Photosynthetic efficiency in microalgal lipid production

English. Microalgae can contain large amounts of lipids which make them a promising feedstock for sustainable production of food, feed, fuels and chemicals. Various studies, including pilot-scale, have been performed and the knowledge on microalgal processes has advanced quickly. Unfortunately, current production costs for cultivation are still too high for bulk lipid production from microalgae. One of the major causes for the high costs of bulk lipid production is the reduced solar-to-lipid conversion efficiency. Current research, however, does not provide sufficient insight to identify optimization targets. Therefore, in this thesis we have studied the lipid production in microalgae in depth. Different TAG-accumulation strategies were investigated from a process engineering and metabolic point of view. The combination of all findings were used in the general discussion to thoroughly evaluate the microalgal lipid accumulation strategies. Current phototrophic microalgal lipid yields are still 10 times lower than the theoretical maximum. There is, however, still an enormous potential for further improvements. Future research should focus on (genetically) improved strains and advanced cultivation strategies, including adaptation to fluctuating outdoor weather conditions. This thesis was performed within the EU FP7 FUEL4ME project under grand agreement No 308938. Objective of this program is to develop a sustainable and scalable process for biofuels from microalgae and to valorize the by-products.

Dutch; Flemish. Microalgen gebruiken zonlicht als energiebron om te groeien. De voedingsstoffen die nodig zijn voor groei (zoals stikstof en fosfaat) halen ze direct uit zoet- of zeewater, of zelfs uit afvalwater. Daarnaast kan de opbrengst van microalgen per vierkante meter landoppervlak veel hoger liggen dan die van traditionele landbouwgewassen. Door deze voordelen kunnen algen dus op veel verschillende manieren bijdragen aan een duurzame economie. Het hier beschreven onderzoek richt zich op de productie van biobrandstoffen met behulp van algen. Wanneer microalgen voldoende voedingsstoffen krijgen zullen ze normaal groeien. De gevormde microalgen biomassa zal overwegend bestaan uit eiwitten, koolhydraten, en membraanvetten. Echter, wanneer één of meerdere voedingsstoffen onvoldoende aanwezig zijn in het groeimedium en de algen nog steeds energie in de vorm van zonlicht ontvangen, kunnen sommige microalgen vetten ophopen tot wel 30-60% van hun drooggewicht. Deze neutrale vetten bestaan uit triacylglycerolen (TAG). Deze TAGs zijn de grondstof voor de productie van biodiesel. Maar hoewel de biodieselproductie met algen veelbelovend is, zijn de huidige productiekosten nog steeds te hoog om commerciële productie haalbaar te maken.