My tu gadu gadu o fotobioreaktorach w przyszłości, a Czesi się zbroją. Nie dosłownie. U naszych sąsiadów w Instytucie Mikrobiologii Czeskiej Akademii Nauk trwają pracę nad fotobioreaktorami do produkcji alg. To chyba najbliższe Polsce geoklimatycznie badania w tej materii.
U trubro trwa dyskusja na temat opisanych przez Dziennik fotobioreaktorów produkujących biomasę dla elektrowni. Umieścilem tam komentarz oparty na publikacji naukowców z Trzebonia w Czechach. Pracę trwają tam już od dawna, gdyż już w 1996 zgloszono patent obejmujący fotobioreaktor. Czesi zamiast typowej konstrukcji w formie rynny w której płynie zawiesina alg o głębokości 15-30 cm zastosowali cienkowarstwową hodowlę. Algi rosną w zawiesinie o głębokości 5-10 mm. Dzięki temu przepuszczają więcej światła go głębszych warstw w wyniku czego możliwe jest otrzymanie zawiesiny o większej gęstości.
Fotobioreaktor z Trzebonia składa się z dwóch nachylonych powierzchni, po których spływa medium z algami. Zawiesina zbierana jest w położonym poniżej dolnego toru zbiorniku, skąd pompą podawana jest ponownie na górny tor (patrz rysunek). W czasie przepompowywania podawany jest dwutlenek węgla. Taka konstrukcja może stanowić moduł więłszej inastalacji (US Patent 5,981,271).
Opublikowano już kilka opisów pracy reaktora. W komentarzu u trubro posłużylem się danymi z ostatniej publikacji Doucha & Livanski (2008), gdzie wykorzystano taki fotobioreaktor.
Uprawę prowadzono w otwartym reaktorze o powierzchni 224m2 i 6-7 mm głębokości glonowej zawiesiny. Objętość reaktora wynosiła 2000L. Dla przeciętnie słonecznego lipca w południowych Czechach w ciągu 10 dni (od 7 do 19 godziny) osiągnięto następujące rezultaty:
- Produktywność netto 32,8g SM (suchej masy) /m2/dzień
- Produktywność netto wolumetryczna 4,3 g SM/m2/d
- Wydajność fotosyntezy (według PAR) 7%
- Szczytowa wydajność 9% i produktywność 50g SM/m2/d
Wzrost glonów był liniowy aż do dużej gęstości biomasy 40-50g SM/L, co odpowiada 240-300g SM/m2 . Na tym etapie zebrano algi. To odpowiada 57-67 kg suchej masy z wytworzonej w użytym reaktorze. Chlorella sp. użyta w doswiadczeniu akumuluje 50% masy jako skrobię, 15-20% lipidy, reszta to białko. Nocne straty z powodu oddychania glonów w tym eksperymencie szacowane sa na około 10% biomasy.
Dzienny średni wkład fotosyntetycznie aktywnego promieniowania (PAR) w słoneczne dni lipca był 3440 Wh/m2 (z innych doświadczeń w pochmurne dni około 2300 Wh/m2). Z tego wynika, że w ciągu 12h naświetlania metr kwadratowy otrzymywał 286 Wh. Dla zawiesin o gęstości 15 g i 40 g SM/L na głębokości PAR wynosiło odpowiednio 23,5 i 12,7 W/m2. Taka ilość energii słonecznej to także ciepło. Dzięki temu, że reaktor jest otwarty, swobodne parowanie ochładza kulturę alg. W ciągu opisywanego działania fitoreaktora temperatura zawiesiny nie przekroczyła 38,5·C.
Podałem tu dużo empirycznych danych. Co to oznacza? Użyte glony dość skutecznie wykorzystują światło i podawany im CO2. Teoretycznie w ciągu miesiąca lipca możnaby wprodukować 7,5 tony suchej masy glownowej z hektara powierzchni reaktora. Połowa z tego to skorbia, którą można wykorzystać np. do produkcji etanolu. Teoretycznie 7,5 tony biomasy Chlorelli pozwala wyprodukować 1400 L alkoholu etylowego. Z 1 ha kukurydzy można natomiast wydestylować 2000-3000 L alkoholu. Od maja do końca sierpnia - w cztery miesiące - można z jednego ha hodowli glonów wyprodukować więcej etanolu niż z kukurydzy. Teoretycznie.
Algi poza produkcją biomasy (wiążą węgiel wykorzystując zaledwie 7% otrzymanego światła) mogą produkować także specialne chemikalia. Im bardziej wyrafinowane, tym ich chemiczna synteza staje się droższa. W przypadku produkcji w mikroorganizmach koszt produkcji chemikaliów jest niewiele większy niż przy produkcji biomasy. Myślę, że to aspekt, który czyni kultury glonów eukariotycznych lub sinic bardzo interesujący z ekonomicznego punktu widzenia. Dużo bardziej niż produkcja biomasy. Klimat w Polsce raczej nie sprzyja produkcji dużych ilości mikroorganizmów, po to, by je po prostu spalić w elektrownii.
----
J. Doucha and K. Lívanský
Outdoor open thin-layer microalgal photobioreactor: potential productivity
J Appl Phycology; Volume 21, Number 1; February 2009
J. Doucha and K. Livansky 1999; US Patent 5,981,271
32880
