Diez maneras de cosechar microalgas para biocombustibles

29 August, 2013 | By More

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Por Patricio Valdivia Lefort Ph.D., División de Innovación Empresarial CORFO Innova Chile ǀ Editado por Dora López Ph.D. ǀ 29 de Agosto de 2013

¿Por qué las microalgas?

Las microalgas han demostrado ser una fuente de bio-energía eficiente. En contraste con la caña de azúcar, soja, colza y la palma aceitera, la mayoría de las algas no son comestibles, crecer significativamente más rápido, permiten mayor rendimiento y tasa de producción por área de cultivo, no requieren agua limpia para crecer y tienen el potencial de reducir las emisiones de carbono. Son consideradas como una alternativa eficaz para la crisis energética global, en particular para la producción de biocombustibles.

Procesamiento de las microalgas

Harvested Spirulina

Algacultura. Spirulina cosechada.

 El proceso de microalgas para biocombustibles incluye la producción en masa de algas, cosecha, desecación y extracción y procesamiento del aceite. Los mecanismos de cosecha, como la centrifugación, sedimentación y floculación son eficientes, pero al mismo tiempo son costosos, representando más del 35% del coste total de producción de los biocombustibles. Aquí se presenta una revisión de las metodologías de cosecha convencional e innovadoras:

Métodos de cosecha de microalgas

1.    Sedimentación por gravedad: Este es un proceso sencillo y económico que requiere medios de diferente densidad líquido-sólido. Con frecuencia, esta técnica requiere floculación previa para una confiabilidad más alta. Normalmente, esta técnica tiene tasa de bajo rendimiento.

2.   Sedimentación Centrífuga: Es quizás el método más popular, ampliamente usado y confiable. Esta técnica es ideal para grandes volúmenes de biomasa donde se logra una tasa de alto rendimiento. La demanda de energía para la centrifugación varía de 0,3 a 8 kWhm-3 dependiendo del modo de operación. La eficacia de esta técnica puede ser tan alta como el 95%.

3.   Bio-floculación: la floculación se logra cambiando el pH del medio de las algas mediante la adición de bio-floculantes, como floculantes orgánicos poliméricos. El proceso es eficaz cuando la concentración de biomasa es bajo. El tipo de floculantes y la eficiencia de remoción de biomasa dependen del tipo de biomasa. Una desventaja de esta técnica es el riesgo de contaminación por floculante durante el proceso.

4.   Floculación química: Aquí la carga negativa de algas se reduce mediante la adición de floculantes. A pesar de que la floculación química se ha convertido en el método convencional de cosecha en estanques de tratamiento de aguas residuales, esta técnica puede también inducir toxicidad por floculante y es difícil de escalar.

5.     Filtración: Esta es una de las técnicas más sencillas. Existen tres métodos de filtración: vacío, presión y gravedad. Cuando se utiliza una bomba (vacío, presión), la filtración es eficiente, laboriosa y de alta demanda energética: 0,2 – 5,9 kWhm-3. Cuando no se utiliza bomba (gravedad), es un proceso barato, lento y con mano de obra intensiva; no obstante, la tasa de rendimiento puede incrementarse mediante la elección de los materiales para el filtro de porosidad adecuada.

6.  Separación ultrasónica: Las células migran al nodo de presión con energía de ultrasonido. Alta energía es necesaria; cuanto menor el flujo de entrada, mejor la eficiencia. Ver video de sonomechanics aquí >>

7.    Separación magnética: Se basa en la suspensión de partículas magnéticas en la solución. La recuperación de las algas es alta (90% en algunos casos). Sin embargo, este mecanismo tiene una demanda alta de energía.

8.    Electro flotación: con esta técnica se forman burbujas de gas por electrólisis. Tiene muy buena confiabilidad y debe ser operado conjuntamente con la floculación. El proceso de OriginOil combina electro-floculación seguida por electro flotación. Ver video en Vimeo aquí >>

9.   Flotación (flotación por aire disuelto y disperso): se basa en la mayor solubilidad del aire en el agua a medida que la presión aumenta. La flotación es un proceso de separación de gravedad que utiliza burbujas de aire o gas, que se adhieren a las partículas sólidas, producidas por la agitación combinada con inyección de aire/gas. El éxito del método de flotación depende de la inestabilidad de las partículas en suspensión.

10.   AlgaeVentures: es un diseño termo-mecánico que utiliza una membrana para la filtrar y desecar las algas; se requiere poca energía para la deshidratación y es versátil para múltiples especies de algas. Ver video de YouTube aquí >>

 

 

Ten ways to harvest microalgae for biofuel

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By Patricio Valdivia Lefort Ph.D. Business Innovation Division, CORFO Innova-Chile ǀ Edited by Dora López Ph.D. ǀ August 24, 2013                                                                                                                                                               

Why microalgae?

Microalgae have been demonstrated to be an efficient bio-energy source. In contrast to sugarcane, soybeans, canola and oil palm, most algae are inedible, grow significantly faster, allow higher yield and production rate per cultivation area, do not require clean water to grow, and have the potential of reducing carbon emissions. It is deemed as an efficient alternate choice for the global energy crisis, in particular for biofuels production.

Microalgae Processing                 

Harvested Spirulina

Algaculture. Harvested Spirulina.

The biofuel form microalgae process involves mass production of algae, algae harvesting, dewatering and oil extraction/processing. Harvesting mechanisms, such as centrifugation, sedimentation and flocculation are efficient, but at the same time expensive, representing more than 35% of the total biofuels production cost. Following a review of conventional and novel harvesting methodologies:

Microalgae Harvesting Methods

1.  Gravity Sedimentation: This is a simple and inexpensive process that requires different density liquid-solid media. Frequently, this technique requires prior flocculation for higher reliability. This technique normally has low throughput rate.

2.     Centrifugal Sedimentation: It is perhaps the most popular, widely used and reliable method. This technique is ideal for large volumes of biomass where a high throughput rate is achieved. The power demand for centrifugation changes from 0,3 to 8 kWhm-3 depending on the operation mode. The efficiency of this technique can be as high as 95%.

3.   Bio-flocculation: Flocculation is achieved by changing the pH of the algal broth by adding bio-flocculants, such as polymeric organic flocculants. The process is effective in low biomass concentration. The type of flocculants and the biomass removal efficiency depend on the type of biomass. One of disadvantage of this technique is the risk flocculant contamination during the process. 

4.   Chemical Flocculation: Here the negative charge of algae is reduced by adding flocculants. Although chemical flocculation has become the conventional harvesting method in waste treatment ponds, this technique may also induce flocculant toxicity and it is hard to scale up.

5.     Filtration: This is one of the simplest technique. There exist three filtration methods: vacuum, pressure and gravity. When using a pump (vacuum, pressure), filtration is an efficient, laborious and an energy demanding process: 0,2 – 5,9 kWhm-3. When no pump is used (gravity), it is an inexpensive, labor-intensive and slow process; nonetheless, the throughput rate may be increased by choosing adequate porosity materials for the filter.

6.   Ultrasonic Separation: The cells migrate to the pressure node under ultrasound energy. High energy is required; the lower the flow in the going rate, the better the efficiency. Watch video from sonomechanics here >>

7.   Magnetic Separation: Based upon suspension of magnetic particles in the solution. High algae recovery (90% in some cases). However, this mechanism has a high energy demand.

8.    Electro Flotation: Fine gas bubbles are formed by electrolysis with this technique. It has very good reliability and should be operated conjunctly with flocculation.  The OriginOil process combines electro-flocculation followed by electro flotation. Watch video in Vimeo here >>

9.     Flotation (dissolved and dispersed air flotation): Is based on the higher solubility of air in water as pressure increases. Flotation is a gravity separation process which uses the attachment of air or gas bubbles (to solid particles) produced by agitation combined with air/gas injection. The success of the flotation method depends on the instability of the suspended particles.

10.  AlgaeVentures method: It is a thermo mechanical design that uses a membrane to screen and dewater algae; low energy for dewatering is required and it is versatile to multiple algae species. Watch YouTube video here >>

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Category: Bioenergía: Biomasa, Biocombustibles y Biogas

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