Παραγωγή αειφόρων βιοκαυσίμων με χρήση θαλάσσιων φυκών

Η υπερθέρμανση του πλανήτη σε συνδυασμό  με την ολοένα και αυξανόμενη ζήτηση ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο έκανε επιτακτική την ανάγκη για αναζήτηση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας[1] . Λόγω του ότι τα  ορυκτά καύσιμα εξαντλούνται, μια αναδυόμενη εναλλακτική πηγή βιοενέργειας είναι η βιομάζα των θαλάσσιων φυκών. Με τον όρο βιοενέργεια αναφερόμαστε σε έναν τύπο ανανεώσιμης ενέργειας προερχόμενο από βιολογικές πηγές όπου η βιομάζα χρησιμοποιείται απευθείας ως καύσιμο ή μετατρέπεται σε υγρή ή αέρια μορφή. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι βιομάζας που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιοενέργειας είναι τα δασικά δέντρα ,καλαμπόκι και σόγια[2] . Η πιθανή πρώτη ύλη για βιοκαύσιμα τρίτης γενιάς είναι τα φύκη. Τα φύκη προσφαίρονται, καθώς εξαιρούνται από την υψηλότερη τιμολόγηση των τροφίμων. Η υψηλή διαθεσιμότητά τους στηρίζεται στο γρήγορο ρυθμό αύξησης και την υψηλή ανθεκτικότητα σε συνθήκες στρες. Επίσης, η βιωσιμότητα και ο υψηλός ρυθμός αναπαραγωγής τους αποτελούν βασικά πλεονεκτήματα.

Τα μικροφύκη είναι φωτοσυνθετικοί μικροοργανισμοί οι οποίοι παράγουν λιπίδια, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες με μεγάλους ρυθμούς παραγωγικότητας [1]. Τα τρία αυτά μακρομόρια μπορούν να μεταποιηθούν τόσο σε βιοκαύσιμα όσο και σε άλλες χρήσιμες  χημικές ενώσεις. Τα χαρακτηριστικά αυτών των μακρομορίων εξαρτώνται  από το στέλεχος του φύκους που χρησιμοποιείται που μπορεί να επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό από τις συνθήκες καλλιέργειας. Τα τελευταία χρόνια, πραγματοποιούνται επιστημονικές έρευνες προκειμένου να αξιολογηθούν οι διάφορες μέθοδοι που έχουν ως  στόχο την αύξηση της περιεκτικότητας σε λιπίδια της βιομάζας φυκών, για τη βελτίωση της παραγωγής βιοκαυσίμων [3].  Μέχρι στιγμής θεωρείται ότι η απόδοση σε λιπίδια σχετίζεται στενά με τη συνολική απόδοση βιομάζας, όπου το προϊόν απόδοσης περιεκτικότητας λιπιδίων και απόδοσης βιομάζας είναι η συνολική απόδοση ενέργειας που λαμβάνεται από τη βιομάζα. Υψηλές αποδόσεις λιπιδίων και βιομάζας μπορούν να ληφθούν από μικροφύκη, καθώς ο χρόνος καλλιέργειας τους είναι πολύ χαμηλός.

Εκτός όμως από τα λιπίδια, οι υδατάνθρακες βιοαιθανόλη και βιοβουτανόλη δίνουν δυνατότητα παραγωγής βιοκαυσίμων . Το σάκχαρο το οποίο δρα ως υπόστρωμα στη ζύμωση αιθανόλης και βουτανόλης αντίστοιχα,  εξάγεται από την αναλογία αμύλου / κυτταρίνη που στα φύκη. Ο υδατάνθρακας υπόκειται σε ζύμωση  με ψηλό ρυθμό, λόγω της χαμηλής περιεκτικότητας σε λιγνίνη, η οποία είναι κατάλληλη για παραγωγή βιοαιθανόλης [4].

Είδη

Το βιοντίζελ είναι ένα καύσιμο ντίζελ που παράγεται από ζωικά ή φυτικά λιπίδια (έλαια και λίπη). Ορισμένα είδη φυκών μπορούν να παράγουν περισσότερο από 60% του ξηρού βάρους τους ντίζελ με μορφή λαδιο . Επιπλέον, επειδή τα φύκη αναπτύσσονται σε υδάτινο μέσο, με CO₂ και διαλυμένα θρεπτικά συστατικά, είναι ικανά να παράγουν μεγάλες ποσότητες βιομάζας και ελαίου είτε σε καλλιέργειες είτε σε φωτοβιοαντιδραστήρες.  Επίσης, τα φύκη μετατρέπουν πολύ υψηλότερο μέρος της βιομάζας τους σε ντίζελ (60%), σε σύγκριση με άλλες συμβατικές καλλιέργειες, όπως η  σόγια (2-3%) [5].

Η βουτανόλη παρασκευάζεται από μικροφύκη, όπως διάτομα με τη χρήση βιολογικού διυλιστηρίου με ηλιακή ενέργεια. Στους περισσότερους βενζινοκινητήρες, η βουτανόλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί της βενζίνης και η κατανάλωση της είναι παρόμοια με εκείνη της βενζίνης. Επίσης, τα πράσινα υπολείμματα που προκύπτουν από την εξόρυξη ελαίου φυκών μπορούν να χρησιμεύσουν για την παραγωγή βουτανόλης. Τέλος, έχει δειχθεί ότι και τα θαλάσσια μακροφύκη μπορούν να υποστούν ζύμωση από βακτήρια του γένους Clostridia και να παράγουν βουτανόλη [5]. Τέτοια είδη μακροφυκών, τα οποία παράγουν βιοβουτανόλη είναι τα Alaria esculenta, Palmaria palmata.

Βιβλιογραφία

(1)    Borowitzka, M.A., Moheimani, N.R. Sustainable biofuels from algae. Mitig Adapt Strateg Glob Change 18, 13–25 (2013). https://doi.org/10.1007/s11027-010-9271-9

(2)    Fast hydrothermal liquefaction for production of chemicals and biofuels from wet biomass – the need to develop a plug-flow reactor

Bioresour. Technol., 213 (2016), pp. 327-332

(3)     P. Kumar, M.R. Suseela, K. Toppo Physico-chemical characterization of algal oil: a potential biofuel Asian J. Exp. Biol. Sci., 2 (2011), pp. 493-497

(4)    Chisti, Y. (2007). "Biodiesel from microalgae". Biotechnology Advances. 25 (3): 294–306. doi:10.1016/j.biotechadv.2007.02.001. PMID 17350212

(5)     Potts, T.; Du, J.; Paul, M.; May, P.; Beitle, R.; Hestekin, J. (2012). "The Production of Butanol from Jamaica Bay Macro Algae". Environmental Progress and Sustainable Energy. 31 (1): 29–36. doi:10.1002/ep.10606.