Le microalghe utilizzate nel fotobioreattore come possibili substrati energetici

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1 Le microalghe utilizzate nel fotobioreattore come possibili substrati energetici Milena Bernardi Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria Chimica Politecnico di Torino

2 Possibilità di utilizzo microalghe in uscita dal fotobioreattore: Estrazione dell olio Produzione energetica in digestori anaerobici

3 Estrazione dell olio Metodi attualmente utilizzati: meccanici chimici spremitura a freddo a ultrasuoni estrazione con solventi estrazione con fluido supercritico estrazione enzimatica shock osmotico

4 Metodo estrazione usato: Estrazione con solvente: Chlorella spp. Umidità (%) 80,84 microalga utilizzata: chlorella solvente utilizzato: esano Residuo secco (%) Ceneri (%) Solidi volatili (%) 19,16 0,81 18,36 metodo secondo: Oil extraction from microalgae for biodiesel production. (Halim, R., Gladman, B., Danquah, M. K., Webley, P. A., Bioresource Technology)

5 Schema del processo: sz. algale centrifugazione pasta algale estrazione filtrazione residuo liquido esano esano+lipidi+acqua surnatante esano riscaldamento esano +lipidi decantazione lipidi acqua

6 Parametri operativi: centrifugazione Numero di giri (rpm) Tempo centrifugazione (min) 10 Temperatura operativa ( C) 20 Rendimento centrifugazione (%) 65 estrazione Temperatura operativa ( C) ambiente Agitazione; numero giri (rpm) 800 Agitazione; tempo (h) 8 filtrazione Carta da filtro Whatman GF/C riscaldamento Temperatura operativa ( C) 60 Quantità olio estratto (mg) 55,6 Quantità olio estratto/peso secco alghe 5,12 % (g/g peso secco)

7 Risultati ottenuti: Quantitativo lipidi estratto~ 5% su peso secco è confrontabile con dati di letteratura

8 Conclusioni La quantità di lipidi ottenibili dipende dal: quantitativo di alghe per unità di volume del reattore capacità specifica di accumulare lipidi nell alga Occorre ottimizzare entrambi i parametri Di norma una coltura effettuata in limitazione di nutrienti in particolare azoto comporta una minore crescita algale ed una maggiore concentrazione su peso secco di lipidi

9 Produzione energetica in digestori anaerobici Fermentazione anaerobica: CO2 Sostanza organica Processo di degradazione biologica in condizioni anaerobiche gas CH4 H2

10 Stadi della fermentazione anaerobica idrolisi e acidogenesi rottura delle macromolecole in molecole più semplici acetogenesi produzione di acido acetico metanogenesi produzione di CH4 e CO2

11 Prove sperimentali: Substrato: Produzione: Soluzione algale IDROGENO Refluo scaricato dal fotobioreattore METANO + inoculo; con o senza nutrienti

12 Condizioni operative: inoculo Per produzione di H2 fanghi SMAT trattati a ph 3 in condizioni anaerobiche Per produzione di CH4 sterco di mucca tal quale

13 Apparato sperimentale: Gas prodotto Substrato + inoculo

14 Condizioni operative: Substrato + 10% inoculo + (nutrienti) Il sistema viene mantenuto in agitazione Temperatura operativa: 35 C in camera termostatica Composto Pesato [g] NaHCO 3 0,6942 NH 4 Cl 1,3878 KH 2 PO 4 0,1379 K 2 HPO 4 0,1351 CaCl 2 0,2725 NiSO 4 6H 2 O 0,0321 MgSO 4 7H 2 O 0,1798 FeCl 3 6H 2 O 0,0168 Na 2 MoO 4 2H 2 O 0,0082 ZnSO 4 7H 2 O 0,029 MnCl 2 4H 2 O 0,0173 Lievito 0,0268

15 Prove sperimentali Prova Inoculo Inoculo Nutrienti acido metanigeno Produzione Produzione H2 CH4 sz.algale sì sì 52,6 ml/l reatt sz.algale sì no sz.algale sì no 1061,6 ml/l reatt sz.algale sì sì refluo bovino refluo suino refluo suino sì no sì no sì sì 156,1ml/l 111,1 reatt

16 Risultati Quantità componenti 330 ml alghe 33 ml soluzione concentrata di nutrienti 40 ml inoculo ((fanghi impianto SMAT) Substrato: Soluzione algale Alghe c/nutrienti ph alghe 7,98 ph alghe + nutrienti 7,8 ph inoculo 7,35 ph alghe + inoculo 7,66 ph inizio prova 7,66 Volume di gas prodotto Volume di gas prodotto/l reatt 21,0 ml 52,6 ml gas/l reattore Volume di gas prodotto/g solidi volatili (SV) 63,1 ml gas/g SV % H 2 32,0 % Energy production/g SV 218,1 J/g SV Tempo di permanenza 31 giorni Produzione H2

17 Risultati: Quantità componenti 360 ml alghe 40 ml inoculo (sterco di mucca) Substrato: Soluzione algale Alghe metanogeniche senza nutrienti ph alghe 7,72 ph alghe + inoculo 7,47 ph inizio prova 7,59 Volume di gas prodotto 424,6 ml Volume di gas prodotto/l reattore 1061,6 ml gas/l reattore Volume di gas prodotto/g SV 1168,1 ml gas/g SV CH 4 75,5 % CO 2 24,5 % Produzione CH4

18 Risultati: Produzione gas totale Substrato: Soluzione algale volume gas (ml) tempo (giorni) Produzione CH4

19 Risultati: Quantità componenti 270 ml refluo scaricato 6,5 ml nutrienti 8 ml inoculo (sterco di mucca) Refluo (liquame suino) c/nutrienti ph refluo 5,72 Substrato: refluo (liquame suino) ph refluo + nutrienti 6,59 ph inizio prova 7,00 Volume di gas prodotto 44,4 ml Volume di gas prodotto/l reattore 156,1 ml gas/l reattore Produzione CH4 Volume di gas prodotto/g SV 162,8 ml gas/g SV CH 4 76,5 % CO 2 23,5 % Tempo di permanenza 15 giorni

20 Risultati Produzione gas totale Substrato: refluo (liquame suino) volume gas (ml) tempo (giorni) Produzione CH4

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