Algentreibstoff ist ein Treibstoff, der auf Lipiden basiert, die aus Mikroalgen gewonnen werden. Die Algo-Treibstoffe sind Biokraftstoffe der „dritten Generation“, die potentiell die umstrittenen Biodiesel der „ersten Generation“ ersetzen können, die aus Pflanzenöl von Landpflanzen gewonnen werden. Algentreibstoff, Algen-Biotreibstoff oder Algenöl ist eine Alternative zu flüssigen fossilen Brennstoffen, die Algen als Quelle für energiereiche Öle verwenden. Wie fossiler Brennstoff setzt Algentreibstoff beim Verbrennen von CO2 CO2 frei. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen setzt Brennstoff auf der Basis von Algen und anderen Biokraftstoffen nur CO2 frei, das kürzlich durch Photosynthese aus der Atmosphäre entfernt wurde, da Algen oder Pflanzen wachsen.

Die Energiekrise und die globale Nahrungsmittelkrise haben das Interesse geweckt, Algen für die Produktion von Biodiesel und anderen Biokraftstoffen auf Flächen anzubauen, die für die konventionelle Landwirtschaft nicht geeignet sind. Einige der attraktiven Eigenschaften von Kraftstoffen auf Algenbasis sind, dass sie mit minimalen Auswirkungen auf Süßwasserressourcen angebaut werden können, mit Salzlösung und Abwasser hergestellt werden können und biologisch abbaubar und relativ harmlos sind. im Falle einer Verschüttung in der natürlichen Umwelt.

Der Biokraftstoff, der vollständig aus Algen hergestellt wird, gilt als Energie der 3. Generation, aber seine Produktion ist noch nicht auf dem Punkt.

Haupteigenschaften
Algen sind die erste Komponente von Kerogen, aus der Öl gewonnen wird.

Photosynthese von Mikroalgen
Die Kieselalgen und Chlorophyta haben einen photosynthetischen Prozess ähnlich dem der höheren Pflanzen. Sie sind in der Lage, dank des Enzyms Rubisco (Ribulosebisphosphatcarboxylase) CO 2 CO2 zu binden. Die Produkte des Calvin-Zyklus dienen als Ausgangspunkt für die Biosynthese von Zuckern oder Lipiden. Das Enzym Acetylcoenzym A-Carboxylase (ACCase) spielt eine Schlüsselrolle, insbesondere in Diatomeen, im Syntheseweg von Triglyceriden oder Triacylglycerolen (TAG), Molekülen, die zur Gewinnung von Brennstoffen gesucht werden. Ein in Diatomeen induzierter Siliciumdioxidmangel erhöhte die Lipidsynthese, dies in Verbindung mit der Aktivität des ACCase-Gens. Dieses Gen wurde isoliert und kloniert, um seine Expression und damit die Produktion von Öl zu erhöhen. Stickstoffbelastung in Grünalgen wird von den gleichen Wirkungen begleitet.

Kehrt zurück
Es gibt verschiedene Arten von Rückgaben.

Der Ertrag von Biomasse charakterisiert die Produktion von lebender Materie, dieser Ertrag ist eine Vergleichsgrundlage für Quellen von Biokraftstoffen (Getreide, Algen, Bäume, etc.). Dieser Ertrag wird insbesondere bei der Analyse von Ölersatz durch gleichwertige erneuerbare Energie (Flüssigkeit, mit wenig Modifikation bestehender Systeme wie Motoren) verwendet.
Die Energieeffizienz kennzeichnet die endgültige Energieabgabe, unabhängig von ihrer Form (Brennstoff oder Elektrizität). Es ist ein globaler Vergleichsindikator.

Biomasse-Ausbeute
Laut dem von INRIA koordinierten Forschungsprogramm Shamash können einige Mikroalgen „bis zu 50% ihres Trockengewichts in Fettsäuren anreichern“. Die getesteten Mikroalgen sind Diatomeen und Chlorophycea.

Laut IFREMER „wird geschätzt, dass es zwischen 200.000 und eine Million Algenarten auf der Welt gibt. Diese biologische Vielfalt, die auf eine außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit reagiert, erlaubt es, einen proportionalen Reichtum an ursprünglichen Molekülen und Lipiden (Algo-Brennstoffe) vorwegzunehmen Im Vergleich zu terrestrischen Ölarten haben Mikroalgen viele günstige Eigenschaften für die Produktion von Fettsäuren, die für die Herstellung von Algo-Brennstoffen verwendet werden könnten.Es gibt einen etwa 10-mal höheren Biomasseertrag und keinen Konflikt mit Süßwasser und landwirtschaftlichen Flächen 20000 bis 60000 Liter Öl pro Hektar und Jahr gegenüber 6000 Litern für Palmöl, eine der besten Bodenerträge. »

Laut Yusuf Chisti von der Massey Universität in Neuseeland (Institut für Technologie und Technik) ist der Ertrag von Kieselalgen und Chlorophyce viel höher als der von Landpflanzen wie Raps, weil sie einzellige Organismen sind; ihr Wachstum in Suspension in einem wässrigen Medium ermöglicht ihnen einen besseren Zugang zu Ressourcen: Wasser, CO2 oder Mineralien. Laut Wissenschaftlern des National Renewable Energy Laboratory (NREL) sind mikroskopisch kleine Algen in der Lage, „10 mal bis 100 mehr Öl pro Hektar zu synthetisieren als terrestrische Ölpflanzen, aus denen Agrotreibstoffe hergestellt werden“.

Die Kraftstoffe, die für den Straßenverkehr in den Vereinigten Staaten benötigt werden, könnten durch die Produktion von Algofuel auf einer Fläche von 90 000 km 2, etwa der Gesamtfläche Ungarns, gedeckt werden. Eine Leistung, die mit der von Palmöl vergleichbar ist, die für die gleiche Nutzung die Gesamtfläche eines Landes wie Pakistan benötigen würde. Ein Forscher, der eine Studie für das Energieministerium der Vereinigten Staaten durchgeführt hat, glaubt inzwischen, dass der heute in den Vereinigten Staaten verwendete Brennstoff auf einer kleineren Fläche als dem des Bundesstaates Maryland mit 27.091 Quadratkilometern oder einem Quadrat produziert werden könnte von 165 km auf der Seite. Im Vergleich dazu beträgt die Sahara 9.400.000 km2.

Energieeffizienz
Der Ende 2008 vom Umweltministerium in Frankreich veröffentlichte Bericht „Agrotreibstoffe und Umwelt“ besagt, dass die Umwandlungseffizienz von Solarenergie durch Mikroalgen in der Größenordnung von W m2 liegt, also zwei bis zehn Mal weniger als die der Windenergie (zwischen 5 und 20 W m2) oder Bergwasserkraft (zwischen 10 und 50 W m2). Die Schlussfolgerung aus diesem Bericht lautet: „Die Agrotreibstoffe befinden sich in der Zone mit den niedrigsten Erträgen, sie sind tatsächlich durch den sehr geringen Ertrag an Photosynthese begrenzt (& lt; 1%). Die dritte Generation, die Algen verwendet, wird weitgehend erhalten bleiben weniger wirksam als alle „elektrischen“ Lösungen, einschließlich der Nutzung von Solarenergie, „so haben Agrartreibstoffe keine andere Rechtfertigung, als brauchbaren Brennstoff für Transportalternativen zu fossilen Brennstoffen bereitzustellen“.

Kosten
Schätzungen der Kosten der industriellen Produktion unterscheiden sich.

Das französische Wissenschaftlerteam Shamash bewertet im Januar 2009 die Kosten für die industrielle Produktion des Algokohlenstoffs mit 10 Euro pro Liter.
Ein kanadisches Unternehmen, Seed Science Ltd, schätzt die Kosten der industriellen Produktion in den Industrieländern auf 3,5 bis 6,9 Euro pro Liter (zwischen 4,5 und 9 Dollar).
Das Programm „Biomass“ des US-Energieministeriums schätzt angesichts der bekannten Daten vom November 2008 die Kosten für die industrielle Produktion auf über 8 US-Dollar pro Gallone oder 1,80 Euro pro Liter.
Algenol kündigt eine günstige Verteilung von 1,30 US-Dollar pro Gallone im Jahr 2015 18 oder 0,30 Euro pro Liter an.

Umweltbelastung
Im Vergleich zu terrestrischen Biotreibstoff-Pflanzen wie Mais oder Sojabohnen führt die Produktion von Mikroalgen zu einem viel geringeren Flächenabdruck aufgrund der höheren Ölproduktivität der Mikroalgen als bei allen anderen Ölpflanzen. Algen können auch auf marginalen Flächen angebaut werden, die für gewöhnliche Feldfrüchte nutzlos sind und einen niedrigen Erhaltungswert haben, und sie können Wasser aus Salz-Aquiferen verwenden, das für die Landwirtschaft oder das Trinken nicht geeignet ist. Algen können auch auf der Oberfläche des Ozeans in Taschen oder schwimmenden Screens wachsen. Somit könnten Mikroalgen eine Quelle sauberer Energie mit geringen Auswirkungen auf die Versorgung mit angemessenen Nahrungsmitteln und Wasser oder den Erhalt der Artenvielfalt sein. Der Algenanbau erfordert auch keine externen Subventionen für Insektizide oder Herbizide, wodurch jegliches Risiko der Erzeugung von Pestizidabfallströmen beseitigt wird. Außerdem sind Algen-Biokraftstoffe viel weniger toxisch und zersetzen sich viel leichter als Kraftstoffe auf Erdölbasis. Aufgrund der Entflammbarkeit brennbarer Brennstoffe besteht jedoch die Gefahr von Umwelteinwirkungen, wenn diese entzündet oder verschüttet werden, wie dies bei Entgleisungen von Zügen oder Lecks in einer Pipeline der Fall sein kann. Diese Gefahr ist im Vergleich zu fossilen Brennstoffen aufgrund der Fähigkeit, Algen-Biobrennstoffe viel lokalisierter zu produzieren, und aufgrund der insgesamt geringeren Toxizität zwar verringert, die Gefahr besteht jedoch immer noch. Daher sollten Algen-Biokraftstoffe bei Transport und Verwendung in ähnlicher Weise wie Erdöl-Brennstoffe behandelt werden, wobei jederzeit ausreichende Sicherheitsmaßnahmen vorhanden sein müssen.

Studien haben ergeben, dass der Ersatz fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energiequellen wie Biokraftstoffe die CO2-Emissionen um bis zu 80% reduzieren kann. Ein auf Algen basierendes System könnte etwa 80% des CO2 aus einem Kraftwerk aufnehmen, wenn Sonnenlicht verfügbar ist. Dieses CO2 wird zwar später beim Verbrennen des Brennstoffs in die Atmosphäre freigesetzt, dieses CO2 wäre jedoch in die Atmosphäre gelangt. Die Möglichkeit, die gesamten CO2-Emissionen zu reduzieren, liegt daher in der Verhinderung der Freisetzung von CO2 aus fossilen Brennstoffen. Im Vergleich zu Kraftstoffen wie Diesel und Petroleum und sogar im Vergleich zu anderen Biokraftstoffquellen erzeugt die Produktion und Verbrennung von Algenbiokraftstoff keine Schwefeloxide oder Stickoxide und produziert eine verringerte Menge an Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und reduziert Emission anderer schädlicher Schadstoffe. Da terrestrische Pflanzenquellen für die Produktion von Biokraftstoffen einfach nicht über die Produktionskapazität verfügen, um den aktuellen Energiebedarf zu decken, könnten Mikroalgen eine der wenigen Optionen sein, die sich dem vollständigen Ersatz fossiler Brennstoffe annähern.

Die Produktion von Mikroalgen umfasst auch die Möglichkeit, Salzabfälle oder Abfall-CO2-Ströme als Energiequelle zu verwenden. Dies eröffnet eine neue Strategie für die Produktion von Biokraftstoff in Verbindung mit der Abwasserbehandlung und die Produktion von sauberem Wasser als Nebenprodukt. Bei Verwendung in einem Mikroalgen-Bioreaktor werden geerntete Mikroalgen signifikante Mengen organischer Verbindungen sowie Schwermetallverunreinigungen aufnehmen, die aus Abwasserströmen absorbiert werden, die ansonsten direkt in die Oberfläche und in das Grundwasser abgegeben würden. Darüber hinaus ermöglicht dieser Prozess auch die Rückgewinnung von Phosphor aus Abfällen, die ein wesentliches, aber seltenes Element in der Natur sind – deren Reserven in den letzten 50 Jahren vermutlich aufgebraucht sind. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Algenproduktionssystemen, um nicht-punktuelle Quellenverschmutzung in einem System zu beseitigen, das als Algenrasen-Wäscher (ATS) bekannt ist. Dies hat gezeigt, dass Stickstoff und Phosphor in Flüssen und anderen großen Gewässern, die von Eutrophierung betroffen sind, reduziert werden können, und es werden Systeme gebaut, die in der Lage sind, bis zu 110 Millionen Liter Wasser pro Tag zu verarbeiten. ATS kann auch verwendet werden, um Verschmutzungen von Punktquellen zu behandeln, wie das oben erwähnte Abwasser, oder um Viehabwasser zu behandeln.

Polykulturen
Nahezu die gesamte Forschung zu Algen-Biokraftstoffen konzentrierte sich auf die Kultivierung einzelner Arten oder Monokulturen von Mikroalgen. Ökologische Theorien und empirische Studien haben jedoch gezeigt, dass Pflanzen- und Algenpolykulturen, dh Gruppen von mehreren Arten, zu größeren Erträgen führen als Monokulturen. Experimente haben auch gezeigt, dass vielfältigere aquatische mikrobielle Gemeinschaften tendenziell stabiler sind als weniger unterschiedliche Gemeinschaften. Neuere Studien haben gezeigt, dass Mikrokulturen aus Polykulturen deutlich höhere Lipidausbeuten produzieren als Monokulturen. Polykulturen neigen auch dazu, resistenter gegenüber Schädlingen und Krankheitsausbrüchen als auch gegenüber invasiven Pflanzen oder Algen zu sein. Die Kultivierung von Mikroalgen in Polykultur kann daher nicht nur die Ausbeute und Stabilität der Biotreibstoffausbeuten erhöhen, sondern auch die Umweltauswirkungen einer Algenbiokraftstoffindustrie verringern.

Wirtschaftlichkeit
Es gibt eindeutig eine Nachfrage nach nachhaltiger Biokraftstoffproduktion, aber ob ein bestimmter Biokraftstoff verwendet wird, hängt letztendlich nicht von Nachhaltigkeit, sondern von Kosteneffizienz ab. Daher konzentriert sich die Forschung darauf, die Kosten der Algenbiokraftstoffproduktion so weit zu senken, dass sie mit konventionellem Erdöl konkurrieren kann. Die Herstellung mehrerer Produkte aus Algen wurde als wichtigster Faktor zur wirtschaftlichen Rentabilität von Algen erwähnt. Andere Faktoren sind die Verbesserung der Umwandlungseffizienz von Sonnenenergie in Biomasse (derzeit 3%, theoretisch sind aber 5 bis 7% erreichbar) und die Ölgewinnung aus den Algen zu erleichtern.

In einem Bericht aus dem Jahr 2007 wurde eine Formel zur Abschätzung der Kosten von Algenöl abgeleitet, um ein brauchbarer Ersatz für Erdöldiesel zu sein:

Mit der derzeitigen Technologie wird geschätzt, dass die Kosten für die Produktion von Mikroalgen-Biomasse $ 2,95 / kg für Photobioreaktoren und $ 3,80 / kg für offene Teiche betragen. Diese Schätzungen gehen davon aus, dass Kohlendioxid kostenlos verfügbar ist. Wenn die jährliche Produktionskapazität für Biomasse auf 10.000 Tonnen erhöht wird, verringern sich die Produktionskosten pro Kilogramm auf etwa 0,47 US-Dollar bzw. 0,60 US-Dollar. Unter der Annahme, dass die Biomasse 30 Gew .-% Öl enthält, würden die Kosten für Biomasse zur Bereitstellung eines Liters Öl ungefähr 1,40 USD (5,30 USD / Gallone) bzw. 1,81 USD (6,85 USD / Gallone) für Photobioreaktoren bzw. Laufbahnen betragen. Es wird geschätzt, dass Öl, das aus der kostengünstigeren Biomasse gewonnen wird, die in Photobioreaktoren produziert wird, 2,80 $ / L kostet, wobei angenommen wird, dass der Rückgewinnungsprozess 50% zu den Kosten des endgültigen wiedergewonnenen Öls beiträgt. Wenn bestehende Algenprojekte Biodieselproduktions-Preisziele von weniger als 1 USD pro Gallone erreichen können, können die Vereinigten Staaten ihr Ziel erreichen, bis 2020 20% der Transportkraftstoffe durch den Einsatz umweltverträglicher und ökonomisch nachhaltiger Kraftstoffe aus der Algenproduktion zu ersetzen.

Während technische Probleme, wie die Ernte, von der Industrie erfolgreich angegangen werden, wird die hohe Anfangsinvestition von Algen-zu-Biokraftstoff-Anlagen von vielen als ein wesentliches Hindernis für den Erfolg dieser Technologie angesehen. Nur wenige Studien zur Wirtschaftlichkeit sind öffentlich verfügbar und müssen oft auf die wenigen Daten zurückgreifen, die in der Öffentlichkeit verfügbar sind (oft nur technische Schätzungen). Dmitrow untersuchte den Photobioreaktor von GreenFuel und schätzte, dass Algenöl nur bei einem Ölpreis von 800 USD pro Barrel wettbewerbsfähig sein würde. Eine Studie von Alabi et al. untersuchten Laufbahnen, Photobioreaktoren und anaerobe Fermenter zur Herstellung von Biokraftstoffen aus Algen und fanden heraus, dass Photobioreaktoren für die Herstellung von Biokraftstoffen zu teuer sind. Raceways können in warmen Klimazonen mit sehr niedrigen Arbeitskosten kosteneffektiv sein, und Fermenter können nach erheblichen Prozessverbesserungen kosteneffektiv werden. Die Gruppe stellte fest, dass Kapitalkosten, Arbeitskosten und Betriebskosten (Düngemittel, Elektrizität usw.) für sich allein zu hoch sind, als dass Biokraftstoffe aus Algen mit konventionellen Kraftstoffen wettbewerbsfähig wären. Ähnliche Ergebnisse wurden von anderen gefunden, was darauf hindeutet, dass, wenn keine neuen, billigeren Wege gefunden werden, Algen für die Produktion von Biokraftstoffen zu nutzen, ihr großes technisches Potenzial niemals wirtschaftlich zugänglich werden könnte. Kürzlich demonstrierte Rodrigo E. Teixeira eine neue Reaktion und schlug ein Verfahren zur Ernte und Gewinnung von Rohstoffen für die Herstellung von Biokraftstoffen und Chemikalien vor, das einen Bruchteil der Energie der derzeitigen Verfahren benötigt, während alle Zellbestandteile extrahiert werden.

Verwendung von Nebenprodukten
Viele der Nebenprodukte, die bei der Verarbeitung von Mikroalgen produziert werden, können in verschiedenen Anwendungen verwendet werden, von denen viele eine längere Geschichte der Produktion als Algenbiobrennstoff haben. Einige der Produkte, die bei der Herstellung von Biokraftstoffen nicht verwendet werden, umfassen natürliche Farbstoffe und Pigmente, Antioxidantien und andere hochwertige bioaktive Verbindungen. Diese Chemikalien und überschüssige Biomasse haben in anderen Industrien zahlreiche Verwendung gefunden. Zum Beispiel haben die Farbstoffe und Öle einen Platz in Kosmetika gefunden, gewöhnlich als Verdickungsmittel und wasserbindende Mittel. Zu den Entdeckungen in der Pharmaindustrie gehören Antibiotika und Antimykotika aus Mikroalgen sowie natürliche Gesundheitsprodukte, die in den letzten Jahrzehnten immer beliebter wurden. Zum Beispiel enthält Spirulina zahlreiche mehrfach ungesättigte Fette (Omega 3 und 6), Aminosäuren und Vitamine sowie Pigmente, die vorteilhaft sein können, wie Beta-Carotin und Chlorophyll.

Vorteile

Leichtigkeit des Wachstums
Einer der Hauptvorteile der Verwendung von Mikroalgen als Ausgangsmaterial im Vergleich zu herkömmlicheren Feldfrüchten ist, dass sie viel leichter gezüchtet werden können. Algen können in einem Land angebaut werden, das nicht als geeignet für das Wachstum der regelmäßig verwendeten Feldfrüchte angesehen wird. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass Abwasser, das normalerweise das Pflanzenwachstum behindert, bei der Algenbildung sehr wirksam ist. Aus diesem Grund können Algen angebaut werden, ohne Ackerland zu beanspruchen, das ansonsten für die Produktion von Nahrungspflanzen verwendet würde, und die besseren Ressourcen können für die normale Pflanzenproduktion reserviert werden. Mikroalgen benötigen auch weniger Ressourcen, um zu wachsen, und wenig Aufmerksamkeit wird benötigt, was das Wachstum und die Kultivierung von Algen zu einem sehr passiven Prozess macht.

Auswirkungen auf das Essen
Viele traditionelle Rohstoffe für Biodiesel, wie Mais und Palmen, werden auch als Viehfutter in landwirtschaftlichen Betrieben verwendet und sind eine wertvolle Nahrungsquelle für den Menschen. Aus diesem Grund reduziert die Verwendung von Biotreibstoff die Menge an Nahrung, die für beide verfügbar ist, was zu erhöhten Kosten für das Essen und den produzierten Brennstoff führt. Die Verwendung von Algen als Biodieselquelle kann dieses Problem auf verschiedene Arten lindern. Erstens wird Algen nicht als primäre Nahrungsquelle für Menschen verwendet, was bedeutet, dass sie ausschließlich für Treibstoff verwendet werden kann und in der Lebensmittelindustrie wenig Einfluss hat. Zweitens können viele der Abfallproduktextrakte, die bei der Verarbeitung von Algen für Biokraftstoff erzeugt werden, als ausreichendes Tierfutter verwendet werden. Dies ist ein effektiver Weg, Abfall zu minimieren und eine viel billigere Alternative zu den traditionelleren Futtermitteln auf Mais- oder Getreidebasis.

Minimierung von Abfall
Es hat sich auch gezeigt, dass der Anbau von Algen als Biokraftstoffquelle zahlreiche Vorteile für die Umwelt mit sich bringt und sich als viel umweltfreundlichere Alternative zu den derzeitigen Biokraftstoffen präsentiert. Zum einen ist es in der Lage, Wasser, das mit Düngemitteln und anderen Nährstoffen verunreinigt ist, die ein Nebenprodukt der Landwirtschaft sind, als Hauptquelle für Wasser und Nährstoffe zu nutzen. Dadurch wird verhindert, dass sich dieses verschmutzte Wasser mit den Seen und Flüssen vermischt, die unser Trinkwasser liefern. Darüber hinaus dienen Ammoniak, Nitrate und Phosphate, die das Wasser normalerweise unsicher machen würden, tatsächlich als hervorragende Nährstoffe für die Algen, so dass weniger Ressourcen für den Algenanbau benötigt werden. Viele Algenarten, die in der Biodieselproduktion eingesetzt werden, sind ausgezeichnete Biofixierer, dh sie können Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen, um es als Energiequelle für sich zu nutzen. Aus diesem Grund haben sie in der Industrie Verwendung gefunden, um Rauchgase zu behandeln und Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

Nachteile

Handelsüblichkeit
Algen-Biodiesel ist immer noch eine ziemlich neue Technologie. Trotz der Tatsache, dass die Forschung vor mehr als 30 Jahren begann, wurde sie Mitte der 90er Jahre ausgesetzt, hauptsächlich aufgrund fehlender finanzieller Mittel und relativ niedriger Erdölkosten. Für die nächsten Jahre sahen Algen-Biokraftstoffe wenig Aufmerksamkeit; Erst mit dem Gashoch von Anfang der 2000er Jahre kam es zu einer Revitalisierung bei der Suche nach alternativen Brennstoffquellen. Obwohl die Technologie zur Gewinnung und Umwandlung von Algen in eine nutzbare Biodieselquelle existiert, wurde sie immer noch nicht in ausreichendem Umfang implementiert, um den derzeitigen Energiebedarf zu decken. Weitere Forschungsarbeiten werden erforderlich sein, um die Produktion von Algen-Biokraftstoffen effizienter zu gestalten, und wird derzeit von Lobbyisten zur Unterstützung alternativer Biokraftstoffe, wie sie aus Mais und Getreide hergestellt werden, zurückgehalten. Im Jahr 2013 sagte Rex Tillerson, Chairman und CEO von Exxon Mobil, dass Algen, nachdem sie ursprünglich zugesagt hatten, in einem Joint Venture mit J. Craig Venters Synthetic Genomics bis zu 600 Millionen US-Dollar für die Entwicklung auszugeben, „wahrscheinlich weiter“ als „25 Jahre entfernt“ sind , obwohl Solazyme und Sapphire Energy bereits in den Jahren 2012 und 2013 kleine kommerzielle Verkäufe begonnen haben. Bis 2017 wurden die meisten Bemühungen aufgegeben oder auf andere Anwendungen umgestellt, von denen nur noch wenige übrig blieben.

Stabilität
Der Biodiesel aus der Verarbeitung von Mikroalgen unterscheidet sich von anderen Formen von Biodiesel durch den Gehalt an mehrfach ungesättigten Fetten. Mehrfach ungesättigte Fette sind für ihre Fähigkeit bekannt, die Fließfähigkeit bei niedrigeren Temperaturen beizubehalten. Während dies bei den kälteren Temperaturen des Winters als Vorteil in der Produktion erscheinen mag, führen die mehrfach ungesättigten Fette bei normalen saisonalen Temperaturen zu geringerer Stabilität.

Forschung

Aktuelle Projekte

Vereinigte Staaten
Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) ist das wichtigste nationale Labor des US-Energieministeriums für Forschung und Entwicklung im Bereich erneuerbare Energien und Energieeffizienz. Dieses Programm ist an der Produktion von erneuerbaren Energien und Energieeffizienz beteiligt. Eine der aktuellsten Abteilungen ist das Biomasse-Programm, das sich mit Biomasse-Charakterisierung, biochemischen und thermochemischen Umwandlungstechnologien in Verbindung mit Biomasseverfahrenstechnik und -analyse beschäftigt. Das Programm zielt auf die Herstellung energieeffizienter, kosteneffizienter und umweltfreundlicher Technologien ab, die die ländliche Wirtschaft unterstützen, die Abhängigkeit der Länder von Öl verringern und die Luftqualität verbessern.

Bei der Oceanographic Institution Woods Hole und der Oceanographic Institution Harbour Branch enthalten die Abwässer aus häuslichen und industriellen Quellen reiche organische Verbindungen, die zur Beschleunigung des Algenwachstums verwendet werden. Das Department of Biological and Agricultural Engineering an der University of Georgia erforscht Mikroalgen-Biomasse-Produktion mit industriellen Abwässern. Algaewheel mit Sitz in Indianapolis, Indiana, hat einen Vorschlag für den Bau einer Anlage in Cedar Lake, Indiana, vorgelegt, die Algen zur Behandlung von kommunalem Abwasser nutzt und das Nebenprodukt Schlamm zur Herstellung von Biokraftstoff nutzt. Ein ähnlicher Ansatz verfolgt Algae Systems, ein Unternehmen mit Sitz in Daphne, Alabama.

Sapphire Energy (San Diego) hat grünes Rohöl aus Algen hergestellt.

Solazyme (South San Francisco, Kalifornien) hat einen Brennstoff hergestellt, der geeignet ist, Düsenflugzeuge aus Algen zu versorgen.

Die Marine Research Station in Ketch Harbor, Nova Scotia, ist seit 50 Jahren am Algenwachstum beteiligt. Das National Research Council (Kanada) (NRC) und das Nationale Nebenproduktprogramm haben 5 Millionen US-Dollar bereitgestellt, um dieses Projekt zu finanzieren. Ziel des Programms war der Bau einer Pilotanlage für 50 000-Liter-Anbauflächen im Hafen von Ketch. Die Station war an der Bewertung beteiligt, wie Algen für Biokraftstoffe am besten wachsen können, und untersucht die Nutzung zahlreicher Algenarten in nordamerikanischen Regionen. NRC hat sich mit dem US Department of Energy, dem National Renewable Energy Laboratory in Colorado und den Sandia National Laboratories in New Mexico zusammengeschlossen.

Europa
Universitäten im Vereinigten Königreich, die an der Produktion von Öl aus Algen arbeiten, sind unter anderem: Universität Manchester, Universität Sheffield, Universität Glasgow, Universität Brighton, Universität Cambridge, Universität London, Imperial College London, Cranfield Universität und Newcastle Universität. In Spanien ist es auch relevant für die Forschung, die vom Instituto de Bioquimica Vegetal y Fotosíntesis (Mikroalgen-Biotechnologiegruppe, Sevilla) des CSIC durchgeführt wurde.

Die European Alabian Biomass Association (EABA) ist der europäische Zusammenschluss von Forschung und Industrie auf dem Gebiet der Algen-Technologien, derzeit mit 79 Mitgliedern. Der Verein hat seinen Sitz in Florenz, Italien. Das allgemeine Ziel des EABA besteht darin, den gegenseitigen Austausch und die Zusammenarbeit im Bereich der Erzeugung und Nutzung von Biomasse, einschließlich der Nutzung von Biokraftstoffen und aller anderen Nutzungen, zu fördern. Es zielt darauf ab, Solidarität und Verbindungen zwischen seinen Mitgliedern zu schaffen, zu entwickeln und aufrechtzuerhalten und ihre Interessen auf europäischer und internationaler Ebene zu verteidigen. Ihr Hauptziel ist es, als Katalysator für die Förderung von Synergien zwischen Wissenschaftlern, Industriellen und Entscheidungsträgern zur Förderung der Entwicklung von Forschung, Technologie und industriellen Kapazitäten im Bereich Algen zu dienen.

CMCL innovations und die University of Cambridge führen eine detaillierte Designstudie für eine C-FAST-Anlage (Kohlenstoff-negative Brennstoffe aus Algen und Solartechnologien) durch. Das Hauptziel ist die Entwicklung einer Pilotanlage, die die Produktion von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen (einschließlich Diesel und Benzin) als nachhaltige Kohlenstoff-negative Energieträger und Rohstoffe für die chemische Rohstoffindustrie demonstrieren kann. Dieses Projekt wird im Juni 2013 berichten.

Die Ukraine plant, Biokraftstoff mit einer speziellen Art von Algen zu produzieren.

Das durch das Siebte Rahmenprogramm finanzierte Algen-Cluster-Projekt der Europäischen Kommission besteht aus drei Algen-Biotreibstoff-Projekten, die jeweils darauf abzielen, eine andere Algen-Biokraftstoffanlage zu entwerfen und zu bauen, die 10 Hektar Land bedeckt. Die Projekte sind BIOFAT, All-Gas und InteSusAl.

Da aus Algen verschiedene Kraftstoffe und Chemikalien hergestellt werden können, wurde vorgeschlagen, die Machbarkeit verschiedener Produktionsprozesse (konventionelle Extraktion / Separation, hydrothermale Verflüssigung, Vergasung und Pyrolyse) für den Einsatz in einer integrierten Algenbioraffinerie zu untersuchen.

Indien
Reliance Industries hat in Zusammenarbeit mit Algenol, USA, im Jahr 2014 ein Pilotprojekt zur Produktion von Algen-Bio-Öl in Auftrag gegeben. Spirulina, eine algenreiche Alge, wird in Indien kommerziell angebaut. Algen werden in Indien zur Behandlung des Abwassers in offenen / natürlichen Oxidationsbecken verwendet. Dies reduziert den biologischen Sauerstoffbedarf (BSB) des Abwassers und liefert auch Algenbiomasse, die in Brennstoff umgewandelt werden kann.

Andere
Die Algae Biomass Organization (ABO) ist eine Non-Profit-Organisation, deren Aufgabe es ist, „die Entwicklung von lebensfähigen kommerziellen Märkten für erneuerbare und nachhaltige Rohstoffe aus Algen zu fördern“.

Die National Algae Association (NAA) ist eine Non-Profit-Organisation von Algenforschern, Algenproduzenten und Investoren, die sich das Ziel teilen, Algenöl als alternativen Rohstoff für die Biokraftstoffmärkte zu vermarkten. Die NAA bietet ihren Mitgliedern ein Forum, um verschiedene Algen-Technologien für potentielle Frühphasen-Unternehmenschancen effizient zu evaluieren.

Pond Biofuels Inc. in Ontario, Kanada, verfügt über eine funktionierende Pilotanlage, in der Algen direkt aus den Schornsteinemissionen eines Zementwerks gezüchtet und mit Abwärme getrocknet werden. Im Mai 2013 kündigte Pond Biofuels eine Partnerschaft mit dem National Research Council of Canada und der Canadian Natural Resources Limited an, um auf einer Ölsandanlage in der Nähe von Bonnyville, Alberta, eine Algenbioraffinerie im Demonstrationsmaßstab zu errichten.

Ocean Nutrition Canada in Halifax, Nova Scotia, Kanada, hat einen neuen Algenstamm gefunden, der in der Lage ist, 60 Mal so viel Öl zu produzieren wie andere Algenarten, die für die Herstellung von Biokraftstoffen verwendet werden.

VG Energy, eine Tochtergesellschaft von Viral Genetics Incorporated, behauptet, eine neue Methode zur Steigerung der Algenlipidproduktion entdeckt zu haben, indem die Stoffwechselwege unterbrochen werden, die ansonsten Photosyntheseenergie in Richtung Kohlenhydratproduktion lenken würden. Unter Verwendung dieser Techniken stellt das Unternehmen fest, dass die Lipidproduktion um ein Vielfaches erhöht werden könnte, wodurch Algen-Biokraftstoffe möglicherweise mit existierenden fossilen Brennstoffen wettbewerbsfähig wären.

Die Algenproduktion aus dem Warmwasserabfluss eines Kernkraftwerks wurde von Patrick C. Kangas im Atomkraftwerk Peach Bottom der Exelon Corporation gesteuert. Dieser Prozess nutzt das Wasser mit relativ hoher Temperatur, um das Algenwachstum auch während der Wintermonate aufrechtzuerhalten.

Unternehmen wie Sapphire Energy und Bio Solar Cells nutzen die Gentechnik, um die Produktion von Algenkraftstoffen effizienter zu gestalten. Laut Klein Lankhorst von Bio Solar Cells könnte die Gentechnik die Effizienz des Algentreibstoffs erheblich verbessern, da Algen so modifiziert werden können, dass sie nur kurze Kohlenstoffketten anstelle von langen Kohlenhydratketten bilden. Sapphire Energy verwendet auch chemisch induzierte Mutationen, um Algen zu produzieren, die sich für den Einsatz als Kulturpflanze eignen.

Einige kommerzielle Interessen in großangelegten Algenbewirtschaftungssystemen versuchen, sich in bestehende Infrastrukturen wie Zementfabriken, Kohlekraftwerke oder Kläranlagen einzubinden. Bei diesem Ansatz werden Abfälle in Ressourcen umgewandelt, um die Rohstoffe, CO2 und Nährstoffe für das System bereitzustellen.

Eine Machbarkeitsstudie mit marinen Mikroalgen in einem Photobioreaktor wird vom International Research Consortium on Continental Margins an der Jacobs University Bremen durchgeführt.

Das Department of Environmental Science der Ateneo de Manila University auf den Philippinen arbeitet an der Produktion von Biokraftstoff aus einer lokalen Algenart.

Gentechnik
Gentechnische Algen wurden verwendet, um die Lipidproduktion oder die Wachstumsraten zu erhöhen. Aktuelle Forschung in der Gentechnik umfasst entweder die Einführung oder Entfernung von Enzymen. Im Jahr 2007 haben Oswald et al. führten eine Monoterpen-Synthase aus süßem Basilikum in Saccharomyces cerevisiae, einen Hefestamm, ein. Diese spezielle Monoterpensynthase verursacht die De-novo-Synthese von großen Mengen an Geraniol, während es auch in das Medium sekretiert. Geraniol ist ein Hauptbestandteil in Rosenöl, Palmarosaöl und Citronellöl sowie ätherischen Ölen, was es zu einer lebensfähigen Quelle von Triacylglyceriden für die Biodieselproduktion macht.

Das Enzym ADP-Glucose-Pyrophosphorylase ist für die Stärkeproduktion wichtig, hat aber keinen Bezug zur Lipidsynthese. Die Entfernung dieses Enzyms führte zur sta6-Mutante, die einen erhöhten Lipidgehalt aufwies. Nach 18 Stunden Wachstum in stickstoffarmem Medium wiesen die sta6-Mutanten im Durchschnitt 17 ng Triacylglyceride / 1000 Zellen auf, verglichen mit 10 ng / 1000 Zellen in WT-Zellen. Dieser Anstieg der Lipidproduktion wurde der Umverteilung von intrazellulären Ressourcen zugeschrieben, da die Algen die Energie aus der Stärkeproduktion ableiteten.

Im Jahr 2013 verwendeten die Forscher einen „Knock-down“ von fettreduzierenden Enzymen (multifunktionale Lipase / Phospholipase / Acyltransferase), um die Lipide (Öle) zu erhöhen, ohne das Wachstum zu beeinträchtigen. Die Studie führte auch einen effizienten Screening-Prozess ein. Antisense-exprimierende Knockdown-Stämme 1A6 und 1B1 enthielten einen 2,4- und 3,3-fach höheren Lipidgehalt während des exponentiellen Wachstums und einen 4,1- und 3,2-fach höheren Lipidgehalt nach 40 Stunden Silizium-Hunger.

Förderprogramme
Es wurden zahlreiche Förderprogramme mit dem Ziel gegründet, die Nutzung erneuerbarer Energien zu fördern. In Kanada stellt die ecoAgriculture-Biokraftstoff-Kapitalinitiative (ecoABC) 25 Millionen US-Dollar pro Projekt bereit, um Landwirten beim Aufbau und der Erweiterung einer Produktionsstätte für erneuerbare Brennstoffe zu helfen. Das Programm hat 186 Millionen Dollar für diese Projekte vorgesehen. Das Programm für nachhaltige Entwicklung (SDTC) hat in acht Jahren 500 Millionen US-Dollar aufgebracht, um den Bau erneuerbarer Kraftstoffe der nächsten Generation zu unterstützen. Darüber hinaus wurden in den letzten 2 Jahren 10 Millionen US-Dollar für die Erforschung und Analyse erneuerbarer Brennstoffe zur Verfügung gestellt

In Europa ist das Siebte Rahmenprogramm (RP7) das Hauptinstrument für die Forschungsfinanzierung. In ähnlicher Weise ist das NER 300 ein inoffizielles, unabhängiges Portal für Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien und Netzintegration. Ein weiteres Programm umfasst das Programm „Horizont 2020“, das am 1. Januar beginnt und das Rahmenprogramm sowie andere Innovations- und Forschungsfördermittel der EG in ein neues integriertes Finanzierungssystem einbindet

Das „Feedstock Development“ -Programm der American NBB befasst sich mit der Produktion von Algen am Horizont, um das verfügbare Material für Biodiesel auf nachhaltige Weise zu erweitern.