Zeitschrift für Grundlagen erneuerbarer Energien und Anwendungen
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Abstrakt

Methoden zur Mikroalgenernte für die industrielle Produktion von Biodiesel: Kritische Überprüfung und vergleichende Analyse

Mariam Al Hattab, Abdel Ghaly und Amal Hammoud

Aus Mikroalgenbiomasse können zahlreiche Mehrwertprodukte hergestellt werden, beispielsweise Biodiesel, Bioethanol, Biogas und Biowasserstoff, Fischfutter, Tierfutter, Nahrungsergänzungsmittel für Menschen und Hautpflegeprodukte. Die Herstellung von Mehrwertprodukten aus Mikroalgenbiomasse erfordert den Anbau und die Gewinnung der Algenbiomasse sowie die Extraktion und Weiterverarbeitung des gewünschten Produkts. Das größte Hindernis für die Verwendung von Mikroalgenbiomasse im industriellen Maßstab zur Herstellung von Biodiesel und anderen Mehrwertprodukten ist jedoch der Entwässerungsschritt, der 20 bis 30 % der Gesamtkosten für die Produktion und Verarbeitung von Mikroalgen ausmacht. Ziel dieser Studie war es, die aktuellen Methoden zur Ernte und Konzentration von Mikroalgen zu überprüfen und eine vergleichende Analyse durchzuführen, um die effizientesten und wirtschaftlichsten Entwässerungsmethoden für die Verarbeitung von Mikroalgenbiomasse im großen Maßstab zu ermitteln. Die untersuchten Erntetechniken umfassten Sedimentation, Vakuumfiltration, Druckfiltration, Querstromfiltration, Tellerzentrifugation, Dekantierzentrifuge, Flotation mit dispergierter Luft, Flotation mit gelöster Luft, Strömungsoszillation, anorganische Flockung, organische Flockung, Autoflockung, Bioflockung, elektrolytische Koagulation, elektrolytische Flockung und elektrolytische Flotation. Zur Bewertung dieser Mikroalgen-Erntetechniken wurden acht Kriterien verwendet: (a) Entwässerungseffizienz (b) Kosten (c) Toxizität (d) Eignung für industriellen Maßstab (e) Zeit (f) Artenspezifität (g) Wiederverwendbarkeit des Mediums und (h) Wartung. Jedes Kriterium wurde je nach Wichtigkeit mit einer Punktzahl zwischen 7 und 15 bewertet. Höhere Werte wurden den Kriterien zugewiesen, die für die Entwicklung einer effizienten und wirtschaftlichen Entwässerungsmethode für Mikroalgen im großen Maßstab am wichtigsten erachtet wurden, niedrigere Werte, während Kriterien, die für die Bestimmung einer geeigneten Methode als notwendig erachtet wurden, aber als weniger wichtig angesehen wurden, niedrigere Werte erhielten. Die Ergebnisse zeigten, dass 4 der 16 bewerteten Methoden Werte von 80/100 und mehr erreichten und für die Ernte von Mikroalgen im industriellen Maßstab als geeignet erachtet wurden. Drei waren physikalische Techniken (Tellerzentrifuge (87/100), Querstromfiltration (84/100), Dekantierzentrifugation (82/100)) und die vierte war die organische Flockungsmethode (80). Diese Techniken wurden aufgrund ihrer Wirksamkeit, geringen Betriebskosten, Eignung für zahlreiche Arten, Schnelligkeit, minimalen Wartungsaufwand und Umweltfreundlichkeit als für den Einsatz im großen Maßstab geeignet erachtet. Die anderen Methoden wurden als ungeeignet erachtet, da sie bei der Entwässerung einer großen Palette von Mikroalgenarten nicht wirksam sind, nicht für große Mengen geeignet sind sowie teuer und wartungsintensiv sind. Obwohl jede der optimalen Techniken aufgrund ihrer Vorzüge als für die Ernte von Mikroalgen geeignet erachtet wurde, kann auch eine Kombination von Methoden eingesetzt werden, um die Rückgewinnungseffizienz zu verbessern und die Wirtschaftlichkeit zu steigern.Der Einsatz von organischer Flockung als erster Ernteschritt zur Konzentration der Algensuspension und der Zentrifugation (oder Filtration) als sekundärer Entwässerungsschritt reduziert den Zeit- und Kostenaufwand für die Entwässerung. Durch Flockung können Algen aus großen Mengen flüssiger Medien effektiv entfernt werden. Daher können die Kosten für energieintensive Zentrifugations- und Filtrationstechniken (einzeln verwendet) durch deren Verwendung als sekundäre Techniken gesenkt werden, da weniger Volumen der Mikroalgensuspension der sekundären Behandlung unterzogen werden.