البروتوكول التجريبي لإنتاج الديزل الحيوي مع عزل Alkenones كما Coproducts من التجاري

Environment
 

Summary

يتم عرض طرق تفصيلية لإنتاج وقود الديزل الحيوي جنبا إلى جنب مع الرئيسين عزل alkenones كما coproducts قيمة من الطحالب ذهبي متساوي التجاري.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

O'Neil, G. W., Williams, J. R., Wilson-Peltier, J., Knothe, G., Reddy, C. M. Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass. J. Vis. Exp. (112), e54189, doi:10.3791/54189 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

الحاجة إلى استبدال المحروقات البترولية مع البدائل من مصادر مستدامة بيئيا المتجددة وأكثر من ذلك هي من الأهمية المتزايدة. اكتسبت الوقود الحيوي المشتق من الكتلة الحيوية اهتماما كبيرا في هذا الصدد، وتراجعت ولكن الأولى الوقود الحيوي من الجيل من المحاصيل الصالحة للأكل مثل الايثانول من الذرة أو وقود الديزل الحيوي فول الصويا عموما من صالح. وبالتالي فإن هناك اهتماما كبيرا في تطوير أساليب لإنتاج الوقود السائل من المصادر غير الصالحة للأكل المحلية ومتفوقة. نحن هنا وصف الإجراء مفصلة لإنتاج الديزل الحيوي المنقى من ذهبي متساوي الطحالب البحرية. بالإضافة إلى ذلك، يتم عزل مجموعة فريدة من الدهون غير المشبعة المعروفة باسم alkenones سلسلة طويلة بشكل متواز، وcoproducts قيمة محتملة لتعويض تكلفة إنتاج وقود الديزل الحيوي. ويتم شراء كميات متعددة كيلوغرام من ذهبي متساوي من اثنين من مصادر تجارية، واحد كما عجينة الرطب (80٪ ماء) والتي يتم تجفيفها أولا قبل تجهيزها، وبعد التمديدلها مسحوق طحن الجاف (95٪ الجافة). يتم استخراج الدهون مع hexanes في جهاز سوكسليت لإنتاج النفط الطحالب ( "النفط الهكسان الطحالب") الذي يحتوي على الدهون التقليدية (أي، الدهون الثلاثية، 46-60٪ ث / ث) وalkenones (16-25٪ ث / ث). التصبين من الدهون الثلاثية في مجال النفط الطحالب يسمح لفصل ينتج عن ذلك من الأحماض الدهنية الحرة (FFAs) من الدهون المحايدة التي تحتوي على alkenone. ثم يتم تحويل FFAs إلى وقود الديزل الحيوي (أي الأحماض الدهنية استرات الميثيل، جوع) من خلال الأسترة الحمضية المحفز في حين يتم عزل alkenones وتنقيته من الدهون المحايدة التبلور. علينا أن نبرهن على وقود الديزل الحيوي من كل الكتل الحيوية ذهبي متساوي التجارية لديها الشخصية شهرة مماثلة لكنها ليست متطابقة، والتي تتميز محتويات الأحماض الدهنية غير المشبعة مرتفعة (حوالي 40٪ ث / ث). وكانت غلة وقود الديزل الحيوي أعلى باستمرار عند بدءا من عجينة الرطب ذهبي متساوي (12٪ ث / ث مقابل 7٪ ث / ث)، والتي يمكن أن تعزى إلى انخفاض كميات من منظمة اوكسفام الدولية الهكسان الطحالبل تم الحصول عليها من المنتج ذهبي متساوي المجفف.

Introduction

وقد كانت هناك مؤخرا تجدد كبيرا من الاهتمام في الوقود الحيوي من الطحالب، وخاصة لإنتاج الوقود السائل مثل وقود الديزل الحيوي 1 وغيرها من الزيوت المشتقة من الكتلة الحيوية. 2 الفوائد المقترحة تشمل تجنب بعض المواد الغذائية مقابل الخلافات وقود 3 والإنتاجيات أعلى تردد وقدرات التخفيف CO 2 من المحاصيل الزراعية التقليدية. 4 هذا يتبع بدأ ما يقرب من 20 عام الولايات المتحدة وزارة برنامج الأنواع المائية للطاقة (ASP) في عام 1978 لغرض التحقيق وقود النقل من الطحالب. كما هو مبين في تقرير شيهان، وانتهت 5 البرنامج في عام 1996 في المقام الأول لأن التكاليف المتوقعة لم تكن قادرة على المنافسة مع النفط الخام في ذلك الوقت (18.46 $ للبرميل (159 لتر)). في حين أن تكلفة البترول قد زادت بشكل كبير منذ ذلك الحين (87.39 $ للبرميل في عام 2014) وهذا مرتبط إلى نهضة في مجال البحوث الوقود الحيوي الطحالب، وبعض حقال افي أن على الرغم من ذلك الوقود الحيوي من الطحالب سوف يثبت مكلفة للغاية. 7 واستراتيجية واحدة لتعويض تكاليف إنتاج الوقود الحيوي، وقد برز مفهوم coproducts القيمة المضافة بين كل من النقاد 7،8 وأنصار 9،10 وملامح واحدة من الأسباب الرئيسية ل السعي الوقود الحيوي من الطحالب في وزارة الطاقة الأمريكية (وزارة الطاقة) "الوطنية الطحالب الوقود الحيوي تقنية خريطة الطريق". 11

نحن هنا تصف طريقة لالإنتاج المشترك للتيارين وقود منفصلة من الطحالب ذهبي متساوي التجاري. فقد ركزنا على ذهبي متساوي في جزء لأنه أنتج بالفعل صناعيا، تحصد لأغراض تربية الأحياء البحرية، وأيضا بسبب ذهبي متساوي هي واحدة من عدد قليل من أنواع الطحالب أنه بالإضافة إلى الدهون التقليدية (أي الأحماض الدهنية) biosynthesize فئة فريدة من وتتميز المركبات المعروفة باسم غير المشبعة alkenones سلسلة طويلة. 12 مبنى Alkenone التي كتبها l جدا السلاسل الهيدروكربونية أونغ (36-40 الكربون)، 2-4 غير الميثيلين-توقف السندات -double غير المشبعة، والميثيل أو إثيل كيتون (الشكل 1). Alkenone التشبع حساس إلى الطحالب التي تنمو في درجة الحرارة، 13،14 مثل أن نسبة alkenone الميثيل C37 diunsaturated (ما يسمى ب "مؤشر التشبع") يمكن استخدامه كبديل لدرجات حرارة سطح البحر الماضية 15 - 20 Alkenones هي يعتقد أن يقيم في الهيئات الدهون حشوية، ويمكن أن تكون أكثر وفرة من الدهون الثلاثية (الكلمات). 21،22 تحت النيتروجين أو الحد الفوسفور، وتصل إلى 10-20٪ من الكربون خلية في مرحلة ثابتة ومتراكمة كما alkenones. 23،24 من و جهة النظر التطورية، قد يكون فضل alkenones على الكلمات لأن العابرة الهندسة السندات -double من توفر شكلا أكثر استقرارا من تخزين الطاقة. 21

189fig1.jpg "/>
الشكل 1. هياكل alkenones سلسلة طويلة غير المشبعة المتعددة alkenone المشتركة الميثيل 37: 3 معزولة عن ذهبي متساوي تجسد أطوال السلسلة الهيدروكربونية طويلة (36-40 الكربون)، العابرة غير الميثيلين-تنقطع الروابط المزدوجة، وإنهاء في الميثيل أو إثيل كيتون. تسمية مشابهة للأحماض الدهنية حيث #: # يشير إلى عدد ذرات الكربون: عدد من روابط مزدوجة الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

نحن نرى أن alkenones تمثل واعدة المواد الخام الكربون المتجددة من الطحالب مشترك مع تاريخ من زراعة الصناعية. 25 وقود الديزل الحيوي المنتجة مباشرة من إجمالي استخراج الدهون من ذهبي متساوي يحتوي على كمية كبيرة (10-15٪ ث / ث) من alkenones والتلوث هذه المركبات ذوبان عالي نتائج في خصائص الفقراء وقود تدفق الباردة. ومع ذلك، باستخدام رانه التقنيات التصبين / استخراج الموصوفة هنا، alkenones يمكن إزالتها واستردادها وبالتالي تحسين نوعية وقود الديزل الحيوي في حين أن إنتاج تيار المنتج الثانوي. مؤخرا أثبتنا تحويل alkenones إلى وقود سائل من قبل عبر وصفت الابدال والاحلال مع 2-بيوتين (butenolysis). 26 إن رد الفعل butenolysis توظف الروتينيوم التجاري وصفت الابدال والاحلال في المبادرة، تحدث بسرعة في درجة حرارة منخفضة، ونظيفة يسلم خليط يمكن التنبؤ به من وقود الطائرات الهيدروكربونات النطاق. يتم تنفيذ هذا التفاعل بالتوازي مع التوليف وقود الديزل الحيوي من الأحماض الدهنية، التي تمثل الخطوات الأولى نحو نهج "معامل تكرير أحيائية" 27 لانتاج الوقود الحيوي ذهبي متساوي مجدية تجاريا.

Protocol

1. الطحالب وإعداد الكتلة الحيوية

ملاحظة: البحرية س الطحالب ذهبي متساوي. "T-ايزو" المستخدمة في هذه الدراسة يمكن شراؤها (انظر قائمة من المواد). كميات متعددة كيلوغرام من ذهبي متساوي يمكن شراء عجينة الرطب المجمد (ايزو -paste) التي تحتوي على ما يقرب من 80٪ ماء و 20٪ الكتلة الحيوية، وليس الأخضر الداكن / القريب سوداء اللون مع رائحة رائحة نفاذة من البحر. ذهبي متساوي يمكن أيضا أن تشتري الجافة (95٪ الجاف) الأصفر والبني مسحوق (ايزو -powder) مع رائحة مماثلة.

  1. من أجل تجفيف العجينة ذهبي متساوي، فتح حزمة 1 كغ عن طريق قطع 1 - بوصة حفرة 2 في ركن من التعبئة والتغليف البلاستيكية باستخدام المقص.
  2. ضغط حوالي 300 غرام من هذه ذهبي متساوي لصق من خلال ثقب في 150 مم × 75 مم بلورة طبق لخلق طبقة رقيقة (~ 20 ملم).
  3. ترك العجينة إلى الهواء الجاف في درجة حرارة الغرفة حتى يصبح جافا وقشاري (عادة 48 -96 ساعة).
    ملاحظة: قد تختلف الأوقات تجفيف الفعلية وتعتمد على درجة الحرارة. ومع ذلك، لوحظ أي اختلاف في الغلة أو جودة المنتج مع تجفيف مرات أطول (تصل إلى أسبوعين). ويمكن أيضا إجراء عملية التجفيف أكثر تجانسا و / أو تسارع عن طريق وضع طبق تبلور على طبق من الحارة (30 - 40 درجة مئوية).
  4. تتخلص من الكتلة الحيوية الجافة من الطبق بلورة باستخدام ملعقة وجمع في استخراج السليلوز كشتبان (الطول: 123 ملم، 43 ملم معرف). تسجيل وزن ذهبي متساوي الكتلة الحيوية الجافة.

2. سوكسليت استخراج الجاف ذهبي متساوي الكتلة الحيوية

  1. تحميل ذهبي متساوي المحتوية على استخراج السليلوز كشتبان (عادة 50 - 60 جم الكتلة الحيوية الجافة) إلى جهاز استخراج سوكسليت.
  2. ملء قارورة سوكسليت مع hexanes (400 مل)، بدوره على مصدر المياه المكثف والحرارة، والسماح للسوكسليت إلى دورة ل24 - 48 ساعة (حتى ذهب لون المذيب من اللون الأخضر الداكن لخافت الأصفر).
  3. إيقاف الحرارة والسماح للجهاز لتبريد لدرجة حرارة الغرفة، ثم قطع قارورة من جهاز سوكسلت.
  4. إزالة hexanes باستخدام المبخر الدوار وتسجيل وزن المواد hexanes-القابلة للاستخراج ( "النفط الهكسان الطحالب" (ح-AO)).

3. تصبن من النفط الطحالب والفصل بين الأحماض الدهنية والدهون المحايدة

  1. تنحل ح-AO في نفس دورق كروي من الخطوة 2.4 أعلاه مع الميثانول: ثنائي كلورو ميثان (2: 1، وحجم = 10 × كتلة من النفط الطحالب).
  2. إضافة بقضيب وإرفاق المكثف الراجع (لفائف: 500 ملم طول).
  3. إضافة H 2 O (حجم = 2.67 س كتلة من النفط الطحالب) وKOH (50٪ ث / ث النفط الطحالب) وتسخين محتويات مع التحريك إلى 60 درجة مئوية لمدة 3 ساعات.
  4. بعد التبريد لدرجة حرارة الغرفة، وإزالة المذيبات العضوية (الميثانول وثنائي كلورو ميثان) على المبخر الدوار.
  5. نقل خليط مائي المتبقية عن طريق سكب الى 1قمع فصل -L. إضافة hexanes (أي ما يعادل في الحجم إلى محلول مائي)، يهز قمع فصل، والسماح للطبقات لفصل.
  6. استنزاف طبقة مائية أقل إلى دورق مخروطي، وتخلصي من المرحلة العضوية أعلى في مخروطي منفصل.
  7. كرر الخطوات من 3.5 و 3.6 حتى الطبقة العضوية هو عديم اللون (عادة 1-2 مرات أكثر).
  8. تركيز مقتطفات العضوية مجتمعة على المبخر الدوار لعزل الدهون محايدة كما مخضر صلبة (النائب ≈ 60 - 70 درجة مئوية).
  9. تحمض المرحلة المائية مع حمض الهيدروكلوريك (6 M، حتى درجة الحموضة ~ 2 كما يتبين من ورقة درجة الحموضة).
  10. استخراج الأحماض الدهنية الحرة (FFAs) من المرحلة المائية المحمض مع hexanes (equivolume إلى المرحلة المائية) باستخدام 1 لتر separatory القمع كما هو موضح في الخطوات 3.5 و 3.6.
  11. إزالة hexanes على المبخر الدوار للحصول على FFAs كما خضراء بقايا الظلام قرب السوداء الزيتية (سائلة في درجات الحرارة> 30 درجة مئوية).

4.حمض المحفز الأسترة من حر الأحماض الدهنية وإنتاج وقود الديزل الحيوي الأخضر

  1. نقل FFAs باستخدام الميثانول: الكلوروفورم (1: 1، 6 حجم العاشر من النفط الطحالب) حل أولا FFAs ثم بصب إلى ارتفاع ضغط قارورة رد فعل سميكة الجدران مزودة بقضيب.
  2. إضافة H 2 SO 4 المركز (20٪ ث / ث النفط الطحالب)، وختم قارورة، وتسخين الخليط إلى 90 درجة مئوية مع التحريك لمدة 1 ساعة.
  3. بعد التبريد لدرجة حرارة الغرفة، ونقل الخليط عن طريق سكب في قمع فصل.
  4. إضافة H 2 O (2 حجم العاشر من النفط الطحالب)، يهز قمع فصل، والسماح للمراحل لفصل.
  5. استنزاف طبقة السفلية في دورق كروي وزنه قبل والتركيز على المبخر الدوار. تسجيل كتلة وقود الديزل الحيوي الناتجة عن ذلك.
  6. تحليل الأحماض الدهنية التي اللوني للغاز مع كاشف اللهب التأين (GC-ااا) 28 (الكروماتوجرافي الغاز مجهزة DB-88 [(88٪ cyanopropyل) methylarylpolysiloxane] العمود (30 م × سماكة 0.25 مم معرف س 0.20 ميكرون فيلم).
    ملاحظة: يتم التحقق الدهنية المشترك استرات حمض الميثيل بالمقارنة الوقت الاحتفاظ بعينات الأصيلة التي تم الحصول عليها تجاريا. بالإضافة إلى ذلك، الغاز اللوني الكتلة الطيفي (GC-MS، الكروماتوجرافي الغاز بالإضافة إلى الكشف عن كتلة انتقائية) تتم تحت ظروف مماثلة من البرنامج درجة الحرارة وعمود لتحليل مكونات مثل C18: 4 التي لا توجد لها معايير أصيلة المتاحة مع نتائج تطبيقها لGC الكميات.

5. وقود الديزل الحيوي إزالة اللون

  1. حرارة وقود الديزل الحيوي اللون الأخضر الداكن إلى 60 درجة مئوية في قارورة أسفل مستديرة مزودة بقضيب.
  2. إضافة المونتموريلونيت K 10 (MK10) مسحوق (10-20٪ ث / ث من وقود الديزل الحيوي) ويقلب لمدة 1 ساعة.
  3. إزالة أسفل جولة من الحرارة والسماح الحل ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة.
  4. إعداد جهاز الترشيح يتكون من قارورة القاع المستديرة ومرشح المرحنيل تحتوي على ورقة فلتر السليلوز (الرماد 0.007٪).
  5. صب وقود الديزل الحيوي decolorized تبريد من خلال قمع تصفية باستخدام الحد الأدنى من hexanes لشطف دورق كروي.
  6. فصل قمع مرشح من قارورة أسفل مستديرة (هذا يحتوي الآن على حل hexanes من وقود الديزل الحيوي decolorized) وإزالة hexanes مع المبخر الدوار على تحمل برتقالة / وقود الديزل الحيوي الأحمر.
  7. تخزين العينات في 4 درجات مئوية خلال الوقت الذي استقر بعضهم من المواد غير القابلة للذوبان (~ 10٪ ث / ث) سوف تحدث.
  8. إزالة المواد غير القابلة للذوبان التي كتبها الصب أو الترشيح كما هو موضح في الخطوة 5.4 و 5.5 لإنتاج وقود الديزل الحيوي متجانس واضح للتحليل.

6. عزل وتنقية Alkenones من الدهون المحايدة

  1. حل الدهون المحايدة (من الخطوة 3.8) في الحد الأدنى من ثنائي كلورو ميثان (حوالي 50 مل لمدة 10 ز الدهون محايدة) وإضافة محلول مع الماصة إلى أعلى عمود اللوني (O.D 60 مم، الرقم 55 ملم، وطول 18 ") التي تحتوي على هلام السيليكا (230-400 عيون، 100 غرام).
  2. أزل الحل من خلال السيليكا مع الضغط (~ 5 رطل) باستخدام ثنائي كلورو ميثان (حوالي 150 مل)، والمذيبات وجمع شاطف في 250 مل قارورة أسفل جولة.
  3. إزالة ثنائي كلورو ميثان مع المبخر الدوار لإعطاء اللون البرتقالي اللون الصلبة.
  4. أعد بلورة وhexanes باستخدام الصلبة عن طريق إضافة حوالي 100 مل من hexanes المغلي تليها مبالغ إضافية الإضافية للhexanes المغلي حتى يصبح المحلول متجانس (الحجم الكلي ~ 150 مل). ثم، تبرد ببطء الحل لدرجة حرارة الغرفة لتعزيز التبلور.
  5. جمع alkenones تبلور باستخدام جهاز الترشيح كما هو موضح في الخطوة 5.4 باستخدام كمية صغيرة من (0 درجة مئوية) hexanes الباردة لشطف القارورة.

Representative Results

قبل المعالجة، ومعجون ذهبي متساوي (معجون Iso-) تم تجفيفها أولا. وقد تحقق هذا مريح على نطاق أوسع من خلال إضافة -paste ايزو على طبق تبلور كبير والسماح المواد إلى الهواء الجاف في درجة حرارة الغرفة. أثناء التجفيف، وبعض أشكال المياه المجمعة (عموما المحمر الملونة) التي يمكن إزالتها عن طريق الصب أو pipetting للتسريع عملية التجفيف. بعد ما يقرب من 48-96 ساعة، يمكن كشط ذهبي متساوي الآن جاف بعيدا عن الطبق بلورة والتي يتم الحصول عليها / المواد قشاري أخضر أسود مع رائحة تشبه الأعشاب البحرية (الشكل 2). وكانت غلة الكتلة الحيوية الجافة عموما 20٪ ث / ث من عجينة المعلن عنها. على النقيض من ذلك، كان المنتج ذهبي متساوي مسحوق (بودرة Iso-) والأصفر والبني، يطحن ناعما، مسحوق جاف (95٪ الجافة) التي تم استخدامها مباشرة دون مزيد من المعالجة (الشكل 2).

جوري 2 "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 54189 / 54189fig2.jpg "/>
وينتشر الشكل 2. مقارنة التجاري معجون ذهبي متساوي. ذهبي متساوي (80٪ الرطب) على طول الجزء السفلي من صحن بلورة وتترك لتجف في الهواء في درجة حرارة الغرفة ل48-96 ساعة قبل المعالجة. يتم الحصول على ذهبي متساوي المجففة الناتجة كمادة قشور داكنة اللون (يمين) الذي يختلف في مظهر من مسحوق جاف التجاري ذهبي متساوي (يسار). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

استخراج إما ايزو مسحوق -paste أو Iso- المجففة سوكسليت مع hexanes أعطى، بعد إزالة hexanes، زيوت الطحالب (ح-AO) التي كانت مشابهة في المظهر والظلام الأخضر / شبه أسود المواد الصلبة (النائب. ~ 50 -60 درجة مئوية). غلة ح-AO عندما بدءا من عجينة ( "Iso- معجون هاو") كانت عادة 20٪ ث / ث من الكتلة الحيوية ذهبي متساوي الجافة، بما يتفق مع النتائج السابقة لدينا، 26 في حين غلة ح-AO عن طريق استخراج سوكسليت للذهبي متساوي مسحوق التجاري (" Iso- مسحوق هاو ") كانت 15٪ ث / ث (الجدول 1).

المنتج (ز) ايزو -paste ايزو -powder-1 ايزو -powder-2
الكتلة الحيوية الجافة 30 20 20
الهكسان الطحالب النفط 5.86 2.87 3.11
FFAs 3.52 1.34 1.38
الدهون محايدة 2.34 1.38 1.61
Alkenones 0.94 0.63 0.74
ملاحظات: ايزو مسحوق-1 و ISO-مسحوق 2 تمثل النتائج من عينتين من مسحوق ذهبي متساوي التي تم معالجتها بشكل متواز. وفيما يتعلق بالتقارير الأخرى ذات العوائد من هذه المنتجات من ايزو لصق انظر المراجع 26، 32، و 33.

الجدول 1. غلة المنتج من الكتلة الحيوية ذهبي متساوي التجارية.

تم تحويل الاسيل في ح-AO إلى أملاح الكربوكسيل للذوبان في الماء المقابلة (أي والصابون) على إضافة KOH مائي في الميثانول / CH 2 الكلورين 2. ثم تم استخراج الدهون المحايدة بما في ذلك alkenones من هذا الخليط المائي عن طريق تقسيم انتقائي مع hexanes. بعد إزالة الدهون محايدة، reacidification من الصابون ثم أنتجت المقابلة الأحماض الدهنية الحرة (FFAs) التي يمكن استخراجها كذلك من عبد القديرالمرحلة ueous مع hexanes. وكانت المبالغ المستردة الكتلة الإجمالية للFFAs جنبا إلى جنب والدهون محايدة من أي Iso- معجون هاو أو ايزو -powder هاو باستمرار بالقرب الكمي. ومع ذلك، (أي الدهون محايدة + FFAs) كانت نسبة من المنتجات المختلفة. من Iso- معجون هاو حصلنا على 60٪ (ث / ث) FFAs و 40٪ (ث / ث) الدهون المحايدة (الجدول 1). على العكس من ذلك، أثبتت Iso- مسحوق هاو المخصب في الدهون المحايدة (المتوسط ​​= 54٪ نسبة الدهون محايدة + 46٪ FFAs) كما هو موضح في الجدول رقم 1.

الأسترة من FFAs مع H 2 SO 4 والميثانول ثم أنتجت استرات الأحماض الدهنية الميثيل (جوع، أي وقود الديزل الحيوي)، واللون الأخضر الداكن بالقرب سائل زيتي أسود في العائد٪ أكبر من 90 (الشكل 3). إزالة اللون عن طريق تسخين على المونتموريلونيت K10 29 (MK10) طين ثم أعطى منتج الأصفر / البرتقالي، تشبه في مظهرها ثنائية تجارية أخرىالوقود odiesel (انظر قائمة من المواد) (الشكل 3). وأظهرت نتائج تحليل FAME من decolorized الوقود وقود الديزل الحيوي ذهبي متساوي في الجدول 2.

الشكل (3)
الشكل 3. مقارنة ذهبي متساوي وفول الصويا وقود الديزل الحيوي. الخضراء ذهبي متساوي وقود الديزل الحيوي (وسط) التي تنتجها أسترة الأحماض الدهنية الحرة المستخرج والنقاء. إزالة اللون تنتج منتج (يمين) مع خصائص مشابهة لوقود الديزل الحيوي التجاري (يسار). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

FAME ل ايزو -paste ايزو -powder
14:00 16.4 19.4
14:01 - 0.3
15:00 أثر 0.3
16:00 10.1 8.8
16: 1 Δ9 7.6 5.5
16:02 ND 0.3
16:03 ND 0.5
18:00 أثر 0.2
18: 1 B 12.1 14.3
18:02 8.1 7.1
18: 3 C 8.5 13.5
18:04 19.8 10.4
18:05 ND 3
20:05 ND -
22:05 ND 2
22:06 6.9 11
Σ D 89.8 96.2
ملاحظات: وتسمية الأحماض الدهنية هي #carbons: # رابطة الدول المستقلة السندات -double ب الجامع 18: 1 Δ9 + 18: 1 Δ11 C المشتركة Δ6،9،12 وΔ9،12،15 أيزومرات D المواد المتبقية هي تقريبا 50 : 50 جوع الأخرى ومكونات غير FAME (إجمالي ~ 95٪ FAME). ND = غير المكتشفة.

الجدول 2. تكوين شهرة من وقود الديزل الحيوي المستخرج من -past ايزو التجارية وايزو -powder ذهبي متساوي الكتلة الحيوية.

وقد تم الحصول على الدهون المحايدة على شكل مزيج صلب الأخضر بنسبة 40٪ ث / ث من ايزو -paste هاو و 54٪ (متوسط) من مسحوق هاو Iso- (الجدول 1). تصفية الدهون محايدة حله من خلال السيليكا باستخدامأعطى DCM بعد إزالة المذيب، المحمر / البرتقال الصلبة التي يمكن بلورته مع hexanes على تحمل alkenones نقية تحليلي كمادة صلبة بيضاء. أدى هذا الإجراء في 16٪ (ث / ث) العائد معزولة من alkenones من Iso- معجون هاو والعائد 25٪ من ايزو -powder هاو (الجدول 1).

Discussion

ذهبي متساوي واحدة فقط لعدد مختار من أنواع الطحالب تربيتها صناعيا، تحصد كمكون أساسي من تغذية الأسماك الصدفية، وبالتالي ممثل النطاق اللازم لإنتاج الوقود الحيوي. توافر الطحالب المستخدمة والأساليب القياسية المستخدمة في هذه الدراسة، وجعل بروتوكول قدم الوصول على نطاق واسع لمجموعات أخرى لمزيد من التحقيقات. وتشمل الخطوات الحاسمة الطحالب (في مقابل lyophilizing 33) تجفيف الهواء، واستخراج المذيبات، التصبين، والأسترة. من خلال هذه العمليات يمكن للمرء أن دراسة غلة الدهون وcoproducts أخرى من ذهبي متساوي مختلف المتاحة 30. ومن المتوقع أن هذه قد تختلف نتيجة للضغوط وأساليب زراعة، 31 اختلاف ويمكن أيضا أن تتأثر طبيعة المنتج وأي معالجة إضافية (على سبيل المثال، والتجفيف أو التجميد) المستخدمة من قبل المورد. كما علينا أن نظهر هنا، بروتوكول تطويرإد يمكن تطبيقه بنجاح لأنواع مختلفة من المنتجات ذهبي متساوي، بدءا من عجينة رطبة إلى مسحوق طحن الجاف. وكانت غلة وقود الديزل الحيوي ولكن أقل من الكتلة الحيوية مسحوق (7٪ ث / ث مقابل الكتلة الحيوية الجافة 12٪ ث / ث من عجينة المجفف)، والتي تتطابق مع كميات أقل من النفط الطحالب (ح-AO) المستخرج. قد يوحي هذا بأن البروتوكول استخراج بديل 32 آخرين من جهاز سوكسليت قد تكون أكثر ملاءمة للالجافة المنتجات ذهبي متساوي المجفف. تم الإعلان عن مسحوق ذهبي متساوي المستخدمة في هذه الدراسة كما تحتوي على 23-25٪ دهون، والتي على غرار ما حصلنا عليها تجريبيا من المجفف معجون ذهبي متساوي. 33،34،26

وعلى الرغم من ألوان مختلفة من الكتلة الحيوية الجافة البدء، كانت Iso- معجون هاو وايزو -powder هاو لا يمكن تمييزها بشكل أساسي، سواء خضراء داكنة / بالقرب المواد الصلبة السوداء مع نقطة انصهار ما يقرب من 50 درجة مئوية. ومن المثير للاهتمام، أن نسبة FFAs إلى الشفاه المحايدةوكانت هويات داخل مقتطفات الهكسان مختلفين. بعد التصبين وفصل الدهون محايدة، حصلنا على 60٪ (ث / ث) FFAs و 40٪ (ث / ث) الدهون محايدة من ايزو -paste هاو. أنتجت Iso- مسحوق هاو في المتوسط ​​46٪ (ث / ث) FFAs و 54٪ (ث / ث) الدهون محايدة. وتشير النتائج إلى أن أيا من الكتلة الحيوية مسحوق ابتداء قد تحتوي على كميات عالية من الدهون محايدة قريبة ل المشتقات الاتحاد الانجليزي من عجينة ذهبي متساوي، أو أن استخراج سوكسليت من مسحوق ذهبي متساوي انتقائي إلى حد ما عن الدهون محايدة.

لم تكن فقط العوائد من المنتجات التي تم الحصول عليها من ذهبي متساوي التجاري اثنين من الكتل الحيوية المختلفة، ولكن أيضا لمحات الأحماض الدهنية من وقود الديزل الحيوي الناتجة عن ذلك. وهذا أمر مهم، وخصائص وقود الديزل الحيوي من تعتمد اعتمادا مباشرا على طبيعة ومحتويات جوع الفردية. 35 ليكون تجاريا، عن وقود الديزل الحيوي يجب أن تتفق مع المعايير الموضحة في وثائق ASTMD6751 أو EN 14214 في الولايات المتحدة أو أوروبا على التوالي. وتشمل مواصفات نطاقات مداهنة واللزوجة الحركية، والقيم الدنيا لعدد السيتاني والاستقرار التأكسدي. ترتبط التوصيات الهامة الأخرى لخصائص تدفق الباردة في شكل سحابة نقطة (CP) أو فلتر البارد نقطة يسد (CFPP). لقد ذكرت سابقا نتائج الاختبارات وقود الديزل الحيوي شامل لإعداد عجينة من Iso- 36 منذ الشخصية شهرة من وقود الديزل الحيوي المستخرج من -powder ايزو في هذه الدراسة هو مماثلة لتلك التي تم اختبارها سابقا، يمكننا التنبؤ خصائص وقود معينة لتكون مشابهة لكل من وقود الديزل الحيوي. على سبيل المثال، والأحماض الدهنية غير المشبعة (PuFAMEs، أكثر من اثنين من السندات مزدوجة) تمثل حوالي 40٪ من كل من خليط FAME (35.2٪ و 39.9٪، الجدول 2). هذا وسوف يؤدي ذلك إلى ضعف الاستقرار التأكسدي ومواتية تدفق البارد. 35 ولكن هناك اختلافات طفيفة في ملامح شهرة من biodie اثنينالوقود قانون حالة الطوارئ. وقود الديزل الحيوي المستخرج من ذهبي متساوي المجفف يحتوي على كميات أكبر من 14: 0 (19.4 ملغ / غ مقابل 16.4 ملغ / غ)، 18: 3 (13.5 ملغ / غ مقابل 8.5 ملغ / غ)، و 22: 6 (11.0 ملغ / ز مقابل 6.9 ملغ / غ) جوع، ولكن كميات أقل من 18: 4 (10.4 ملغ / غ مقابل 19.8 ملغ / غ). يبقى مدى تأثير هذه الاختلافات على مختلف خصائص الوقود الواردة في معايير ASTM للتحقيق معهم.

وكان وقود الديزل الحيوي الأولي تم الحصول عليها من كلا التجاري ذهبي متساوي الطحالب بالمثل خضراء داكنة اللون والتي يمكن تفسيرها من خلال وجود الكلوروفيل (36). وقد تم الإبلاغ عن الكلوروفيل ومشتقاته أن يكون لها تأثير سلبي على استقرار الزيوت النباتية وقود الديزل الحيوي المقابلة. 36،29 استنادا إلى طريقة Issariyakul والدالاي لdecolorizing زيت الكانولا greenseed في اتصال مع إنتاج وقود الديزل الحيوي، 29 التحريك لدينا وقود الديزل الحيوي الأخضر أكثر من 10٪ (ث / ث) MK10 على 60 درجة مئوية لمدة 1 ساعة وأسفرت بطريقة مثيرةانخفاض في محتوى الصبغة عن طريق التفتيش البصري (المرجع الشكل 2). وكانت المبالغ المستردة الجماعية من عملية إزالة اللون في المتوسط ​​90٪.

وكانت غلة alkenones تنقيته من Iso- معجون هاو وIso- مسحوق هاو الدهون محايدة مقارنة بنسبة 40٪ و 46٪ ث / ث التوالي (الجدول 1). منذ الدهون محايدة تمثل نسبة أعلى من المواد الواردة في Iso- مسحوق هاو (54٪ ث / ث مقابل 40٪ ث / ث)، alkenone العائد من Iso- مسحوق هاو يتجاوز Iso- معجون هاو العائد alkenone قبل ما يقرب من 10٪ (25٪ ث / ث مقابل 16٪ ث / ث). ومع ذلك، بالنظر إلى أن العوائد من Iso- مسحوق هاو نفسها كانت أقل من Iso- معجون هاو (15٪ مقابل 20٪ ث / ث)، والمحاصيل الشاملة للalkenones من كل الكتل الحيوية ذهبي متساوي الجافة هي أكثر مماثلة (0.2 X 0.4 X 0.4 = 3.2٪ ث / ث من المجفف معجون ذهبي متساوي و 0.15 X 0.54 X 0.46 = 3.7٪ من مسحوق ذهبي متساوي).

Acknowledgements

وأيد هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (سويسرا-1151492)، شمال غرب المتقدم مصادر الطاقة المتجددة التحالف (الزمالة إلى J. ويلسون، بلتيير)، وذلك عن طريق منحة خاصة من أصدقاء معهد وودز هول. نشكر كيفن ر Steidley وكيم Ascherl (USDA / ARS / NCAUR) للحصول على المساعدة التقنية الممتازة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Isochrysis Reed Mariculture Iso, Raw, Unprocessed, 20%dw Live culture paste, 20% w/w biomass
Isochrysis Necton, S.A AADISS004 PhytoBloom Prof Isochrysis (Freeze-dried)
Hexanes Fisher Chemical H291-4 ACS Certified
Methanol Fisher Chemical A452-4 HPLC Grade
Dichloromethane Fisher Chemical D37-4 Certified/Stabilized
Soxhlet Apparatus Sigma Aldrich 64826
Extraction Thimble Sigma Aldrich 64842
Büchner Funnel Chemglass CG-1406-25
High Pressure Reaction Vessel Chemglass CG-1880-12
Whatman Filter Paper GE Life Sciences 1442-042 Grade 42, Ash 0.007%, circle, 42.5 mm
Biodiesel (B100) Bellingham Shell The biodiesel (B100) in Figure 3 was purchased at a local filling station: Bellingham Shell, Bellingham, WA 98226
Isochrysis Aquacave In addition to Reed and Necton, Isochrysis can also be purchased from Aquacave (Gurnee, IL) at: www.aquacave.com (accessed September 30, 2015).
Isochrysis Brine Shrimp Direct Isochrysis can also be purchased from Brine Shrimp Direct (Ogden, UT) at: www.brineshrimpdirect.com (accessed September 30, 2015).

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Ahmad, A. L., Mat Yasin, N. H., Derek, C. J. C., Lim, J. K. Microalgae as a sustainable energy source for biodiesel production: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 15, (1), 584-593 (2011).
  2. Vardona, D. R., Sharmab, B. K., Blazinaa, G. V., Rajagopalanb, K., Strathmann, T. J. Thermochemical conversion of raw and defatted algal biomass via hydrothermal liquefaction and slow pyrolysis. Bioresour. Technol. 109, 178-187 (2012).
  3. Tenenbaum, D. J. Food vs fuel: Diversion of crops could cause more hunger. Environ. Health Perspect. 116, 254-257 (2008).
  4. Pienkos, D. T., Darzins, A. The promise and challenges of microalgal-derived biofuels. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 3, (4), 431-440 (2009).
  5. U.S. First Crude Oil Purchase Price. U.S Energy Information Administration. Available from: http://www.eia.gov/dnav/pet/hist/LeafHandler.ashx?n=PET&s=F000000__3&f=A (2015).
  6. Sheehan, J., Dunahay, T., Sheehan, J., Dunahay, T., Benemann, J., Roessler, P. A. A look back at the U.S. Department of Energy's Aquatic Species Program: Biodiesel from algae. Prepared by the National Renewable Energy Laboratory, report NREL/TP-580-24190. Available from: www.nrel.gov/docs/legosti/fy98/24190.pdf (1996).
  7. Petkov, G., Ivanova, A., Iliev, I., Vaseva, I. A critical look at the microalgae biodiesel. Eur. J. Lipid Sci. 114, (2), 103-111 (2012).
  8. van Beilen, J. B. Why microalgal biofuels won't save the internal combustion engine. Biofuels, Bioprod. Biorefin. 4, 41-52 (2010).
  9. Chisti, Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. 25, (3), 294-306 (2007).
  10. Wijffles, R. H., Barbosa, M. J. An outlook on microalgal biofuels. Science. 329, 796-799 (2010).
  11. Ferrell, J., Sarisky-Reed, V. National Algal Biofuels Technology Roadmap. Fishman, D., Majumdar, R., Morello, J., Pate, R., Yang, J. United States Department of Energy. Available from: http://www1.eere.energy.gov/bioenergy/pdfs/algal_biofuels_roadmap.pdf (2010).
  12. Patterson, G. W., Tsitsa-Tsardis, E., Wikfors, G. H., Gladu, P. K., Chitwood, D. J., Harrison, D. Sterols and alkenones of Isochrysis. Phytochem. 35, (5), 1233-1236 (1994).
  13. Volkman, J. K., Eglinton, G., Corner, E. D. S. Long-chain alkenes and alkenones in the marine coccolithophorid Emiliania huxleyi. Phytochem. 19, 2619-2622 (1980).
  14. Conte, M. H., Thompson, A., Lesley, D., Harris, R. P. Genetic and physiological influences on the alkenone/alkenoate versus growth temperature relationship in Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa Oceanica. Geochim. Cosmochim. Acta. 62, (1), 51-68 (1998).
  15. Brassell, S. C., Eglinton, G., Marlowe, I. T., Pflaumann, U., Sarnthein, M. Molecular stratigraphy: a new tool for climatic assessment. Nature. 320, 129-133 (1986).
  16. Marlowe, I. T., Brassell, S. C., Eglinton, G., Green, J. C. Long chain unsaturated ketones and esters in living algae and marine sediments. Org. Geochem. 6, 135-141 (1984).
  17. Prahl, F. G., Wakeham, S. G. Calibration of unsaturation patterns in long-chain ketone compositions for palaeotemperature assessment. Nature. 330, 367-369 (1987).
  18. Eglinton, G., Bradshaw, S. A., Rosell, A., Sarnthein, M., Pflaumann, U., Tiedemann, R. Molecular record of secular sea surface temperature changes on 100-year timescales for glacial terminations I, II and IV. Nature. 356, 423-426 (1992).
  19. Müller, P. J., Kirst, G., Ruhland, G., von Storch, I., Rosell-Melé, A. Calibration of the alkenone paleotemperature index U37K′ based on core-tops from the eastern South Atlantic and the global ocean (60°N-60°S). Geochim. Cosmochim. Acta. 62, (10), 1757-1772 (1998).
  20. Volkman, J. K., Barrerr, S. M., Blackburn, S. I., Sikes, E. L. Alkenones in Gephyrocapsa oceanica: Implications for studies of paleoclimate. Geochim. Cosmochim. Acta. 59, (3), 513-520 (1995).
  21. Eltgroth, M. L., Watwood, R. L., Wolfe, G. V. Production and cellular localization of neutral long-chain lipids in the haptophyte algae Isochrysis Galbana. and Emiliania Huxleyi. J. Phycol. 41, 1000-1009 (2005).
  22. Volkman, J. K., Everitt, D. A., Allen, D. I. Some analyses of lipid classes in marine organisms, sediments and seawater using thin-layer chromatography-flame ionisation detection. J. Chromatogr. A. 356, 147-162 (1986).
  23. Epstein, B. L., D'Hondt, S., Quinn, J. G., Zhang, J., Hargraves, P. An effect of dissolved nutrient concentrations on alkenone-based temperature estimates. Paleoceanography. 13, (2), 122-126 (1998).
  24. Prahl, F. G., Sparrow, M. A., Wolfe, G. V. Physiological impacts on alkenone paleothermometry. Paleoceanogaphy. 18, (2), 1025-1031 (2003).
  25. Sachs, D., Sachs, J. P. Inverse relationship between D/H fractionation in cyanobacterial lipids and salinity in Christmas Island saline ponds. Geochim. Cosmochim. Acta. 72, (25), 793-806 (2008).
  26. O'Neil, G. W., Culler, A. R., Williams, J. R., Burlow, N. P., Gilbert, G. J., Carmichael, C. A., Nelson, R. K., Swarthout, R. F., Reddy, C. M. Production of jet fuel range hydrocarbons as a coproduct of algal biodiesel by butenolysis of long-chain alkenones. Energy Fuels. 29, (2), 922-930 (2015).
  27. Foley, P. M., Beach, E. S., Zimmerman, J. B. Algae as a source of renewable chemicals: opportunities and challenges. Green Chem. 13, 1399-1405 (2011).
  28. Razon, L. F., Bacani, F. T., Evangelista, R. L., Knothe, G. Fatty acid profile of kenaf seed oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 90, (6), 835-840 (2013).
  29. Issariyakul, T., Dalai, A. K. Biodiesel production from greenseed canola oil. Energy Fuels. 24, 4652-4658 (2010).
  30. Nalder, T. D., Miller, M. R., Packer, M. A. Changes in lipid class content and composition of Isochrysis. sp. (T-Iso) grown in batch culture. Aquacult. Int. 23, 1293-1312 (2015).
  31. Mercer, P., Armenta, R. E. Developments in oil extraction from microalgae. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 113, (5), 539-547 (2011).
  32. O'Neil, G. W., Carmichael, C. A., Goepfert, T. J., Fulton, J. M., Knothe, G., Lau, C. P. -L., Lindell, S. R., Mohammady, N. G. -E., Van Mooy, B. A. S., Reddy, C. M. Beyond fatty acid methyl esters: expanding the renewable carbon profile with alkenones from Isochrysis sp. Energy Fuels. 26, 2434-2441 (2012).
  33. O'Neil, G. W., Knothe, G., Williams, J. R., Burlow, N. P., Culler, A. R., Corliss, J. M., Carmichael, C. A., Reddy, C. M. Synthesis and analysis of an alkenone-free biodiesel from Isochrysis sp. Energy Fuels. 28, (4), 2677-2683 (2014).
  34. Knothe, G. Dependence of biodiesel fuel properties on the structure of fatty acid alkyl esters. Fuel Process. Technol. 86, 1059-1070 (2005).
  35. Valenzuela-Espinoza, E., Millán-Núñez, R., Protein Núñez-Cebrero, F. Protein, carbohydrate, lipid and chlorophyll a content in Isochrysis aff. galbana (clone T-Iso) cultured with a low cost alternative to the f/2 medium. Aquacult. Eng. 25, 207-216 (2002).
  36. Kulkarni, M. G., Dalai, A. K., Bakshi, N. N. Utilization of green seed canola oil for biodiesel production. J. Chem. Technol. Biotechnol. 81, 1886-1893 (2006).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics