Эффективность культивирования микроводорослей для производства биотоплива (обзор)

Валерий Васильевич Воробьев

Аннотация


Потребление первичных энергоресурсов в мире, по оценкам экспертов, к 2020 г. возрастёт вдвое. В ближайшие десятилетия основное энергопотребление будет происходить за счёт каменного угля и возобновляемых источников энергии. Липидсодержащие микроводоросли являются перспективным сырьём для развития биоэнергетики, получения из них биодизельного топлива. Наблюдается значительный и устойчивый рост масштабов применения биомассы в энергетике, расширение спектра способов её преобразования в биотопливо. Культивируют микроводоросли в открытых прудах и в закрытых фотобиореакторных системах. В статье рассмотрены технологические аспекты промышленного производства микроводорослей — перспективного возобновляемого сырья для получения биодизельного топлива; дан обзорный анализ современного состояния вопроса с точки зрения промышленной эффективности и экономической целесообразности технологии получения биотоплива из культивируемых микроводорослей закрытым фотобиореакторным способом. Важным аспектом является использование искусственного освещения, перемешивания, газообмена, рН и температуры среды на процессы культивирования микроводорослей в фотобиореакторах. Одновременное достижение высокой продуктивности биомассы с высоким содержанием липидов при культивировании микроводорослей невозможно. Обсуждается эффективность получения биотоплива из микроводорослей при культивировании биомассы в замкнутых фотобиореакторах. Рассмотрены основные компоненты и конструкционные материалы фотобиореакторов для культивирования микроводорослей, приведены их преимущества и недостатки при промышленном выращивании биомассы для получения биотоплива. Приведены рекомендации возможных мер по повышению эффективности фотобиореакторных систем для культивирования микроводорослей: обеспечение высокой эффективности преобразования световой энергии в биомассу и достижение высокого уровня содержания липидов в микроводорослях; оптимизация конструкций фотобиоректорных систем.

Ключевые слова


микроводоросли; культивирование; фотобиореакторы; продуктивность; биотопливо; эффективность производства

Полный текст:

PDF

Литература


Энергетика XXI века — время действовать. Доклад МИРЭС. 2000. С. 4 – 5.

Скинер Б. Хватит ли человечеству ресурсов. Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. С. 12 – 14.

Голицын М. В., Баженова О. Н., Пронина Н. В. Углеводородные ресурсы мира / Энергия: экономика, техника, экология. — М.: Наука, 2005. С. 21 – 28.

Дьяков А. Ф., Перминов Э. М. Эффективное использование местных и возобновляемых энергоресурсов — важная задача улучшения энергосбережения, повышения энергобезопасности страны и надёжный задел энергетики будущего / Энергетик. 2014. № 2. С. 3 – 9.

Christi Y. Biodiesel from microalgae beats bioethanol / Trends Biotech. 2008. Vol. 26(3). P. 126 – 131.

Росс М. Ю., Стребков Д. С. Биодизельное топливо из водорослей / Под ред. д-ра хим. наук, проф. Ю. М. Щекочихина. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. С. 57 – 60.

Lebeau T., Robert J. M. Diatoms: Cultivation and biotechnologically relevant products. Part I: Cultivation at various scales / Appl. Microbiol. Biotechnol. 2003. Vol. 60. P. 612 – 623.

Barbosa M. J., Janssen M., Ham N., et al. Microalgae cultivation in air-lift reactors: modeling biomass yield and growth rate as a function of mixing frequency / Biotechnol. Bioeng. 2003. Vol. 82. P. 170 – 179.

Kunjapur A. M., Eldridge R. B. Photobioreactor design for commercial biofuel production from microalgae / Ind. Eng. Chem. Res. 2010. Vol. 49. No. 8. P. 3516 – 3526.

Eriksen N. T. The technology of micro algal culturing / Biotechnol. Lett. 2008. Vol. 30. P. 1525 – 1536.

Pulz O. Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms / Appl. Microbiol. Biotechnol. 2001. Vol. 57. No. 3. P. 287 – 293.

Kirk J. T. Light and Photosynthesis in Aquatic Ecosystems. — New York: Cambridge University Press, 1994. P. 87 – 96.

Suh I. S., Lee S. B. A light distribution model for an internally radiating photobioreactor / Biotechnol. Bioeng. 2003. Vol. 82. P. 180 – 189.

Tredici M. R., Zittelli G. C. Efficiency of sunlight utilization: tubular versus flat photobioreactors / Biotechnol. Bioeng. 1998. Vol. 57. P. 187 – 197.

Janssen M., Tramper J., Mur L. R., Wijffels R. H. Enclosed outdoor photobioreactors: light regime, photosynthetic efficiency, scale-up, and future prospects / Biotechnol. Bioeng. 2003. Vol. 81. P. 193 – 210.

McCree K. J. Significance of enhancement for calculations based on the action spectrum for photosynthesis / Plant Physiol. 1972. Vol. 49. P. 704 – 706.

Околелова Т. М., Байковская И. П., Криворучко Л. И. Технология получения и применения биомассы спирулины в комбикормах для птиц. Метод. рекомендации РАСХН, МНЦП, «Племптица», ВНИ и технологический институт птицеводства. — Сергиев Посад, 1996. С. 11 – 13.

Gordon J. M., Polle J. E. Ultrahigh bioproductivity from algae / Appl. Microbiol. Biotechnol. 2007. Vol. 76. P. 969 – 975.

Zijffers J. W. F., Schippers K. J., Zheng K., et al. Maximum photosynthetic yield of green microalgae in photobioreactors / Mar. Biotechnol. 2010. Vol. 81. P. 1 – 11.

Carvalho A. P., Meireles L. A., Malcata F. X. Microalgal reactors: a review of enclosed system designs and performances / Biotechnol. Progr. 2006. Vol. 22. P. 1490 – 1506.

Vunjak-Novakovic G., Kim Y., Wu X., Berzin I., Merchuk J. C. Air-lift bioreactors for algal growth on flue gas: Mathematical modeling and pilot-plant studies / Ind. Eng. Chem. Res. 2005. Vol. 44. No. 16. P. 6154 – 6163.

Gudin C., Chaumont D. Cell fragility — The key problem of microalgae mass production in closed photobioreactors / Biores. Technol. 1991. Vol. 38. No. 2 – 3. P. 145 – 151.

Andersen R. A. Algal Culturing Techniques. — New York: Elsevier Academic Press, 2005. P. 109 – 113.

Quesnel L. B. Sterilization and sterility / Bu’Lock J., Kristiansen B. (eds.). Basic Biotechnology. — New York: Academic Press, 1987. P. 197 – 215.

Demain A. I., Davis J. E. (eds.). Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. — Washington: ASM Press, 1999. P. 212 – 234.




DOI: https://doi.org/10.30906/1999-5636-2016-3-2-8

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Наши партнеры:



    

 

Подписаться на наши издания Вы можете через почтовые каталоги агентства «Роспечать» и Объединенный каталог «Пресса России», а также на сайтах агентств «УП Урал Пресс», «Информнаука», «Прессинформ» и «Профиздат».

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2023