ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. ΘΕΜΑ «Παραγωγή βιοντήζελ από φύκη»

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ & ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ «Παραγωγή βιοντήζελ από φύκη» ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ: ΚΑΤΕΡΙΝΑ Γ. ΝΙΚΟΛΑΚΟΠΟΥΛΟΥ Α.Μ: 2373 ΕΙΣΗΓΗΤΕΣ: ΝΙΚΟΛΑΟΣ Α. ΝΙΚΟΛΑΟΥ : ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ Ν. ΛΑΖΑΡΙΔΟΥ

2 ΚΑΒΑΛΑ 2010 Αφιέρωση Σε αυτούς που με βοήθησαν να κάνω ένα βήμα, πιο μπροστά.

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΒΙΟΜΑΖΑ ΑΛΓΗ Ο ΚΥΚΛΟΣ ΖΩΗΣ ΤΗΣ ΑΛΤΗΣ ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΑΛΤΗΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΑΛΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΩΣ ΚΑΙ ΑΝΑΜΙΞΗ ΧΗΜΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΦΩΤΟΣΥΝΘΕΣΗ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΜΙΚΡΟΑΛΓΗΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΠΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΙ ΑΠ ΤΗΝ ΒΙΟΜΑΖΑ ΤΗΣ ΑΛΤΗΣ ΑΙΘΑΝΟΛΗ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΜΕΘΑΝΙΟ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΒΙΟΜΑΖΑ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΒΙΟΒΟΥΤΑΝΟΛΗ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΒΕΝΖΙΝΗ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΜΙΓΜΑΤΑ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ-ΝΤΗΖΕΛ ΓΙΑ ΧΡΗΣΗ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ-ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΗΚΑ ΚΑΙ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΕΛΑΙΟΥ ΑΛΤΗΣ ΚΑΙ ΦΥΤΙΚΩΝ ΕΛΑΙΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΙΚΡΟΑΛΓΗΣ ΚΑΙ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΒΙΩΣΠΛΟΤΗΤΑΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΗΣ ΑΛΤΗΣ ΙΔΑΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑ ΑΛΤΗΣ ΔΙΠΛΑ ΣΕ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΟΥ ΕΚΠΕΜΠΟΥΝ ΚΑΥΣΑΕΡ1Α(ΠΑΡΑΓΟΥΝ COa) ΣΕ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΠ: ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΣΕ ΑΝΟΙΧΤΕΣ ΛΙΜΝΕΣ... 27

4 ΕΤΗΝ ΕΡΗΜΟ ΕΕ ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΕΤΗΡΕΕ ΕΩΛΗΝΟΕΙΔΗ ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΕΤΗΡΕΕ...30 ΕΠΙΠΕΔΟΙ ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΕΤΗΡΕΕ...31 ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΙ ΒΙΟΑΝΤΙΔΡΑΕΤΗΡΕΕ...31 ΕΤΗ ΘΑΛΑΕΕΑ ΕΕ ΕΓΚΑΤΑΕΤΑΕΕΙΕ ΕΠΕΞΕΡΓΑΕΙΑΕ ΛΥΜΑΤΩΝ ΕΕ ΕΓΚΑΤΑΕΤΑΕΕΠ: ΜΕ ΠΛΑΕΤΙΚΕΕ ΕΑΚΟΥΛΕΕ Ή ΜΑΝΙΚΙΑ ΕΥΓΚΟΜΙΔΗ ΑΛΓΗΕ...35 ΕΥΓΚΟΜΙΔΗ THE ΜΑΚΡΟ-ΑΛΓΗΕ...36 ΕΥΓΚΟΜΙΔΗ THE ΜΙΚΡΟ-ΑΛΓΗΕ ΜΕ ΦΙΛΤΡΑ ΜΕ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΤΕΕ...37 ΜΕΕΠΙΠΛΕΥΕΗ ΜΕ ΚΡΟΚΙΔΩΕΗ ΤΑ ΚΟΕΤΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗΕ THE ΑΛΓΗΕ...39 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΞΑΓΩΓΗΕ ΕΛΑΙΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΕΕ ΜΕΘΟΔΟΙ ΧΗΜΙΚΕΕ ΜΕΘΟΔΟΙ...41 ΑΛΛΕΕ ΛΙΓΟΤΕΡΟ ΓΝΩΕΤΕΕ ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΕΙΚ ΑΛΓΗΕ ΜΕΙΩΕΗ ΙΞΩΔΟΥΕ ΕΤΟ ΒΙΟ ΕΛΑΙΟ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ THE ΜΕΤΕΕΤΕΡΟΠΟΙΗΕΗΕ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΜΕΤΕΕΤΕΡΟΠΟΙΗΕΗΕ ΜΗΧΑΝΙΕΜΟΙ ΒΑΕΙΚΗΕ ΚΑΙ ΟΞΙΝΗΕ ΟΜΟΓΕΝΟΥΕ ΚΑΤΑΛΥΕΗΕ ΕΛΑΙΟ ΑΛΓΗΕ ΛΙΠΙΔΙΑ ΑΛΓΗΕ ΑΥΞΗΕΗ ΛΙΠΙΔΙΩΝ ΜΕΕΩ ΕΤΕΡΙΕΗΕ ΦΩΕΦΟΡΟΥ ΚΑΙ ΑΖΩΤΟΥ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΥΞΑΝΟΜΕΝΩΝ ΛΙΠΙΔΙΩΝ ΕΕ ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΜΕ ΤΗΝ ΑΥΞΗΕΗ THE ΔΡΑΕΤΗΡΙΟΤΗΤΑΕ ΤΩΝ ΕΝΖΥΜΩΝ ΔΙΑ ΜΕΕΟΥ THE ΓΕΝΕΤΙΚΗΕ ΜΗΧΑΝΙΚΗΕ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΟΡΕΕΜΕΝΩΝ-ΑΚΟΡΕΕΤΩΝ ΛΙΠΑΡΩΝ ΟΞΕΩΝ ΕΥΓΚΡΙΕΗ ΝΤΗΖΕΛ ΜΕ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΑΠΟ ΑΛΓΗ ΕΥΜΠΕΡΑΕΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ-ΙΕΤΙΟΕΕΛΙΔΕΕ...52

5 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ο σχετικά νέος και πολλά υποσχόμενος ενεργειακός εταίρος είναι οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ), οι οποίες όχι μόνο έχουν προχωρήσει σε επίπεδο τεχνολογικής ωριμότητας, αλλά ευνοούνται από το διαμορφούμενο πολιτικό σκηνικό που επιβάλλει άμεση λήψη δραστικών μέτρων για τη μείωση των αερίων του θερμοκηπίου τα οποία αποσταθεροποιούν το κλίμα της Γης. Οι ΑΠΕ, όχι μόνο απαντούν στις περιβαλλοντικές προκλήσεις, αλλά παρέχουν και διέξοδο στα θέματα της ενεργειακής ασφάλειας, μειώνοντας έτσι την εξάρτηση από εισαγωγές ενεργειακών πόρων και υπόσχονται επιπλέον τόνωση των τοπικών αγορών και της περιφερειακής ανάπτυξης. Ευνοούνται τέλος από το νέο πολιτικό σκηνικό που, σε ευρωπαϊκό τουλάχιστον επίπεδο, θέτει ενδεικτικά ελάχιστα ποσοστά διείσδυσής τους στο ενεργειακό ισοζύγιο. Όλα τα ενεργειακά σενάρια, αισιόδοξα και απαισιόδοξα, προβλέπουν μια διαρκή αύξηση της ζήτησης πρωτογενούς ενέργειας, κυρίως λόγω των αυξανόμενων αναγκών των αναπτυσσόμενων χωρών. Αν και η ενεργειακή ένταση πέφτει σταδιακά σε διεθνές επίπεδο, ο περιορισμός της σπατάλης, η ορθολογική χρήση της ενέργειας και ο επαναπροσδιορισμός των προτεραιοτήτων στη χάραξη ενεργειακής πολιτικής, αποτελούν πια ανάγκη αν θέλουμε να περάσουμε κατά το δυνατόν ανώδυνα στη νέα ενεργειακή εποχή. Στο καθαρά γεωπολιτικό επίπεδο, σημαντικές αποφάσεις διαμορφώνουν ένα νέο απελευθερωμένο περιβάλλον για τις ενεργειακές αγορές. Αν και στο χώρο της πετρελαϊκής βιομηχανίας, ο περιορισμός των μονοπωλίων αποτελεί παλιά υπόθεση, δεν ισχύει το ίδιο και για τις αγορές φυσικού αερίου και ηλεκτρισμού, οι οποίες μόλις πρόσφατα άρχισαν να κάνουν τα πρώτα τους βήματα στο νέο απελευθερωμένο περιβάλλον. Τέλος, στο περιβαλλοντικό επίπεδο, τα πράγματα έχουν ξεκαθαρίσει, τόσο σε ότι αφορά στην κυρίαρχη συμβολή των ορυκτών καυσίμων στην αλλαγή του κλίματος του πλανήτη, όσο και στο περιορισμένο δυναμικό του θεσμικού πλαισίου (σε εθνικό, κοινοτικό και διεθνές επίπεδο) για την αποτροπή των κλιματικών αλλαγών. Η περιβαλλοντική παράμετρος δεν μπορεί πλέον να αγνοηθεί, όχι μόνο γιατί αποτελεί κατά κάποιους τη μεγαλύτερη εν δυνάμει απειλή για την ανθρωπότητα, αλλά και γιατί τα νέα θεσμικά εργαλεία που προωθήθηκαν στο πλαίσιο του Πρωτοκόλλου του Κυόχο, θα διαμορφώσουν σε μεγάλο βαθμό το μελλοντικό ενεργειακό τοπίο, προς όφελος των καθαρών ενεργειακών επιλογών.

6 1.1 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας (ΑΠΕ) είναι μορφές εκμειαλλεύσιμης ενέργειας που προέρχεται από διάφορες φυσικές διαδικασίες, όπως ο άνεμος, η κυκλοφορία του νερού και άλλες. Ο όρος "ήπιες" αναφέρεται σε δυο βασικά χαρακτηριστικά τους. Καταρχήν, για την εκμετάλλευσή τους δεν απαιτείται κάποια ενεργητική παρέμβαση, όπως εξόρυξη, άντληση, καύση, όπως με τις μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας, αλλά απλώς η εκμετάλλευση της ήδη υπάρχουσας ροής ενέργειας στη φύση. Δεύτερο, πρόκειται για "καθαρές" μορφές ενέργειας, πολύ φιλικές στο περιβάλλον, που δεν αποδεσμεύουν υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα ή τοξικά και ραδιενεργά απόβλητα όπως οι υπόλοιπες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται σε μεγάλη κλίμακα. Ως "ανανεώσιμες πηγές" θεωρούνται γενικά οι εναλλακτικές των παραδοσιακών πηγών ενέργειας (π.χ. του πετρελαίου ή του άνθρακα), όπως η ηλιακή και η αιολική. Οι ήπιες μορφές ενέργειας βασίζονται στην ουσία στην ηλιακή ακτινοβολία, είναι ανανεώσιμες, μιας και δεν πρόκειται να εξαντληθούν όσο υπάρχει ο ήλιος, δηλαδή για μερικά ακόμα δισεκατομμύρια χρόνια. Ουσιαστικά είναι ηλιακή ενέργεια "συσκευασμένη" κατά τον ένα ή τον άλλο τρόπο: η βιομάζα είναι ηλιακή ενέργεια δεσμευμένη στους ιστούς των φυτών μέσω της φωτοσύνθεσης, η αιολική εκμεταλλεύεται τους ανέμους που προκαλούνται απ' τη θέρμανση του αέρα ενώ αυτές που βασίζονται στο νερό εκμεταλλεύονται τον κύκλο εξάτμισης-συμπύκνωσης του νερού και την κυκλοφορία του. Χρησιμοποιούνται είτε άμεσα (κυρίως για θέρμανση) είτε μετατρεπόμενες σε άλλες μορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισμό ή μηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκμεταλλεύσιμο ενεργειακό δυναμικό απ' τις ήπιες μορφές ενέργειας είναι πολλαπλάσιο της παγκόσμιας συνολικής κατανάλωσης ενέργειας Αιολική ενέργεια: Χρησιμοποιήθηκε παλιότερα για την άντληση νερού από πηγάδια καθώς και για μηχανικές εφαρμογές (π.χ. την άλεση στους ανεμόμυλους). Έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται πλατιά για ηλεκτροπαραγωγή.. Ηλιακή ενέργεια: Χρησιμοποιείται περισσότερο για θερμικές εφαρμογές (ηλιακοί θερμοσίφωνες και φούρνοι) ενώ η χρήση της για την παραγωγή ηλεκτρισμού έχει αρχίσει να κερδίζει έδαφος, με την βοήθεια της πολιτικής προώθησης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας από το ε?ιληνικό κράτος και την Ευρωπαϊκή Ένωση. Υδατοπτώσεις: Είναι τα γνωστά υδροηλεκτρυτά έργα, που στο πεδίο των ήπιων μορφών ενέργειας εξειδικεύονται περισσότερο στα μικρά υδροηλεκτρικά. Είναι η πιο διαδεδομένη μορφή ανανεώσιμης ενέργειας.

7 Βιομάζα: Χρησιμοποιεί τους υδατάνθρακες των φυτών (κυρίως αποβλήτων της βιομηχανίας ύλου, τροφίμων και ζωοτροφών και της βιομηχανίας ζάχαρης) με σκοπό την αποδέσμευση της ενέργειας που δεσμεύτηκε απ' το φυτό με τη φωτοσύνθεση. Ακόμα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αστικά απόβλητα και απορρίμματα. Μπορεί να δώσει βιοαιθανόλη και βιοαέριο, που είναι καύσιμα πιο φιλικά προς το περιβάλλον από τα παραδοσιακά. Είναι μια πηγή ενέργειας με πολλές δυνατότητες και εφαρμογές που θα χρησιμοποιηθεί πλατιά στο μέλλον. Ενέργεια από παλίρροιες: Εκμεταλλεύεται τη βαρύτητα του Ήλιου και της Σελήνης, που προκαλεί ανύψωση της στάθμης του νερού. Το νερό αποθηκεύεται καθώς ανεβαίνει και για να ξανακατέβει αναγκάζεται να περάσει μέσα από μια τουρμπίνα, παράγοντας ηλεκτρισμό. Έχει εφαρμοστεί στην Αγγλία, τη Γαλλία, τη Ρωσία και αλλού. Ενέργεια από κύματα: Εκμεταλλεύεται την κινητική ενέργεια των κυμάτων της θάλασσας. Ενέργεια από τους ωκεανούς: Εκμεταλλεύεται τη διαφορά θερμοκρασίας ανάμεσα στα στρώματα του ωκεανού, κάνοντας χρήση θερμικών κύκλων. Βρίσκεται στο στάδιο της έρευνας. Πλεονεκτήματα των ΑΠΕ 1. Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά μηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα. 2. Δεν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. 3. Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια μικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελόσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση με την οικονομία του πετρελαίου. 4. Είναι ευέλικτες εφαρμογές που μπορούν να παράγουν ενέργεια ανάλογη με τις ανάγκες του επί τόπου πληθυσμού, καταργώντας την ανάγκη για τεράστιες μονάδες παραγωγής ενέργειας (καταρχήν για την ύπαιθρο) αλλά και για μεταφορά της ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις. 5. Ο εξοπλισμός είναι απλός στην κατασκευή και τη συντήρηση και έχει μεγάλο χρόνο ζωής. 6. Επιδοτούνται από τις περισοότερες κυβερνήσεις. Μειονεκτήματα των ΑΠΕ 1. Έχουν αρκετά μικρό συντελεστή απόδοσης, της τάξης του 30% ή και χαμηλότερο. Συνεπώς απαιτείται αρκετά μεγάλο αρχικό κόστος εφαρμογής σε μεγάλη επιφάνεια γης. Γι' αυτό το λόγο μέχρι τώρα χρησιμοποιούνται σαν συμπληρωματικές πηγές ενέργειας. 2. Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών μεγάλων αστικών κέντρων.

8 3. Η παροχή και απόδοση χης αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίμα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται. 4. Για τις αιολικές μηχανές υπάρχει η άποψη ότι δεν είναι κομψές από αισθητική άποψη κι ότι προκαλούν θόρυβο και θανάτους πουλιών. Με την εξέλιξη όμως της τεχνολογίας τους και την προσεκτικότερη επιλογή χώρων εγκατάστασης (π.χ. σε πλατφόρμες στην ανοιχτή θάλασσα) αυτά τα προβλήματα έχουν σχεδόν λυθεί. 5. Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση μεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου. 1.2 Βιομάζα Βιομάζα ονομάζουμε οποιαδήποτε σχετικά νέα οργανική ύλη που προέρχεται από φυτά ως αποτέλεσμα της I διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Η ενέργεια από βιομάζα αντλείται από ζωικό και φυτικό υλικό. Η αξιοποίηση αυτής της ενέργειας ανακυκλώνει τον άνθρακα και δεν I επιβαρύνει το περιβάλλον με διοξείδιο του άνθρακα, σε, αντίθεση με τα ορυκτά καύσιμα. Αχιό το σύνολο των ανανεώσηιων πηγών ενέργειας, η βιομάζα έχει μια μοναδική ιδιότητα, καθώς συνιστά ουσιαστικά μια μορφή αποθηκευμένης ηλιακής ενέργειας. Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα επεξεργασίας της βιομάζας και η μετατροπή της σε στέρεα, υγρά, και αέρια καύσιμα. Στην πράξη υπάρχουν δυο τύποι βιομάζας. Οι υπολειμματικές μορφές και η βιομάζα που παράγεχαι από ενεργειακές καλλιέργειες. Ot unoaemuattk c uopqtec βιομάζας διακρίνονται στα εξής Απόβλητα α) φυτικής και ζωικής παραγωγής β)επεξεργασίας αγρστικών απόβλητων (βιομηχανία τροφίμων και ζωοτροφών) γ) υπολείμματα καλλιεργειών δ) υπολείμματα βιομηχανίας ξύλου και τέλος ε] αστικά απόβλητα Δασική βιομάζα α) ξύλο, β) υπολείμματα δασικής ξυλείας (φλοιαί, κλαδιά, φύλλα και πριονίδια) γ) δέντρα, θάμνοι και υπολείμματα του δασικού κύκλου.

9 Οι cvepvctakec κοαλιέρνειες Παραδοσιακές καλλιέργειες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την παραγωγή βιοκαυσίμων/ενέργειας (πχ τεύτλα, σιτάρι, ηλίανθος, ευκάλυπτος) Φυτά που δεν καλλιεργούνται, προς το παρόν, εμπορικά και το τελικό προϊόν τους προορίζεται για την παραγωγή βιοκαυσίμων/ ενέργειας (πχ σόργο, ελαιοκράμβη, κενάφ) Καλλιέργεια άλγης. Η παραγωγή ενέργειας από βιομάζα γίνεται με δυο τρόπους: 1. Με καύση του στερεού καύσιμου (με ή χωρίς τροποποίηση). Σόμπες και μικροί λέβητες αυτόματης ή μη τροφοδοσίας για την θέρμανση κατοικιών Λέβητες αυτόματης τροφοδοσίας για την θέρμανση μεγαλύτερων κτιρίων (σχολεία, νοσοκομεία θερμοκήπια). Μεγάλοι λέβητες για συμπαραγωγή θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας, (π.χ πώληση της ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο της ΔΕΗ και χρήση της θερμικής ενέργειας σε σχήμα τηλεθέρμανσης ή σε βιομηχανία με θερμικές ανάγκες ή κάλυψη ιδίων αναγκών σε βιομηχανίες) 2. Με παραγωγή άλλου καύσιμου (συνήθως υγρού ή αερίου) και συνεπακόλουθη καύσης. Η παραγωγή αλλού βιοκαυσίμου (συνήθως υγρού η αεριού) και η συνεπακόλουθη καύση γίνεται μέσω νέων βιοχημικών (ενζυμική υδρόλυση βιομάζας και ζύμωση παραγόμενων σακχάρων προς παραγωγή βιοαιθανόλης) η θερμοχημετκών διεργασιών (πυρόλυση προς παραγωγή βίο-ελαίου, εξαέρωση προς παραγωγή αερίου). 2. ΆΛΓΗ Η άλγη σαν όρος συμπεριλαμβάνει πολλές διαφορετικές ομάδες από οργανισμούς. Θεωρείται ως απλό φυτό, μερικά είδη περιλαμβάνονται στα ψηλότερα φυτά. Η άλγη είναι μια μεγάλη, διαφορετική παραφυλλετική ομάδα που περιστοιχίζει μονοκύτταρους και πολυκύτταρους οργανισμούς. Μικροάλγη: είναι μονοκύτταροι οργανισμοί με μέγεθος μικρότερο από 0,4 mm, συμπεριλαμβανόμενα τα διάτομα και τα κυανοβακτήρια, που με την φωτοσύνθεση μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε βιομάζα. Μακροάλγη: είναι περιπλοκότεροι οργανισμοί, όπως τα φύκια.

10 Προιιμάχαι η μικροάλγη ανχί της μακροάλγης για τους εξής λόγους: Η μακροάλγη δεν ενδείκνυται γνα καλλιέργεια λόγο του μεγέθους της και των ειδικών απαιτήσεων που χρειάζονται για να μεγαλώσουν. Η μακροάλγη επίσης δεν έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε υδρσγσνάνθρακες. Σε αντίθεση με την μικροάλγη που έχει υψηλό ποσοστό σε λιπίδια και υδρογονάνθρακες όπως επίσης και λιγότερσ περίπλοκη δομή και γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης. Τα άλγη είναι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, σαν τα φυτά. Ο λάγος που θεωρούνται εξαίρεση απ την αμάδα των φυτών είναι πως από αυτά απουσιάζουν διάφορα όργανα που βρίσκονται στα φυτά. Διαφέρουν απ τα άλλα φυτά στα παρακάτω: 1. απαυσία ριζών, βλαστών, φύλλων 2. απσυσία στιβάδας «δέρματος» 3. περιορίζονται σε υδρόβισ/υγρό περιβάλλον Πολλά από αυτά είναι φωτοτροφικά, δηλαδή παράγουν ενέργεια από την φωτοσύνθεση και αναρροφούν οργανικό άνθρακα. 2.1 Ο κύκλος ζωής της άλγης Η άλγη είναι ένας μονοκύτταρος οργανισμός, του οποίου ο κύκλος ανάπτυξης γίνεται μέσα σε λίγες μέρες. Πολλοί τύποι κύκλου ζωής εντοπίζονται στην άλγη. Παρ όλα αυτά δεν υπάρχει ομαλή παραγωγή, όπως στα ψηλότερα φυτά. Η μπλε-πράσινη άλγη και η chlorophyceae είναι ακαθόριστου γένους. Πολλά είδη άλγης έχουν δύο αναγνωρίσιμα στάδια ανάπτυξης: τα σπόρια και τους γαμέτες. Οι κύριοι τύποι της άλγης εμφανίζονται στην πράσινη άλγη (η κόκκινη άλγη έχει πιο περίπλοκο κύκλο ζωής). Κάποιοι τύποι πράσινης άλγης είναι μονοκύτταραι και περιγράφουν τον πιο απλά κύκλο ζωής. Το καλύτερο παράδειγμα είναι ο κύκλος ζωής της μονοκύτταρης άλγης chlamydomonas.

11 Κάθε είδος άλγης απαιτεί διαφορετικές συνθήκες για την ανάπτυξή του. Απαραίτητα όμως για όλα τα είδη είναι το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα, το φως και τα ανόργανα μέταλλα. Η άλγη είναι ένας μικροοργανισμός, του οποίου το μεγαλύτερο τμήμα είναι στην θάλασσα ή στο γλυκό νερό, όπως και ο υγρός, χερσαίος κάτοικος, η λειχήνα. 2.2 Μέγεθος και δομή της άλγης Το thallus είναι το σώμα του βλαστού της άλγης. Για την μονοκύτταρη άλγη, το thallus είναι μόνο ένα κύτταρο, ενώ για την πολυκύτταρη άλγη το thallus αποτελείται από ολόκληρους, συνεχόμενους οργανισμούς. Υπάρχουν επίσης πολυσύνθετες ομάδες άλγης, που επιφανειακά εμφανίζονται ως μικροσκοπυτοί, πολυκύτταροι οργανισμοί, οι οποίοι αποτελούνται στην πραγματικότητα από ένα γιγάντιο μονοκύτταρο thallus. Η θαλάσσια κατοικία είναι ένα σχετικά εσωτερικό και αμετάβλητο μέρος, του οποίου οι ιδιότητες βοηθούν στην μορφή των οργανισμών που κατοικούν εκεί. Το νερό υποβαστά το σώμα της άλγης, που είναι εύκαμπτο και συνήθως κυματίζει με τα θαλάσσια ρεύματα και τα κύματα. Αφότου το νερό περικυκλώσει το φυτό από όλες τις πλευρές, μεμονωμένα κύτταρα της άλγης απορροφούν υγρασία και μέταλλα απευθείας απ το νερό. Το σχήμα των φυτών απεικονίζει αυτή την άμεση επαφή με το νερό. Τα περισσότερα είδη άλγης είναι εντελώς επίπεδα, έτσι μεγιστοποιούν την επιφάνεια που έρχονται σε επαφή με το νερό, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη απορρόφηση νερσύ, μετάλλων και φωτός. Οι περισσότεροι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί περιέχουν: ωωτοσυνθετικπ χοωστική ουσία: τέσσερα είδη χλωροφύλλης.

12 συμπλπρωυατική χρωστικτι ουσία: μια ποικιλία περιλαμβάνει μπλέ, κόκκινη, καφέ και χρυσή. Απαίιησπ υνρού περιβάλλονιος Μπορεί να είναι μικροσκοπικοί και επίπεδοι στην επιφάνεια ιου νερού (φυτοπλαγκτόν) ή μακροσκοπικοί και να ζουν προσκολλημένοι σε ι. βραχώδεις ακτές (φύκια). 2.3 Χρήσεις άλγης Οι χρήσεις της άλγης είναι πάρα πολλές και ποικίλουν λόγο των συστατικών που περιέχουν (πρωτεΐνες, λιπαρά οξέα). Η μικροάλγη επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περιβαλλοντικές εφαρμογές καθώς αποτελεί μέρος της I μελλοντικής πράσινης ενέργειας. 1. Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την άλγη σαν λίπασμα ή ως βελτιωτυτό εδάφους (αποικίες ασβεστούχων θαλάσσιων φυκιών) 2. Στην διατροφή τους, λόγο των ακόρεστων λιπαρών οξέων και βιταμινών που περιέχουν. 3. Μετά την εξαγωγή ελαίου απ την άλγη, το εναπομείναντα κέικ, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή διότι περιέχει πολλές πρωτεΐνες. 4. Η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από τα καυσαέρια μονάδων παραγωγής ενέργειας. 5. Καθαρισμός λυμάτων σε εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων (δεσμεύουν άζωτο και φώσφορο για να τραφούν) 6. Η άλγη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την δέσμευση του λιπάσματος σε απορροές γεωργικών εκμεταλλεύσεων. 7. Λόγο της χρωστικής της ουσίας μπορεί να, χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση για της χημικές βαφές 8. Στην φαρμακοβιομηχανία (αντιβιοτικά) 9. Στην κοσμετολογία (Ασχολείται για την σύσταση j των καλλυντικών και την ορθή χρήση τους στο ' μακιγιάζ) 10. Στην επεξεργασία της άλγης, ως υποπροϊόν, δημιουργούνται αιθέρες και οξέα που με κατάλληλη επεξεργασία κατασκευάζονται πολυμερή ή λιπαντικά. 11. Η άλγη μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοκαυσίμων (βιοντήζελ, βιοαιθανόλης, βιοβουτανόλης, αέριο υδρογόνο και σε μερικές περιπτώσεις μπορεί να παραχθεί από αυτή φυτικό λάδι). 12. Η άλγη μεγαλώνοντας μπορεί να παράγει βιομάζα, η οποία όταν καεί παράγει θερμότητα και ηλεκτρισμό.

13 2.4 Θερμοκρασία Η θερμοκρασιακή περιοχή ΐου νερού, πρέπει να κυμαίνεχαι σε επίπεδα, που να στηρίζουν τα συγκεκριμένα είδη άλγης για να αναπτυχθούν. Η θερμοκρασία παικίλει ανάλογα με το είδος και την φυλή της άλγης. Η κατάλληλη θερμοκρασία για την καλλιέργεια του φυτοπλαγκτόν είναι ανάμεσα στους C. Θερμοκρασία χαμηλότερη απ τους 16 C μειώνει την ανάπτυξη, ενώ θερμότερη από 35 C και άνω είναι θανατηφόρα για ένα μεγάλο αριθμό ειδών μικροάλγης. 2.5 Φώς και ανάμειξη Το φώς δεν πρέπει να είναι πολύ δυνατό ή πολύ αδύναμο. Στα περισοότερα συστήματα καλλιέργειας, το φως πρέπει να διαπερνά το πολύ 7,5 με 10 cm το νερό. Αυτό γιατί όσο μεγαλώνει και πολλαπλασιάζεται η άλγη, γίνεται πυκνή με αποτέλεσμα να μην επιτρέπει στα φως να φτάσει βαθύτερα σε μια λίμνη ή μια δεξαμενή. Η άλγη χρειάζεται μόνα το 1/10 του ποσοστού του φωτός που λαμβάνει απ την απευθείας ακτινοβολία. Σε περίπτωση που υπάρχουν λίμνες των οποίων το βάθος ξεπερνά τις 4 ίντσες, οι καλλιεργητές της άλγης χρησιμοποιούν ποικίλες μεθόδους για να αναταράξουν το νερό της λίμνης, πράγμα το οποίο μπορεί να προκαλέσει παραπάνω έκθεση στο φώς. Ο συμπιεσμένος αέρας, που εισάγεται στον βυθό της λίμνης ή της δεξαμενής και αναταράσσει το νερό, μετακινεί την άλγη από τα χαμηλά επίπεδα σε υψηλότερα, στην επιφάνεια. Εκτός απ την ανάδευση, μια άλλη μέθοδος για την τροφοδότηση τσυ φωτός στην άλγη είναι η τοπσθέτηση ενός συστήματος που παρέχει φώς. Τέτοια συστήματα εκπέμπουν σταθερό φώς και φτιάχνονται από πλαστικό ή γυαλί. Επίσης μπσρούν να βυθιστούν στην δεξαμενή και να τροφοδοτούν με το κατάλληλο φως απευθείας την άλγη. 2.6 Χημτκή σύνθεση Η άλγη αποτελείται από ευκαρυωτικά κύτταρα. Αυτά είναι κύτταρα με πυρήνες. Έχουν πλαστίδια και τα σώματά τους περιέχουν χλωροφύλλη, η οποία είναι υπεύθυνη για την φωτοσύνθεση. Οι ποικιλίες της άλγης έχουν διαφορετικούς συνδυασμούς από τα μόρια χλωροφύλλης. Κάποια έχουν χλωροφύλλη Α, κάποια χλωροφύλλη A και Β, ενώ άλλα χλωροφύλλη A και C. Όλοι οι τύποι άλγης αρχικά περιλαμβάνουν τα παρακάτω, με μεταβαλλόμενες αναλογίες: πρωτεΐνες, υδρογονάνθρακες, φυτικά λίπη και νουκλεϊκά οξέα. Τα ποσοστά διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο άλγης. Υπάρχουν τύποι άλγης, οι οποίοι αποτελούνται πάνω από 40% της ολικής τους μάζας, από λιπαρά οξέα. Αυτό είναι το λιπαρό οξύ (έλαιο) που μπορεί να εξαχθεί και να μετατραπεί σε βιοντήζελ.

14 Η χημική σύνθεση των φυκιών εκφραζόμενη σε ξηρή βάση (%) Είδος άλγης Πρωτεΐνη Υδατάνθρακες Scenedesmus Obliquus Scenedesmus Quadricauda Scenedesmus Dimorphus Chlamydcmonas Rheinhardii Chlcrella Vulgaris Chlorella Pyrenaidosa Spirogyra Sp. Dunalliella Bioculata Dunalliella Salina Euglena Gracillis Prymnesium parvum Tetraselmis maculata Porphyridium Cruentum Spirulina Platensis Spirulina Maxima Synechoccus S j^ Anabaena Cylindrica Νουκλεϊκά οξέα 2.7 Φωτοσύνθεση στη φύση ο μηχανισμός δέσμευσης της ηλιακής ακτινοβολίας από τα φυτά, τα άλγη και τα κυανοβακτήρια είναι η καρδιά της φωτοσύνθεσης. Στην αντίδραση αυτή, η οποία μετατρέπει την ενέργεια του ηλιακού φωτός σε τροφή και οξυγόνο, συντηρώντας έτσι όλες τις μορφές ζωής στην επιφάνεια του πλανήτη, ίσως βρίσκεται η λύση στο ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας... Η αντίδραση της φωτοσύνθεσης είναι η σημαντικότερη αντίδραση στη Γη. Με την βοήθεια πράσινων χρωστικών που ονομάζονται χλωροφύλλες, τα

15 φυτά χρησιμοποιούν το φως για να μετατρέψουν το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο και υδατάνθρακες αντιστοίχως. Ελευθερώνοντας το οξυγόνο και δεσμεύοντας το διοξείδιο του άνθρακα με την ταυτόχρονη παραγωγή σακχάρων, η φωτοσύνθεση μετέτρεψε την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια του πλανήτη μας στη σημερινή φιλόξενη για τη ζωή μορφή τους. Τα περισσότερα είδη άλγης είναι φωτότροφα δηλαδή χρησιμοποιούν ως πηγή ενέργειας την ηλιακή ακτινοβολία και την μετατρέπουν σε ενέργεια. Χρησιμοποιούν ως πηγή άνθρακα το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας που το δεσμεύουν με την φωτοσύνθεση και το αναγάγουν προς γλυκόζη. Η πλήρης αντίδραση φωτοσύνθεσης φυτών και αυτότροηκσν φυκών είναι: Μ Β ί ^.ΝοΙ I 4- UJUjl JI ί k Jli Ml από την οποία φαίνεται ότι κατά την φωτοσύνθεση δεσμεύεται διοξείδιο του άνθρακα, απαιτείται νερό και ηλιακή ενέργεια, και παράγονται υδατάνθρακες, οξυγόνο και νερό. Η όλη διαδικασία πραγματοποιείται σε πολλά στάδια και ο αριθμός των αντιδράσεων που συμβαίνουν είναι πολύ μεγάλος. Πολλές από αυτές μπορούν να συμβούν από την ύπαρξη ή μη φωτός και ονομάζονται «σκοτεινές» αντιδράσεις, επηρεάζονται όμως από την θερμοκρασία. Οι ονομαζόμενες «φωτεινές» αντιδράσεις για να πραγματοποιηθούν, προϋποθέτουν τη ύπαρξη φωτός, αλλά είναι ανεξάρτητες από την θερμοκρασία. 2.8 Ταξινόμηση μικροάλγης Η μελέτη ξεκίνησε προσπαθώντας να προσδιοριστούν, ποια είδη μικροάλγης θα ήταν κατάλληλα για την ανάπτυξη της παραγωγής καυσίμων μεταφοράς. Για την παραγωγή βιοντήζελ, το επιλεγμένο είδος άλγης πρέπει να έχει υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλή περιεκτικότητα λιπιδίων ή ελαίου. Υπάρχουν πάνω από διαφορετικά είδη άλγης, έτσι οι επιστήμονες αυτής της μελέτης έπρεπε να αναλύσουν αυτά τα είδη και να αποφασίσουν ποια θα ήταν τα πιο κατάλληλα για την παραγωγή βιοντήζελ. Στο τέλος της μελέτης είχαν προσδιορίσει περίπου 300 είδη μικροάλγης που θεωρούνται κατάλληλα για την παραγωγή βιοντήζελ. Όλα έχουν υψηλούς ρυθμούς ανάπτυξης, μεγάλη περιεκτικότητα σε έλαια και μπορούν να αναπτυχτούν σε αντίξοες κλιματολογικές συνθήκες. Τα τέσσερα ποιο σημαντικά είδη μικροάλγης, τουλάχιστον από άποψη αφθονίας, είναι: Τα διάτομα (Bacillariophyceae): είναι φυτοπλαγκτόν των ωκεανών, αλλά βρίσκονται και σε γλυκό και υφάλμυρο νερό.

16 Η πράσινη άλγη (Chlorophyceae): Αυτή είναι επίσης αρκετά πλούσια, κυρίως στα γλυκά νερά. Η μπλε-πράσινη άλγη (Cyanophyceae): Πολύ πιο κοντά στα βακτήρια, στη δομή και οργάνωση, το συγκεκριμένο είδος συμβάλει σημαντικά στον καθάρισμά του αζώτου στην ατμόσφαιρα. Η χρυσή άλγη (Chrysophyceae): Αυτή η ομάδα των φυκιών είναι παρόμοια με τα διάτομα. Έχουν πιο πολύπλοκα συστήματα χρωστικής ουσίας, και μπορούν να εμφανίζονται με κίτρινο, καφέ ή πορτοκαλί χρώμα. Η ερώτηση κλειδί είναι ποιο είδος μικροάλγης είναι το κατάλληλο για το βιοντήζελ; Τα παρακάτω είδη είναι τα καταλληλότερα για μαζική παραγωγή σοδιάς, σε όλα τα μέρη του κόσμου. Botruococcus braunii Παράγει μεγάλη αλυσίδα υδρογονανθράκων που αντιπροσωπεύουν το 86% του ξηρού της βάρους. Η πράσινη άλγη botryoccocus είναι μοναδική στην παραγωγή υγρών υδρογονανθράκων, όσον αφορά και την ποσότητα και την ποιότητα. Μερικοί επιστήμονες θεωρούν ότι αυτό το είδος άλγης είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία του πετρελαίου. Neocloris oleoabundans Είναι μικροάλγη που ανήκει στην ομάδα chlorophyceae, μια τάξη της πράσινης άλγης. Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 35-54% του ξηρού της βάρους. Scenedesmus dimorohus Είναι ένα είδος μονοκύτταρης άλγης, της τάξης chlorophyceae. Είναι ένα από τα κύρια προτιμώμενα είδη για την παραγωγή βιοντήζελ. Το μειονέκτημά της είναι ότι, είναι πολύ βαριά και σχηματίζει παχύ ίζημα, αν δεν έχει σταθερή ανάδευση. Eualena gracilis Είναι μοναδικό συγκριτικά με τα περισσότερα είδη άλγης. Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 14-20% του ξηρού της βάρους. Επίσης, παράγει λιπίδια και υδρογονάνθρακες σαν αποθηκευμένο προϊόν.

17 Nannochloropsis salina Ονομάζεται και nannochloris oculata. Είναι μια μικρή πράσινη άλγη που χρησιμοποιείται εκτεταμένα στην βιομηχανία για την ανάπτυξη του ζωοπλαγκτάν. περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 31-68%. Dunaliella tertiolecta Αυτή η φυλή αναφέρεται ότι περιέχει έλαιο οργανικής βάσης σε ποσοστό 37%. Μεγαλώνει γρήγορα, πράγμα το οποίο σημαίνει υψηλή απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα. Tetraselmis chut Είναι ένα είδος θαλάσσιας μονοκύτταρης άλγης. Είναι πράσινη, διαθέτει μαστίγια και έχει υψηλό επίπεδο λιπιδίων. Αποτελεί εξαίρετο φαγητό για γαρίδες. Issochrusos aalbana Είναι χρυσό-καφέ και διαθέτει μαστίγια. Chlorella sp Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 28-38% του ξηρού της βάρους. Nitzschia sp Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 45-47% του ξηρού της βάρους. Schizochutrium Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 5θ-77% του ξηρού της βάρους.

18 3. ΒΙΟΚΑΥΕΙΜΑ ΠΟΥ ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ ΒΙΟΜΑΖΑ ΤΗΣ ΑΑΓΗΣ Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την αξιοποίηση της βιομάζας από άλγη. Από αυτές προκύπτουν τα καύσιμα που φαίνονται παρακάτω: Αιθανόλη Υδρογόνο Μεθάνιο Βιομάζα (απευθείας για καύση) Άλλες παραλλαγές καυσίμων, όπως JP-8 καύσιμα, βενζίνη Βιοβουτανόλη κ.τ.λ. Βιοντήζελ Τελικό προϊόν Αιθανόλη Υδρογόνο Μεθάνιο Βιομάζα Τνλλες παραλλαγές καυσίμων (Βιοβουτανόλη, βιοβενζίνη) Βιοντήζελ Διεργασίες Ζύμωση Προκαλώντας βιοχημικές διεργασίες μέσα στην άλγη, αεριοποίηση/πυρόλυση βιομάζας. Αναερόβια χώνευση της βιομάζας Καύση βιομάζας για την παραγωγή ενέργειας Με τις ίδιες μεθόδους που παράγεται και η βενζίνη Μετεστεροποίηση ελαίου 3.1 Αιθανόλη από άλγη Η βιοαιθανόλη είναι ένα μίγμα βενζίνης και αιθανόλης. Περιγράφειαι με ΐο γράμμα Ε και έναν αριθμό μέχρι το 100 που καθορίζει την % περιεκτικότητα σε αιθανόλη (πχ Ε5, Ε10) Η άλγη έχει πολύ διαφορετική σύνθεση από το καλαμπόκι και το ζαχαροκάλαμο που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή αιθανόλης. Η μετατροπή της αιθανόλης από άλγη είναι δυνατή με την μετατροπή του αμύλου (το σκέλος αποθήκευσης του ελαίου) και κυτταρίνης (το συστατικό του κυτταρικού τοιχώματος). Με απλά λόγια δεν είναι δύσκολη η παραγωγή αιθανόλης από άλγη. Τα λιπίδια της άλγης μπορούν να μετατραπούν σε βιοντήζελ ενώ οι υδατάνθρακες σε αιθανόλη. Είδη άλγης για την παραγωγή αιθανόλης Είδη άλγης που έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες, άρα είναι υποψήφιοι για την παραγωγή αιθανόλης είναι: Sargassum GlacHaria Prymnesium parvum. Euglena gracilis

19 3.2 Υδρογόνο από άλγη Το αέριο υδρογόνο θεωρείται ως ένας μελλοντικός φορέας ενέργειας, διότι είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας και δεν προκαλεί αύξηση των αερίων του θερμοκηπίου κατά την καύση τσυ. Επίσης κατά την καύση τσυ απελευθερώνει μεγάλες πσσότητες ενέργειας ανά μσνάδα βάρσυς και μετατρέπεται εύκσλα σε ηλεκτρική ενέργεια. Η βιολσγική παραγωγή υδρσγόνσυ έχει αρκετά πλεσνεκτήματα σε σχέση με την παραγωγή υδρσγόνου από θερμοχημυίές διεργασίες. Για παράδειγμα η βισλσγική παραγωγή υδρσγόνου από την φωτοσύνθεση μικροσργανισμών απαιτεί την χρήση ενός απλσύ ηλιακσύ αντιδραστήρα, όπως ένα διάφανα κλειστό κσυτί, με χαμηλές ενεργειακές απαιτήσεις. Από την άλλη, η ηλεκτροχημική παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλιακών συστοιχιών με βάση την διάσπαση τσυ νεραύ, απαιτεί την χρήση ηλιακών συσσωρευτών με υψηλές ενεργειακές απαιτήσεις. 3.3 Μεθάνιο από άλγη Το μεθάνιο είναι ένα είδος καυσίμου που μπορεί να χρησιμοπουηθεί οος καύσιμο σε ατμαλέβητα ή αεριοστρόβιλσ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σε σύγκριση με τα άλλα καύσιμα υδρσγανανθράκων, η καύση του μεθανίου παράγει λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα, για κάθε μονάδα θερμότητας. Σε πολλές πόλεις, το μεθάνιο διοχετεύεται στα σπίτια για σικιακή θέρμανση και για μαγείρεμα. Στα πλαίσια αυτό, είναι γνωστό ως φυσικό αέριο και θεωρείτε ότι έχει ενεργειακό περιεχόμενο 39 MJ ανά κυβικό μέτρο. Μεθάνιο με την μορφή συμπιεσμένου φυσικού αερίου χρησιμοποιείτε ως καύσιμο οχημάτων και είναι πιο φιλικό προς το περιβάλλον από τα ορυκτά καύσιμα. Θεωρητικά το μεθάνιο μπορεί να παραχθεί και από τα τρία συστατικά (πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια) παυ περιέχσνται στην άλγη. Παραγωγή μεθανίσυ μπσρεί να παραχθεί και εκτός από την αναερόβια χώνευση, με πυρόλυση ή αερισπσίηση. 3.4 Βιομάζα από άλγη Τσ καύσιμσ αυτό μπσρεί να αξιοποιηθεί ως ανεπεξέργαστα ή ως επεξεργασμένο συσσωμάτωμα τσ οποία παρασκευάζεται με συμπίεση (pellets). Για να αντιμετωπιστσύν πρσβλήματα στην ενεργειακή αξισποίηση της ανεπεξέργαστης βιομάζας αναπτύσσονται συνεχώς νέα συστήματα και σύγχρονοι λέβητες καύσης οι οποίοι έχουν ελάχιστες εκπομπές αερίων, εξαιρετική καύση και πσλύ καλή απσδστικότητα. 3.5 Βιοβουχανόλη από άλγη Αυτό τσ καύσιμσ έχει μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από την αιθανόλη ή μεθανόλη. Σε αρκετές δοκιμές που έγιναν, η κατανάλωση

20 βουτανόλης ήταν παρόμοια με εκείνη της βενζίνης. Αν αναμειχτεί με βενζίνη, παρέχει καλύτερη απόδοση και αντοχή στην διάβρωση από εκείνη της αιθανόλης ή του μίγματος Ε Βενζίνη από άλγη Βιοβενζίνη λαμβάνεται από τη βιομάζα της άλγης και παράγετε όπως η συμβατική βενζίνη. Περιλαμβάνει από 6 μέχρι 12 άτομα άνθρακα ανά μόριο και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρες εσωτερικής καύσης. 3.7 Βιοντήζελ από άλγη Τσ βισντήζελ είναι ένα μίγμα αλκυλικών εστέρων λιπαρού οξέος, που παράγονται με την μετεστεροποίηση του ελαίου της άλγης. Περιέχουν σε ποσοστό 90-98% τριγλυκερίδια και μικρά ποσσστά μονσ- και διγλυκεριδίων ενώ το υπόλοιπο μέρος απαρτίζεται από ελευθέρα λιπαρά οξέα (1,5 %). Η ιδέα της χρησιμοποίησης καυσίμων βασισμένων σε φυτικά έλαια χρσνολογείται από 1895 όταν ανέπτυξε σ Δρ Ρούντσλφ Ντίζελ την πρώτη μηχανή ανάφλεξης με συμπίεση σχεδιασμένη να λειτσυργεί με φυτικά έλαια. Τα τελευταία χρόνια ανανεώθηκε το ενδιαφέρον για τη χρήση του βιοντήζελ ώστε να ξεπερασταύν τα περιβαλλοντυτά πρσβλήματα πσυ συνδέσνται με τη χρήση τσυ πετρελαίσυ. Η πσιότητα τσυ βιοντήζελ επηρεάζεται σημαντικά από τον τύπο του φυτικού ελαίου, την καθαρότητα των αντιδρώντων και την απόδοση των διεργασιών μετεστεροπσίησης και διαχωρισμού του προϊόντος. Ο τύπος του φυτικού ελαίου επηρεάζει τον αριθμό κετανίου, το ποσοστό των σξειδίων του αζώτου στους ρύπους και άλλες ιδιότητες του βιοντήζελ. Δηλαδή, όσο περισσότερα πολυακόρεστα λιπαρά έχει το βιοέλαιο τόσο ακατάλληλο είναι για την παραγωγή βιοντήζελ. Μερικά μειονεκτήματα του βιοντήζελ είναι: 1. Το υψηλό ιξώδες 2. Η χαμηλή πτητικότητα 3. Η χημική δραστικότητα των ακόρεστων αλυσίδων πσυ οδηγεί σε σχηματισμό ρητινωδών προϊόντων 4. Η αύξηση της αιθάλης 5. Αύξηση των ΝΟχ εκπομπών Αυτά τα μειονεκτήματα γενικά κάνουν μη ελκυστική τη χρήση ανεπεξέργαστων φυτικών ελαίων. Η μετεστεροποίηση είναι η κύρια τεχνυ<ή που εφαρμόζεται για την αντιμετώπιση αυτών των τεχνικών προβλημάτων και ειδικά του υψηλού ιξώδους, παρ' όλο που αυξάνει το κόστος παραγωγής.

21 3.7.1 Μίγματα βιοντήξελ - νχήζελ για χρήση Τα μίγματα βιοντήζελ - ντήζελ με περιεκτικότητα μέχρι 20% (βιοντήζελ 20% και ντήζελ 80%, ή Β20) μπορούν να χρησιμοποιηθούν σχεδόν σε όλο τον εξοπλισμό μηχανών ντήζελ και είναι συμβατά με τον περισσότερο εξοπλισμό αποθήκευσης και διανομής. Αυτά τα χαμηλά σε βιοντήζελ μίγματα (20% και λιγότερο) δεν απαιτούν τροποποιήσεις των μηχανών. Τα υψηλότερα μίγματα, ακόμη και το καθαρό βιοντήζελ (βιοντήζελ 100%, ή Β100), μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές μηχανές που κατασκευάστηκαν μετά το 1994 με ελάχιστη ή καμία τροποποίηση. Η μεταφορά και η αποθήκευση, εντούτοις, απαιτούν ειδική διαχείριση Πλεονεκτήματα - μειονεκτήματα από τη χρήση του βιοντήζελ Τα πλεονεκτήματα από την εισαγωγή του βιοντήζελ, ως εναλλακτικό καύσιμο στις μεταφορές, είναι κατά γενική ομολογία τα ακόλουθα: Μείωση των οξειδίων του άνθρακα στην ατμόσφαιρα Εάν εκτιμηθεί ο κύκλος ζωής του βιοντήζελ τάτε οι εκπομπές CO και C02 είναι λιγότερες κατά 50% και 78% συγκρινόμενα με το συμβατικά ντήζελ, διότι ο άνθρακας που προέρχεται από το βιοντήζελ, ανακυκλώνεται μέσω της φωτοσύνθεσης, σε αντίθεση με το πετροντήζελ, του οποίου ο άνθρακας προέρχεται από τον φλοιό της γης και ο οποίος συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα. Επιπλέον: Περιέχει λιγότερους πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες (πχ 71% μικρότερη ποσότητα σε βενζοπυρένισ). Μειώνει την αιθάλη στα ολικά στερεά κατά 65% διάτι το οξυγόνο που περιέχεται στο βιοντήζελ επιτρέπει την ττληρέστερη καύση προς C02. Αυτό μειώνει τους κινδύνους εμφάνισης καρκίνου των πνευμόνων στον άνθρωπο μέχρι 94%. Παρά τα οφέλη της χρήσης βιοντήζελ, η καύση Β100 χωρίς πράσθετα αυξάνει τις εκπομπές οξειδίων του αζώτου κατά 10% συγκριτικά με το συμβατικό ντήζελ. Η μείωση ή η αύξηση των οξειδίων εξαρτάται από τον κύκλο οδήγησης, τον κινητήρα και την παρουσία ή όχι καταλύτη. Δεν περιέχει ev6aeic του θείου Μηδενίζει της εκπομπές των οξειδίων του θείου επειδή το βιοντήζελ περιέχει λιγότερο από 15 ppm θείου. Όπως προαναφέρθηκε το βιοντήζελ δεν περιέχει θείο. Το θείο εκτός από τα περιβαλλοντικά προβλήματα που προκαλεί (π.χ όξινη βροχή, δημιουργία ταξικών οξειδίων), προκαλεί διαβρώσεις σε εκείνα τα σημεία της ντηζελομηχανής που σχηματίζονται σταγονίδια νερού. Κατά την καύση του θείου δημιουργούνται οξείδια του θείου (SO2, SOa) που με την παρουσία υδρατμών, σχηματίζεται θειικό οξύ προκαλώντας διαβρώσεις.

22 S03 + Η2θ -> H2SO4 Σταγονίδια νερού σχηματίζονται εκεί, όπου η θερμοκρασία είναι μικρότερη από την κανονική θερμοκρασία λειτουργίας της μηχανής. Όσο μεγαλύτερη είναι η συμπύκνωση των υδρατμών σε νερό, τόσο ο σχηματισμός του θετικού οξέως είναι μεγαλύτερος άρα και η διάβρωση μεγαλύτερη. Είναι καθαρό mi τοξικό. BtoanoiKo6oun<nuo καύσιυο Το βιοντήζελ δεν προκαλεί σημαντική ρύπανση, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση ατυχημάτων ή διαρροών πετρελαιοειδών. Συγκεκριμένα, τα βιοέλαια βιοαποδομούνται κατά 80% σε 28 ημέρες. Αν για παράδειγμα γίνει κάποιο ναυτικό ατύχημα σε τάνκερ που μεταφέρει βιοέλαιο ή βιοντήζελ, το διαρρέον έλαιο στη θάλασσα κάλλιστα θα μπορούσε να αποτελέσει τροφή των ψαριών και όχι τοζικό παράγοντα όπως το πετρέλαιο. Δεν είναι αναγκαία η αααανη του κινητήρα Τα μείγματα βιοντήζελ-ντήζελ μέχρι 20% μπορούν να χρησιμοποιηθούν σχεδόν σε όλο τον εξοπλισμό μηχανών συμβατικών ντήζελ και είναι συμβατά με τον περισσότερο εξοττλισμό αποθήκευσης και διανομής. Αυτά τα χαμηλά μείγματα επιπέδου (20% και λιγότερο) γενικά δεν απαιτούν οποιεσδήποτε τροποποιήσεις των μηχανών. Τα υψηλότερα μείγματα, ακόμη και το καθαρό βιοντήζελ μπορεί να χρειαστούν ελάχιστη ή καμιά τροποποίηση. Οικονοαικά οιρέαη Αποφέρουν κέρδος από τη μείωση των εκπομπών CO2 (εκτιμάται σε 33,8 εκ. ευρώ). Δημιουργούν νέες θέσεις εργασίας (σε αγροτικό και βιομηχανικό επίπεδο). Meiovei την εξάρτηση ορυκτών καυσίυων Εκπομπές Ντήζελ Β20 Β100 Διοξείδιο του άνθρακα 633,28 534,1 136,45 Μονοξείδιο του άνθρακα 1,2 1,089 0,6452 Υδρογονάνθρακες 0,1 0, ,06327 Αιωρούμενα σωματίδια 0,08 0,0691 0,02554 Οξείδια του θειου (SO2) 0,17 0,14 0 Οξείδια του αζώτου (ΝΟ2) 4,8 4,885 5,227 Πίνακας εκπεμπόμενων ρύπων από τη χρήση ντήζελ και βιοντήζελ Τα μειονεκτήματα από την εισαγωγή του βιοντήζελ, ως εναλλακτικό καύσιμο στις μεταφορές, είναι τα ακόλουθα:

23 Μειονεκτήματα To βιοντήζελ σε αντίθεση με τσ συμβατικό ντήζελ παρακρατεί στη μάζα ταυ μεγάλη ποσάτητα νερού και κάτω από ορισμένες συνθήκες γίνεται σριακή η προδιαγραφή του. Το βιοντήζελ έχει περίπου 5-8% λιγάτερη ενέργεια από αυτή του ντήζελ, αλλά μεγαλύτερη αποτελεοματικότητα καύσης και καλύτερη λιπαντική ικανάτητα. Η συνολική μείωση της απάδσσης των καυσίμων είναι μάνο 2%. Το κόστος παραγωγής του βιοντήζελ από άλγη είναι πολύ μεγάλο Χαρακτηριστικά και δυνατότητες του βιοντήζελ από άλγη Το βιοντήζελ από άλγη έχει σημαντικές διαφσρές από τσ βισντήζελ πρώτης γενιάς. Μερικές από αυτές είναι: Τσ λάδι της άλγης περιέχει μεγάλσ πσσοστό πσλυακόρεστων τριγλυκεριδίων, που υποδηλώνει πρόβλημα σταθερότητας. Από την άλλη μεριά τα πσλυακόρεστα έχσυν χαμηλότερο σημείο τήξης από τα μονοακόρεστα ή τα κορεσμένα. Έτσι τσ βισντήζελ από άλγη, έχει πσλύ καλύτερη συμπεριφαρά στο ψύχος, από αυτήν των άλλων ενεργειακών φυτών. Η άλγη έχει μεγαλύτερο συντελεστή σρυκτής ενέργειας απά τα άλλα ενεργειακά φυτά. Συντελεστής ορυκτής ενέργειας (ΣΟΕ) ορίζεται ως ο λόγος της ενέργειας που περιέχεται στο παραγόμενο καύσιμο (εκροή) προς την ενέργεια που προέρχεται από ορυκτά καύσιμα και χρησιμοποιείται για την παραγωγή του καυσίμου (εισροή). Όσο μεγαλύτερος υπολογίζεται ο ΣΟΕ για την παραγωγή κέιποιου καυσίμου τόσο δραστική θα είναι η μείωση των εκπομπών διοζειδίου του άνθρακα. Ο ΣΟΕ για την βενζίνη και το πετρέλαιο ντίζελ είναι 0,8 για βιοντήζελ από ελαιοκράμβη είναι 2,5 για βιοντήζελ από σόγια είναι 3, ενώ για βιοντήζελ από άλγη είναι 3,3 (για την παραγωγή 3,3 λίτρων βιοντήζελ πρέπει να καταναλωθεί 1 λίτρο ντήζελ). Η παραγωγή βισνιήζελ από άλγη, έχει σαν ευεργετικά αποτελέσματα την μείωση του άνθρακα και οξειδίων αζώτου από τις μονάδες ηλεκτροπαραγωγής, εάν η άλγη καλλιεργείται μέσα στις μονάδες αυτές. Η χρήση του ελαίου της άλγης παρέχει υψηλάτερης ποιάτητας βιοντήζελ από τα περισσότερα ενεργειακά φυτά.

24 Διαφορές ελαίου άλγης και φυτικών ελαίων Η άλγη είναι η μόνη πρώτη ύλη που έχει τη δυνατότητα να αντικαταστήσει την παγκόσμια κατανάλωση των καυσίμων μεταφορών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι σοδιές της άλγης είναι πολύ περισσότερες από τις σοδιές των άλλων ενεργειακών φυτών. Ήταν πολύ δύσκολο για το πρώτης γενιάς βιοντίζελ να παραχθεί σε τέτσιες ποσότητες, ώστε να αντικαταστήσει ακόμα και ένα μικρό μερίδια τσυ συμβατικαύ πετρελαίου. Η μικροάλγη αποδίδει τα αποθηκευμένα λιπίδια με την μορφή τριγλυκεριδίων. Συγκριτικό, η άλγη αποδίδει περισσότερο λάδι από τα άλλα ενεργειακά φυτά για δύο λόγους. Αρχικά η άλγη μεγαλώνει πιο γρήγορα από τα άλλα ενεργειακά φυτά και δεύτερων παράγει φορές περισσότερο έλαιο ανά στρέμμα από το καλαμπόκι ή την σόγια. Κάπσια είδη μικροάλγης μπορεί να προκαλέσουν α ιόλογη συγκέντρωση ποσότητας λιπιδίων, συχνά μεγαλύτερη από τσ 60% της βισμάζας τους. Παρακάτω αναφέρονται ενδεικτικές σοδιές λαδιού από σπόρους και άλγη. Υπάρχουν σημαντικές διαφορές ακόμη και στην παραγωγή καυσίμσυ από σπόρσυς και αυτό σφείλεται στο περιβάλλον στο οποίο έχουν _ μεγαλώσει τα φυτά. Για την άλγη η διαφορά αυτή στην παραγωγή καυσίμσυ έχει να κάνει με τσ είδσς που θα επιλεγεί. Γαλόνια Kauaiucav nou παοάνονται ανά aroeuua ετησίωο Άλγη: GPA/ έτος Φοινικέλαιο; 650GPA/ έτος Καρύδα: 230 GPA/ έτος Κράμβη: 102 GPA/ έτος Σόγια: 98,6 GPA/ έτος Φιστίκι: 90 GPA/ έτσς Ηλίανθος: 82 GPA/ έτος Καλαμπόκι: 77 GPA/ έτος Η εντυπωσιακή παραγωγική ικανότητα των άλγεων σφείλεται στα γεγονός ότι αυτά διπλασιάζουν τη μάζα τους κάθε 24 ώρες και έτσι λαμβάνσνται 365 σοδειές αντί μίας σοδιάς το χρόνο, που λαμβάνεται από τα ενεργειακά φυτά. Έτσι με την άλγη ως πρώτη ύλη για την παραγωγή καυσίμων, λύνετε και τσ πρόβλημα της πετρελαϊκής κρίσης αλλά και τα μεγάλο πρόβλημα της διατροφικής κρίσης που παρουσιάστηκε με τα βιακαύσιμα πρώτης γενιάς.

25 Συνοπτικά όσον αφορά την καλλιέργεια ενεργειακών φυτών και άλγης ισχύει ότι: Η απαιτούμενη επιφάνεια καλλιέργειας είναι πολύ πιο μικρή για την άλγη σε σχέση με τα ενεργειακά φυτά. Η άλγη είναι η τέλεια λύση για την βιοαποκατάσταση λόγο της αυξημένης φωτοσυνθετυτής της ικανότητας σε σχέση με αυτήν των άλλων ενεργειακών φυτών. Ποιο συγκεκριμένα τα ενεργειακά φυτά έχουν την ικανότητα απορρόφησης % διοξειδίου του άνθρακα από την συγκέντρωση περιβάλλοντος ενώ η μικροάλγη φτάνει τα ποσοστά της τάξης του 10-20% CO2 από τα καυσαέρια. Έχει επίσης την ιδιότητα να αποσυνθέτει την οργανική ύλη από τα λύματα. Η άλγη έχει την δυνατότητα ανάιττυξης σε περιβάλλοντα όπου τα άλλα φυτά αδυνατούν να καλλιεργηθούν. Μπορεί να καλλιεργηθεί με την χρήση είτε θαλασσινού νερού είτε σε χαμηλής ποιότητας νερό (λύματα) και όπου υπάρχει αρκετή ηλιοφάνεια, ακόμα και σε μη καλλιεργήσιμες εκτάσεις. Τέλος η άλγη χρησιμοποιείτε ήδη σε ένα ευρύ φάσμα βιομηχανιών και εφαρμογών. Αυτό το ευρύ φάσμα τελικών χρήσεων επιτρέπει στις εταιρείες να παράγουν καύσιμα και άλλα προϊόντα από την ίδια πρώτη υλη. 4. ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΙΚΡΟΑΛΓΗΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΑΣ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Σύμφωνα με τη βιβλιογραφία, για να μπορέσει μια μονάδα παραγωγής μικροαλγών να είναι βιώσιμη, πρέπει να πλήρη κάποια βασικά κριτήρια. Μέσα σε αυτά συμπεριλαμβάνεται η δυνατότητα εύκολης τροφοδοσίας της καλλιέργειας με νερό, εύκολης παροχής με τα απαραίτητα στις μικροάλγες θρεπτικά συστατικά, καθώς και η ύπαρξη ευνοϊκών κλιματολογικών και γεωφυσικών χαρακτηριστικών. Μια άλλη παράμετρος σημαντική για την μονάδα παραγωγής μικροαλγών αποτελεί η απόφαση λειτουργίας σε συνεχόμενη βάση ή κατά διαστήματα. Βασικό ρόλο στην επιλογή αυτή διαδραματίζει η ηλιακή ενέργεια. Έτσι για την εφαρμογή της πρώτης επιλογής, θα πρέπει να εγκατασταθούν μηχανήματα δέσμευσης και αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας, έτσι ώστε αυτή να είναι διαθέσιμη όλο το εικοσιτετράωρο στην καλλιέργεια. Σε αντίθετη περίιττωση οι μικροάλγες θα φωτοσυνθέτουν και συνεπώς θα αναπτύσσονται, μόνο κατά την διάρκεια της ημέρας και συγκεκριμένα τις ώρες με ηλιοφάνεια. Επίσης, πρέπει να επιλεγεί εξαρχής το αν οι μικροάλγες θα αναπτυχθούν σε κλειστά ή ανοιχτά συστήματα. Και οι δυο προηγούμενες παράμετροι εξαρτώνται άμεσα από το κόστος της εγκατάστασης καθώς και από το σκοπό που αυτή θα εξυπηρετεί. Πέραν όμως του μηχανολογικού εξοπλισμού πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην επιλογή του είδους της μικροάλγης που θα χρησιμοποιηθεί, καθώς και των θρεπτικών συστατικών που απαιτούνται

26 για την ανάπτυξή της. Συνήθως επιλέγονται είδη των οποίων τα χαρακτηριστικά είναι ήδη γνωστά. Βασικά χαρακτηριστικά που θα πρέπει να είναι γνωστά πριν την επιλογή του είδους μικροάλγης που θα καλλιεργηθεί είναι: 1. Παραγωγυτάτητα, συνήθως μετρσύμενη ως βιομάζα ανά άγκο και χρόνο. 2. Περιεκτικότητα σε λιπίδια και λιπαρά οξέα, δηλαδή στα στοιχεία τα οποία επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα και ποσότητα του παραγόμενου βιοκαυσίμου. 3. Αντοχή σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως υψηλή θερμοκρασία, υψηλή περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα ή οξείδια αζώτου κλπ. 4. Δεσμευτική ικανότητα διοξειδίου του άνθρακα όπου βασικό στόχο αποτελεί η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από τα παραγόμενα καυσαέρια ενός ηλεκτροπαραγωγού σταθμού. 5. Ευκολία διαχωρισμού βιομάζας από το διάλυμα. 6. Πιθανότητα επιπλέον χρήσεων Τα παραπάνω χαρακτηριστικά σε συνδυασμό με την σωστή επιλογή μηχανολογικού εξοπλισμού και σωστό σχεδίασμά της μονάδας μπορούν να οδηγήσουν σε κερδοφόρα αποτελέσματα. 4.1 Συνθήκες καλλιέργειας Όπως και τα υπόλοιπα φυτά, η άλγη χρησιμοποιεί το φώς για να κάνει φωτοσύνθεση. Η φωτοσύνθεση είναι μια σημαντική βιοχημική διεργασία, κατά την οποία τα φυτά και τα βακτήρια μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική. Η άλγη απορροφά την ηλιακή ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης, η οποία τη βοηθά να μετατρέψει την ανόργανη ύλη σε απλά σάκχαρα. Ευντελεσχές που καθορίζουν την ανάπτυξη της άλγης Φώς: χρειάζεται για την διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Θεοποκοασία: η ιδανική θερμοκρασιακή περιοχή είναι αναγκαία για την ανάπτυξη της άλγης. Θρεπτικά συστατικά: άζωτο, φώσφορος, κάλιο είναι σημαντικά για την ανάπτυξη της άλγης, όπως επίσης διοξείδιο του πυριτίου και του σιδήρου. Τέλος είναι απαραίτητα κάποια ιχνοστοιχεία που χωρίς αυτά περιορίζετε η ανάπτυξη της. ΡΗ: η άλγη χρειάζεται ΡΗ μεταξύ 7 με 9 για να έχει άριστη αναλογία ανάπτυξης. Τύπος άλνης: οι διαφορετικοί τύποι άλγης έχουν διαφορετικές αναλογίες ανάπτυξης. Αεοισπός: η άλγη χρειάζεται να έχει επαφή με τον αέρα. Ανάπιξη: η ανάμιξη εμποδίζει την ιζηματοποίηση της άλγης, κάνοντας εφικτό όλα τα κύτταρά της να έρχονται σε επαφή με το φώς.

27 Γενικευμένε5 συνθήκες για χην καλλιέργεια άλγης Παράμετροι Συνήθεις θερμοκρασία ("C) Αλμυρότητα (g*l ^ Ένταση φωτός (Ιιτχ) ΡΗ 7-9 S Τα απαραίτητα ιχνοστοιχεία που χρειάζονται για την καλλιέργεια τη άλγης Σίδηρος: απαραίτητος για χην λειτουργία των ένζυμων και την σύνθεση της χλωροφύλλης. Μαννάνιο: απαραίτητο για την λειτουργία των ενζύμων που είναι υπεύθυνα για την φωτοσύνθεση, την αναπνοή και των μεταβολισμό του αζώτου. Βόριο: απαραίτητο για την δημιουργία κυττάρων. Ψευδάονυοος: απαραίτητος για τον μεταβολισμό των υδρογονανθράκων, για την σύνθεση πρωτεϊνών και την ανάπτυξη των στελεχών. 4.2 Καμπύλες ανάπτυ ης της άλγης Η παρακολούθηση της ανάπτυξης της άλγης γίνεται μέσω της καμπύλης ανάπτυξης της μικροβιακής καλλιέργειας. Όταν οι μικροοργανισμοί καλλιεργούνται σε υγρά θρεπτικά μέσα, συνήθως σε κλειστά συστήματα ασυνεχούς λειτουργίας (batch cultures), δεν υπάρχει προσθήκη νέου θρεπτικού μέσου. Για τον λόγο αυτό η συγκέντρωση των θρεπτικών μειώνεται (καμπύλη με διακεκομμένη γραμμή), ενώ η συγκέντρωση των προϊόντων μεταβολισμού αυξάνει (καμπύλη με συνεχή γραμμή). Ο υπολογισμός της παραγόμενης μικροβιακής βιομάζας, γίνετε σε μονάδες συγκέντρωσης και η αναπαράσταση του λογάριθμου της συγκέντρωσης των ζώντων κυττάρων, σε συνάρτηση με τον χρόνο, αποτελεί την χαρακτηριστική καμπύλη τις μικροβιακής ανάπτυξης. Η καμπύλη αποτελείτε από τέσσερα διακριτά τμήματα που αντιστοιχούν στις φάσεις ανάπτυξης του μικροοργανισμού. Αυτές οι τέσσερεις φάσεις είναι: Φάση κaθυσιέonσnc-πooσaouovήc (1): Όταν ο μικροοργανισμός εισέρχεται σε ένα νέο θρεπτικό μέσο, συνήθως δεν παρατηρείτε έναρξη της ανάπτυξης του. Αν και δεν γίνετε κυτταρική διαίρεση και ορατή αύξηση της βιομάζας, το κύτταρο συνθέτει καινούργια συστατικά και προσαρμόζει τον ενζυμικό του μηχανισμό. Το στάδιο αυτό ονομάζεται φάση προσαρμογής. Η ανάγκη προσαρμογής του ενζυμικού μηχανισμού οφείλετε σε διάφορους παράγοντες. Ενδεχομένως να υπάρχει ανάγκη προσαρμογής του ενζυμικού μηχανισμού κατά την μεταφορά του μικροοργανισμού σε διαφορετικό θρεπτικό μέσο, αφού για κάθε υπόστρωμα απαιτείτε η χρήση διαφορετικών ενζύμων. Όταν η επίδραση των παραγόντων αυτών ελαχιστοποιείται, μειώνετε και η χρονική διάρκεια της φάσης καθυστέρησης.

28 Φάση εκθεηκήο avdtcw6ncf2-3): Στη φάση αυτή οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται και πολλαπλασιάζονται με το μέγιστο δυνατό ρυθμό που τους επιτρέπει το γενετικό τους δυναμικό, το είδος του μέσου καλλιέργειας και οι συνθήκες επώασης. Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι σταθερός σε όλη τη διάρκειας φάσης γιατί τα κύτταρα διαιρούνται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Επειδή όμως η διαίρεση δεν γίνετε συντονισμένα για όλα τα κύτταρα, η καμπύλη ανάπτυξης, έχει ομαλή αυξητική πορεία και δεν εμφανίζει «βήματα». Ο μέγιστος ρυθμός ανάπτυξης που παρατηρείτε στη φάση αυτή αποτελεί ειδική κινητική σταθερά, που αλλάζει ανάλογα με το είδος του μικροοργανισμού. Φάση στασιηότηταο 14): Η αύξηση της μικροβιακής βιομάζας κάποια στιγμή σταματά. Η φάση αυτή συνήθως αρχίζει όταν ο μικροβιακός πληθυσμός φτάσει στο επίπεδο των 10^ κύτταρα/ml για τα βακτήρια και 10 κύτταρα/ml για την μικροάλγη και τους μύκητες. Οι μικροβιακοί πληθυσμοί εισέρχονται στη φάση αυτή για πολλούς λόγους. Σημαντικότερος και προφανέστερος είναι ο περιορισμός των θρεπτικών υλικών. Όταν το προσφερόμενο υπόστρωμα καταναλωθεί η ανάπτυξη φθίνει. Στην περίπτωση των αερόβιων μικροοργανισμών περιοριστικό παράγοντα μπορεί να αποτελέσει η ανεπάρκεια οξυγόνου, λόγο μειωμένης διαλυτότητας στο ασφυκτικά γεμάτο με μικροβιακή βιομάζα υγρό. Άλλος ένας σημαντικός παράγοντας είναι η συσσώρευση μεταβολιτών που δρουν τοξικά είτε με άμεσο είτε με έμμεσο τρόπο. Για παράδειγμα στις ζυμωτικές διεργασίες, όπου τα προϊόντα είναι όξινα, η πτώση του ρη παρεμποδίζει την ανάπτυξη ακόμα και αν υπάρχει επάρκεια θρεπτικών συστατικών. Στη φάση στασιμότητας ο πληθυσμός των ζωντανών κυττάρων παραμένει σταθερός με εξισορρόπηση των ρυθμών ανάπτυξης και θανάτου. Φάση θανάτου (5): Η πλήρης εξάντληση των θρεπτικών συστατικών ή η μεγάλη συσσώρευση τοξικών oυmώv οδηγεί τελικά στο σταδιακό θάνατο

29 των μικροβιακών κυττάρων. Η φάση θανάτου είναι συνήθως λογαριθμική, όπως η φάση ανάπτυξης, αν και βέβαια ο ρυθμός θανάτου διαφέρει. Γενικά ο ρυθμός θανάτου είναι πολύ αργός λόγο της ικανότητας των μικροβιακών κυττάρων να προσαρμόζονται σε ακραίες συνθήκες και να επιβιώνουν. Η μετάβαση, από την φάση καθυστέρησης στην εκθετική φάση και από την εκθετική στην στάσιμη, δεν γίνετε αυτόματα. Μεταξύ τους παρεμβάλλονται οι συνθήκες της επώασης, και το είδος του μικροοργανισμού. 4.3 Ιδανικό περιβάλλον για την καλλιέργεια άλγης Το ιδανικό περιβάλλον για την καλλιέργεια της όλγης εξαρτάτε από την επιλογή κατάλληλου είδους μικροάλγης προς καλλιέργεια από μια αρκετά μεγάλη ποικιλία, όπως επίσης και την ανάλυση και επιλογή των συνθηκών ανάπτυξης της Δίπλα σε εγκαταστάσεις ενέργειας που εκπέμπουν καυσαέρια (παράγουν CO2) Η έιλγη ζει με υψηλές συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του αζώτου, τους ρύπους των ενεργειακών εγκαταστάσεων και τους ρύπους που εκλύονται από την καύση των συμβατικών καυσίμων. Η άλγη απορροφά νερό και το C02 για την ανάπτυξή της και σχηματίζει παρέιλληλα Ο2 και υδρατμούς. Οι οργανισμοί επίσης απορροφούν μονοξείδιο του αζώτου και διοξείδιο του θείου που ευθύνονται για την όξινη βροχή. Η χρησιμοποίηση της μικροάλγης για τη μείωση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ονομάζεται τεχνολογία καλλιέργειας της άλγης βασισμένη στην απορρόφηση του άνθρακα. Η μικροάλγη έχει ανάγκη το διοξείδιο του άνθρακα για την ανάπτυξή της, καθαρίζοντας τον αέρα. Για την αύξηση ενός τόνου άλγης είναι απαραίτητοι 1.8 τόνοι διοξειδίου του άνθρακα. Το πλεονέκτημα της τεχνολογίας είναι ότι το έλαιο της μικροάλγης που καλλιεργείτε με τέτοιο τρόπο μπορεί να μετατραπεί σε βιοντήζελ, ενώ το