Microalgen: van belofte naar een duurzaam industrieel proces

Transcriptie

1 Microalgen: van belofte naar een duurzaam industrieel proces Biodiesel productie uit microalgen 23 November 2011, Anne Klok MSc

2 Slim materiaal en energie gebruik: terug naar de natuur! Energie van de toekomst: Onuitputtelijk Voldoende voor iedereen Gebruik van zonne-energie Elektriciteit Biomassa 15 TW = 15* 10 9 kw A. Yokochi: Oregon State Univ

3 Zonne-energie uit biomassa 50% van alle transport brandstof in de VS vervangen met biodiesel Soort Olieopbrengst (L/ha) Land (M ha) Mais Soya Canola Jatropha Kokospalm Oliepalm Microalgen (30% olie) % landbouwgrond VS Y. Chisti (2007) Biodiesel from microalgae Biotechnology Advances, 25: 3 p

4 Microalgen Primitief plantaardig organisme Zout en zoetwater Fotosynthese soorten Cyanobacteriën Scenedesmus Groene algen Chromista Spirulina Diatomeeën Bruine algen Macro algen Zeewieren Rode algen Euglenophyta Phaeodactylum

5 Waarom algen Hoge productiviteit per oppervlakte Groeit op zeewater Geen landbouwgrond nodig Minder water nodig Grote variëteit in soorten en dus producten Olie ophoping to zeer hoge concentratie Stofwisseling is stuurbaar richting gewenst product Recyclen van nutriënten (N & P) CO 2 mitigatie

6 Microalgen en hun producten Biomassa Visvoer Fijnchemicaliën (DHA, EPA) Kleurstoffen Bemesting Diervoeder Olie

7 Lipiden productie Lipiden in algen Variërend van 5-60% Algen met hoog vetgehalte Nannochloropsis sp. Bottryococcus braunii Vetproductie onder ongunstige omstandigheden Hoge lichtintensiteit Nutriënten gebrek Verhoogde temperatuur Hoge zoutconcentraties

8 Lipiden?! Vetachtige stof, onoplosbaar in water Veel verschillende soorten lipiden in algen Fosfolipiden en andere diglyceriden Chlorofyl en andere kleurstoffen Sterolen Triglyceriden MS Cooper et al (2010) Visualizing "green oil" in live algal cells, Journal of Bioscience and Bioengineering, 109:2 p

9 Triglyceriden (TAG) zijn het meest wenselijk voor biobrandstof Geen verontreiniging van stikstof en zwavel Schone brandstof Direct om te zetten in alkylesters, met glycerol als enige restproduct

10 Grootschalige algen productie

11 Grootschalige algen productie

12 Grootschalige algen productie

13 Klassieke vetproductie: nutriënten stress

14 Groei vs. vetproductie Groei en vetproductie lijken elkaar uit te sluiten Vette algen zijn trage groeiers Stress condities stoppen de groei helemaal Griffiths & Harrison (2009) Lipid productivity as a key characteristic for choosing algal species for biodiesel production, Journal of applied Phycology, 21:52 p

15 Vetaccumulatie wordt veroorzaakt door een onbalans in energie Groei en vetproductie zijn elkaars concurrent voor energie Zolang mogelijk zal een alg gaan voor gezonde biomassa Een limitatie remt de groei en de overige energie moet worden afgevoerd: Dissipatie Accumulatie van gereduceerde metabolieten TAG Zetmeel

16 Blokkeren van zetmeel synthese leidt tot extreme vetaccumulatie Y. Li et al (2010) Chlamydomonas starchless mutant defective in ADP-glucose pyrophosphorylase hyper-accumulates triacylglycerol, Metabolic Engineering 12:4 p

17 Controleren van energie stromen Groei niet stilleggen maar remmen Controleren van stikstof consumptie in een continu kweeksysteem Stikstof limitatie

18 Groei en vetgehalte in een continu systeem Growth rate Lipid content Lipid productivity

19 Tot slot Grootschalige algenkweek heeft de potentie de energie en materialen van de toekomst te leveren Vetproductiviteit moet echter worden verhoogd Hoge vetproductie is te bereiken door het controleren van energie stromen Blokkeren stroom andere metabolieten Verminderen van energiestroom naar biomassa: Weegt continue productie op tegen een tweetraps proces? Meer onderzoek

20 algae.wur.nl