav, India en diciembre de 2011. En julio de 2012, la marina de guerra de Estados Unidos utiliza 700.000 galones de biodiesel HRD76 en tres barcos de la USS Nimitz "Grupo de la huelga verde" durante ejercicio RIMPAC 2012 en Hawaii. El Nimitz también utiliza 200.000 galones de biocombustible HRJ5 jet. Las mezclas de biocombustibles 50/50 fueron proporcionadas por Solazyme y combustibles dinámico.

Energía zafiro

Energía zafiro es un líder en la industria de los biocombustibles algas respaldada por el Wellcome Trust, inversión de cascada de Bill Gates, Monsanto y otros grandes donantes. Luego de experimentar con la producción de diferentes combustibles de algas a partir de 2007, la compañía se centra ahora en la producción de lo que llama "verde crudo" de las algas en estanques raceway abierto. Después de recibir más de $ 100 millones en fondos federales en 2012, zafiro construyó la primera instalación de combustible de las algas de demostración comercial en Nuevo México y continuamente ha producido biocombustible desde finalización de la instalación en ese año. En 2013, zafiro comenzó a ventas comerciales de algas biocombustibles a Tesoro, lo que es una de las primeras compañías, junto con Solazyme, para vender combustible de algas en el mercado.

Diversificada Technologies Inc.

Diversified Technologies Inc. ha creado una patente pendiente la opción de tratamiento para reducir los costos de extracción de aceite de algas. Esta tecnología, llamada tecnología de campo eléctrico pulsado (PEF), es un proceso de bajo costo, baja de energía que se aplica pulsos eléctricos de alto voltaje a una mezcla de algas. Los impulsos eléctricos permiten a las membranas celulares algales que se rompió fácilmente, aumentar la disponibilidad de todos los contenidos de la célula (lípidos, proteínas y carbohidratos), lo que permite la separación en componentes específicos de aguas abajo. Este método alternativo a la extracción intracelular ha demostrado la capacidad de ser tanto integrada en línea así como escalable en conjuntos de alta producción. El campo eléctrico de pulso somete las algas a corto, intensas explosiones de radiación electromagnética en una cámara de tratamiento, electroporating las paredes celulares. La formación de agujeros en la pared celular permite el contenido dentro del flujo en la solución circundante para más separación. PEF tecnología sólo requiere 1-10 pulsos de microsegundos, lo que permite un enfoque de alto rendimiento para la extracción de algas.

Cálculos preliminares han demostrado que la utilización de la tecnología PEF sólo representaría $0,10 por galón de biodiésel derivadas de algas producido. En comparación, secado convencional y extracciones con disolventes representan $1,75 por galón. Esta incoherencia entre los costos se puede atribuir al hecho de que algas secado generalmente representa el 75% del proceso de extracción. Aunque una tecnología relativamente nueva, el PEF se ha utilizado con éxito en procesos de decomtamination de alimentos, así como tratamientos de aguas residuales.

Inc. de aceites de origen

Origen aceites Inc. ha estado investigando un método revolucionario llamado el biorreactor de la hélice, alterar el sistema de lazo cerrado crecimiento común. Este sistema utiliza bombillas de bajo consumo de energía en un patrón helicoidal, que permite a cada célula algal obtener la cantidad necesaria de luz. Luz solar puede penetrar sólo unas pocas pulgadas a través de las células de algas, luz que hace un reactivo limitante en las granjas de algas de la abrir-charca. Cada elemento de la iluminación en el biorreactor se altera especialmente para emitir longitudes de onda específicas de luz, como un espectro completo de luz no es beneficioso para el crecimiento de algas. De hecho, la irradiación ultravioleta es realmente perjudicial como inhibe la fotosíntesis, fotorreducción y el cambio de absorbancia de luz-oscuridad nm 520 de algas.

Este biorreactor también aborda otra cuestión clave en el crecimiento de células de algas; introducción de CO₂ y nutrientes a las algas sin perturbar o exceso de aireación las algas. Combates de origen aceites Inc. esto temas mediante la creación de la tecnología cuántica fractura. Este proceso tiene el CO₂ y otros nutrientes, las fracturas a presiones extremadamente altas y luego entregar el micrón tamaño burbujas a las algas. Esto permite que los nutrientes que se entregarán en una presión mucho más baja, manteniendo la integridad de las células.

Proviron

Proviron ha estado trabajando en un nuevo tipo de reactor (mediante placas planas) que reduce el costo de cultivo de algas. En AlgaePARC una investigación similar se lleva a cabo mediante 4 crecer sistemas (sistema abierto estanque 1 y 3 tipos de sistemas cerrados). Según René Wijffels los sistemas actuales todavía no permite combustible de algas para producir competitivamente. Sin embargo usando nuevos sistemas (cerrados) y por la intensificación de la producción sería posible reducir los costos de 10 X, hasta un precio de 0,4 € por cada kg de algas.

Genifuels

Genifuel Corporation ha autorizado el proceso de extracción de combustible de alta temperatura/presión y ha estado trabajando con el equipo en el laboratorio desde el año 2008. La compañía tiene la intención de hacer equipo con algunos socios industriales para crear una planta piloto utilizando este proceso para hacer biocombustible en cantidades industriales. Genifuel proceso combina licuefacción hidrotérmica con gasificación hidrotérmica catalítica en reactor funcionando a 350 grados Celsius (Fahrenheit de 662) y presión de 3000 PSI.

Véase también

• Fermentación de ABE
• Algenol
• Algaculture
• Ingeniería Bioquímica
• Producción biológica del hidrógeno (algas)
• Combustible Butanol
• Carbono neutralidad
• Combustibles de cultura
• Cyanotoxin
• Helioculture
• Alianza Internacional de la energía renovable
• Lista de los productores de combustible de algas
• Conversión de energía térmica oceánica
• Nannochloropsis y biocombustibles
• Nannochloropsis
• Ficología
• Fitoplancton
• Despolimerización térmica
• Índice de carbonato de sodio residual

Lectura adicional

• Worldwatch Institute (2007). Biocombustibles para el transporte: potencial Global y las implicaciones para la agricultura sostenible y energía en el siglo XXI. Earthscan. ISBN978-1-84407-422-8.
• McKay, David JC (03 de noviembre de 2008). Energía sostenible-sin aire caliente. 3.5.2. UIT Cambridge Ltd. ISBN0-9544529-3-3.
• Lane, Jim (18 de abril de 2010). "agua salada: el sabor agridulce de la libertad de la energía". Mundo de las energías renovables. 21 de abril 2010.
• Bhatnagar, S.K. Saxena Atul y Stefan Kraan, editores (2011). Biocombustibles de algas. Nueva Delhi: Prensa de Studium (India) Pvt. Ltd. ISBN978-93-8001-244-5.
• Darzins, Al; Pienkos, Felipe; Edye, Les (2010). Estado actual y potencial para la producción de biocombustibles de algas (PDF). IEA Bioenergy tarea 39.

Acoplamientos externos

• Un informe sobre el uso comercial y de producción de aceite de algas
• Una mirada sobria a biocombustibles de algas (compartimiento de Biodiesel)
• Publicaciones de laboratorio nacional de energías renovables Estados Unidos
• Estado actual y potencial para la producción de biocombustibles de algas

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