Translate
African Journal Bioteknologi Vol. 9 (54), hlm 9227-9236, 27 Desember 2010 Tersedia online di http://www.academicjournals.org/AJB ISSN
1684-5315 © 2010 Jurnal Akademik
Tinjau
Mikroalga untuk biofuel produksi dan
lingkungan
aplikasi: Ulasan A
Magdalena Frac1 *, Stefania Jezierska-Tys2 dan Jerzy Tys1 1Jurusan Tanaman dan Tanah Sistem, Institut Agrophysics, Polandia Academy of Sciences, ul. Doswiadczalna 4, 20 - 290 Lublin 27, Polandia. 2University Ilmu di Lublin, Departemen Pertanian Mikrobiologi, Polandia. Diterima 23 Desember 2010
Mikroalga dapat menyediakan berbagai jenis biofuel terbarukan. Ini termasuk metana diproduksi oleh pencernaan anaerobik biomassa alga, biodiesel berasal dari minyak mikroalga dan photobiologically diproduksi biohydrogen. Ulasan ini menyajikan klasifikasi saat biofuel, dengan fokus khusus pada mikroalga dan penerapan mereka untuk produksi biodiesel. Kertas dianggap isu yang berkaitan dengan pengolahan dan budidaya mikroalga, karena tidak hanya mereka yang terlibat dalam biofuel produksi, tetapi juga sebagai kemungkinan pemanfaatannya dalam pengendalian pencemaran lingkungan, terutama dengan kaitannya dengan emisi gas rumah kaca dan proses pemurnian limbah. Kertas memberikan juga karakterisasi mikroalga yang digunakan dalam produksi biofuel dan keuntungan mereka relatif terhadap bahan baku lain yang digunakan dalam produksi bahan bakar. Kata kunci: Biodiesel, biofuel, mikroalga, photobioreactors, aplikasi lingkungan.
Pertumbuhan ekonomi yang cepat yang terjadi pada paruh kedua abad ke-20 menyebabkan re-orientasi dalam cara
pemanfaatan bahan baku energi. Sebuah baru
Model perekonomian dunia telah dikembangkan terutama pada dasar minyak bumi dan gas alam, dengan penurunan pentingnya batubara keras (Ryan et al, 2006;.. Mata dkk, 2010). Namun, ternyata bahwa sumber daya mereka bahan baku menguras cepat dan penggunaannya menyebabkan angka efek yang tidak menguntungkan, seperti hujan asam atau pemanasan global dengan perubahan iklim yang dihasilkan (Demirbas, 2007; Somerville, 2007).
Distribusi non-seragam sumber daya
bahan baku energi di dunia telah kontri-buted untuk yang dominan, posisi bahkan sering diktator tertentu negara istimewa dalam politik
internasional. Ketergantungan
dari ekonomi dunia pada minyak adalah sedemikian rupa sehingga spekulasi tentang kelelahan dari bahan baku dapat mengakibatkan dalam krisis di pasar dunia. Fenomena ini terjadi tiga kali pada tahun 1973, pada pergantian tahun 1980 dan 1981 dan pada tahun 2008, ketika harga minyak melonjak ke tingkat 146,14 dolar per barel (Huang et al., 2010). Terlepas dari ini, transportasi dan produksi industri energi adalah sumber antropogenik utama emisi gas rumah kaca di Uni Eropa yang bertanggung jawab untuk lebih dari 20 dan 60%, masing-masing,
emisi itu (Mata et
al., 2010). Perubahan yang sedang berlangsung dan ketidakpastian ekonomi menyebabkan perlunya mencari sumber energi yang akan memungkinkan pengurangan konsumsi minyak bumi. Salah satu sumber tersebut adalah biofuel. Penerapan bahan-bahan tersebut
melibatkan penggunaan ekologis bersih
energi dan kemungkinan produksi bahan bakar di negara yang tidak memiliki sumber daya energi mereka sendiri, yang akan membuat
mereka independen pada pasokan
produksi biofuel adalah kompetisi antara bahan bakar dan produksi
pangan, efek yang
telah terjadi peningkatan harga pangan (Somerville, 2007; Li et al, 2008a,. Kasar dan Schirmer, 2009). Sebuah solusi untuk dilema yang
mungkin terdapat dalam penerapan
mikroalga untuk produksi biofuel. Dalam aspek bahan bakar alternatif, mikroalga adalah pabrik miniatur yang di proses
fotosintesis, mengubah karbon dioksida
dan cahaya menjadi biomassa kaya komponen mineral (Banerjee et al, 2002;. Lorenz dan Cysewski, 2003; Spolaore et al., 2006). Selain
itu, mereka photosynthesizing
mikroorganisme berguna dalam bioremediasi lingkungan tercemar (Kalin et al, 2005;. Munoz dan Guieysse, 2006) dan memainkan peran penting sebagai "Pupuk hayati", melalui nitrogen atmosfer mengikat
(Vaishampayan et al., 2001).
Ulasan ini menyajikan klasifikasi saat biofuel, dengan fokus khusus pada mikroalga dan penerapannya untuk produksi biodiesel. Makalah ini mempertimbangkan isu-isu terkait dengan pengolahan dan kultur mikroalga karena tidak hanya mereka yang terlibat dalam produksi biofuel, tetapi juga sebagai kemungkinan pemanfaatannya di pengendalian pencemaran lingkungan, terutama dengan kaitannya dengan emisi gas rumah kaca dan proses limbah pemurnian. Makalah
ini juga memberikan karakterisasi
yang mikroalga yang digunakan dalam produksi biofuel dan keuntungan mereka relatif terhadap bahan baku lain yang digunakan dalam produksi bahan bakar. Selanjutnya, makalah mempersembahkan keadaan saat ini pengetahuan tentang budidaya, pertumbuhan, panen dan pengolahan tersebut mikroorganisme.
Biofuel adalah bahan bakar yang diperoleh dari biomassa (bahan organik seperti organisme dan mikroorganisme tanaman dan hewan). Di Eropa, biodiesel diproduksi terutama dari gula bit dan sereal dan di Amerika Serikat dan Brazil itu dihasilkan dari jagung dan tebu. Industri, pertanian, kehutanan dan limbah rumah tangga juga dapat menjadi sumber terbarukan energi yang digunakan dalam produksi biofuel. Contoh ini mungkin jerami, limbah kayu, limbah
lumpur, kompos,
sampah atau sisa-sisa makanan. Biomassa tanaman yang biofuel dihasilkan merupakan penyimpanan energi surya (Somerville, 2007; Stephanopoulos, 2007; Babu, 2008; Hodaifa et al., 2008). Penggunaan biofuel adalah metode untuk mengurangi impor dan konsumsi bahan bakar fosil dan mengurangi karbon emisi dioksida ke atmosfer, bahkan oleh 90%. Ini dimungkinkan berkat siklus sirkulasi tertutup karbon dioksida yang dipancarkan selama pembakaran biofuel, tetapi juga diserap oleh tanaman dalam proses fotosintesis. Biofuels diklasifikasikan sebagai padat, cair dan gas. Biofuel padat termasuk bahan seperti jerami (Dalam bentuk bal, pelet atau briket), pohon tertentu spesies, seperti willow keranjang, Sida hermaphrodita, tapi juga pasir serbuk gergaji atau jerami (pelet), jerami atau lainnya spesies tanaman. BBN cair
diperoleh terutama melalui
fermentasi alkohol karbohidrat menjadi etanol, butil fermentasi biomassa untuk butil alkohol atau dari sayuran minyak (minyak lobak) esterifikasi menjadi biodiesel. Seperti gas biofuel (biogas) terbentuk melalui fermentasi anaerob limbah cair dan padat dari hewan pertanian produksi, seperti pupuk cair atau pupuk kandang (FYM). Mereka juga dapat diproduksi dalam proses gasifikasi biomassa (gasifikasi kayu), dari mana Gas Generator (disebut gas
distilasi kayu) diperoleh
pertama adalah mereka dihasilkan dari bahan organik yang dapat digunakan untuk produksi makanan atau pakan ternak. Bahwa bahan organik termasuk terutama pati, gula, lemak hewan dan minyak nabati.
Sumber bahan-bahan tersebut kentang, sereal gandum, rapeseed, kedelai, jagung, atau tebu. Generasi Pertama biofuel diproduksi
menggunakan metode konvensional
yang tidak memerlukan input energi tinggi, seperti fermentasi atau esterifikasi. Penggunaan bahan baku seperti tebu, jagung, gandum
atau gula bit, yang juga dapat
digunakan untuk memproduksi makanan atau pakan ternak manusia, menunjukkan bahwa jika terlalu banyak bahan bakar yang dihasilkan
dari bahan seperti makanan
yang halnya dengan bahan baku untuk biofuel generasi pertama. Biofuel generasi kedua juga dapat diproduksi dari tanaman yang tidak ada bagian yang dapat dimakan, seperti Jatropha curcas, sereal dengan hasil yang sangat rendah gandum, limbah dari industri pengolahan kayu, kulit buah atau pulp dari buah pengolahan. Tanaman tersebut dapat tumbuh di daerah marjinal dan menggunakan air garam untuk pertumbuhan mereka, yang merupakan jelas Keuntungan (McKendry, 2002;. Schenk et al, 2008). Biofuel generasi ketiga terutama sel bahan bakar, menggunakan hidrogen sebagai sumber utama energi. Saat ini, ganggang merupakan bahan baku utama dari mana seperti biofuel dapat diproduksi pada tingkat efisiensi yang tinggi dan pada investasi yang rendah. Ganggang adalah bahan yang hemat biaya dan memberikan hasil yang relatif tinggi biofuel. Mereka Keuntungan diragukan adalah kenyataan bahwa, mereka bukan beban pada lingkungan dan bahwa mereka adalah biodegradable. Budaya algae seperti Botryococcus braunii dan Chlorella vulgaris relatif mudah, tetapi ekstraksi minyak dari biomassa mereka sudah cukup Masalah utama (Chisti, 2007; Huang et al, 2010;. Mata et al., 2010).
KARAKTERISASI DAN MEREKA MIKROALGA
SIGNIFIKANSI INDUSTRI
Mikroalga yang prokariotik atau eukariotik photosynthesizing mikroorganisme yang ditandai dengan cepat pertumbuhan, yang paling sering hidup dalam lingkungan asam dan memiliki uniseluler atau struktur multiseluler sederhana. Contoh mikroorganisme prokariotik adalah Cyanobacteria (Cyanophyceae) dan mikroalga eukariotik hijau ganggang (Chlorophyta) dan diatom (Bacillariophyta) (Li et al, 2008b;. Li dkk, 2008c). Mikroalga terjadi pada semua
ekosistem di bumi, tidak hanya
disesuaikan untuk tinggal di spektrum yang sangat luas kondisi lingkungan. Diperkirakan, ada 50 ribu jenis ganggang di dunia, tetapi hanya sekitar 30.000 spesies alga telah diidentifikasi dan diperiksa sejauh ini. Ganggang adalah kelompok thallophytic organisme, paling sering autotrophic, biasanya tinggal di lingkungan perairan atau di habitat basah. Tubuh alga adalah homogen atau dibangun dari sel-kecil bervariasi talus, dengan ukuran dari beberapa mikron hingga beberapa meter. Talus The mungkin menganggap bentuk mirip dengan daun atau batang, fungsi yang menyerap makanan dari lingkungan. Organisme terjadi di perairan tawar dan garam, keren atau hangat. Mereka tinggal di semua zona geografis, tetapi yang paling padat penduduknya di belahan bumi utara, di mana jumlah produksi tahunan mereka untuk sekitar 1,5 juta ton. Ganggang yang paling sering dikumpulkan dan digunakan termasuk berikut: ganggang hijau, mengandung klorofil hijau, kuning xanthophyll dan karoten jeruk, rumput laut merah, dengan warna merah phycoerythrin, biru phycocyanin dan klorofil hijau; Ganggang coklat, yang pigmen sel-sel yang diisi dengan coklat fucoxanthin, di samping klorofil dan xanthophylls. Ganggang Mereka menemukan aplikasi yang paling luas dalam negara-negara Asia tertentu, terutama sebagai makanan dan pakan ternak komponen dan sebagai pupuk. Dalam sebagian besar dikembangkan negara, metode pemanfaatan alga masih diperlakukan dengan hati-hati. Alga yang menyediakan banyak bahan kimia yang berharga senyawa telah menemukan aplikasi dalam kosmetik dan industri farmasi, di mana mereka digunakan untuk mendapatkan ekstrak dan makanan.
Ekstrak biasanya digunakan
dalam krim, tonik dan shampoo, sedangkan makanan menemukan aplikasi dalam masker kecantikan dan mandi ramping-down. Namun, mungkin segera ternyata bahwa ruang lingkup sudah terkenal
pemanfaatan alga akan jauh diperluas jika
produksi biodiesel) menjadi kenyataan (Metting, 1996; Spolaore et al., 2006). Banyak peneliti telah melaporkan keuntungan mikroalga dalam produksi biodiesel bila dibandingkan dengan bahan lain yang digunakan untuk tujuan tersebut (Chisti, 2007; Li et al, 2008a,. Khan et al, 2009;. Huang et al, 2010).. Alga mudah budaya, ditandai dengan pertumbuhan yang cepat dan mampu tumbuh di perairan cocok untuk konsumsi manusia. Mikroalga mengubah energi matahari menjadi kimia energi dalam proses fotosintesis, meningkatkan mereka massa dalam beberapa hari. Selain itu, mereka bisa tumbuh dimana saja, asalkan mereka memiliki akses ke sinar matahari dan sederhana nutrisi, meskipun laju pertumbuhan mereka tergantung juga pada ketersediaan penambahan senyawa spesifik tertentu dan aerasi yang sesuai (Aslan dan Kapdan, 2006; Verma et al., 2010). Berbagai jenis mikroalga yang dapat beradaptasi dengan tinggal di berbagai kondisi
lingkungan. Oleh karena itu, adalah mungkin
untuk menemukan spesies yang paling spesifik ganggang dan tumbuh
mereka di bawah kondisi lokal, yang tidak mungkin dalam kasus bahan baku biodiesel lainnya (seperti kedelai, rapeseed atau minyak
biji sawit). Mikroalga juga ditandai
dengan tingkat yang lebih tinggi dari pertumbuhan dan produktivitas dibandingkan dengan menghasilkan tanaman tradisional dan memerlukan signifikan daerah tumbuh lebih kecil dari substrat lain dari biofuel asal pertanian, oleh karena itu, dalam kasus alga tumbuh untuk energi, kompetisi untuk tanah garapan dengan tanaman lainnya,
terutama yang tumbuh untuk makanan, adalah sangat terbatas
(Mata et al., 2010).
Mikroalga dapat digunakan untuk produksi berbagai pembawa energi, termasuk yang berikut: biometana diproduksi melalui pencernaan
anaerobik biomassa alga
dari ganggang (Roessler et al, 1994;. Banerjee et al, 2002.; Gavrilescu dan Chisti, 2005; Deng dkk, 2009).; biohydrogen diproduksi photobiologically (Ghirardi et al., 2000; Melis, 2002; Fedorov et al, 2005;. Kapdan dan Kargi, 2006), dan bioethanol (Fortman et al, 2008;. Mata et al., 2010). Ide untuk Chisti, 2005). Biodiesel diproduksi dari alga tidak mengandung sulfur, karena yang berperan dalam pengurangan emisi CO, hidrokarbon dan
SOx, meskipun
dapat meningkatkan tingkat emisi NOx bila dibandingkan dengan jenis mesin lainnya (Johnson dan Wen, 2010). Penggunaan mikroalga
untuk produksi biofuel juga dapat
memiliki aspek-aspek lain. Dijelaskan lebih lanjut, adalah daftar kemungkinan yang bisa dipertimbangkan untuk praktis
digunakan sebagai media untuk pertumbuhan mereka, tanpa perlu menggunakan perairan bersih (Mata dkk, 2010.), mikroalga juga dapat digunakan dalam industri lain, termasuk produksi produk kimia seperti lemak, lemak tak jenuh ganda asam, minyak, pewarna alami, gula, pigmen, antioksidan, senyawa yang sangat bioaktif dan senyawa kimia lainnya (Raja et al, 2008;. Mata dkk, 2010.); Dengan relasi untuk turunannya, dengan aktivitas biologis tinggi dan spektrum yang luas dari potensi komersial aplikasi tions, mikroalga dapat merevolusi sejumlah besar bioteknologi, termasuk biofuel, kosmetik dan industri farmasi, suplemen makanan dan polusi kontrol (Hu et al, 2008;.. Raja et al, 2008)
METODE MIKROALGA-BUDAYA DAN PRODUKSI
BIOMASSA
Saat ini, mikroalga muncul menjadi substrat yang baik untuk produksi biodiesel. Mereka dianggap sebagai substrat untuk biofuel generasi kedua, bersama dengan sumber-sumber lain biomassa,
seperti bahan lignin-selulosa, organik
limbah dan tanaman energi khusus yang ditandai dengan potensi hasil tinggi dan tidak digunakan sebagai sumber makanan manusia
(Schenk et al., 2008).
Rumus ini dikembangkan oleh Grobbelaar (2004). Biogens seperti fosfor harus dipasok dengan overdosis signifikan. Bentuk Fosfor kompleks dengan ion besi dan setelah penambahan terhadap substrat, tidak sepenuhnya tersedia bagi mikroorganisme. Substrat digunakan dalam kultur alga terlalu mahal, oleh karena itu substrat paling umum digunakan adalah air laut, kaya senyawa alami fosfor
dan nitrogen serta
sebagai mikro lainnya (Molina Grima et al., 1999). Biomassa alga mengandung rata-rata 50% karbon dalam Surat bahan kering. Karbon
berasal dari karbon dioksida
diperlukan untuk pertumbuhan alga (Sanchez Miron dkk., 2003). Untuk menghasilkan 100 mg biomassa, alga membutuhkan sekitar
183 mg CO2. Keuntungan dari biodiesel
produksi dari ganggang adalah kenyataan bahwa mereka mikroorganisme menyerap dan mengubah karbon dioksida dan zat
lain yang dipancarkan ke atmosfer. Selain
dari itu, pertumbuhan alga membutuhkan nitrat dan fosfat, yang sering memberikan kontribusi terhadap perlindungan lingkungan terhadap tingkat yang berlebihan mereka. Pengembangan produksi alga dekat dengan pembangkit listrik batubara yang memancarkan sejumlah besar CO2 ke atmosfer atau dekat dengan pengolahan limbah
tanaman dapat membantu dalam memecahkan dua masalah utama kontemporer atmosfer dunia dan polusi lingkungan tanah (Chisti, 2007). Produksi skala besar dari biomassa alga biasanya dilakukan dalam budaya terus menerus dan yang membutuhkan penggunaan pencahayaan buatan. Dalam metode ini, substrat diinokulasi dengan
dosis konstan mikroalga dalam suspensi yang
sebuah kanal dengan kedalaman ca. 0,3 m. Pengadukan dan sirkulasi disediakan oleh turbin yang memaksa gerak dari suspensi. Turbin
beroperasi terus menerus,
mencegah sedimentasi ganggang. Biomassa alga adalah dikeringkan belakang turbin, pada akhir resirkulasi yang lingkaran. Kolam adalah garis dengan plastik putih. Kolam tersebut lebih murah untuk membangun dan memelihara daripada photobioreactors, tapi produksi biomassa dalam kondisi seperti ini terutama lebih rendah daripada di photobioreactors (Chisti, 2007). Photobioreactors
memungkinkan produksi besar
jumlah biomassa. Mereka dibangun dari bahan tembus dan memungkinkan tumbuh persis spesies mikroalga yang diperlukan
(Molina Grima, 1999; Pulz, 2001;
Carvalho et al., 2006). Umumnya, seseorang dapat membedakan 3 jenis photobioreactors: photobioreactors kolom vertikal, photobioreactors silinder dan datar atau paneltype photobioreactors. Cahaya adalah parameter mendasar menentukan pertumbuhan mikroalga. Mereka membutuhkan akses terkendali cahaya yang biasanya sinar matahari, tetapi bisa diganti dengan sumber cahaya buatan. Di dalam photobioreacto, cahaya zona dekat dengan sumber cahaya dan zona gelap, jauh dari permukaan diterangi dapat dibedakan. Itu Keberadaan zona gelap karena penyerapan cahaya oleh mikroorganisme dan mereka otomatis mengaburkan. Fenomena tersebut menunjukkan bahwa dalam
reaktor, lapisan berikut
yang tepat dari sumber cahaya dan termodinamika gas-cair yang cocok menentukan baik pertumbuhan mikroorganisme dan produksi biomassa
CH2 - OCOR1 CH2 - OH R1
-CO OCH3
CH- OCOR2 + 3HO CH3 CH-OH + R2 - CO OCH3
CH2 - OCOR3 CH2 - OH R3 -CO OCH3
Trigliserid-induk minyak metanol-alkohol Gliserol Metil ester-biodisel
Gambar 1. Transesterifikasi minyak menjadi biodiesel. Kelompok R1-R3-hidrokarbon.
(Sanchez Miron dkk., 1999). Juga, penting dalam photobioreactors adalah tingkat aerasi atau medium sirkulasi. Menggabungkan
geometri yang tepat dari pencahayaan
dengan sirkulasi menengah, sel-sel dapat dibuat untuk mengedarkan antara zona terang dan gelap pada frekuensi tertentu dan pada interval waktu yang teratur (Molina Grima et al, 2000.; Molina Grima et al., 2001). Biomassa sedimentasi di photobioreactors dibatasi oleh aliran turbulen terus ditegakkan oleh mekanik atau pompa aerasi. Pompa mekanik dapat menyebabkan kerusakan terhadap biomassa (Chisti, 1999;. Sanchez Miron et al, 2003), tetapi mereka mudah untuk menginstal dan ale dioperasikan. Penganginan pompa kurang populer, karena mereka membutuhkan perawatan yang tepat, pembersihan secara berkala dan disinfeksi bioreaktor (Chisti, 1999). Suspensi diaduk melalui meniup udara di di bagian bawah reaktor memfasilitasi pertukaran gas dan pemerataan suhu
yang sangat bergolak atas
yang dihasilkan dalam proses fotosintesis. Dalam fotobioreaktor
tubular khas, jumlah maksimum
oksigen yang dilepaskan mungkin sekitar 10 g O2 m3 min-1. Tingkat berlebihan oksigen terlarut menghambat fotosintesis dan
menyebabkan reaksi foto-oksidasi,
yang menyebabkan kerusakan pada sel-sel alga (Molina Grima et al., 2001). Suspensi beredar di fotobioreaktor yang menggunakan CO2, yang menyebabkan peningkatan pH (Camacho Rubio et al., 1999). Kadang-kadang perlu untuk menyuntikkan karbon dioksida untuk mencegah kenaikan berlebihan pH (Molina Grima et al., 1999).
Masalah lain adalah kerugian biomassa
disebabkan oleh respirasi organisme selama malam. Kerugian tersebut dapat dikurangi melalui terkontrol menurunkan suhu di
fotobioreaktor yang (Chisti,
2007).
Pemilihan metode yang sesuai produksi ganggang untuk produksi biodiesel serta biomassa memerlukan perbandingan dua metode yang disajikan, yaitu, kolam dan photobioreactors. Perhitungan menunjukkan itu, kedua metode sebanding dalam hal tingkat produksi biomassa dan dalam hal konsumsi CO2. Namun, produksi alga dalam photobioreactors memungkinkan jumlah yang lebih besar minyak yang akan diperoleh (dengan ca. 1/3) dibandingkan dengan
kultur ganggang di kolam (Molina
Grima, 1999; Lorenz dan Cysewski, 2003; Spolaore et al., 2006). Pemisahan biomassa alga dari budaya suspensi dapat dilakukan melalui filtrasi atau pemusingan (Molina Grima et al., 2003). Studi terbaru (Beer et al, 2009;. Brennan dan Owende, 2010) memiliki telah difokuskan pada penerapan rekayasa genetika pada pemuliaan mikroalga, ditujukan untuk akuisisi organisme ditandai dengan produktivitas yang tinggi dan tingkat energi, dengan kaitannya
TAHAP PRODUKSI BIODIESEL DAN
TRANSESTERIFIKASI
Proses produksi biodiesel dari mikroalga lanjutkan pada tahap berikut: produksi biomassa melalui pertumbuhan sel alga, isolasi sel untuk
media kultur, diikuti oleh ekstraksi lipid. Selanjutnya, biodiesel atau biofuel lainnya diproduksi sesuai untuk teknologi yang terkait dan
proses yang digunakan untuk
substrat biofuel lainnya (Mata dkk., 2010). Sampai saat ini, produksi biodiesel didasarkan pada sayuran atau lemak hewan. Produksi minyak dari ganggang (pada industri scale) adalah hitungan waktu
dekat (Chisti, 2007). Biodiesel
adalah bahan bakar terbukti dan teknologi produksi biofuel dan penggunaan telah dikenal selama lebih dari 50 tahun (Knothe et al., 1997; Barnwal dan Sharma, 2005; Felizardo et al, 2006.; Meher et al, 2006;. Enweremadu dan Alamu, 2010). Di saat ini, biodiesel terutama dihasilkan dari kedelai, rapeseed dan minyak biji sawit, (tanaman yang digunakan untuk makanan) (Felizardo et al., 2006). Proses khas komersial
produksi hasil biodiesel dalam beberapa tahap. Itu minyak tua yang digunakan dalam produksi biodiesel terutama terdiri trigliserida (Gambar 1) di mana 3 molekul asam lemak yang diesterifikasi oleh molekul gliserol. Dalam biodiesel produksi, trigliserida masuk ke dalam reaksi dengan metanol yang menghasilkan pembentukan transesterifikasi, metil ester asam lemak, biodiesel dan gliserol sebagai produk limbah. Hasil reaksi tahap: pertama trigliserida diubah menjadi digliserida, kemudian ke monogliserida dan di samping gliserol. Menurut notasi stechiometric reaksi, menundukkan 1 mol triasilgliserol untuk methanolysis, akan mengakibatkan penggunaan 3 mol metil alkohol dan 3 mol metil ester asam lemak dan 1 mol gliserol akan diperoleh. Sebagai reaksi methanolysis
reaksi, jumlah yang berlebihan salah satu substrat9232 Afr. J. Biotechnol.
GAMBAR:
Cahaya air CO2 Nutrisi
memperbanyak
Nutrisi
Gambar 2. Tahapan produksi biodiesel dari mikroalga.
Tempat pemilihan
alga
Kultur
alga
Hasil
Panen
Proses perbanyakan (biomassa)
(dehydration,compaction,filtration,
drying)
Ekstrak /
pengeluaran
harus digunakan (biasanya alkohol) atau reaksi harus dilakukan secara bertahap, dengan produk limbah (gliserol) dihapus setelah setiap tahap (Chisti, 2007). Dalam industri proses, 6 mol metanol yang digunakan per setiap mol trigliserida (Fukuda et al., 2001). Inilah kelebihan tinggi metanol menjamin bahwa reaksi akan bergeser dalam arah metil ester, menuju biodiesel. Di bawah seperti kondisi, jumlah metil ester di atas 98% dari berat dasar (Fukuda et al,
2001;. Bamgboye dan
Hansen 2008). Transesterifikasi dikatalisis oleh asam, alkali (Fukuda et al, 2001;. Meher et al, 2006) dan enzim lipolitik. (Sharma et al., 2001). Katalisis basa transesterifikasi adalah sekitar 4000 kali lebih
cepat dari asam-katalis
reaksi. Katalis basa umum digunakan adalah natrium dan hidroksida kalium pada konsentrasi 1% dengan kaitannya dengan berat minyak.
Tentu saja, enzim lipolitik
juga dapat digunakan untuk tujuan tersebut, tetapi pada saat yang metode ini tidak digunakan karena biaya yang relatif tinggi katalisis tersebut (Fukuda et al., 2001). Dalam industri prakteknya, proses transesterifikasi adalah yang paling sering dilakukan pada suhu 60 hingga 70 ° C di adanya katalis basa. Untuk mencapai tingkat tinggi konversi ester (triacyloglycerols), tinggi kelebihan metanol diterapkan bahwa setelah berakhirnya proses transesterifikasi, disuling keluar dan dikembalikan ke proses. Dalam kondisi seperti reaksi hasil selama sekitar 90 menit. Suhu yang lebih tinggi juga dapat diterapkan, pada tekanan yang lebih tinggi, tapi itu adalah proses yang mahal. Minyak yang digunakan dalam reaksi methanolysis
harus memenuhi
persyaratan tertentu dan khususnya, harus juga dehidrasi dan tanpa asam lemak bebas menyebabkan pembentukan sabun yang
mengurangi tingkat katalis
semangat, terutama dalam tahap awal dari reaksi ini, yang meningkatkan hubungi antara alkohol dan tiracyloglycerol (Chisti, 2007). Proses masa depan produksi biodiesel dari alga mungkin didasarkan pada prinsip yang sama. Produksi metil ester atau biodiesel dari minyak diekstrak dari ganggang adalah disajikan dalam sebuah studi oleh Belarbi et al. (2000), meskipun dalam kasus, produk akhir dimaksudkan untuk digunakan dalam industri farmasi. Proses ini dijelaskan oleh orang-orang penulis juga didahului secara bertahap, yaitu, transesterifikasi ekstraksi asam lemak dari biomassa alga, diikuti dengan fraksinasi pada kolom kromatografi (Belarbi et al., 2000).
Saat ini, banyak penelitian (Lee et al, 2002;. Chiu et al, 2008;. Mata dkk, 2010;.. Yoo et al, 2010) yang bersangkutan dengan kultur alga dan dengan individu tahapan pengolahan mereka, serta dengan tekad dari profitabilitas akhir dari proses-proses. Gambar 2 menyajikan tahap produksi biodiesel dari mikroalga. Dalam pemilihan situs untuk budidaya alga, yang kriteria berikut harus diikuti,
ketersediaan air,
salinitas dan kimia sifat air, topografi, geologi dan kepemilikan lahan, kondisi iklim, yaitu, suhu, isolasi, penguapan dan akses ke sumber-sumber nutrisi dan karbon. Mikroalga bisa hidup dalam spektrum yang luas dari lingkungan kondisi, terutama di bawah defisit hara dan kondisi yang tidak menguntungkan lainnya, ganggang dapat tumbuh dengan penggunaan limbah industri. Sebelum memulai budaya ganggang untuk produksi biodiesel, kriteria berikut harus diperhitungkan (Mata dkk, 2010.): Pertumbuhan tingkat, diukur dengan isi total biomassa akumulasi dalam satuan waktu dalam satuan volume, tingkat lipid, diukur bukan dengan isi total tetapi oleh
isi dari
asam lemak bebas dan trigliserida, resistensi terhadap perubahan kondisi lingkungan, terutama di suhu, tingkat nutrisi, cahaya,
kompetisi dengan alga dan bakteri lainnya;
dan pengolahan biomassa, dan kemudahan memperoleh senyawa
kimia lain yang diperlukan.
Metode yang tepat pemilihan jenis yang diinginkan alga dan pengembangan formula Photobiological optimum untuk setiap spesies adalah isu-isu kunci untuk mencapai murah budaya ganggang, terlepas dari situasi geografis (Chojnacka dan Marquez-Rocha, 2004). Alga yang ditandai dengan berbagai jenis metabolisme
Hasil Panen Hasil Minyak (L
(Autotrophic, heterotrophice, mixotrophic dan photoheterotrophic) dan dapat memanfaatkan berbagai jenis metabolisme dalam menanggapi perubahan dalam lingkungan kondisi. Tercantum lanjut
adalah beberapa contoh dari pertumbuhan
berbagai mikroalga. Fotoautotropik Mereka menggunakan cahaya sebagai satu-satunya sumber energi yang berubah menjadi energi
pada kondisi lingkungan, intensitas cahaya, keberadaan nutrisi
organik dan substrat untuk
fotosintesis atau kemosintesis. Photoheterotrophic
Hal ini juga dikenal sebagai photoorganotrophs dengan metabolisme menggunakan sinar matahari dan senyawa organik sebagai sumber karbon.
ESTIMASI KEMUNGKINAN PENGGUNAAN BIODIESEL
DARI MIKROALGA
Saat ini di Amerika Serikat, konsumsi tahunan biodiesel adalah sekitar 530 juta m3. Untuk menggantikan minyak fosil dengan minyak sayur akan membutuhkan menabur 111 juta hektar dengan tanaman yang mengandung minyak (Chisti, 2007). Di Polandia, diperkirakan bahwa pada tahun 2010 konsumsi bahan bakar dapat bahkan mencapai 20 juta ton, yaitu 30% lebih dari tahun 2004. Kenaikan yang sangat tinggi konsumsi akan diamati dalam kasus solar, sebagai mesin diesel standar dalam kendaraan transportasi berat. Terus menerus meningkatnya permintaan untuk bahan bakar cair menyebabkan peningkatan permintaan untuk minyak bumi, yang dapat mengakibatkan terus menerus naik dari harga yang. Masalah tambahan adalah kenyataan bahwa sebagian besar sumber daya minyak bumi dunia berada di negara-negara yang sekarang politik tidak stabil, yang tidak menjamin kelangsungan pasokan. Oleh karena itu, diperlukan untuk mencari jenis baru bahan bakar dan bahan bakar alternatif yang karena biaya yang lebih rendah atau emisi yang lebih rendah dari komponen beracun gas buang akan, dalam perspektif waktu, menjadi pengganti untuk produk berbasis minyak bumi. Demikian bahan bakar alternatif termasuk bahan bakar cair (biodiesel dan bensin bioethyl) dan bahan bakar gas
dari biomassa, serta biohydrogen dari biomassa gasifikasi. Biomassa adalah istilah yang meliputi padat atau cair zat dari tumbuhan atau hewan yang mengalami biodegradasi. Mereka bisa berasal dari produk, limbah, seperti serta residu dari produksi pertanian dan kehutanan dan juga dari industri pengolahan produk tersebut. Baru-baru ini, banyak bunga telah difokuskan juga pada bioenergi dari pembakaran atau pengolahan ganggang (Felizardo et al., 2006). Tabel 1 menyajikan beberapa tanaman tanaman yang digunakan untuk biodiesel produksi dan lahan yang diperlukan diperlukan untuk memenuhi proyeksi permintaan. Dalam Tabel 1, ganggang ditampilkan sebagai salah satu sumber biodiesel yang benar-benar mendiskualifikasi
bahan bakar asal organik. Berbeda dengan tanaman yang mengandung minyak, mikroalga tumbuh sangat cepat dan punya minyak jauh lebih tinggi konten. Biasanya, mikroalga menggandakan biomassa mereka dalam waktu 24 jam. Waktu yang diperlukan untuk menggandakan biomassa di budaya eksperimental, dalam kondisi optimal, mungkin bahkan dikurangi menjadi hanya 3,5 jam sedangkan, kandungan minyak ganggang bahkan dapat melebihi
80% dari massa kering mereka (Spolaore
et al., 2006). Untuk alasan ini, budaya alga mungkin terbatas sumber biomassa kaya minyak. Banyak spesies mikroalga mampu mengumpulkan jumlah terkenal lipid, yang berkontribusi tinggi hasil minyak. Isi rata lipid bervariasi dalam kisaran 1 sampai 70%, tetapi di bawah kondisi stres tertentu beberapa spesies alga dapat mencapai kadar lemak bahan kering hingga 90% (Dunahay et al, 1996;.
Ratledge dan Wynn,
sampai 60%. Ganggang menghasilkan berbagai macam lipid,
hidrokarbon dan lainnya
senyawa kompleks dan tidak setiap spesies cocok untuk produksi biodiesel (Banerjee et al, 2002;. Guschina dan Harwood, 2006).
Berbagai kondisi lingkungan, nutrisi,
kondisi budaya dan fase pertumbuhan dapat mempengaruhi isi dan komposisi asam lemak dalam alga. Untuk Misalnya, nitrogen defisit
dan salinitas stres menginduksi
akumulasi C18: 1 pada semua spesies alga, dan C20: 5 di B. braunii (Thomas et al., 1984). Penulis lain
Tabel 2. Kandungan minyak beberapa mikroalga (nilai mean).
Mikroalga Kandungan Minyak (% bahan
menimbulkan kurang kontroversi (Chisti, 2007). Berpotensi, bukan mikroalga, minyak juga bisa menjadi diproduksi oleh mikroorganisme heterotrofik tumbuh di sumber alami karbon organik (Ratledge dan Wynn, 2002). Namun, mereka mikroorganisme kurang efisien bila dibandingkan dengan photosynthesizing mikroalga.
PROFITABILITAS
DARI
PENGGUNAAN
BIODIESEL DARI MIKROALGA
Untuk biodiesel yang dihasilkan dari mikroalga untuk diterima oleh penduduk, harus memenuhi standar umum. Minyak diperoleh dari mikroalga kaya lemak tak jenuh ganda asam dengan 4 dan lebih ikatan ganda, seperti eicosapenztaenoic dan decosapentaenoic asam. Metil ester asam lemak, serta asam lemak yang terkandung dalam rantai karbon mereka ikatan tak jenuh menjalani transformasi seperti hidrolisis, autooxidation atau polimerisasi. Penyimpanan
biofuel, apakah berdasarkan alga atau
minyak sayur, seperti minyak rapeseed atau kedelai, menimbulkan kesulitan tertentu seperti, selama penyimpanan diperpanjang, satu dapat mengamati perkembangan mikroorganisme dan pembentukan zat lumpur. Hal ini menyebabkan viskositas mereka perubahan dan mereka mungkin garpu sedimen dalam penyimpanan tank dan tangki bahan bakar kendaraan bermotor. Untuk ini alasan, penyimpanan jangka panjang biofuel tidak mungkin (Belarbi et al,
2000;. Chisti, 2007).
Rekayasa genetika dapat diterapkan untuk meningkatkan ekonomi produksi biodiesel dari mikroalga (Dunahay et al, 1996;.. Roessler et
al, 1994). Secara khusus,
rekayasa genetika dapat digunakan untuk mencapai berikut: untuk meningkatkan efisiensi proses fotosintesis untuk mengizinkan
peningkatan tingkat multiplikasi mikroorganisme; peningkatan kadar minyak dalam biomassa, suhu ditingkatkan toleransi dari
mikroorganisme dan membatasi
tingkat kerugian yang disebabkan oleh suhu turun, pengurangan photoinhibition dan pengurangan sensitivitas fotooksidasi
menyebabkan kerusakan sel (Zhang et al.,
1996; Chisti, 2007).
APLIKASI LAIN MIKROALGA
Produksi biodiesel dari mikroalga dan lainnya bioproducts bisa lebih ramah lingkungan, costeffective dan menguntungkan, jika digabungkan dengan proses tersebut sebagai air limbah dan perawatan gas buang. Menurut Zeiler et al. (1995) alga hijau Monoruphidium minutum bisa efisien memanfaatkan gas buang disimulasikan mengandung tingkat tinggi karbon dioksida, sulfur, nitrogen oksida sebagai bahan baku untuk menghasilkan biomassa. Untuk alasan itu, sangat bermanfaat jika mikroalga toleran terhadap
konsentrasi CO2 yang tinggi dalam rangka
yang akan digunakan untuk fiksasi nya dari gas buang. Budidaya sistem produksi mikroalga yang melibatkan dan pengolahan air
limbah dengan tingkat tinggi amino
asam, enzim tampaknya menjanjikan bagi pertumbuhan mikroalga dikombinasikan dengan pembersihan biologis. Mikroalga dapat menggunakan senyawa organik yang mengandung nitrogen dan
fosfor dari air limbah pabrik. Selain itu,
industri (Brennan et al, 2010;.. Mata dkk, 2010).Spesies tertentu mikroalga yang cocok untuk penyusunan suplemen pakan ternak. Ganggang seperti Chlorella, Scenedesmus dan Spirulina memiliki menguntungkan aspek termasuk peningkatan respon imun, meningkatkan kesuburan, kontrol berat badan yang lebih baik dan kulit sehat (Brennan et al., 2010). Upaya saat ini dan investasi bisnis mengemudi perhatian dan upaya pemasaran pada janji-janji memproduksi biodiesel alga dan sistem produksi unggul.
KESIMPULAN
Biodiesel berasal dari mikroalga tampaknya menjadi satu-satunya sumber terbarukan saat ini yang berpotensi dapat sepenuhnya pengganti bahan bakar fosil. Ada banyak tantangan dalam produksi biodiesel. Faktor pembatas untuk pemanfaatan mikroalga sebagai bahan baku untuk produksi biofuel meliputi panen dan proses minyak ekstraksi dan pasokan CO2 untuk efisiensi tinggi produksi mikroalga. Juga, ketersediaan cahaya, nutrisi dan kadar CO2 dan O2 harus dipantau hati-hati selama kultur alga untuk memastikan optimal kondisi untuk tingkat tinggi minyak dan biomassa alga. Itu Tantangan terbesar adalah bahwa, mikroalga biodiesel tidak ekonomi kompetitif dengan bahan bakar fosil pada hari ini harga energi.
Investasi dalam pengembangan teknologi berbasis pada kultur alga untuk produksi biofuel diperlukan untuk pengembangan teknologi yang akan ekonomis. Upaya-upaya tersebut harus didukung finansial dan didahului oleh rencana politik dan ekonomi dan strategi. Strategi utama adalah untuk mengidentifikasi ganggang spesies yang memiliki kandungan minyak yang tinggi yang juga akan tumbuh cepat untuk menghasilkan biodiesel. Yang kedua adalah untuk mengembangkan photobioreactors yang memungkinkan budaya skala besar mikroalga.
