مروری بر استفاده از جلبک‌ها به عنوان سوخت زیستی و بهینه‌سازی آن

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، گروه زیست شناسی گیاهی

2 تهران، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده علوم و فناوری زیستی، گروه زیست شناسی سلولی-مولکولی

چکیده

ﻣﺤﺪودﺑﻮدن ﻣﻨﺎﺑﻊ ﺳﻮﺧﺖ ﻓﺴﻴﻠﻲ در ﻛﻨﺎر آﻟﻮدگی‌های زﻳﺴﺖﻣﺤﻴﻄﻲ ﻧﺎﺷﻲ از اﺣﺘﺮاق آنﻫﺎ ﺟﺴﺘﺠﻮی ﻣﻨﺎﺑﻊ ﺟﺎﻳﮕﺰﻳﻦ ﺗﺠﺪﻳﺪﭘﺬﻳﺮ و ﭘﺎک را ﺿﺮوری میﺳﺎزد. ﺑﻴﺸﺘﺮ ﺗﻮﺟﻪ در ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺳﻮﺧﺖ زﻳﺴﺘﻲ ﻣﻌﻄﻮف ﺑﻪ اﺳﺘﻔﺎده از بیومس ﮔﻴﺎﻫﻲ، ﺿﺎﻳﻌﺎت ﻛﺸﺎورزی، ﭘﺴﻤﺎﻧﺪﻫﺎی ﺟﺎﻣﺪ و ﻟﺠﻦ ﺗﺼﻔﻴﻪﻫﺎی دﻓﻌﻲ تصفیهﺧﺎﻧﻪﻫﺎی ﻓﺎﺿﻼب ﺑﻮده اﺳﺖ. امروزه منابع تجدیدپذیر جهت جایگزینی سوخت­های فسیلی مثل سوخت­های زیستی-گیاهی وجود دارد؛ با اﻳﻦ ﺣﺎل در دﻫﻪ اﺧﻴﺮ ﻛﺸﺖ میکروﺟﻠﺒﻚها به عنوان گزینه­ای دیگر ﺑﺮای ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺑﻴﻮﻣﺲ ﻣﻄﺮح ﺷﺪه اﺳﺖ. بهره‌وری از زیست­ توده­های جلبکی از نظر مصرف آب و مساحت زیر کشت به صرفه­تر از محصولات زراعی گیاهی بوده و باعث کاهش هزینه و کاهش انتشار گازهای گلخانه­ای از طریق جایگزینی با سوخت های فسیلی می‌گردد. بسیاری از گونه­ های میکروجلبک‌ها با توجه به توانایی بالا در مصرف کربن آلی و نیتروژن غیرآلی و فسفر، قادر به رشد در محیط‌های آبی مختلف از جمله فاضلاب­های شهری و صنعتی و کشاورزی و فاضلاب‌های حاوی فضولات حیوانی که در آن‌ها مقادیر زیادی کربن آلی و غیرآلی و نیتروژن و فسفر و دیگر عناصر وجود دارد، می‌باشند و به عنوان یک تصفیه‌کننده‌ی زیستی عمل می‌کنند. با بررسی و مطالعات گسترده و ابداع تکنیک‌های جدید می‌توان به تولید مقرون­ به­ صرفه سوخت‌های زیستی-جلبکی دست یافت و همچنین از تولید سوخت‌های زیستی-گیاهی به دلیل مصرف بالای آب شیرین و زمین‌های کشاورزی جلوگیری کرد. در این مقاله مروری، مطالعات صورت‌گرفته در زمینه سوخت‌های زیستی، استفاده از جلبک‌ها به عنوان سوخت زیستی و روش‌های بهینه‌سازی تولید آن به صورت جامع ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

  1.  

    1. Chiappe, C., et al., Development of cost-effective biodiesel from microalgae using protic ionic liquids. Green Chemistry, 2016. 18(18): p. 4982-4989.
    2. Mathimani, T. and A. Pugazhendhi, Utilization of algae for biofuel, bio-products and bio-remediation. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 2019. 17: p. 326-330.
    3. Mathimani, T., L. Uma, and D. Prabaharan, Homogeneous acid catalysed transesterification of marine microalga Chlorella sp. BDUG 91771 lipid–an efficient biodiesel yield and its characterization. Renewable energy, 2015. 81: p. 523-533.
    4. Subsamran, K., et al., Potential use of vetiver grass for cellulolytic enzyme production and bioethanol production. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 2019. 17: p. 261-268.
    5. Chi, N.T.L., et al., Evaluating the potential of green alga Chlorella sp. for high biomass and lipid production in biodiesel viewpoint. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 2019. 17: p. 184-188.
    6. Gupta, J., M. Agarwal, and A. Dalai, Optimization of biodiesel production from mixture of edible and nonedible vegetable oils. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2016. 8: p. 112-120.
    7. Sharma, J., et al., Enhancement of lipid production from algal biomass through various growth parameters. Journal of Molecular Liquids, 2018. 269: p. 712-720.
    8. Enamala, M.K., et al., Production of biofuels from microalgae-A review on cultivation, harvesting, lipid extraction, and numerous applications of microalgae. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 94: p. 4-
    9. Chisti, Y., Biodiesel from microalgae. Biotechnology advances, 2007. 25(3): p. 294-306.
    10. Baldev, E., et al., Unveiling algal cultivation using raceway ponds for biodiesel production and its quality assessment. Renewable Energy, 2018. 123: p. 486-498.
    11. Prabakar, D., et al., Advanced biohydrogen production using pretreated industrial waste: outlook and prospects. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. 96: p. 306-324.
    12. Alam, F., S. Mobin, and H. Chowdhury, Third generation biofuel from Algae. Procedia Engineering, 2015. 105: p. 763-768.
    13. de Vries, S.C., et al., Resource use efficiency and environmental performance of nine major biofuel crops, processed by first-generation conversion techniques. Biomass and Bioenergy, 2010. 34(5): p. 588-601.
    14. Fei, H., A. Abudureheman, and J.K. Vessey, Improving a “Generation 1.5” biofuel feedstock crop: Colonization and growth enhancement of energy beet (Beta vulgare L. Beta 5833R) by inoculation with Gluconacetobacter spp. Biocatalysis and agricultural biotechnology, 2017. 10: p. 247-255.
    15. Sims, R.E., et al., An overview of second generation biofuel technologies. Bioresource technology, 2010. 101(6): p. 1570-1580.
    16. Maity, J.P., et al., Microalgae for third generation biofuel production, mitigation of greenhouse gas emissions and wastewater treatment: Present and future perspectives–A mini review. Energy, 2014. 78: p. 104-113.
    17. Sheehan, J., et al., Look back at the US department of energy's aquatic species program: biodiesel from algae; close-out report. 1998, National Renewable Energy Lab., Golden, CO.(US).
    18. Mata, T.M., A.A. Martins, and N.S. Caetano, Microalgae for biodiesel production and other applications: a review. Renewable and sustainable energy reviews, 2010. 14(1): p. 217-232.
    19. Mathimani, T., et al., Review on cultivation and thermochemical conversion of microalgae to fuels and chemicals: process evaluation and knowledge gaps. Journal of cleaner production, 2019. 208: p. 1053-1064.
    20. Shimako, A.H., et al., Environmental assessment of bioenergy production from microalgae based systems. Journal of Cleaner Production, 2016. 139: p. 51-60.
    21. Hemaiswarya, S. and I. Rathinam Raja, S. Carvalho, R. Ravikumar, Vasudeo Zambare & Debmalya Barh. Appl Microbiol Biotechnol, 2012. 96: p. 1125-1135.
    22. Saravanan, A.P., et al., Biofuel policy in India: a review of policy barriers in sustainable marketing of biofuel. Journal of cleaner production, 2018. 193: p. 734-747.
    23. Mobin, S. and F. Alam, Some promising microalgal species for commercial applications: A review. Energy Procedia, 2017. 110: p. 510-517.
    24. Pulz, O. and W. Gross, Valuable products from biotechnology of microalgae. Applied microbiology and biotechnology, 2004. 65(6): p. 635-648.
    25. Winwood, R.J., Recent developments in the commercial production of DHA and EPA rich oils from micro-algae. Ocl, 2013. 20(6): p. D604.
    26. Bajhaiya, A., et al., Algal biodiesel The next generation biofuel for India. Asian J. Exp. Biol. Sci, 2010. 4: p. 728-739.
    27. Pittman, J., Dean. AP, Osundeko. O.(2011). The potential of sustainable algal biofuel production using wastewater resources. Bioresource Technology. 102(1): p. 17-25.
    28. Kern, J.D., et al., Multiobjective Optimal Siting of Algal Biofuel Production with Municipal Wastewater Treatment in Watersheds with Nutrient Trading Markets. Journal of Water Resources Planning and Management, 2019. 145(2): p. 04018092.

    29.Lundquist, T.J., et al., A realistic technology and engineering assessment of algae biofuel production. Energy Biosciences Institute, 2010: p. 1.

    1. Huntsinger, L.F., N.M. Rouphail, and P. Bloomfield, Trip generation models using cumulative logistic regression. Journal of urban planning and development, 2013. 139(3): p. 176-184.
    2. Gupta, S.K., et al., Dual role of Chlorella sorokiniana and Scenedesmus obliquus for comprehensive wastewater treatment and biomass production for bio-fuels. Journal of Cleaner Production, 2016. 115: p. 255-264.
    3. Chen, G., L. Zhao, and Y. Qi, Enhancing the productivity of microalgae cultivated in wastewater toward biofuel production: a critical review. Applied Energy, 2015. 137: p. 282-291.
    4. de la Noüe, J., G. Laliberté, and D. Proulx, Algae and waste water. Journal of applied phycology, 1992. 4(3): p. 247-254.
    5. Wang, B., et al., CO 2 bio-mitigation using microalgae. Applied microbiology and biotechnology, 2008. 79(5): p. 707-718.
    6. Iwasaki, I., et al., Effect of extremely high-CO2 stress on energy distribution between photosystem I and photosystem II in a ‘high-CO2’tolerant green alga, Chlorococcum littorale and the intolerant green alga Stichococcus bacillaris. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 1998. 44(3): p. 184-190.
    7. Sydney, E.B., et al., Potential carbon dioxide fixation by industrially important microalgae. Bioresource technology, 2010. 101(15): p. 5892-5896.

    37.Miazek, K., et al., Effect of organic solvents on microalgae growth, metabolism and industrial bioproduct extraction: a review. International journal of molecular sciences, 2017. 18(7): p. 1429.

    1. Martinez, F., C. Ascaso, and M. Orus, Morphometric and stereologic analysis of Chlorella vulgaris under heterotrophic growth conditions. Annals of botany, 1991. 67(3): p. 239-245.
    2. Endo, H., et al., Growth characteristics and cellular components of Chlorella regularis, heterotrophic fast growing strain. Agricultural and Biological Chemistry, 1974. 38(1): p. 9-18.

    40.Holloway, J.M. and R.A. Dahlgren, Nitrogen in rock: occurrences and biogeochemical implications. Global Biogeochemical Cycles, 2002. 16(4): p. 65-1-65-17.

    1. Graham, L.E. and L.W. Wilcox, Algae/; Linda E. Graham, Lee W. Wilcox. 2000.
    2. Keller, M.D., et al., Media for the culture of oceanic ultraphytoplankton 1, 2. Journal of phycology, 1987. 23(4): p. 633-638.
    3. Junying, Z., R. Junfeng, and Z. Baoning, Factors in mass cultivation of microalgae for biodiesel. Chinese Journal of Catalysis, 2013. 34(1): p. 80-100.
  • تاریخ دریافت: 30 مرداد 1399
  • تاریخ بازنگری: 07 تیر 1400
  • تاریخ پذیرش: 07 تیر 1400