The technical viability of microalgal biodiesel

Av foreslåtte fornybare energibærere har biodiesel den høyeste volumetriske kapasiteten. Storskala produksjon kan potensielt erstatte fossil diesel fullstendig, men begrenses i dag av tilgangen på råstoff. En mulig løsning er mikroalger. Høy vekstrate og oljeinnhold, samt muligheten til å kultivere dem på ikke-dyrkbare landområder, taler for mikroalger som biodieselråstoff. Allikevel er de hittil ikke unyttet til kommersiell drivstoffproduksjon. Denne oppgaven undersøkte det tekniske potensialet til biodiesel fra mikroalger. Litteraturstudien viste at produktiviteten til algene er svært sensitiv overfor solinnstråling, temperatur og næringstilgang. Det ble også funnet problemer ved øvrige deler av produksjonskjeden forårsaket av det høye vanninnholdet i algeslammet. Hydrothermal Liquefaction-teknologi kan erstatte deler av produksjonskjeden med den fordel at total biodiesel produksjon øker. Men teknologien er ennå ikke klar for å bli tatt i bruk. Basert på litteraturstudien, ble det foreslått et storskala produksjonsanlegg i Brasil. Ytelsen til bioraffineriet evalueres for et produksjonsvolum tilsvarende 20 % av Brasils drivstofforbruk. Et biogassanlegg legges til produksjonskjeden for å bedre total ytelse.Modellen viser at bioraffineriet har et teknisk produksjonspotensial på 10.6 ton biodiesel ha-1 y-1, en energy return investment på 1.8 and et global warming potential på 1.9 tonC (ton biodiesel)-1. Etter en sammenlikning med biodiesel fra palmeolje og med fossil diesel, konkluderes det at satsing på storskala biodieselproduksjon fra alger ikke er forsvarlig i dag. I fremtiden kan dette endres hvis det gjøres fremskritt innen fykologi og genmanipulasjon. I mellomtiden bør produksjonen av andre algeprodukter som mat være i fokus.

English. Biodiesel is the most energy dense renewable storage medium in terms of volumetric capacity. A large-scale introduction of this fuel could theoretically substitute petrodiesel entirely, but is to date bottlenecked by a limited feedstock supply. A proposed solution are microalgae. They are endowed with high growth rates, accumulate large amounts of lipids and can be cultivated on non-arable land. Nevertheless, microalgae have yet to be commercially exploited as a biodiesel feedstock. This thesis aims to examine the technical viability of microalgal biodiesel. The literature review found that productivity is highly sensitive to environmental variables such as irradiance and temperature, but problems were also encountered in downstream processing due to the high water content of the culture medium. By replacing extraction and transesterification with hydrothermal liquefaction the production chain was shown to increase overall yields, but the technology has yet to reach sufficient maturity. Based on the literature study, a large-scale production facility in Brazil was proposed. The biorefinery served as a model to assess the viability of supplying 20 % of Brazil’s transportation fuel demand with microalgal biodiesel. To increase its performance, an anaerobic digestion process was integrated into the production chain. The resulting model yielded a technical potential of 10.6 ton biodiesel ha-1 y-1, an energy return investment of 1.8 and a global warming potential of 1.9 tonC (ton biodiesel)-1. By comparing these numbers to biodiesel from palm oil and to petrodiesel, it was concluded that microalgal biodiesel is unviable at present. Biological factors are seen as major inhibitors – productivity is negatively influenced by microalgae’s response to suboptimal irradiances, temperatures and fertilizer utilization. If advances in phycology and genetic engineering are not contrived, effort should rather be directed towards the production of algae-derived high-value products and food.

M-MF