Microalgen: van belofte naar een duurzaam industrieel proces Biodiesel productie uit microalgen 23 November 2011, Anne Klok MSc
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
Zonne-energie uit biomassa 50% van alle transport brandstof in de VS vervangen met biodiesel Soort Olieopbrengst (L/ha) Land (M ha) Mais 172 1540 846 Soya 446 594 326 Canola 1190 223 122 Jatropha 1892 140 77 Kokospalm 2689 99 54 Oliepalm 5950 45 24 Microalgen (30% olie) 58.700 4.5 2.5 % landbouwgrond VS Y. Chisti (2007) Biodiesel from microalgae Biotechnology Advances, 25: 3 p. 294-306
Microalgen Primitief plantaardig organisme Zout en zoetwater Fotosynthese 45.000 soorten Cyanobacteriën Scenedesmus Groene algen Chromista Spirulina Diatomeeën Bruine algen Macro algen Zeewieren Rode algen Euglenophyta Phaeodactylum
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
Microalgen en hun producten Biomassa Visvoer Fijnchemicaliën (DHA, EPA) Kleurstoffen Bemesting Diervoeder Olie
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
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. 198-201
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
Grootschalige algen productie
Grootschalige algen productie
Grootschalige algen productie
Klassieke vetproductie: nutriënten stress
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. 493-507
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
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. 387-391
Controleren van energie stromen Groei niet stilleggen maar remmen Controleren van stikstof consumptie in een continu kweeksysteem Stikstof limitatie
Groei en vetgehalte in een continu systeem Growth rate Lipid content Lipid productivity
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
anne.klok@wur.nl algae.wur.nl www.wetsus.nl