Újgenerációs biodízel: motorhajtóanyag előállítás algából Fazekas Flóra Franciska SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM Természettudományi és Informatikai Kar Alkalmazott és Környezeti Kémiai Tanszék
Bevezetés Világ helyzete -növekvő népesség növekvő erőforrás használat - növekvő CO 2 mennyiség globális klímaváltozás Olaj kitermelés [ millió hordó / nap] - olajválság MEGOLDÁS? Biomassza Bioüzemanyagok Mikroalga Algaolaj
A biomassza energetikai felhasználásának lehetőségei
Fenntartható biomassza termelés? esőerdő helyett cukornád vagy olajpálma, intenzív mezőgazdasági technológia; termelés kimeríti a talajt, növényvédőszerek, műtrágyák környezeti hatásai, növekvő öntözés szikesedés, biodiverzitás monokultúra, energetikai és környezeti mérleg, élelmiszerbiztonság. Az emberiség lakjon jól, vagy az autónk?
Algaolaj, mint motorhajtóanyag Az ideális hajtóanyag feltételeinek több szempontból is megfelel: rövid távon megújuló, potenciálisan képes a kőolaj teljes felváltására, nagy valószínűséggel kiküszöböli az első generációs biohajtóanyagokkal szemben támasztott aggályokat (élelmiszerbiztonság, területigény, biodiverzitás, energetikai hatékonyság).
Biomasszából nyerhető olajmennyiség A növények növekedési ütemével szemben az algák szaporodása igen gyors. Vannak olyan algafajok, melyeknek 30-70 %-át olajok tehetik ki. Egységnyi művelt területre átszámítva az algák olajhozama például a szójának akár a 200-szorosa is lehet. Növény Liter/hektár Szója 440 Napraforgó 900 Repcemag 1150 Olajpálma 5700 Alga 45 000 135 000
Nyílt tavas rendszer Szüret Betáp Lapátkerék. Terelő Áramlás Terelő
Fotobioreaktorok Távozó gázok Gáztalanító oszlop Szüretelés Friss tenyészet Hűtővíz Levegő Pumpa Szolár csőköteg Gáztalanító oszlopból Észak Dél Gáztalanító oszlopba
Az alga olaj lehetőségei élelmiszer vs. olaj magasabb olaj hozam kevés területet igényel nem toxikus, nincs SO x emisszió Alga olaj alkalmazkodóképesség termékválaszték szennyvíz+co 2 megkötés
Aga-biodízel technológia A mikroalga tenyésztés ma még drágább!
Alternatív megoldás alkalmazása Optikai szál/napfény és napelem/szélgenerátor összekapcsolása
Kísérletek Növényi olajok átészterezése, metanollal, bázikus katalizátor (NaOH vagy Na-metilát) alkalmazásával, biodízel előállítása céljából. Növényolaj ρ (g/cm 3 ) η 10 3 (Pa s) Jódbrómszám t lob (C ) t gyull Napraforgó 0,9255 13,1 161 355 365 Repce 0,9142 15,1 105 340 351 Kukorica 0,9245 15,8 118 323 341 Oliva 0,9093 19,9 120 322 342 A biodízel előállítás kiindulási olajainak vizsgálata (C )
Algaolaj paraméterek Napraforgó Repce Kukorica Biodízel algaolajból Dízel üzemanyag ASTM biodízel szabvány Sűrűség (g/cm 3 ) 0,9015 0,8934 0,8967 0,868 0,838 0,84-0,90 Jód-bróm-szám 135 107 120 148 15 max 110 Dinamikus viszkozitás (Pa s 10 3 ) 3,54 3,45 2,44 3,66 1,9-4,1 3,5-5,0 Lobbanáspont ( o C) 203 195 188 120 75 min 100 Gyulladáspont ( o C) 210 203 196 132 - - Az algaolaj a biodízel szabvány szerint jobban éghető (a lobbanáspont értékek alapján); a biodízel nagyarányban tartalmaz többszörösen telítetlen komponenseket (jód-bróm-szám), ennél fogva az üzemanyag jól használható hideg időjárásban is.
Mosonmagyaróvári algagyűjtemény (MACC) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Chlorella Scenedesmus Chlamydomonas Chlorococcum Neochloris Protococcus Monoraphidium Coenochloris Oocystis Scotiellopsis Coelastrum Bracteacoccus Stichococcus Neochlorosarcina Spongiochloris Tetracystis Pseudococcomyxa Klebsormidium Tetraedron Coccomyxa Gloeocystis Oocystidium Mosonmagyaróvári Algagyűjtemény zöldalga törzsei
Mosonmagyaróvári algagyűjtemény (MACC) Tápoldat: 10% N Tamiya Kiinduló szárazanyag: 10 mg.l -1 Levegőztetés: lombikonként 20 L levegő 1.5% CO 2 -dal dúsítva Fény: 14 óra Sötét: 10 óra Hőmérséklet: 25±2 o C
Magas lipid tartalmú zöldalgák kiválasztása 80 70! Lipid termelés (mg.l -1 /nap) 60 50 40 30 20!!! 10 0 MACC- 452 MACC- 722 MACC- 519 MACC- 555 MACC- 385 MACC- 318 Vizsgált törzsek MACC- 1 MACC- 360 MACC- 37 MACC- 357 Chlorella törzsek napi lipid termelése (14 napos tenyésztés)
Magas lipid tartalmú zöldalgák kiválasztása Napi lipid termelés alapján kiválasztott legjobb Chlorella törzsek 8 nap 14 nap Algatörzs száma Szárazanyag (g.l -1 ) Lipid (g/100g) Átlagos napi lipid termelés (mg.l -1 /nap) Szárazanyag (g.l -1 ) Lipid (g/100g) Átlagos napi lipid termelés (mg.l -1 /nap) MACC-452* 2.11 19.1 50.38 3.21 32.1 73.6 MACC-722* 1.84 18.1 41.63 2.98 27.7 58.96 MACC-519* 1.41 10.8 19.03 2.91 27.7 57.58 MACC-555* 1.97 12.3 30.29 3.14 25.0 56.07 MACC-385* 1.65 13.2 27.22 2.48 28.8 51.02 *: saját izolálású törzsek
Lipidtartalom változás nitrát-nitrogén tartalom függvényében 8 nap 14 nap 50 45 40 35 Lipid g/100g 30 25 20 15 10 5 0 1% 2% 3% Tápoldat nitrát-nitrogén tartalma
Fehérje-lipid összefüggések Chlorella tenyészetekben 60 Lipid Fehérje 50 Lipid, Fehérje g/100g 40 30 20 10 0 0.nap 1% 3% 5% 10% 100% 1% 3% 5% 10% 100% 1% 3% 5% 10% 100% 1% 3% 5% 10% 100% 1% 3% 5% 10% 100% 4.nap 6.nap 8.nap 10.nap 12.nap Tenyésztés ideje és a tápoldat nitrogén tartalma Az MACC-360 Chlorella minutissima lipid- és fehérje-tartalmának a változása a tenyésztési idő és a tápoldat nitrát-nitrogén tartalmának a függvényében.
MACC-360 Chlorella minutissima szárazanyagtartalmának a változása az esténként adagolt glükóz hatására. 6 Kontroll 500mg glükóz / 1g alga szárazanyag 200mg glükóz / 1g alga szárazanyag 1000mg glükóz / 1g alga szárazanyag 5 Szárazanyag (g.l -1 ) 4 3 2 1 0 7 8 9 10 11 glükóz glükóz glükóz Tenyésztés ideje (nap)
Az MACC-360 Chlorella minutissima lipidtartalmának a változása az esténként adagolt glükóz hatására. 35 Kontroll 500mg glükóz / 1g alga szárazanyag 200mg glükóz / 1g alga szárazanyag 1000mg glükóz / 1g alga szárazanyag 30 25 Lipid g/100g 20 15 10 5 0 7 8 9 10 11 glükóz glükóz glükóz Tenyésztés ideje (nap)
Konklúzió A vizsgált Chlorella törzsek közül biomassza termelő képessége és lipidtartalma alapján az MACC-452 Chlorella minutissima törzs javasolható biodízel előállítására. Javasolható az algatermesztéshez használt tápoldat nitrát-nitrogén tartalmának a csökkentése 50-100 mg L -1 értékre az algabiomassza lipidtartalmának a növeléséhez (40-45%). Szerves szénforrás (pl. glükóz) adagolása az algatenyészetekhez az esti órákban megszünteti az éjszakai légzés okozta biomassza veszteséget, sőt növeli a megtermelt biomasszát, de nem növeli annak lipidtartalmát. Szoros összefüggés van a megtermelt algabiomassza fehérje-lipid tartalma között.
Összefoglalás Összességében megállapítható, hogy környezetvédelmi szempontból az alga előállítás rendkívül hatékony eljárás, melynek gazdasági mutatói is egyre biztatóbbak. A többi bio-üzemanyaggal ellentétben hosszú távon lehetővé teheti a kőolaj-alapú üzemanyagok akár teljes helyettesítését is, méghozzá úgy, hogy jelentős termőterület-felhasználás nélkül járulhat hozzá az élelmiszer-biztonság növeléséhez is.
Köszönöm a figyelmet!