Il carburante delle alghe è un carburante a base di lipidi estratti da microalghe. Gli algofuels sono biocarburanti di “terza generazione” potenzialmente in grado di sostituire i controversi biodisel di “prima generazione”, ottenuti da olio vegetale di piante terrestri. Combustibile a base di alghe, biocarburanti a base di alghe o olio di alghe marine è un’alternativa ai combustibili fossili liquidi che utilizzano alghe come fonte di oli ad alta energia. Come il combustibile fossile, il combustibile delle alghe rilascia CO2 quando viene bruciato, ma a differenza dei combustibili fossili, il carburante a base di alghe e altri biocarburanti rilascia solo CO2 recentemente rimossa dall’atmosfera dalla fotosintesi quando crescono alghe o piante.
La crisi energetica e la crisi alimentare globale hanno suscitato interesse nella crescita delle alghe per la produzione di biodiesel e di altri biocarburanti su terreni inadatti all’agricoltura convenzionale. Alcune delle caratteristiche interessanti dei carburanti a base di alghe sono che potrebbero essere coltivate con un impatto minimo sulle risorse di acqua dolce, possono essere prodotte utilizzando la soluzione salina e le acque reflue, e sono biodegradabili e relativamente innocue. in caso di fuoriuscita nell’ambiente naturale.
Il biocarburante prodotto interamente da alghe è considerato un’energia di terza generazione, ma la sua produzione non è ancora al punto.
Caratteristiche principali
Le alghe sono il primo componente del kerogene, da cui deriva l’olio.
Fotosintesi delle microalghe
Le diatomee e la clorofilla hanno un processo fotosintetico simile a quello delle piante superiori. Sono in grado di aggiustare, come fanno le piante terrestri, la CO2 grazie all’enzima Rubisco (ribofosfato di bisfosfato carbossilasi). I prodotti del ciclo di Calvin servono come punto di partenza per la biosintesi degli zuccheri o dei lipidi. L’enzima acetilcoenzima A carbossilasi (ACCasi) svolge un ruolo chiave, specialmente nelle diatomee, nella via di sintesi dei trigliceridi o dei triacilgliceroli (TAG), molecole ricercate per l’ottenimento di combustibili. Una deficienza di silice indotta in diatomee aumentava la sintesi lipidica, questo in connessione con l’attività del gene ACCase. Questo gene è stato isolato e clonato per cercare di aumentare la sua espressione e quindi la produzione di petrolio. Lo stress da azoto nelle alghe verdi è accompagnato dagli stessi effetti.
ritorna
Esistono diversi tipi di resi.
La resa della biomassa caratterizza la produzione di materia vivente, questa resa è una base di confronto per le fonti di biocarburanti (cereali, alghe, alberi, ecc.). Questa resa è particolarmente utilizzata nell’analisi della sostituzione dell’olio con energia rinnovabile equivalente (liquido, con piccole modifiche di sistemi esistenti come i motori).
L’efficienza energetica caratterizza la produzione finale di energia, indipendentemente dalla sua forma (combustibile o elettricità). È un indicatore di confronto globale.
Rendimento della biomassa
Secondo il programma di ricerca Shamash, coordinato da INRIA, alcune microalghe “possono accumulare fino al 50% del loro peso secco negli acidi grassi”. Le microalghe testate sono diatomee e clorofite.
Secondo IFREMER, “si stima che ci siano tra 200.000 e un milione di specie algali nel mondo: questa diversità biologica, che risponde ad un’eccezionale adattabilità, consente di pregiudicare una ricchezza proporzionale nelle molecole e nei lipidi originali (algo-combustibili). Confrontando le specie di olio terrestre, le microalghe hanno molte caratteristiche favorevoli per la produzione di acidi grassi che potrebbero essere utilizzati per produrre combustibili di tipo algo.Il patrimonio principale è una produzione di biomassa 10 volte superiore e non è in conflitto con acqua dolce e terreni agricoli. Da 20000 a 60000 litri di olio per ettaro all’anno contro 6000 litri di olio di palma, uno dei migliori raccolti a terra. »
Secondo Yusuf Chisti della Massey University in Nuova Zelanda (Institute of Technology and Engineering), la resa di diatomee e clorofite è molto più alta di quella delle piante terrestri come la colza perché sono organismi unicellulari; la loro crescita in sospensione in un mezzo acquoso consente loro un migliore accesso alle risorse: acqua, CO2 o minerali. Secondo gli scienziati del National Renewable Energy Laboratory (NREL), le alghe microscopiche sono in grado di “sintetizzare da 10 a 100 volte più petrolio per ettaro delle piante a olio terrestre utilizzate per produrre agrocombustibili”.
I carburanti necessari per il trasporto stradale negli Stati Uniti potrebbero essere coperti dalla produzione di algocarburi su una superficie di 90 000 km 2, circa la superficie totale dell’Ungheria. Una prestazione da confrontare con quella dell’olio di palma, che per lo stesso uso richiederebbe l’area totale di un paese come il Pakistan. Un ricercatore che ha condotto uno studio per il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti crede nel frattempo che il carburante usato oggi negli Stati Uniti potrebbe essere prodotto su una superficie più piccola equivalente a quella dello Stato del Maryland che 27 091 km2, o un quadrato di 165 km sul lato. In confronto, il Sahara rappresenta 9.400.000 km2.
Efficienza energetica
Il rapporto “Agrofuels and Environment”, pubblicato alla fine del 2008 in Francia dal Ministero dell’Ecologia, afferma da parte sua che l’efficienza di conversione dell’energia solare da parte delle microalghe è dell’ordine di W m2, ovvero da due a dieci volte inferiore all’energia eolica (tra 5 e 20 W m2), o idroelettricità di montagna (tra 10 e 50 W m2). La conclusione tracciata da questo rapporto è che “Gli agrocarburanti sono nella zona delle rese più basse, in realtà sono limitati dalla resa della fotosintesi che è molto bassa (& lt; 1%). La terza generazione, utilizzando le alghe, rimarrà in gran parte meno efficace di qualsiasi soluzione “elettrica”, compreso l’uso dell’energia solare, “quindi gli agrocombustibili non hanno altra giustificazione che quella di fornire combustibile utilizzabile per le alternative di trasporto ai combustibili fossili”.
Costo
Le stime del costo della produzione industriale sono diverse.
Il team scientifico francese Shamash valuta nel gennaio 2009 a 10 euro al litro il costo della produzione industriale dell’algocarburante.
Una società canadese, Seed Science Ltd, stima il costo della produzione industriale nei paesi sviluppati ad un valore compreso tra 3,5 e 6,9 euro al litro (tra $ 4,5 e $ 9).
Il programma Biomass, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti stima il costo della produzione industriale a più di 8 $ al gallone, o 1,80 euro al litro, dati i dati noti del novembre 2008.
Algenol annuncia una distribuzione a basso costo di $ 1,30 per gallone nel 2015 18 o € 0,30 al litro.
Impatto ambientale
Rispetto alle colture di biocarburanti terrestri come mais o soia, la produzione di microalghe si traduce in un’impronta di terra molto meno significativa a causa della maggiore produttività petrolifera delle microalghe rispetto a tutte le altre colture oleaginose. Le alghe possono anche essere coltivate su terreni marginali inutilizzabili per le colture ordinarie e con un basso valore di conservazione, e possono utilizzare l’acqua delle falde acquifere salate che non è utile per l’agricoltura o per bere. Le alghe possono anche crescere sulla superficie dell’oceano in borse o schermi galleggianti. Pertanto, le microalghe potrebbero fornire una fonte di energia pulita con un impatto minimo sull’approvvigionamento di cibo e acqua adeguati o sulla conservazione della biodiversità. La coltivazione di alghe non richiede sovvenzioni esterne di insetticidi o erbicidi, eliminando ogni rischio di generare flussi di rifiuti di pesticidi associati. Inoltre, i biocarburanti algali sono molto meno tossici e si degradano molto più facilmente dei combustibili a base di petrolio. Tuttavia, a causa della natura infiammabile di qualsiasi combustibile, sussiste la possibilità che si verifichino alcuni rischi ambientali se accesi o versati, come può accadere nel deragliamento di un treno o in una perdita di conduttura. Questo rischio è ridotto rispetto ai combustibili fossili, a causa della capacità di produrre biocarburanti algali in modo molto più localizzato, e a causa della minore tossicità complessiva, ma il pericolo è ancora lì. Pertanto, i biocarburanti algali dovrebbero essere trattati in modo simile ai combustibili del petrolio durante il trasporto e l’uso, con misure di sicurezza sufficienti in ogni momento.
Gli studi hanno stabilito che la sostituzione dei combustibili fossili con fonti di energia rinnovabile, come i biocarburanti, ha la capacità di ridurre le emissioni di CO2 fino all’80%. Un sistema a base di alghe potrebbe catturare circa l’80% della CO2 emessa da una centrale elettrica quando è disponibile la luce solare. Sebbene questa CO2 venga successivamente rilasciata nell’atmosfera quando il combustibile viene bruciato, questa CO2 sarebbe entrata nell’atmosfera a prescindere. La possibilità di ridurre le emissioni totali di CO2 risiede quindi nella prevenzione del rilascio di CO2 dai combustibili fossili. Inoltre, rispetto ai carburanti come diesel e petrolio, e anche rispetto ad altre fonti di biocarburanti, la produzione e la combustione di biocarburanti algali non produce ossidi di zolfo o ossidi di azoto e produce una quantità ridotta di monossido di carbonio, idrocarburi incombusti e ridotto emissione di altri inquinanti nocivi. Poiché le fonti terrestri di produzione di biocarburanti semplicemente non hanno la capacità di produzione per soddisfare il fabbisogno energetico attuale, le microalghe possono essere una delle uniche opzioni per affrontare la completa sostituzione dei combustibili fossili.
La produzione di microalghe include anche la possibilità di utilizzare rifiuti salini o flussi di CO2 di scarto come fonte di energia. Questo apre una nuova strategia per produrre biocarburanti in combinazione con il trattamento delle acque reflue, pur essendo in grado di produrre acqua pulita come sottoprodotto. Se utilizzate in un bioreattore di microalghe, le microalghe raccolte cattureranno quantità significative di composti organici e contaminanti di metalli pesanti assorbiti dai flussi di acque reflue che altrimenti verrebbero scaricati direttamente in acque superficiali e sotterranee. Inoltre, questo processo consente anche il recupero del fosforo dai rifiuti, che è un elemento essenziale ma scarso in natura, le cui riserve si sono esaurite negli ultimi 50 anni. Un’altra possibilità è l’uso di sistemi di produzione di alghe per ripulire l’inquinamento da fonti non puntiformi, in un sistema noto come un alghe turf scrubber (ATS). È stato dimostrato che questo riduce i livelli di azoto e fosforo nei fiumi e in altri grandi bacini idrici colpiti dall’eutrofizzazione e sono in fase di costruzione sistemi in grado di trattare fino a 110 milioni di litri di acqua al giorno. L’ATS può anche essere utilizzato per trattare l’inquinamento da fonte puntiforme, come le acque reflue sopra menzionate, o nel trattamento degli effluenti del bestiame.
policolture
Quasi tutte le ricerche sui biocarburanti algali si sono concentrate sulla coltura di singole specie, o monoculture, di microalghe. Tuttavia, la teoria ecologica e gli studi empirici hanno dimostrato che le piante e le alghe policultura, cioè i gruppi di più specie, tendono a produrre maggiori rese rispetto alle monocolture. Gli esperimenti hanno anche dimostrato che le comunità microbiche acquatiche più diverse tendono ad essere più stabili nel tempo rispetto alle comunità meno diverse. Recenti studi hanno scoperto che le policulture di microalghe hanno prodotto rese lipidiche significativamente più elevate rispetto alle monocolture. Le policolture tendono anche ad essere più resistenti agli attacchi di parassiti e malattie, nonché all’invasione di altre piante o alghe. Pertanto coltivare le microalghe nella policoltura può non solo aumentare i rendimenti e la stabilità delle rese dei biocarburanti, ma anche ridurre l’impatto ambientale di un’industria di biocarburanti algali.
Viabilità economica
Esiste chiaramente una domanda di produzione sostenibile di biocarburanti, ma se un determinato biocarburante verrà utilizzato in ultima analisi non dipende dalla sostenibilità ma dall’efficienza economica. Pertanto, la ricerca si concentra sul taglio del costo della produzione di biocarburanti algali fino al punto in cui può competere con il petrolio convenzionale. La produzione di diversi prodotti di alghe è stata menzionata [le donnole] come il fattore più importante per rendere economicamente redditizia la produzione di alghe. Altri fattori sono il miglioramento dell’energia solare nell’efficienza di conversione della biomassa (attualmente il 3%, ma il 5 e il 7% è teoricamente ottenibile) e rendendo più facile l’estrazione di petrolio dalle alghe.
In un rapporto del 2007 è stata ricavata una formula che stimava il costo dell’olio di alghe perché potesse essere un valido sostituto del diesel di petrolio:
C (olio di alghe) = 25,9 × 10 -3 C (petrolio)
dove: C (olio algale) è il prezzo del petrolio microalgale in dollari per gallone e C (petrolio) è il prezzo del petrolio greggio in dollari al barile. Questa equazione presuppone che l’olio di alghe abbia circa l’80% del valore energetico calorico del petrolio grezzo.
Con l’attuale tecnologia disponibile, si stima che il costo di produzione di biomassa biomassa sia di $ 2,95 / kg per i fotobioreattori e di $ 3,80 / kg per gli stagni aperti. Queste stime presumono che il biossido di carbonio sia disponibile gratuitamente. Se la capacità di produzione annuale di biomassa è aumentata a 10.000 tonnellate, il costo di produzione per chilogrammo si riduce a circa $ 0,47 e $ 0,60 rispettivamente. Supponendo che la biomassa contenga il 30% di olio in peso, il costo della biomassa per fornire un litro di petrolio sarebbe di circa $ 1,40 ($ 5,30 / gal) e $ 1,81 ($ 6,85 / gal) rispettivamente per i fotobioreattori e le canalizzazioni. Si stima che il petrolio recuperato dalla biomassa a basso costo prodotta nei fotobioreattori sia costato $ 2,80 / L, assumendo che il processo di recupero contribuisca al 50% del costo del petrolio recuperato finale. Se i progetti di alghe esistenti possono raggiungere obiettivi di prezzo di produzione di biodiesel inferiori a $ 1 per gallone, gli Stati Uniti possono realizzare il proprio obiettivo di sostituire fino al 20% dei carburanti per il trasporto entro il 2020 utilizzando combustibili sostenibili dal punto di vista ambientale ed economico dalla produzione di alghe.
Mentre i problemi tecnici, come la raccolta, vengono affrontati con successo dall’industria, l’elevato investimento iniziale delle infrastrutture da alghe a biocarburanti è visto da molti come un grosso ostacolo al successo di questa tecnologia. Solo pochi studi sulla redditività economica sono disponibili pubblicamente e spesso devono fare affidamento sui piccoli dati (spesso solo stime ingegneristiche) disponibili nel pubblico dominio. Dmitrov ha esaminato il fotobioreattore del GreenFuel e ha stimato che l’olio di alghe sarebbe competitivo solo a un prezzo del petrolio di $ 800 al barile. Uno studio di Alabi et al. hanno esaminato le canalizzazioni, i fotobioreattori e i fermentatori anaerobici per produrre biocarburanti dalle alghe e hanno scoperto che i fotobioreattori sono troppo costosi per produrre biocarburanti. Le piste possono essere redditizie nei climi caldi con costi di manodopera molto bassi e i fermentatori possono diventare economicamente vantaggiosi a seguito di significativi miglioramenti del processo. Il gruppo ha scoperto che i costi di capitale, il costo del lavoro e i costi operativi (fertilizzanti, elettricità, ecc.) Sono troppo alti per i biocarburanti algali che sono competitivi in termini di costi con i combustibili convenzionali. Risultati simili sono stati trovati da altri, suggerendo che, a meno che non vengano trovati nuovi modi più economici di sfruttare le alghe per la produzione di biocarburanti, il loro grande potenziale tecnico potrebbe non diventare mai economicamente accessibile. Recentemente, Rodrigo E. Teixeira ha dimostrato una nuova reazione e ha proposto un processo per la raccolta e l’estrazione di materie prime per il biocarburante e la produzione chimica che richiede una frazione dell’energia dei metodi attuali, mentre estrae tutti i costituenti cellulari.
Uso di sottoprodotti
Molti dei sottoprodotti prodotti nella lavorazione delle microalghe possono essere utilizzati in varie applicazioni, molte delle quali hanno una storia di produzione più lunga rispetto al biocarburante algale. Alcuni dei prodotti non utilizzati nella produzione di biocarburanti comprendono coloranti naturali e pigmenti, antiossidanti e altri composti bioattivi di alto valore. Queste sostanze chimiche e la biomassa in eccesso hanno trovato numerosi usi in altri settori. Ad esempio, i coloranti e gli oli hanno trovato un posto nei cosmetici, comunemente come addensanti e agenti leganti l’acqua. Le scoperte nell’industria farmaceutica comprendono antibiotici e antimicotici derivati da microalghe, così come prodotti per la salute naturale, che sono cresciuti in popolarità negli ultimi decenni. Per esempio la Spirulina contiene numerosi grassi polinsaturi (Omega 3 e 6), aminoacidi e vitamine, oltre a pigmenti che possono essere utili, come il beta-carotene e la clorofilla.
vantaggi
Facilità di crescita
Uno dei principali vantaggi che l’utilizzo di microalghe come materia prima rispetto alle colture più tradizionali è che può essere coltivato molto più facilmente. Le alghe possono essere coltivate in terreni che non sono considerati adatti per la crescita delle colture regolarmente utilizzate. Inoltre, le acque reflue che normalmente ostacolerebbero la crescita delle piante hanno dimostrato di essere molto efficaci nella crescita delle alghe. Per questo motivo, le alghe possono essere coltivate senza occupare terreni coltivabili che altrimenti verrebbero utilizzati per la produzione di colture alimentari e le migliori risorse possono essere riservate alla normale produzione agricola. Le microalghe richiedono anche meno risorse per crescere e poca attenzione è necessaria, consentendo alla crescita e alla coltivazione di alghe di essere un processo molto passivo.
Impatto sul cibo
Molte materie prime tradizionali per il biodiesel, come mais e palma, sono anche utilizzate come mangimi per il bestiame nelle fattorie, oltre che una preziosa fonte di cibo per gli esseri umani. Per questo motivo, utilizzandoli come biocarburanti si riduce la quantità di cibo disponibile per entrambi, con un conseguente aumento del costo sia per il cibo che per il combustibile prodotto. L’utilizzo di alghe come fonte di biodiesel può alleviare questo problema in vari modi. Innanzitutto, le alghe non vengono utilizzate come fonte di cibo primaria per gli esseri umani, il che significa che possono essere utilizzate esclusivamente per il carburante e che ci sarebbe un piccolo impatto nell’industria alimentare. In secondo luogo, molti degli estratti di prodotti di rifiuto prodotti durante la lavorazione delle alghe per i biocarburanti possono essere utilizzati come mangime per animali sufficiente. Questo è un modo efficace per ridurre al minimo gli sprechi e un’alternativa più economica ai più tradizionali mangimi a base di mais o cereali.
Minimalizzazione dei rifiuti
Le alghe in crescita come fonte di biocarburanti hanno anche dimostrato di avere numerosi benefici ambientali e si sono presentate come un’alternativa molto più rispettosa dell’ambiente agli attuali biocarburanti. Per uno, è in grado di utilizzare il ruscellamento, l’acqua contaminata da fertilizzanti e altri nutrienti che sono un sottoprodotto dell’agricoltura, in quanto fonte primaria di acqua e sostanze nutritive. A causa di ciò, impedisce a questa acqua contaminata di mescolarsi con i laghi e i fiumi che attualmente riforniscono la nostra acqua potabile. Oltre a questo, l’ammoniaca, i nitrati e i fosfati che normalmente renderebbero l’acqua pericolosa in realtà servono da nutrienti eccellenti per le alghe, il che significa che sono necessarie meno risorse per far crescere le alghe. Molte specie di alghe utilizzate nella produzione di biodiesel sono eccellenti bio-fissatori, il che significa che sono in grado di rimuovere l’anidride carbonica dall’atmosfera da utilizzare come una forma di energia per se stessi. Per questo motivo, hanno trovato impiego nell’industria come un modo per trattare i gas di combustione e ridurre le emissioni di gas serra.
svantaggi
Viabilità commerciale
Il biodiesel delle alghe è ancora una tecnologia abbastanza nuova. Nonostante il fatto che la ricerca sia iniziata oltre 30 anni fa, è stata messa in pausa durante la metà degli anni ’90, principalmente a causa della mancanza di finanziamenti e di un costo del petrolio relativamente basso. Per i prossimi anni i biocarburanti alle alghe hanno visto poca attenzione; non è stato fino al picco del gas dei primi anni 2000 che alla fine ha avuto una rivitalizzazione nella ricerca di fonti alternative di carburante. Mentre la tecnologia esiste per raccogliere e convertire le alghe in una fonte utilizzabile di biodiesel, non è stata ancora implementata in una scala sufficientemente grande per supportare l’attuale fabbisogno energetico. Saranno necessarie ulteriori ricerche per rendere più efficiente la produzione di biocarburanti di alghe, ed a questo punto è attualmente trattenuto dai lobbisti a sostegno dei biocarburanti alternativi, come quelli prodotti dal mais e dal grano. Nel 2013, il presidente e amministratore delegato di Exxon Mobil, Rex Tillerson, ha affermato che, dopo aver inizialmente speso fino a $ 600 milioni per lo sviluppo in una joint venture con Synthetic Genomics di J. Craig Venter, le alghe sono “probabilmente più” di “25 anni di distanza” dalla redditività commerciale , sebbene Solazyme e Sapphire Energy abbiano già iniziato le vendite commerciali su piccola scala rispettivamente nel 2012 e 2013. Entro il 2017, la maggior parte degli sforzi sono stati abbandonati o modificati in altre applicazioni, con solo pochi rimasti.
Stabilità
Il biodiesel prodotto dalla lavorazione delle microalghe differisce da altre forme di biodiesel nel contenuto di grassi polinsaturi. I grassi polinsaturi sono noti per la loro capacità di mantenere la fluidità a temperature più basse. Mentre questo può sembrare un vantaggio nella produzione durante le temperature più fredde dell’inverno, i grassi polinsaturi determinano una minore stabilità durante le normali temperature stagionali.
Ricerca
Progetti attuali
stati Uniti
Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) è il principale laboratorio nazionale per le energie rinnovabili e la ricerca e lo sviluppo dell’efficienza energetica. Questo programma è coinvolto nella produzione di energie rinnovabili ed efficienza energetica. Una delle sue divisioni più attuali è il programma di biomassa che è coinvolto nella caratterizzazione della biomassa, nelle tecnologie di conversione biochimica e termochimica insieme all’ingegneria e all’analisi dei processi della biomassa. Il programma mira a produrre tecnologie efficienti sotto il profilo energetico, efficienti in termini di costi ed ecocompatibili che sostengano le economie rurali, riducano la dipendenza delle nazioni dal petrolio e migliorino la qualità dell’aria.
Presso l’Istituto oceanografico Woods Hole e l’Istituto oceanografico di Harbour Branch le acque reflue provenienti da fonti domestiche e industriali contengono composti organici ricchi che vengono utilizzati per accelerare la crescita delle alghe. Il Dipartimento di ingegneria biologica e agricola dell’Università della Georgia sta esplorando la produzione di biomassa di biomassa utilizzando acque reflue industriali. Algaewheel, con sede a Indianapolis, Indiana, ha presentato una proposta per costruire una struttura a Cedar Lake, nell’Indiana, che utilizza alghe per il trattamento delle acque reflue municipali, utilizzando il sottoprodotto dei fanghi per produrre biocarburanti. Un approccio simile viene seguito da Algae Systems, una società con sede a Daphne, in Alabama.
Sapphire Energy (San Diego) ha prodotto greggio verde da alghe.
Solazyme (South San Francisco, California) ha prodotto un combustibile adatto per alimentare aerei a reazione dalle alghe.
La stazione di ricerca marina di Ketch Harbour, in Nuova Scozia, è stata coinvolta nell’allevamento delle alghe per 50 anni. Il National Research Council (Canada) (NRC) e il National Byproducts Program hanno fornito 5 milioni di dollari per finanziare questo progetto. L’obiettivo del programma è stato quello di costruire un impianto pilota per la coltivazione di 50.000 litri nella struttura portuale di Ketch. La stazione è stata coinvolta nella valutazione del modo migliore di coltivare le alghe per i biocarburanti ed è coinvolta nello studio dell’utilizzo di numerose specie di alghe nelle regioni del Nord America. NRC ha unito le forze con il Dipartimento per l’energia degli Stati Uniti, il National Renewable Energy Laboratory in Colorado ei Sandia National Laboratories nel New Mexico.
Europa
Le università del Regno Unito che lavorano alla produzione di petrolio da alghe comprendono: Università di Manchester, Università di Sheffield, Università di Glasgow, Università di Brighton, Università di Cambridge, University College London, Imperial College London, Cranfield University e Newcastle University. In Spagna, è rilevante anche la ricerca condotta dall’Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (Microalgae Biotechnology Group, Siviglia) del CSIC.
La European Algae Biomass Association (EABA) è l’associazione europea che rappresenta sia la ricerca che l’industria nel campo delle tecnologie delle alghe, attualmente con 79 membri. L’associazione ha sede a Firenze, in Italia. L’obiettivo generale dell’EABA è promuovere lo scambio e la cooperazione reciproci nel campo della produzione e dell’uso della biomassa, compresi gli usi dei biocarburanti e tutti gli altri utilizzi. Mira a creare, sviluppare e mantenere la solidarietà e i legami tra i suoi membri e a difendere i loro interessi a livello europeo e internazionale. Il suo obiettivo principale è quello di fungere da catalizzatore per favorire sinergie tra scienziati, industriali e decision maker per promuovere lo sviluppo della ricerca, della tecnologia e delle capacità industriali nel campo delle alghe.
Le innovazioni di CMCL e l’Università di Cambridge stanno conducendo uno studio di progettazione dettagliato di un impianto C-FAST (Carboni negativi nocivi derivati da Algal and Solar Technologies). L’obiettivo principale è di progettare un impianto pilota in grado di dimostrare la produzione di combustibili idrocarburici (inclusi diesel e benzina) come vettori energetici sostenibili per il carbonio e materie prime per l’industria delle materie prime chimiche. Questo progetto sarà presentato a giugno 2013.
L’Ucraina prevede di produrre biocarburanti utilizzando un tipo speciale di alghe.
Il progetto Algae Cluster della Commissione europea, finanziato attraverso il Settimo programma quadro, è costituito da tre progetti di biocarburanti a base di alghe, ciascuno dei quali intende progettare e costruire una diversa struttura di biocarburanti a base di alghe che copra 10 ettari di terreno. I progetti sono BIOFAT, All-Gas e InteSusAl.
Poiché vari combustibili e prodotti chimici possono essere prodotti dalle alghe, è stato suggerito di studiare la fattibilità di vari processi di produzione (estrazione / separazione convenzionale, liquefazione idrotermica, gassificazione e pirolisi) per l’applicazione in una bioraffineria integrata di alghe.
India
Le industrie di Reliance in collaborazione con Algenol, USA, hanno commissionato un progetto pilota per la produzione di bio-olio di alghe nell’anno 2014. La spirulina, un’alga ricca di proteine, è stata coltivata commercialmente in India. Le alghe sono utilizzate in India per il trattamento delle acque reflue in bacini di ossidazione aperti / naturali. Questo riduce la richiesta biologica di ossigeno (BOD) dei liquami e fornisce anche biomassa algale che può essere convertita in combustibile.
Altro
L’Algae Biomass Organization (ABO) è un’organizzazione senza scopo di lucro la cui missione è “promuovere lo sviluppo di mercati commerciali redditizi per prodotti rinnovabili e sostenibili derivati da alghe”.
La National Algae Association (NAA) è un’organizzazione no-profit di ricercatori di alghe, società di produzione di alghe e comunità di investimento che condividono l’obiettivo di commercializzare l’olio di alghe come materia prima alternativa per i mercati dei biocarburanti. La NAA offre ai suoi membri un forum per valutare in modo efficiente varie tecnologie di alghe per potenziali opportunità aziendali iniziali.
Pond Biofuels Inc., in Ontario, Canada, ha un impianto pilota funzionante in cui le alghe vengono coltivate direttamente dalle emissioni di ciminiere da una cementeria e asciugate con calore di scarto. Nel maggio 2013, Pond Biofuels ha annunciato una partnership con il Consiglio Nazionale delle Ricerche del Canada e le Risorse Naturali Canadesi Limitate per costruire una bioraffineria algale su scala dimostrativa in un sito di sabbie bituminose vicino a Bonnyville, in Alberta.
Ocean Nutrition Canada ad Halifax, Nuova Scozia, Canada ha trovato un nuovo ceppo di alghe che sembra in grado di produrre olio ad una velocità 60 volte maggiore rispetto ad altri tipi di alghe utilizzate per la generazione di biocarburanti.
VG Energy, una sussidiaria di Viral Genetics Incorporated, afferma di aver scoperto un nuovo metodo per aumentare la produzione di lipidi algali interrompendo le vie metaboliche che altrimenti dirotterebbero l’energia fotosintetica verso la produzione di carboidrati. Usando queste tecniche, la società afferma che la produzione di lipidi potrebbe essere aumentata di molto, potenzialmente rendendo i biocarburanti algali competitivi rispetto ai combustibili fossili esistenti.
La produzione di alghe dalle acque calde di una centrale nucleare è stata pilotata da Patrick C. Kangas presso la centrale nucleare di Peach Bottom, di proprietà di Exelon Corporation. Questo processo sfrutta l’acqua a temperatura relativamente alta per sostenere la crescita delle alghe anche durante i mesi invernali.
Aziende come Sapphire Energy e Bio Solar Cells stanno utilizzando l’ingegneria genetica per rendere più efficiente la produzione di combustibile per alghe. Secondo Klein Lankhorst di Bio Solar Cells, l’ingegneria genetica potrebbe migliorare notevolmente l’efficienza del carburante delle alghe poiché le alghe possono essere modificate per costruire solo catene corte di carbonio invece di lunghe catene di carboidrati. Sapphire Energy utilizza anche mutazioni indotte chimicamente per produrre alghe idonee all’uso come coltura.
Alcuni interessi commerciali nei sistemi di coltivazione delle alghe su larga scala stanno cercando di collegarsi alle infrastrutture esistenti, come le fabbriche di cemento, le centrali elettriche a carbone o gli impianti di trattamento delle acque reflue. Questo approccio trasforma i rifiuti in risorse per fornire le materie prime, la CO2 e i nutrienti per il sistema.
Uno studio di fattibilità sull’uso di microalghe marine in un fotobioreattore è stato realizzato da The International Research Consortium su Margini continentali dell’Università Jacobs di Brema.
Il Dipartimento di Scienze Ambientali dell’Università dell’Ateneo de Manila, nelle Filippine, sta lavorando alla produzione di biocarburanti da una specie locale di alghe.
Ingegneria genetica
Alghe di ingegneria genetica sono state utilizzate per aumentare la produzione di lipidi o i tassi di crescita. La ricerca attuale in ingegneria genetica include l’introduzione o la rimozione di enzimi. Nel 2007 Oswald et al. introdusse una monoterpene sintasi dal basilico dolce in Saccharomyces cerevisiae, un ceppo di lievito. Questa particolare sintasi monoterpena provoca la sintesi de novo di grandi quantità di geraniolo, mentre la secerne nel terreno. Il geraniolo è un componente primario nell’olio di rosa, olio di palma, olio di citronella e oli essenziali, che lo rende una valida fonte di triacilgliceridi per la produzione di biodiesel.
L’enzima pirofosforilasi ADP-glucosio è vitale nella produzione di amido, ma non ha alcun collegamento con la sintesi lipidica. La rimozione di questo enzima ha portato al mutante sta6, che ha mostrato un aumento del contenuto lipidico. Dopo 18 ore di crescita in terreno privo di azoto i mutanti sta6 avevano in media 17 ng triacilgliceridi / 1000 cellule, rispetto a 10 ng / 1000 cellule nelle cellule WT. Questo aumento della produzione lipidica è stato attribuito alla riallocazione delle risorse intracellulari, in quanto le alghe hanno deviato l’energia dalla produzione di amido.
Nel 2013 i ricercatori hanno utilizzato un “knock-down” degli enzimi riducenti il grasso (lipasi multifunzione / fosfolipasi / aciltransferasi) per aumentare i lipidi (oli) senza compromettere la crescita. Lo studio ha anche introdotto un efficiente processo di screening. I ceppi di knockdown che esprimono l’antisenso 1A6 e 1B1 contenevano contenuto lipidico superiore a 2,4 e 3,3 volte durante la crescita esponenziale, e contenuto lipidico superiore a 4,1 e 3,2 volte dopo 40 ore di carenza di silicio.
Programmi di finanziamento
Numerosi programmi di finanziamento sono stati creati con l’obiettivo di promuovere l’uso di energia rinnovabile. In Canada, l’iniziativa sul capitale dei biocarburanti ecoAgricoltura (ecoABC) prevede 25 milioni di dollari per progetto per aiutare gli agricoltori a costruire e ampliare un impianto di produzione di combustibile rinnovabile. Il programma ha $ 186 milioni accantonati per questi progetti. Il programma di sviluppo sostenibile (SDTC) ha anche applicato $ 500 milioni in 8 anni per aiutare nella costruzione di combustibili rinnovabili di prossima generazione. Inoltre, negli ultimi 2 anni sono stati resi disponibili 10 milioni di dollari per la ricerca e l’analisi dei combustibili rinnovabili
In Europa, il Settimo programma quadro (7 ° PQ) è lo strumento principale per finanziare la ricerca. Allo stesso modo, il NER 300 è un portale non ufficiale e indipendente dedicato alle energie rinnovabili e ai progetti di integrazione della rete. Un altro programma comprende il programma Orizzonte 2020 che inizierà il 1 ° gennaio e riunirà il programma quadro e altri finanziamenti comunitari per l’innovazione e la ricerca in un nuovo sistema di finanziamento integrato
Il programma di sviluppo delle materie prime della NBB si sta occupando della produzione di alghe all’orizzonte per espandere il materiale disponibile per il biodiesel in modo sostenibile.