Zeitschrift für Grundlagen erneuerbarer Energien und Anwendungen
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Abstrakt

Vorbehandlungsmethoden zur Ölextraktion aus Mikroalgen: Kritische Überprüfung und vergleichende Analyse

Mariam Al Hattab und Abdel Ghaly

Aus Mikroalgenbiomasse können zahlreiche Mehrwertprodukte wie Biodiesel, Bioethanol, Biogas, Biowasserstoff, Fischfutter, Tierfutter, Nahrungsergänzungsmittel für Menschen und Hautpflegeprodukte hergestellt werden. Die Herstellung von Mehrwertprodukten aus Mikroalgenbiomasse erfordert das Wachstum und die Gewinnung der Algenbiomasse sowie die Extraktion und Weiterverarbeitung des gewünschten Produkts. Eines der größten Hindernisse für die Verwendung von Mikroalgenbiomasse im industriellen Maßstab zur Herstellung von Biodiesel sind die hohen Verarbeitungskosten. Eine Steigerung der Lipidgewinnungseffizienz aus der Mikroalgenbiomasse würde zu höheren Produkterträgen (Biodiesel) führen. Ziel dieser Studie war es daher, die derzeit zur Vorbehandlung von Mikroalgen verwendeten Methoden zu überprüfen und eine vergleichende Analyse durchzuführen, um die wirtschaftlich effizienteste Methode für den Einsatz im großen Maßstab zu ermitteln. Die Wirksamkeit der untersuchten Vorbehandlungsmethoden wurde anhand folgender Kriterien bewertet: (a) Effizienz der Zellwandzerstörung, (b) Kosten, (c) Toxizität, (d) Eignung für den Einsatz im großen Maßstab, (e) Zeit, (f) Wiederverwendbarkeit und (g) Wartung. Zu den verschiedenen Behandlungsmethoden gehörten mechanische Techniken (Schüttelgefäß und Rührwerkskugelmühlen sowie Horn- und Bad-Ultraschallbehandlung), thermische Methoden (Dampfexplosion, Gefriertrocknung und Autoklav), elektromagnetische Strahlung (Mikrowelle) und biologische Behandlungen (enzymatisch). Die Ergebnisse zeigten, dass von den 9 untersuchten Mikroalgenmethoden mechanische, thermische und elektromagnetische Strahlungstechniken geeignet waren. Diese Methoden waren Bad-Ultraschallbehandlung (81), Dampfexplosion (93) und Mikrowellenstrahlung (87). Die mikrowellenunterstützte Mikroalgen-Vorbehandlungstechnik ist schnell, effektiv bei der Zerstörung der Zellwände, ungiftig, kann für große Mengen verwendet werden und das Medium kann wiederverwendet werden, hat jedoch hohe Wartungskosten. Die Bad-Ultraschallbehandlung ist effektiv beim Abbau der Zellwände, ungiftig, eine schnelle Technik mit minimalem Wartungsaufwand, hat jedoch hohe Kosten und Schwierigkeiten bei der Skalierung für den industriellen Einsatz. Die Dampfexplosions-Vorbehandlung ist effektiv beim Abbau der Zellwände von Mikroalgen und setzt intrazelluläre Komponenten frei, schnell, wiederverwendbar, relativ kostengünstig, umweltfreundlich und wiederverwendbar, ist jedoch artspezifisch. Insgesamt werden die negativen Aspekte dieser drei Techniken durch ihre Wirksamkeit, Schnelligkeit und relativ geringen Kosten im Vergleich zu anderen Vorbehandlungstechniken aufgewogen. Andere mechanische Extraktionsmethoden leiden unter hohen Betriebskosten, langen Behandlungszeiten, hohen Wartungskosten und Schwierigkeiten bei der Skalierung. Gefriertrocknungs- und Autoklavtechniken wurden aufgrund der hohen Kosten, Schwierigkeiten bei der Skalierung und der damit verbundenen langen Verarbeitungszeiten als ungeeignete Vorbehandlungstechniken für Mikroalgen erachtet. Biologische Vorbehandlungstechniken wurden aufgrund der hohen Kosten für den Kauf von Enzymen, der Schwierigkeiten bei der Rückgewinnung/Trennung nach der Behandlung, der langen Behandlungszeit und des hohen Wartungsaufwands für eine hohe Effizienz als ungeeignet erachtet.