Εδώ και λίγα χρόνια γίνονται έρευνες και πειράματα με μικροφύκια για χρήση στην κατασκευή του βιοκαύσιμα. Αυτές οι έρευνες βασίζονται στο γεγονός ότι τα μικροφύκη έχουν αρκετά πλεονεκτήματα έναντι άλλων παραδοσιακών πρώτων υλών, όπως οι καλλιέργειες λαχανικών ή τα γεωργικά απόβλητα. Επί του παρόντος, αυτά τα μικροφύκη χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς, όπως στη βιομηχανία φαρμάκων ή τροφίμων, αλλά οι δυνατότητές τους ως πηγή ενέργειας φαίνεται να είναι πολλά υποσχόμενες.
Τα μικροφύκη είναι φωτοαυτοτροφικοί μονοκύτταροι μικροοργανισμοί που έχουν την ικανότητα να παράγουν ενέργεια μέσω φωτοσύνθεση και συνθέτουν τα βιομόριά τους από απλές ενώσεις όπως π.χ νερό y διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Αυτό καθιστά τα μικροφύκη βασικό εργαλείο όχι μόνο για την παραγωγή βιοκαυσίμων, αλλά και για τη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου, καθώς απορροφούν CO2 κατά την ανάπτυξή τους.
Τι είναι τα μικροφύκη και πώς λειτουργούν;
Τα μικροφύκη είναι μονοκύτταροι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί που υπάρχουν σε μεγάλη ποικιλία υδάτινων περιβαλλόντων. Είναι γνωστά περίπου 30.000 είδη, αν και μόνο 50 έχουν μελετηθεί σε βάθος και λιγότερο από το 10% χρησιμοποιούνται εμπορικά. Αυτό αφήνει τεράστιο περιθώριο έρευνας για την εύρεση ειδών με αποτελεσματικά χαρακτηριστικά για την παραγωγή βιοκαυσίμων.
Επιπλέον, τα μικροφύκη έχουν έναν εξαιρετικά γρήγορο κύκλο ανάπτυξης. Ενώ τα χερσαία φυτά μπορεί να χρειαστούν μήνες για να αναπτυχθούν, ορισμένα είδη μικροφυκών μπορεί να διπλασιάσουν τη μάζα τους μέσα σε λίγες ώρες. Αυτό παρέχει ένα ανταγωνιστικό πλεονέκτημα όταν πρόκειται για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων βιομάζας σε μικρούς χώρους και σε μικρότερο χρονικό διάστημα, το οποίο με τη σειρά του αυξάνει την κερδοφορία της χρήσης της.
Πλεονεκτήματα των μικροφυκών στην παραγωγή βιοκαυσίμων
- Αφθονία και ποικιλομορφία στον πλανήτη: Τα μικροφύκη είναι πολύ άφθονα και ποικίλα. Η ικανότητά τους να προσαρμόζονται σε διαφορετικούς τύπους περιβαλλόντων, τόσο στο υδάτινο όσο και στο χερσαίο, τους δίνει μεγάλη ευελιξία για καλλιέργεια σε διάφορες συνθήκες. Επιπλέον, η μεγάλη γκάμα ειδών του επιτρέπει την επιλογή των καταλληλότερων για κάθε τύπο βιοκαυσίμου.
- Κορυφαία απόδοση: Τα μικροφύκη είναι πολύ πιο παραγωγικά όσον αφορά τη βιομάζα από τις συμβατικές καλλιέργειες που χρησιμοποιούνται για βιοκαύσιμα, όπως το καλαμπόκι ή η σόγια. Παράγουν έως και 100 φορές περισσότερη βιομάζα ανά μονάδα επιφάνειας, κάτι που μεταφράζεται σε μεγαλύτερη ποσότητα βιοκαυσίμου ανά εκτάριο.
- Δεν ανταγωνίζονται τις καλλιέργειες τροφίμων: Σε αντίθεση με άλλες φυτικές πηγές βιοκαυσίμων, τα μικροφύκη δεν απαιτούν γόνιμη καλλιέργεια για να αναπτυχθούν. Μπορούν να αναπτυχθούν σε λύματα, αλατούχα ή ακόμα και σε γη που δεν είναι κατάλληλη για τη γεωργία, ελαχιστοποιώντας τις επιπτώσεις στην επισιτιστική ασφάλεια.
- Χρήση CO2 και χαμηλότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις: Τα μικροφύκη καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες CO2 κατά την ανάπτυξή τους. Αυτό όχι μόνο ωφελεί τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, αλλά βοηθά επίσης στη μείωση της συγκέντρωσης αυτού του αερίου στην ατμόσφαιρα, συμβάλλοντας στην καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής.
- Παραγωγή πολλαπλών ενώσεων: Τα μικροφύκη είναι ικανά να παράγουν λιπίδια για βιοντίζελ, υδατάνθρακες για βιοαιθανόλη και πρωτεΐνες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως τροφή ή συμπλήρωμα. Επίσης, από τη βιομάζα του μπορούν να ληφθούν δευτερογενή προϊόντα με εφαρμογές στη φαρμακευτική και καλλυντική βιομηχανία.
Παραγωγή βιοκαυσίμων από μικροφύκη
Υπάρχουν διάφοροι τύποι βιοκαυσίμων που μπορούν να παραχθούν από μικροφύκη, το καθένα με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που τα καθιστούν ιδανικά για διαφορετικούς τύπους χρήσεων. Μεταξύ των πιο κοινών βιοκαυσίμων είναι βιοντίζελ, Η βιοαιθανόλη, Η βιοαέριο και βιοϋδρογόνο. Κάθε ένα από αυτά τα καύσιμα λαμβάνεται από διαφορετικά συστατικά μικροφυκών, όπως λιπίδια και υδατάνθρακες.
Βιοντίζελ από μικροφύκη
El βιοντίζελ Είναι ένα από τα πιο γνωστά βιοκαύσιμα και λαμβάνεται κυρίως από τα λιπίδια (λίπη) που αποθηκεύουν τα μικροφύκη στο εσωτερικό τους. Για την παραγωγή του, τα λιπίδια εξάγονται από κύτταρα φυκιών και στη συνέχεια υποβάλλονται σε μια χημική διαδικασία γνωστή ως διεστεροποίηση, που τους μετατρέπει σε μεθυλεστέρες, το κύριο συστατικό του βιοντίζελ.
Η διαδικασία εκχύλισης είναι δαπανηρή, αλλά η έρευνα για νέες τεχνικές εκχύλισης λιπιδίων και την ανάπτυξη μικροφυκών εμπλουτισμένων με λιπαρά οξέα προχωρά με ταχείς ρυθμούς. Επιπλέον, ορισμένες προόδους στην επεξεργασία της βιομάζας φυκιών για την παραγωγή βιοκαύσιμα έχουν επιτρέψει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην απόκτηση βιοντίζελ, κυρίως μέσω τεχνικών όπως π.χ υδροθερμική υγροποίηση (HTL), που επεξεργάζεται την υγρή βιομάζα σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία.
Βιοαιθανόλη από μικροφύκη
El βιοαιθανόλη Λαμβάνεται μέσω της ζύμωσης υδατανθράκων που αποθηκεύονται σε μικροφύκη. Μετά την προεπεξεργασία της βιομάζας για τον διαχωρισμό των σακχάρων, οι ζύμες και τα βακτήρια χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή αυτών των υδατανθράκων σε αιθανόλη. Αν και η διαδικασία είναι παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται για το καλαμπόκι ή το ζαχαροκάλαμο, τα μικροφύκη έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτούν μεγάλες εκτάσεις γης ή λιπάσματα και δεν ανταγωνίζονται τις καλλιέργειες που προορίζονται για ανθρώπινη κατανάλωση.
Βιοαέριο από μικροφύκη
El βιοαέριο Είναι ένα άλλο από τα βιοκαύσιμα που μπορούν να παραχθούν χρησιμοποιώντας μικροφύκη. Μέσω μιας διαδικασίας αναερόβιας χώνευσης, οι υδατάνθρακες και τα λιπίδια που υπάρχουν στα φύκια αποσυντίθενται απουσία οξυγόνου για να παραχθεί μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα. Αυτό το βιοαέριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με τον ίδιο τρόπο όπως το φυσικό αέριο, επιτρέποντας την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή τη χρήση σε συστήματα θέρμανσης.
Βιοκαύσιμα στη βιομηχανία και τις μεταφορές
Εκτός από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από βιοαέριο, τα βιοκαύσιμα που λαμβάνονται από μικροφύκη έχουν βασικές εφαρμογές σε τομείς όπως οι μεταφορές και η αεροπορία. Επί του παρόντος, το βιοντίζελ που παράγεται από μικροφύκη διερευνάται ως βιώσιμη εναλλακτική λύση για τα καύσιμα στην εμπορική αεροπορία, η οποία είναι ένας από τους πιο δύσκολους τομείς για την απανθρακοποίηση. Αυτός βιοκηροζίνη που προέρχονται από μικροφύκη θα μπορούσε να είναι μια βιώσιμη λύση για τη μείωση των εκπομπών CO2 σε αυτόν τον τομέα.
Οι αιτήσεις μελετώνται επίσης στο παραγωγή βιοπολυμερών, τα οποία είναι βιοαποδομήσιμα πλαστικά που παράγονται από υποπροϊόντα όπως η γλυκερίνη που λαμβάνονται κατά τη διαδικασία μετεστεροποίησης λιπιδίων. Αυτό θα μπορούσε να προσθέσει πρόσθετη οικονομική αξία στην παραγωγή μικροφυκών, καθιστώντας τα πιο ανταγωνιστικά με άλλες πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για τα βιοκαύσιμα.
Το κόστος παραγωγής εξακολουθεί να είναι το κύριο εμπόδιο στη μαζική εμπορευματοποίηση βιοκαυσίμων από μικροφύκη, αλλά η επιστημονική και τεχνολογική πρόοδος υποδηλώνει ένα πολλά υποσχόμενο μέλλον για αυτόν τον κλάδο. Καθώς η αποδοτικότητα στη διαδικασία καλλιέργειας και εξόρυξης βελτιώνεται και οι τεχνολογίες διύλισης βιοκαυσίμων τελειοποιούνται, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι τα μικροφύκη θα τοποθετηθούν ως μία από τις κύριες πηγές ανανεώσιμης ενέργειας στον κόσμο.
Συνοπτικά, τα μικροφύκη όχι μόνο υπόσχονται την παραγωγή βιοκαυσίμων, αλλά προσφέρουν επίσης μια βιώσιμη λύση για τον μετριασμό των ενεργειακών και περιβαλλοντικών προβλημάτων της κοινωνίας μας. Η ικανότητά του να προσαρμόζεται σε διαφορετικά περιβάλλοντα, η υψηλή παραγωγική του απόδοση και η δυνατότητά του να απορροφά CO2 καθιστούν τα μικροφύκη εξαιρετική επιλογή στην αναζήτηση καθαρών και βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων ενέργειας.