Tutkimuksia ja kokeita on tehty jo muutaman vuoden ajan mikrolevät valmistukseen käytettäväksi biopolttoaineet. Nämä tutkimukset perustuvat siihen, että mikrolevillä on useita etuja muihin perinteisiin raaka-aineisiin, kuten vihanneskasveihin tai maatalousjätteisiin verrattuna. Tällä hetkellä näitä mikroleviä käytetään eri tarkoituksiin, kuten lääke- tai elintarviketeollisuudessa, mutta niiden potentiaali energianlähteenä näyttää olevan erittäin lupaava.
Mikrolevät ovat fotoautotrofisia yksisoluisia mikro-organismeja, joilla on kyky tuottaa energiaa läpi fotosynteesi ja syntetisoivat biomolekyylejä yksinkertaisista yhdisteistä, kuten vesi y hiilidioksidi (CO2). Tämä tekee mikrolevistä keskeisen välineen paitsi biopolttoaineiden tuotannossa myös kasvihuonekaasujen vähentämisessä, koska ne imevät hiilidioksidia kasvunsa aikana.
Mitä mikrolevät ovat ja miten ne toimivat?
Mikrolevät ovat yksisoluisia fotosynteettisiä organismeja, joita esiintyy monenlaisissa vesiympäristöissä. Noin 30.000 50 lajia tunnetaan, vaikka vain 10 on tutkittu perusteellisesti ja alle XNUMX % on kaupallisesti käytettyjä. Tämä jättää valtavasti tilaa tutkimukselle sellaisten lajien löytämiseksi, joilla on tehokkaat ominaisuudet biopolttoaineiden tuotantoon.
Lisäksi mikrolevillä on erittäin nopea kasvusykli. Vaikka maakasvien kehittyminen voi kestää kuukausia, jotkin mikrolevälajit voivat kaksinkertaistaa massansa muutamassa tunnissa. Tämä tarjoaa kilpailuedun, kun on kyse suurten biomassamäärien tuotannosta pienissä tiloissa ja lyhyemmässä ajassa, mikä puolestaan lisää sen käytön kannattavuutta.
Mikrolevien edut biopolttoaineiden tuotannossa
- Runsaus ja monimuotoisuus planeetalla: Mikrolevät ovat erittäin runsaita ja erilaisia. Niiden kyky mukautua erilaisiin ympäristöihin, sekä vesi- että maaympäristöihin, antaa niille suuren joustavuuden viljelyyn erilaisissa olosuhteissa. Lisäksi sen laaja lajivalikoima mahdollistaa kullekin biopolttoainetyypille sopivimman valinnan.
- Huippusuorituskyky: Mikrolevät ovat paljon tuottavampia biomassan suhteen kuin tavanomaiset biopolttoaineisiin käytettävät kasvit, kuten maissi tai soija. Ne tuottavat jopa 100 kertaa enemmän biomassaa pinta-alayksikköä kohti, mikä tarkoittaa suuremman biopolttoainemäärän hehtaaria kohden.
- Ne eivät kilpaile ruokakasvien kanssa: Toisin kuin muut kasviperäiset biopolttoainelähteet, mikrolevät eivät vaadi hedelmällistä viljelymaata kasvaakseen. Ne voivat kehittyä jätevedessä, suolavedessä tai jopa maataloudelle sopimattomalle maalle, mikä minimoi vaikutukset elintarviketurvaan.
- CO2:n käyttö ja pienemmät ympäristövaikutukset: Mikrolevät kuluttavat kasvunsa aikana suuria määriä hiilidioksidia. Tämä ei hyödytä vain fotosynteesiprosessia, vaan auttaa myös vähentämään tämän kaasun pitoisuutta ilmakehässä, mikä edistää ilmastonmuutoksen torjuntaa.
- Useiden yhdisteiden valmistus: Mikrolevät pystyvät tuottamaan lipidejä biodieseliä varten, hiilihydraatteja bioetanolia varten ja proteiineja, joita voidaan käyttää ravintona tai lisäravinteena. Sen biomassasta voidaan saada myös toissijaisia tuotteita, joita voidaan käyttää lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa.
Biopolttoaineiden tuotanto mikrolevistä
Mikrolevistä voidaan valmistaa erilaisia biopolttoaineita, joista jokaisella on erityiset ominaisuudet, jotka tekevät niistä ihanteellisia erityyppisiin käyttötarkoituksiin. Yleisimpiä biopolttoaineita ovat biodiesel, bioetanoli, biokaasu ja biovetyä. Jokainen näistä polttoaineista saadaan mikrolevien eri komponenteista, kuten lipideistä ja hiilihydraateista.
Biodiesel mikrolevistä
El biodiesel Se on yksi tunnetuimmista biopolttoaineista ja sitä saadaan pääasiassa lipideistä (rasvoista), joita mikrolevät varastoivat sisälle. Sen valmistamiseksi lipidit uutetaan leväsoluista ja käyvät läpi myöhemmin kemiallisen prosessin, joka tunnetaan nimellä transesteröinti, joka muuttaa ne metyyliestereiksi, jotka ovat biodieselin pääkomponentti.
Uuttoprosessi on kallis, mutta uusien lipidiuuttotekniikoiden tutkimus ja rasvahapoilla rikastettujen mikrolevien kehitys etenee nopeasti. Lisäksi tiettyjä edistysaskeleita leväbiomassan tuottamisessa biopolttoaine ovat mahdollistaneet suuremman tehokkuuden biodieselin hankinnassa, pääasiassa tekniikoiden, kuten esim hydroterminen nesteytys (HTL), joka käsittelee märkää biomassaa korkeassa paineessa ja lämpötilassa.
Bioetanoli mikrolevistä
El bioetanoli Sitä saadaan mikrolevissä varastoitujen hiilihydraattien käymisen kautta. Biomassan esikäsittelyn jälkeen sokereiden erottamiseksi käytetään hiivoja ja bakteereita muuttamaan nämä hiilihydraatit etanoliksi. Vaikka prosessi on samanlainen kuin maissin tai sokeriruo'on käsittelyssä, mikrolevien etuna on, että ne eivät vaadi suuria maa-alueita tai lannoitteita eivätkä ne kilpaile ihmisravinnoksi tarkoitettujen viljelykasvien kanssa.
Biokaasu mikrolevistä
El biokaasu Se on toinen niistä biopolttoaineista, joita voidaan tuottaa käyttämällä mikroleviä. Anaerobisen mädätysprosessin kautta levissä olevat hiilihydraatit ja lipidit hajoavat hapen puuttuessa muodostaen metaania ja hiilidioksidia. Tätä biokaasua voidaan käyttää samalla tavalla kuin maakaasua, mikä mahdollistaa sähkön tuotannon tai käytön lämmitysjärjestelmissä.
Biopolttoaineet teollisuudessa ja liikenteessä
Biokaasusta sähkön tuotannon lisäksi mikrolevistä saaduilla biopolttoaineilla on keskeisiä käyttökohteita muun muassa liikenteessä ja lentoliikenteessä. Parhaillaan tutkitaan mikrolevistä valmistettua biodieseliä kannattavana vaihtoehtona polttoaineille kaupallisessa ilmailussa, joka on yksi vaikeimmin hiilidioksidipäästöistä. Hän biokerosiini mikrolevistä johdettu tuotanto voisi olla toteuttamiskelpoinen ratkaisu hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tällä alalla.
Sovelluksia tutkitaan myös biopolymeerin tuotanto, jotka ovat biohajoavia muoveja, joita syntyy lipidien vaihtoesteröintiprosessin aikana saaduista sivutuotteista, kuten glyserolista. Tämä voisi lisätä taloudellista lisäarvoa mikrolevien tuotantoon ja tehdä niistä kilpailukykyisempiä biopolttoaineiden muiden raaka-aineiden kanssa.
Tuotantokustannukset ovat edelleen suurin este mikrolevistä peräisin olevan biopolttoaineen massakaupallistamiselle, mutta tieteen ja tekniikan kehitys viittaa lupaaviin tulevaisuuteen tälle teollisuudelle. Viljely- ja louhintaprosessin tehokkuuden parantuessa ja biopolttoaineiden jalostustekniikoiden kehittyessä ei ole epäilystäkään siitä, että mikrolevät asettuvat yhdeksi tärkeimmistä uusiutuvan energian lähteistä maailmassa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että mikrolevät eivät ole pelkästään lupaavia biopolttoaineiden tuotannon suhteen, vaan tarjoavat myös kestävän ratkaisun yhteiskuntamme energia- ja ympäristöongelmien lieventämiseen. Sen kyky mukautua erilaisiin ympäristöihin, korkea tuottava suorituskyky ja kyky absorboida CO2 tekevät mikrolevistä erinomaisen vaihtoehdon puhtaiden ja kannattavien energiavaihtoehtojen etsimisessä.