Τα τελευταία χρόνια, βρίσκεται σε εξέλιξη έρευνα και πειραματισμός με μικροφύκη για χρήση στην παραγωγή βιοκαυσίμων . Η έρευνα αυτή βασίζεται στο γεγονός ότι τα μικροφύκη προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλες παραδοσιακές πρώτες ύλες, όπως οι φυτικές καλλιέργειες ή τα γεωργικά απόβλητα. Επί του παρόντος, αυτά τα μικροφύκη χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς, όπως στη φαρμακευτική και τη βιομηχανία τροφίμων, αλλά οι δυνατότητές τους ως πηγή ενέργειας φαίνεται να είναι πολύ ελπιδοφόρες.
Τα μικροφύκη είναι μονοκύτταροι φωτοαυτοτροφικοί μικροοργανισμοί που μπορούν να παράγουν ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης και να συνθέτουν τα βιομόριά τους από απλές ενώσεις όπως το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) . Αυτό καθιστά τα μικροφύκη ένα 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 διαφορετικοί τύποι βιοκαυσίμων που μπορούν να παραχθούν από μικροφύκη, ο καθένας με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που τα καθιστούν ιδανικά για διαφορετικές χρήσεις. Μεταξύ των πιο συνηθισμένων βιοκαυσίμων είναι το βιοντίζελ , η βιοαιθανόλη , το βιοαέριο και το βιοϋδρογόνο . Κάθε ένα από αυτά τα καύσιμα λαμβάνεται από διαφορετικά συστατικά των μικροφυκών, όπως λιπίδια και υδατάνθρακες.
Βιοντίζελ από μικροφύκη
Το βιοντίζελ είναι ένα από τα πιο γνωστά βιοκαύσιμα και λαμβάνεται κυρίως από τα λιπίδια (λίπη) που αποθηκεύονται στα μικροφύκη. Για την παραγωγή του, τα λιπίδια εξάγονται από τα κύτταρα των φυκών και στη συνέχεια υποβάλλονται σε μια χημική διαδικασία γνωστή ως μετεστεροποίηση , η οποία τα μετατρέπει σε μεθυλεστέρες, το κύριο συστατικό του βιοντίζελ.
Η διαδικασία εκχύλισης είναι δαπανηρή, αλλά η έρευνα για νέες τεχνικές εκχύλισης λιπιδίων και η ανάπτυξη μικροφυκών εμπλουτισμένων με λιπαρά οξέα προχωρά ραγδαία. Επιπλέον, οι πρόοδοι στην επεξεργασία της βιομάζας των φυκών για την παραγωγή βιοκαυσίμων έχουν οδηγήσει σε μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην παραγωγή βιοντίζελ, κυρίως μέσω τεχνικών όπως η υδροθερμική υγροποίηση (HTL) , η οποία επεξεργάζεται την υγρή βιομάζα σε υψηλή πίεση και θερμοκρασία.
Βιοαιθανόλη από μικροφύκη
Η βιοαιθανόλη λαμβάνεται μέσω της ζύμωσης υδατανθράκων που αποθηκεύονται σε μικροφύκη. Μετά την προεπεξεργασία της βιομάζας για τον διαχωρισμό των σακχάρων, χρησιμοποιούνται ζύμες και βακτήρια για τη μετατροπή αυτών των υδατανθράκων σε αιθανόλη. Ενώ η διαδικασία είναι παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιείται για το καλαμπόκι ή το ζαχαροκάλαμο, τα μικροφύκη προσφέρουν το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτούν μεγάλες εκτάσεις γης ή λιπάσματα και δεν ανταγωνίζονται τις καλλιέργειες που προορίζονται για ανθρώπινη κατανάλωση.
Βιοαέριο από μικροφύκη
Το βιοαέριο είναι ένα άλλο βιοκαύσιμο που μπορεί να παραχθεί χρησιμοποιώντας μικροφύκη. Μέσω μιας διαδικασίας αναερόβιας χώνευσης, οι υδατάνθρακες και τα λιπίδια που υπάρχουν στα φύκια διασπώνται απουσία οξυγόνου για την παραγωγή μεθανίου και διοξειδίου 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 προέρχονται από μικροφύκη έχουν βασικές εφαρμογές σε τομείς όπως οι μεταφορές και η αεροπορία. Επί του παρόντος, το βιοντίζελ που παράγεται από μικροφύκη διερευνάται ως βιώσιμο εναλλακτικό καύσιμο για την εμπορική αεροπορία, έναν από τους τομείς με τις μεγαλύτερες προκλήσεις όσον αφορά την απαλλαγή από τον άνθρακα. Η βιοκηροζίνη που προέρχεται από μικροφύκη θα μπορούσε να αποτελέσει μια βιώσιμη λύση για τη μείωση των εκπομπών CO2 σε αυτόν τον τομέα.
Μελετώνται επίσης εφαρμογές στην παραγωγή βιοπολυμερών , τα οποία είναι βιοδιασπώμενα πλαστικά που παράγονται από υποπροϊόντα όπως η γλυκερόλη που λαμβάνεται κατά τη διαδικασία μετεστεροποίησης λιπιδίων. Αυτό θα μπορούσε να προσθέσει πρόσθετη οικονομική αξία στην παραγωγή μικροφυκών, καθιστώντας την πιο ανταγωνιστική σε σχέση με άλλες πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για 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.