Impiego di microalghe per la produzione di biocarburanti

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1 Impiego di microalghe per la produzione di biocarburanti 3 Workshop del Programma T.A.C.E.C. Fonti rinnovabili: il contributo della chimica alla sostenibilità Federchimica 16 Giugno 2009 Prof. Alberto Bertucco Prof. Giorgio Giacometti D.ssa Eleonora Sforza

2 Sommario Studio ed ottimizzazione del processo di produzione di olio vegetale da microalghe Introduzione Vantaggi dell utilizzo di microalghe Sistemi di coltivazione delle microalghe Stima della produttività - Bilanci energetici Attività sperimentale Conclusioni

3 Fonti di energia rinnovabile Ricerca di fonti rinnovabili Ridurre le emissioni di CO2 Le possibilità: Fotovoltaico Idrogeno Biodiesel Biomassa Fotosintesi artificiale Fuel cells

4 Microalghe Alghe microscopiche e batteri, che operano fotosintesi ossigenica ossigenica Gruppo eterogeneo di organismi Diversa Diversa organizzazione cellulare: Unicellulari Coloniali Filamentosi Ecologia: Ecologia: acqua salata o acqua dolce Mobili Mobili o immobili Ampia Ampia distribuzione

5 Microalghe sfruttano energia solare accumulano grandi quantità quantità di oli assorbono CO2 no gas serra crescono velocemente non sono stagionali (come le piante superiori) non sfruttano terreni coltivabili e acqua potabile (no competizione)

6 Piante vs Microalghe

7 Coltivazione delle microalghe Fumi di combustione Macro e micro nutrienti CO2 Temperatura Mescolamento Axenicità ILLUMINAZIONE Waste water

8 Produttività ed efficienza fotosintetica ENERGIA DISPONIBILE Irradiazione annua media (dati ENEA) su Palermo: 5872 MJ m-2 year-1 I fotoni appartenenti alla PAR (photosynthetically active radiation) costituiscono il 45% della luce totale Quindi la radiazione che può essere utilizzata effettivamente dalle alghe è 2642 MJ m-2 year-1 ENERGIA RICHIESTA MJ per produrre 1 kg di alga Con 2642 MJ m-2 year-1 si riescono a fissare 39.6 Kg m-2 year-1 (396 ton ha-2year-1 )

9 Sistemi di coltivazione OPEN PONDS FOTOBIOREATTORI

10 Piano sperimentale Screening di alcune specie di microalghe Costruzione dell apparecchiatura apparecchiatura per la coltivazione Determinazioni delle condizioni di coltura ottimali Bilanci sul consumo di CO2 ed N Stima della produttività produttività su larga scala Simulazione di processo Costruzione di un fotobioreattore

11 Screening delle specie B. braunii 2 C. reinhardti 3 N. limnetica 4 S. quadricauda Species S. quadricauda N. limnetica C. reinhardtii B. braunii N. salina µ (days-1) Massima concentrazione (g/l) Percentuale di lipidi (% DW) 30 n.d. 20 n.d. 68

12 Nannochloropsis salina Esperimento in beuta Condizioni di coltura: Temperatura: 24 C lluminazione: 120µE m-2s-1 Mezzo di coltura: f/2-22 g/l sea salts g/l NaNO3 Massima concentrazione raggiunta: 0.8 g/l DW

13 Apparecchiatura sperimentale

14 Nannochloropsis salina NaNO3 2g/L CO2 5% NaNO3 1.5g/L CO2 5% NaNO g/L CO2 5% NaNO3 1.5g/L air NaNO g/L air Massima concentrazione raggiunta: 3.02 g/l DW d-1

15 Nannochloropsis salina Concentrazione massima raggiunta: 2.89 g/l DW prima della limitazione 4.10 g/l DW dopo la limitazione Contenuto di lipidi: 69% DW a IF=12000

16 Schema del processo Olio CO2 Produzione biomassa algale H2O, nutrienti Luce CO2 Crescita alghe Recupero della biomassa Produzion e di lipidi H2O, nutrienti, biomassa Estrazione della biomassa Residuo Recupero energetico CO2 Energia elettrica Combustione Gassificazione Digestione anaerobica

17 Conclusioni Le microalghe possono essere una valida alternativa per la produzione di olio vegetale Il limite massimo di produttività dipende dall energia solare disponibile La scelta della specie microalgale adatta è importante. Le condizioni operative vanno ottimizzate Il processo può essere integrato in modo ecologicamente sostenibile E necessario sviluppare le tecnologie adeguate per rendere il fotobioreattore e il sistema di estrazione dell olio economicamente sostenibili

18 Gruppo di Ricerca DIPIC Ingegneria Chimica Prof. Alberto Bertucco Ing. Fabrizio Bezzo Dott. Eleonora Sforza Dott. Diego Turazza Alessandro Sciortino Stefano Longo Dip. Di Biologia Prof. Giorgio M. Giacometti Dott. Tomas Morosinotto Dott. Diana Simionato Dott. Elisa Corteggiani Carpinelli Dott. Renato Cipriani Industrial partner

19 It s not love or money that makes the world go round, it s photosynthesis! Masojìdek

20 Tecniche analitiche Analisi della crescita: Spettrofotometria - OD Conta cellulare al microscopio Peso secco Contenuto di lipidi: lipidi Staining con Nile Red Spettrofluorimetria Estrazione dei lipidi totali con soxhlet Efficienza fotosintetica: Fluorimetria per il calcolo di Fv/Fm Contenuto di clorofilla Contenuto proteico: proteico BCA Contenuto elementare: CHNS/O