藻類バイオディーゼルの仕組み

藻類からのバイオディーゼルの魅力は何ですか?

化石燃料を再生可能な資源である藻類に置き換えてバイオディーゼルを製造することは、素晴らしい可能性です。藻類バイオディーゼルの話題に入る前に、藻類についてもっと知りましょう。 100,000 種以上の植物様生物が藻類に属しています。池に浮かぶ小さな原生動物から海に生息する巨大な海藻まで、さまざまな形や色があります。葉が茂った昆布、草が茂ったコケ、岩に生える菌類はすべて藻類の一種です。赤、緑、茶色など、さまざまな色の藻類が見られることもあります。藻類は成長が簡単で、自然の生息地や食料源を損なうことなく、操作して大量に生産することができます。藻類は簡単に喜ぶことができます。必要なのは水、日光、二酸化炭素だけです。

では、藻類はどれも同じなのでしょうか？さまざまな藻類にはさまざまなレベルの油が含まれています。世に存在するすべての藻類の中で、池のスカム (池の上に溜まる藻類) がバイオディーゼルに最も適しています。

バイオディーゼルの生産プロセス中に、藻類は二酸化炭素を消費します。言い換えれば、藻類は光合成を通じて空気から二酸化炭素を取り出し、酸素と置き換えます。このため、藻類バイオディーゼル製造業者は、大量の二酸化炭素を生成するエネルギー製造プラントの近くにバイオディーゼルプラントを建設しています。二酸化炭素をリサイクルすると汚染が軽減されます。

残り物はいかがですか？藻類を圧搾すると、他の食料源を枯渇させることなく、さらにいくつかの有用な副産物、つまり肥料や原料が生成されます。

藻類バイオディーゼルの最もエキサイティングな部分は、数字のゲームです。バイオディーゼルメーカーは、以下の条件に応じて、1 エーカーあたり年間 100,000 ガロン以上の藻類油を生産できると主張しています。

藻類の生産は、ヤシやトウモロコシなどの他の潜在的なバイオディーゼル製品を上回る可能性があります。たとえば、100 エーカーの藻類バイオディーゼル プラントでは、1 年間で 1,000 万ガロンのバイオディーゼルを生産できる可能性があります。専門家らは、石油ベースの製品を置き換えるには、毎年 1,400 億ガロンの藻類バイオディーゼルが必要になると推定しています。この目標を達成するために、藻類バイオディーゼル企業は、他のバイオディーゼル製品の場合は数十億エーカーの土地が必要であるのに対し、バイオディーゼル工場の建設には約9,500万エーカーの土地しか必要としません。藻類は屋内のどこでも栽培できるため、新しい燃料の生産競争において有望な要素です。

藻類から油を抽出するということは、汚れた仕事のように思えるかもしれません。それでは、腕まくりをして藻類バイオディーゼル工学に取り組んでみましょう。

藻類バイオディーゼル工学: 藻類からの油の抽出

どうやって藻類から油を得ることができるのでしょうか？これは、追加の化学反応を加えて、オレンジからジュースを得るようなものです。藻類は、開放池システムまたは閉鎖池システムのいずれかで栽培されますが、これについては後で説明します。藻類が採取されると、脂質または油が藻類の細胞壁から抽出されます。

藻類から油を抽出するにはいくつかの異なる方法があります。オイルプレスは最も簡単で最も一般的な方法です。オリーブプレスの概念と似ています。圧搾される藻類から油の最大 75 パーセントを抽出できます。

基本的に 2 段階のプロセスであるヘキサン溶媒法(藻類の圧搾と組み合わせ) により、藻類から最大 95 パーセントの油が抽出されます。まず、プレス機で油を絞ります。次に、残った藻類をヘキサンと混合し、濾過して洗浄し、オイル中に化学物質が残らないようにします。

超臨界流体法では、藻類から油を最大 100% 抽出します。二酸化炭素は、物質が加圧および加熱されてその組成が気体だけでなく液体にも変化するとき、超臨界流体として機能します。この時点で、二酸化炭素が藻類と混合されます。これらが結合すると、二酸化炭素が藻類を完全に油に変えます。追加の設備と作業により、この方法はあまり一般的ではありません。

オイルが抽出されると、エステル交換と呼ばれるプロセスで脂肪酸鎖を使用して精製されます。ここでは、メタノールなどのアルコールに水酸化ナトリウムなどの触媒を混合する。これにより、グリセロールと結合したバイオディーゼル燃料が生成されます。混合物を精製してグリセロールを除去する。最終製品は藻類バイオディーゼル燃料です。

藻類から油を抽出するプロセスは普遍的ですが、藻類バイオディーゼルを生産する企業は、大量の油を生産するのに十分な量の藻類を栽培するために多様な方法を使用しています。

では、彼らがどのようにそれを行うのかを学びましょう。

バイオディーゼル用の藻類の栽培

以上、藻類を採取してバイオディーゼル燃料に変える化学プロセスについて説明しました。本当の疑問は、世界中の多くの企業が答えようとしている問題ですが、どうすればバイオディーゼルの需要を満たすのに十分な量を生産できるかということです。

バイオディーゼル生産用の藻類を増殖させる最も自然な方法は、開放池での増殖によるものです。開放池を使用することで、世界中の暑くて日当たりの良い地域で藻類を栽培し、最大の生産量を得ることができます。これはすべての栽培技術の中で最も侵襲性が低いですが、いくつかの欠点があります。悪天候は藻類の成長を妨げる可能性があり、細菌やその他の外部生物による汚染も同様です。藻類が生育する水も一定の温度に保つ必要があり、その温度を維持するのは難しい場合があります。

垂直成長/クローズドループ生産は、開放池での成長よりも速く、より効率的に藻類を生産するためにバイオ燃料会社によって開発されました。垂直成長では、藻類は透明なビニール袋に入れられ、両面から日光にさらされます。バッグは高く積み上げられ、カバーで雨から保護されます。日光にさらされると藻類の生産性が高まり、結果として石油の生産量が増加します。藻類も汚染から保護されます。

バイオディーゼル用の藻類の生産に取り組んでいる他の企業は、石油料金のさらなる上昇を支援するために密閉タンクバイオリアクタープラントを建設している。屋外で藻類を生育させる代わりに、屋内プラントには理想的な条件で藻類を生育する大きな丸いドラムが組み込まれています。藻類は最大レベルで成長するように操作されており、毎日収穫することができます。これにより、非常に高い量の藻類が生成され、バイオディーゼル用の大量の石油が生成されます。密閉型バイオリアクタープラントをエネルギープラントの近くに戦略的に配置して、空気を汚染する過剰な二酸化炭素を回収することもできます。

研究者たちは、密閉容器または密閉池プロセスの別のバリエーションである発酵をテストしています。藻類は密閉容器内で培養され、成長を促進するために砂糖が与えられます。この方法では、栽培者がすべての環境要因を制御できるため、誤差の範囲がすべて排除されます。このプロセスの利点は、世界中のどこでも藻類バイオディーゼルを生産できることです。しかし研究者たちは、問題を起こさずに十分な砂糖をどこで入手できるかを解明しようとしている。

藻類バイオディーゼルの長所と短所について詳しく学びましょう。

藻類バイオディーゼルの長所と短所

すべてが完璧だと思いませんか?豊富な植物のような物質が栽培され、搾り出され、化学的に変化させられ、よりクリーンで効率的なバイオディーゼルに混合されます。理想的に聞こえるかもしれないが、藻類バイオディーゼルの批評家たちは好んで指摘するように、いくつかの欠点がある。

まず、開放池での栽培は非常に危険です。水は正確な温度でなければなりません。二酸化炭素を池にポンプで注入する必要があり、汚染のリスクが高くなります。しかし、多くの藻類バイオディーゼル研究室は、これらの問題に対抗するために密閉型バイオリアクター システムを使用することでこの問題を解決しています。

もう1つの問題は、藻類バイオディーゼルと実車を使った実際のテストがまだ行われていないことだ。世界中の企業が大手石油会社と大規模な取引を行って、池のスカムの試験と生産を行っている。現時点ではまだテスト段階にあります。私たちが知る限り、路上にある藻類バイオディーゼル車は 1 台だけです。 2008年1月、ある企業はサンダンス映画祭期間中にユタ州パークシティの街路を巡航するため、メルセデス・ベンツE320ディーゼルの燃料として藻類バイオディーゼルを使用した。しかし、車の燃費や排出ガスの種類に関する統計は発表されていない。

何が起こっても、より良い燃料の探求はエキサイティングです。今のところ、私たちはおそらく、このユニークな製品を搭載した車を運転する代わりに、藻類バイオディーゼル開発について読むことになるでしょう。

藻類バイオディーゼルに関するさらに多くの情報を得るには、これらの素晴らしいリンクを参照してください。