Algal Biomass for Bioenergy and Bioproducts Production in Biorefinery Concepts

摘要

Den stigende befolkningstilvækst øger efterspørgslen efter energi og ressourcer. Oliereserverne mindskes dog, og drivhusgasemissionerne fra forbrændingen af fossile brændstoffer påvirker det globale klima og forårsager global opvarmning. Behovet for alternative ressourcer og processer er derfor stigende.Makro- og mikroalger har evnen til at omdanne næringsstoffer til værdifuld biomasse, som er en god kilde til vitaminer, mineraler, lipider, proteiner og pigmenter. Biomassen repræsenterer derfor en lovende ressource for forskellige produkter, men er dog meget lidt udforsket som råmateriale til bioraffinaderier. Bioraffinaderier er et vigtigt redskab i udviklingen af en bæredygtig økonomi og inden for rammerne af bioraffinaderikonceptet kan flere bioprodukter så som mad, foder og biobrændstof produceres fra biomasse. Den specifikke sammensætning af det biologiske råmateriale afgør det potentielle produkt.I denne afhandling er mikro- og makroalger undersøgt som råmateriale til bioraffinaderi. Hovedformålet med dette arbejde er at udvikle forskellige bioraffinaderiordninger til produktion af proteinrige produkter, der skal anvendes som fødevarer og foderkosttilskud. Makroalgen anvendt i dette arbejde er Fingertang og Saccharina latissima, mens mikroalgeen er Chlorella sorokiniana, Chlorella vulgaris og Chlorella protothecoides.Derudover er effekten af høstsæsonen og placeringen på sammensætningen af højværdiprodukter, så som fenoler, og på biogaspotentialet for L. digitata og S. latissima blevet evalueret. Begge disse faktorer har en betydelig indvirkning på produktionen af de samlede fenoler og biogas. Særligt prøver høstet i sommeren, på grund af det høje indhold af sukker, repræsenterer det mest lovende råmateriale i udviklingen af en bioraffinaderi-proces.Forskellige industrielle metoder til at producere aminosyrer præsenteres herefter. Endvidere analyseres innovative teknikker til at øge proteinindholdet i den endelige biomasse, såsom mikroalger eller mikroroganismer, der skal anvendes som enkelte celleproteiner (SCP). Kombinationen af fototropisk vækst af C. sorokiniana med M. capsulatus fører til en innovativ løsning, hvor der kan opnås to produkter rige på proteiner.En anden strategi er udviklet i denne afhandling, baseret på en kombination af mikro- og makroalger. Faktisk blev mikroalgerne C. protothecoides dyrket heterotrofisk i makroalgen L. digitata hydrolyseret. Den endelige sammensætning af mikroalgalbiomassen viste, at proteinindholdet blev forøget fra 0,07 ± 0,01 g Protein gDM-1 til 0,44 ± 0,04 g Protein DM-1. Derfor viser de opnåede resultater, at denne løsning kan udgøre en interessant strategi, der skal anvendes i en bioraffineringsmetode.Endelig er en mikroalge-bioraffinaderistrategi blevet udviklet. Lutein repræsenterer et meget vigtigt pigment som er til stede i det makulære område af det menneskelige øje. Det er afgørende for beskyttelse mod lysinducerede retinale skader og ansvarlig for at opretholde menneskers knoglesundhed og forebygge visse sygdomme. Lutein og proteiner produceres med innovative metoder specifikt designet til mikroalgearter. Biogas bliver desuden produceret fra resterne af denne ekstraktionsprocesser.Resultaterne af denne undersøgelse viser at makro- og mikroalger er lovende biomasse i udviklingen af de fremtidige bioraffinaderier.