Energiaa leväkasvatuksella

Transkriptio

1 Energiaa leväkasvatuksella Järkivihreä uusiutuva energia seminaari Marika Tikka, Helsingin yliopisto, Ympäristötieteiden laitos Biotieteellinen tiedekunta / Marika Tikka / Energiaa leväkasvatuksella 1

2 Mikrolevät Monimuotoinen ryhmä mikroskooppisia organismeja Sekä suolaisen-, että makeanveden lajeja Prokaryootteja ja Eukaryootteja Autotrofisia, heterotrofisia tai miksotrofisia Kuva: Kalle Valkonen Kuva: Paavo Tikka Kuva: Paavo Tikka

3 Energian tuotto KASVUVAATIMUKSET: -Valoenergia -Hiilidioksidi ja happi -Ravinteet, Vitamiinit ja Hivenaineet -Optimaalinen lämpötila ja ph -lajispesifisiä ominaisuuksia BIODIESEL BIOETANOLI Energian varastointi: -Lipidit ( öljy ) -hiilihydraatit (tärkkelys, sokerit) BIOKAASU (METAANI) VETY

4 Leväbiomassan etuja Ei vaadi peltopinta-alaa Ei kilpaile ruuantuotannon kanssa Pieni solukoko Korkea öljypitoisuus Hiilineutraalius Nopea lisääntymissykli Joustava konsepti, jossa yhdistyy biodieselin ja biokaasun tuotto, mahdollisesti paras

5 Biomassan ja öljyntuotto Table 1. Comparison of oil productivity of major crops and two microalgae [4]. Crop Oil content per tonne of biomass (wt% dry mass) Oil Production (t/ha/y) Biomass yield (L/ha/y) Oilseed rape (UK) 40-44% (of seeds) Soya 20% (of seeds) Jatropha 30% (of seeds) 2.4 2,700 Chlorella vulgaris Nannochloropsi s Up to 46% 7.2 8,200 Up to 50% ,000-34,000 Scott, S.A, Davey, M.P, Dennis, J.S, Horst, I., Howe, C.J., Lea-Smith, D.J. and Smith, A.G. Biodiesel from algae: challenges and prospects. Curr. Opin. Biotechnol., 21, (2010)

6 Solujen koostumus lajispesifinen Table 1. Composition of Various Algae (% of dry matter) Algae Lipids Protein Carbohydrates Botryococcus braunii Chlamydomonas rheinhar Chlorella ellipsoidea Chlorella pyrenoidosa Chlorella vulgaris Dunaliella salina Euglena gracilis Prymnesium parvum Porphyridium cruentum Scenedesmus obliquus Spirulina platensis Spirulina maxima Spirogyra sp Spirulina platensis Synechococcus sp part-seven-algal-species-selection/

7 Miten tuottaa haluttua tuotetta? Biologinen ohjaus kasvuoloja muokkaamalla Levän ollessa stressaantunut LIPIDIEN VARASTOINTI -Ravinteiden puute

8 ALDIGA & ALGIND Kalle Valkonen

9 ALDIGA the overall concept SUB- STRATES AUTOTROPHY (SUNLIGHT) ENERGY-RICH FOOD- AND FEED INDUSTRIAL WASTE MUNICIPAL BIOWASTE & WASTE WATER BIOMASS PRODUCTION MASS-GROWTH OF MIXOTROPHIC ALGAE HEAT/CO 2 REJECT BURNED HARVESTING EXTACTION OF LIPIDS/OIL CARBO- HYDRATE & PROTEIN-RICH REJECT ANAEROBIC DIGESTION PRODUCTS DIESEL (BIOFUEL) FUNCTIONAL FOOD/FEED, COSMETICS BIO- PLASTICS METHANE (BIOFUEL) HYDROGEN (BIOFUEL)

10 Nutrient c (mg/l) Biomass (g DW/l) Jäteveden puhdistus levien avulla Selenastrum biomass and nutrient concentrations in precomposting (2,5%) water cultivation 120 1, ,20 1,00 0,80 0,60 0,40 Phosphate (mg P/l) Total P (mg/l) Nitrate (mg/l) Ammonium (mg/l) Total N (mg/l) Ravinteiden poisto Fosfaatti 73 % Kokonaisfosfori 70 % Ammonium 100 % 20 0,20 Biomass (g DW/l) Kokonaistyppi 83 % 0 0, Cultivation time (d)

11 NUTRIENT CONCENTRATION (mgl -1 ) NUTRIENT CONCENTRATION (mgl -1 ) CELL CONCENTARTIONS (CELLS ml -1 ) Kasvatus monokulttuureina vs. sekapopulaatioina Masters thesis, Neha Katyal, ,00 140,00 120,00 100,00 80,00 60,00 E. gracilis NITRATE AMMONIUM PHOSPHATE TOTAL NITROGEN 1,00E+07 E = Euglena gracilis ES = E.gracilis + Selenastrum PE = E.gracilis & Chlorella pyrenoidosa Kokonaisrasvahapot 12.14± ± ± ,00 20,00 1,00E+06 0, ,00 TIME (DAYS) 140,00 E. Gracilis + Selenastrum sp. 120,00 100,00 NITRATE 80,00 AMMONIUM 60,00 PHOSPHATE 40,00 TOTAL NITROGEN 20,00 0, TIME (DAYS) 1,00E+05 ES PE E Population Fig.17 Cell concentrations of E.gracilis (Cells ml -1 ) in the end of reactor cultivation

12 Kujalan jätteenkäsittely laitos, Lahti Biojätteen määrä kasvaa: 40,000 t/a 120,000 t/a Ympäristövaikutusten arviointi kompostointilaitoksen yhteyteen sijoitetulle leväkasvattamolle Suljettu kierto

13 Sun radiation Wh/m2/d Valon riittävyys leväkasvatukseen Suomessa? Annual variation of radiation in Tampere Min Average Max Max growth Efficient growth Jan. Feb. Mar. Apr. May. Jun. Jul. Aug. Sep. Oct. Nov. Dec. Year Martta Nieminen, Master s thesis, University of Helsinki

14 Haasteet ja Mahdollisuudet Lajivalinta ensiarvoisen tärkeää Kasvuolojen optimointi valo, lämpötila, ph, CO 2, ravinteet Kannattava tuotantosysteemi Energiatase ja taloudellinen kannattavuus Kasvatuksen integrointi olemassaoleviin systeemeihin (jätteen käsittely, hukkalämmön hyödyntäminen, hiilidioksidipäästöjen hyödyntäminen) Skaalaus Mittakaava, jonka puitteissa toiminta kilpailukykyistä Biomassan keräys ja lipidien erottaminen: Uusia innovaatioita tarvitaan Poliittiset linjaukset Alueelliset erot ilmastossa: Onko järkevää / kannattavaa Suomessa? Kontaminaatioiden hallinta

15 Kiitokset RAHOITUS: TEKES The Finnish Funding Agency for Technology and Innovation YRITYKSET: Neste Oil Oyj, Kemira Oyj, Gasum Oyj, Ekokem Oyj, Wärtsilä Finland Oyj, Bioste Oy, Biovakka Suomi Oy, PHJ Oy, Kujalan komposti Oy, Clewer Oy, Sybimar Oy, Envor Group Oy, LHJ Group, Oilon Oy, Lahti Science and Business Park, Energon Oy, Työryhmä: Martin Romantschuk, Anne Ojala, Kalle Valkonen, Marika Tikka, Martta Nieminen Yhteistyötahoina: VTT, SYKE, HAMK, LAMK TERI The Energy and Resources Institute, New Delhi, India G.B.Pant University of Agriculture and Technology, Pantnagar, India Manav Rachna International University/MRIU, Faridabad, India