CCRES ALGAE TEAM

With oil prices reaching $105 a barrel for the first time since 2008, the biofuel industry is looking more attractive every day. As global demand rises and petroleum supplies diminish, countries are turning to algae for energy security.

 In smaller countries, like Croatia, where oil demand is low, and emission standards are poor, algae biofuel has the potential to significantly reduce reliance on foreign oil.

 CCRES ALGAE TEAM

works on

 

Biodiesel from MicroalgaeThe oil from the algae can be used for any combustion process. An even wider range of use for algae oil is obtained by the transesterification to biodiesel. This biodiesel can be blended with fossil diesel or can be directly driven as pure biodiesel B100.

Biodiesel from microalgae has a comparable quality as rapeseed methyl ester and meets the standard EN 14214. At biodiesel production about 12% glycerin is produced as a by-product. This glycerin is a valuable resource for the production of algae in closed ponds, the heterotrophic processes. Thus, the entire algae oil can be used as fuel.

Fish FoodAlgae provide a natural solution for the expanding fishing industry:

High-protein fish food
Replacement for existing fish meal production
Algae have nutrients of many young fishes available

The fishing industry recorded an annual growth of over 10% and, according to experts, will beat the global beef consumption in 2015.

The Technology developed by CCRES offers the opportunity to deliver part of the needed proteins for fish farming on the resulting algal biomass.

Protein for the food industryThe demand for high-quality protein for the food industry has been growing rapidly over the years.

The big growth opportunities are:

Weight control
Fitness and Sports Nutrition
Food supplements

The market volume in the protein sector is continously growing and at the rate of US $ 10.5B in 2010 and according to experts, will steadily increase to approx. $25B until 2030.

“There is intense interest in algal biofuels and bioproducts in this country and abroad, including in US,Australia, Chile, China, the European Union, Japan, Korea, New Zealand, and others,” says Branka Kalle, President of Council Croatian Center of Renewable Energy Sources (CCRES).

Advantages algae has over other sources may make it the world’s favored biofuel. Algae could potentially produce over 20 times more oil per acre than other terrestrial crops.Algae avoids many of the environmental challenges associated with conventional biofuels.Algae does not require arable land or potable water, which completely avoids competition with food resources.

 “The Asia Pacific region has been culturing algae for food and pharmaceuticals for many centuries, and these countries are eager to use this knowledge base for the production of biofuels,”says Zeljko Serdar, President of CCRES.Without sustained high prices at the pump, investment in algae will likely be driven by demand for other products. In the short term, the growth of the industry will come from governments and companies seeking to reduce their environmental impact through carbon collection.

CCRES ALGAE TEAM

part of

Croatian Center of Renewable Energy Sources (CCRES)

BIOGORIVO TREĆE GENERACIJE

Bazeni za uzgoj algi Proizvodnja biogoriva iz algi Ovisnost svijeta o neobnovljivim izvorima energije, uglavnom fosilnim gorivima, trn je u oku mnogih znanstvenika i aktivista za zaštitu okoliša diljem svijeta. Samim time ne iznenađuju globalna nastojanja da se smanji ovisnost o fosilnim gorivima i pronađu ekonomski prihvatljiva alternativna goriva i da se time znatno smanje emisije štetnog ugljičnog dioksida u atmosferu. Jedna od alternativa o kojoj se najviše priča su biogoriva. Biogoriva su zbog svoje sličnosti s naftnim derivatima poprilično dobra alternativa fosilnim gorivima i korištenje biogoriva rezultira s manjim emisijama CO2 u atmosferu. Zbog toga su biogoriva ekološki puno prihvatljivija od konkurentskih fosilnih goriva. Manje ukupne emisije ugljičnog dioksida iz biogoriva rezultat su zatvorenog ugljičnog kruga – biljke i alge uzimaju iz atmosfere ugljični dioksid da bi mogle rasti, a kad se biogoriva upotrebljavaju taj isti ugljični dioksid se vraća natrag u atmosferu. Ugljični otisak fosilnih goriva ide u samo jednom smjeru – iz zemlje u atmosferu, tj.u niti jednom koraku proizvodnje i korištenja fosilnih goriva ne smanjuje se količina CO2 u atmosferi.

Alge u laboratoriju Hrvatskog Centara Obnovljivih Izvora Energije (HCOIE)

Biogorivo može biti čvrsto, tekuće ili čak plinovito gorivo koje je proizvedeno iz biološkog materijala. Kod organizama koji obavljaju fotosintezu, kao na primjer kukuruz ili soja, biljke koriste energiju sunca i vodu da bi pretvorile dostupni ugljični dioksid u ugljikohidrate, tj. da bi pohranile energiju. Ovakav proces je zapravo dvostruko koristan: ne samo da je proizvedeno gorivo, nego je za to potrošena određena količina ugljičnog dioksida pa ovakva proizvodnja goriva ima pozitivni učinak i s energetske i s ekološke točke gledanja. Iako se biogoriva mogu proizvoditi od bilo kakvih izvora ugljika, danas se uglavnom koriste razne vrste ratarskih biljaka diljem svijeta. Postoji mala razlika između različitih biljaka u smislu goriva koje se od njih proizvodi. Na primjer etanol se proizvodi od biljaka koje sadrže puno šećera (šećerna trska, kukuruz), a za proizvodnju biodizela koriste se biljke koje sadrže više ulja (soja, kanola, uljana repica).

Biogoriva imaju mnoge prednosti, ali postoje i nedostaci. Uzgajanje biljaka za proizvodnju biogoriva zahtjeva kvalitetna poljoprivredna zemljišta a to naravno povećava potražnju za takvim zemljištima i diže cijenu. Najveći problem s biogorivima je zapravo činjenica da je proizvodnja biogoriva pretvaranje hrane u gorivo, a to loše utječe i na cijenu i na dostupnost hrane diljem svijeta, a već sad postoji gotovo milijarda ljudi koji žive na rubu gladi. Prema tome pretvaranje hrane u gorivo ne izgleda kao logičan izbor za rješavanje energetskih problema.

Prednosti korištenja algi za proizvodnju biogoriva 

Proizvodnja biogoriva iz algi ima mnoge prednosti koje taj postupak čine gotovo savršenim izvorom goriva. Alge rastu 50 do 100 puta brže od tradicionalnih kultura za proizvodnju biogoriva. Dodatna velika prednost je to što su alge jednostanični organizmi koji ne zahtijevaju svježu pitku i zemljište da bi rasli, a to znatno pojednostavnjuje proizvodnju. Prema nekim stručnjacima proizvodnja goriva iz algi je najbolja alternativa fosilnim gorivima i uz dobru podršku ta bi biogoriva u budućnosti mogla u potpunosti izbaciti fosilna goriva iz upotrebe.

Gdje se mogu uzgajati alge?

 Alge se mogu uzgajati u odvojenim vodenim površinama, čak iako voda nije dovoljno kvalitetna za piće. Alge se također mogu uzgajati i u slanoj vodi. Uzgajajući alge na površinama koje nisu pogodne za proizvodnju hrane, više zemljišta i kvalitetne vode ostaje za proizvodnju hrane. Veća količina proizvedene hrane može se onda upotrijebiti za borbu protiv gladi, a ne za proizvodnju biogoriva kao do sada. Odemo li tridesetak godina unatrag, ili da smo precizniji u 1978 godinu, možemo primijetiti da je čak i američko ministarstvo za energiju (Department of Energy – DOE) pokrenulo „Aquatic Species Program“ s ciljem istraživanja moguće proizvodnje energije i biogoriva iz algi. Prema tome, proizvodnja biogoriva iz algi nije nova ideja kao što misli većina ljudi. Usprkos dobroj ideji, ovo istraživanje nije bilo produktivno, uglavnom zbog padajućih cijena sirove nafte i činjenice da je DOE bilo prisiljeno smanjivati troškove. Sve ovo rezultiralo je gašenjem programa 1996 godine.

Usprkos gašenju, istraživanja unutar tog programa dala su vrlo važne rezultate, a najvažnije od svega je zaključak da bi proizvodnja biogoriva iz algi svakako mogla dostići željene razine. U ono doba studije su pokazale i jedan veliki nedostatak: zaključeno je da postupak ne bi bio financijski opravdan sve i da se cijena sirove nafte udvostruči. Ovaj zaključak imao je solidnu potporu sve do 2006 godine u kojoj se cijena nafte gotovo utrostručila u odnosu na prošlu dekadu, a cijena nafte je i dalje rasla. Uz trenutne probleme globalnog zatopljenja i visoke cijene sirove nafte stvorile su se idealne prilike za ponovnu evaluaciju ovog izvora energije.

Tehnologije za uzgoj algi (Algal Growth System)

 

Prozvodnja biogoriva u Hrvatskom Centru Obnovljivih Izvora Energije (HCOIE)

Proizvodnja biogoriva iz algi vrlo je zanimljivo područje istraživanja mnogim znanstvenicima diljem planeta, ja jedan on vodećih centara za takova istraživanja je laboratorij za pogone i konverziju energije (The Engines and Energy Conversion Laboratory – EECL) na sveučilištu Colorado State University. Ovaj laboratorij usmjeren je prema tehnologijama koje bi omogućile industrijska rješenja za energetske i ekološke izazove. Glavni projekt laboratorija fokusiran je na proizvodnju biogoriva iz algi i trebao bi rezultirati skalabilnom i cjenovno prihvatljivom tehnologijom za proizvodnju goriva. Jedan od glavnih igrača na tom polju svakako je tvrtka Solix Biofuels, kompanija koje je usavršila nekoliko generacija sustava za uzgoj algi (Algal Growth System – AGS), tehnologije koja je sad operativna na pokaznom polju Coyote Gulch u jugozapadnom Coloradu.

Tvrtka Solix Biofuels je vodeća u proizvodnju tehnologija za kreiranje iskoristive energije iz algi. Njihova tehnologija usmjerena je na omogućavanje velike komercijalizacije goriva temeljenih na mikroalgama i dodatnih koprodukata. Alge se mogu uzgajati na dva osnovna načina – sustav otvorenog bazena (prirodnog ili umjetno napravljenog) ili umjetni zatvoreni sustav. Alge moraju biti vrlo otporne na nametnike za uzgoj u otvorenim sustavima jer su to uvjeti koje nije lako kontrolirati.

Bez kontroliranih uvjeta teško je održavati rast željene vrste algi, odnosno održati rast na optimalnoj razini za proizvodnju biogoriva. Ovo je glavni razlog zašto Solix Biofuels uglavnom razvija zatvorene sustave za uzgoj algi. Zatvoreni sustavi imaju nekoliko prednosti: ne samo da zatvoreni sustavi omogućavaju uzgoj određene kulture, nego se alge u tim sustavima mogu direktno hraniti visoko koncentriranim ugljičnim dioksidom iz industrijskih procesa, a to naravno maksimizira količinu „ulovljenog“ ugljičnog dioksida koji bi inače bio ispušten u atmosferu. Prvi prototip AGS sustava napravljen je 2006 godine. Od onda kompanija radi na usavršavanju tehnologije i znatno je proširila površinu na kojima uzgaja alge. Posljednji veliki uspjeh dolazi iz srpnja 2009 kad su instalirali veliki sustav za proizvodnju biogoriva na pokaznom polju Coyote Gulch.

Što su zapravo postigli? 

Započeli su s velikim izazovom: prvo je trebalo razviti procese za skupljanje podataka i kontroliranje rasta ta automatizirani AGS. Željeli su jedinstvenu tehnološku platformu koja bi podržavala i prirodne i industrijske operacije. U prirodnim uvjetima sustav treba biti prilagodljiv pa je bilo potrebno mnogo kemijskih i fizičkih senzora te kontrola protoka. Za operacije u industrijskom okruženju glavni je naglasak bio na stabilnoj, pouzdanoj i jednostavnoj platformi koja ima sučelja prema industrijskoj instrumentaciji i kontrolama. Industrijska okruženja također moraju imati sustave skupljanja podataka u zajednički repozitorij da bi se informacije mogle jedinstveno prezentirati svim zainteresiranim stranama: menadžerima, operativi i odjelu za istraživanja i razvoj. Zbog toga je kreiran cijeli sustav za nadzor i skupljanje podataka (Supervisory Control and Data Acquisition) uključujući i sučelje za monitoriranje i kontrolu rasta algi.

Pokusna energana uključuje raznovrsne sustave izgrađene za proizvodnju plina i tokova vode, sam sustav za uzgoj algi, sustave za skupljanje algi i konačno sustave za proizvodnju biogoriva. Svi ovi sustavi omogućuju im vrlo precizno skupljanje podataka i ispitivanje odaziva različitih vrsta algi na različite uvjete uzgoja.

Zaključak 

Alge u procesu HCOIE

Biogoriva temeljena na algama definitivno imaju potencijala pokrenuti revoluciju u energetskoj industriji i mogla bi igrati vodeću ulogu u borbi protiv stakleničkih plinova i klimatskih promjena. Naravno, da bi se došlo do toga morat će se pokrenuti još mnoga istraživanja i biti će potrebna znatna financijska sredstva. Kompanije poput Solix Biofuels su pioniri koji bi mogli pogurati ovaj energetski sektor u jedan od najkompetitivnijih na energetskom tržištu. Lobiji iza fosilnih goriva su još uvijek prejaki, ali s rastućim problemom globalnih klimatskih promjena ti lobiji bi uskoro mogli u određenoj mjeri oslabiti, čime bi se širom otvorila vrata alternativnim gorivima. Jedna od alternativa koja svakako zaslužuje pažnju u godinama koje dolaze su biogoriva iz algi. Njihov energetski potencijal, činjenica da ne pretvaramo hranu u gorivo i znatno smanjene ukupne emisije stakleničkih plinova trebali bi im osigurati dovoljna financijska sredstva za daljnja istraživanja.

Potražnja za energijom neće se smanjivati u godinama koje dolaze nego će rasti i biti će potrebna alternativna goriva bez obzira koliko će dominantna ostati fosilna goriva. Proizvodnja biogoriva iz algi mogla bi biti jedna od iznenađujućih takmaca na polju alternativnih goriva u ne tako dalekoj budućnosti, osobito ako cijene fosilnih goriva budu rasle. A u međuvremenu bi kompanije i udruženja poput američke Solix Biofuels ili hrvatskog HCOIE trebale nastaviti svoja istraživanja i ukazivati na prednosti koje ovakav proces ima. Ovime bi se svijest o toj alternativi znatno proširila i implementacija proizvodnje na globalnoj razini postala bi moguća kad za to dođe vrijeme.

Hrvatski Centar Obnovljivih Izvora Energije (HCOIE)

CCRES ALGAE TEAM

Algae are emerging to be one of the most promising long-term, sustainable sources of biomass and oils for fuel, food, feed, and other co-products. What makes them so attractive are the large number and wide variety of benefits associated with how and where they grow.

Nearly all these benefits stem from the fact that these plants have evolved over billions of years to produce and store energy in the form of oil, and they do this more efficiently than any other known natural or engineered process.

Here are 10 reasons why algae are a promising new source of fuel and other products:

1) Algae Grow Fast
Algae can double their numbers every few hours, can be harvested daily, and have the potential to produce a volume of biomass and biofuel many times greater than that of our most productive crops.

2) Algae Can Have High Biofuel Yields
Algae store energy in the form of oils and carbohydrates, which, combined with their high productivity, means they can produce from 2,000 to as many as 5,000 gallons of biofuels per acre per year.

3) Algae Consume CO2
Like any other plant, algae, when grown using sunlight, consume (or absorb) carbon dioxide (CO2) as they grow, releasing oxygen (O2) for the rest of us to breathe. For high productivity, algae require more CO2, which can be supplied by emissions sources such as power plants, ethanol facilities, and other sources.

4) Algae Do Not Compete With Agriculture
Algae cultivation uses both land that in many cases is unsuitable for traditional agriculture, as well as water sources that are not useable for other crops, such as sea-, brackish- and wastewater. As such, algae-based fuels complement biofuels made from traditional agricultural processes.

5) Microalgal Biomass Can Be Used for Fuel, Feed and Food
Microalgae can be cultivated to have a high protein and oil content, for example, which can be used to produce either biofuels or animal feeds, or both. In addition, microalgal biomass, which is rich in micronutrients, is already used for dietary supplements to advance human health.

6) Macroalgae Can Be Grown in the Sea
Macroalgae (seaweeds) are grown in the sea, or even on land with seawater, and their sugars can be converted into biofuels and chemicals.

7) Algae Can Purify Wastewaters
Algae thrive in nutrient-rich waters like municipal waste waters (sewage), animal wastes and some industrial effluents, at the same time purifying these wastes while producing a biomass suitable for biofuels production.

8) Algal Biomass Can Be Used as an Energy Source
After oil extraction, the remaining algal biomass can be dried and “pelletized” and used as fuel that is burned in industrial boilers and other power generation sources.

9) Algae Can Be Used to Produce Many Useful Products
Algae can be cultivated to produce a variety of products for large to small markets: plastics, chemical feedstocks, lubricants, fertilizers, and even cosmetics. See other products algae is used for here.

10) The Algae Industry is a Job Creation Engine
Algae can grow in a wide variety of climates in a multitude of production methods, from ponds to photobioreactors to fermenters, and thus will create a wide variety of jobs throughout the United States, from research to engineering, from construction to farming, from marketing to financial services.

CCRES ALGAE TEAM

Astaxanthin carotenoid

photo by CCRES ALGAE Team

 Astaxanthin

 Astaxanthin is found in microalgae, yeast, salmon, trout, krill, shrimp, crayfish, crustaceans, and the feathers of some birds. It provides the red color of salmon meat and the red color of cooked shellfish.

photo by CCRES ALGAE Team

Astaxanthin, unlike several carotenes and one other known carotenoid, is not converted to vitamin A (retinol) in the human body. Like other carotenoids, astaxanthin has self-limited absorption orally and such low toxicity by mouth that no toxic syndrome is known.

 

photo by CCRES ALGAE Team

 It is an antioxidant with a slightly lower antioxidant activity in some model systems than other carotenoids. However, in living organisms the free-radical terminating effectiveness of each carotenoid is heavily modified by its lipid solubility, and thus varies with the type of system being protected.

photo by CCRES ALGAE Team

While astaxanthin is a natural nutritional component, it can also be used as a food supplement. The supplement is intended for human, animal, and aquaculture consumption. The commercial production of astaxanthin comes from both natural and synthetic sources.

CCRES ALGAE TEAM

part of

CROATIAN CENTER of RENEWABLE ENERGY SOURCES (CCRES)