विस्तृत तरीके वाणिज्यिक Isochrysis microalgae से बहुमूल्य coproducts रूप alkenones के सह-अलगाव के साथ बायोडीजल के उत्पादन के लिए प्रस्तुत कर रहे हैं।
पर्यावरण की दृष्टि से स्थायी स्रोतों अक्षय और अधिक से विकल्प के साथ पेट्रोलियम ईंधन की जगह की आवश्यकता बढ़ते महत्व का है। बायोमास व्युत्पन्न जैव ईंधन इस संबंध में काफी ध्यान प्राप्त की है, मकई इथेनॉल या सोयाबीन बायोडीजल जैसे खाद्य फसलों से हालांकि पहली पीढ़ी के जैव ईंधन आम तौर पर एहसान से बाहर गिर गया है। वहाँ इस तरह के घरेलू और बेहतर गैर खाद्य स्रोतों से तरल ईंधन के उत्पादन के लिए विधियों के विकास में बहुत रुचि है। यहाँ हम समुद्री microalgae Isochrysis से एक शुद्ध बायोडीजल के उत्पादन के लिए एक विस्तृत प्रक्रिया का वर्णन है। इसके अतिरिक्त, पॉलीअनसेचुरेटेड लंबी श्रृंखला alkenones रूप में जाना जाता लिपिड का एक अनूठा सूट समानांतर में अलग कर रहे हैं के रूप में संभावित मूल्यवान coproducts बायोडीजल उत्पादन की लागत ऑफसेट करने के लिए। Isochrysis की मल्टी किलोग्राम मात्रा दो वाणिज्यिक स्रोतों, एक गीला पेस्ट (80% पानी) के रूप में एक ही है कि पहले प्रसंस्करण करने से पहले सूख जाता है, और ओ.टी. से खरीदी कर रहे हैंउसकी एक सूखी milled पाउडर (95% सूखा)। लिपिड एक Soxhlet तंत्र में hexanes साथ निकाले जाते हैं एक काई तेल ( "हेक्सेन काई तेल") दोनों पारंपरिक वसा युक्त (यानी, ट्राइग्लिसराइड्स, 46-60% w / w) और alkenones (16-25% w / w) का उत्पादन करने के लिए। काई तेल में ट्राइग्लिसराइड्स के साबुन बनाने का काम alkenone युक्त तटस्थ लिपिड से उत्पन्न मुक्त फैटी एसिड (FFAs) के अलग होने के लिए अनुमति देता है। FFAs तो (यानी, फैटी एसिड मिथाइल एस्टर, fames) biodiesel के लिए एसिड उत्प्रेरित एस्टरीफिकेशन द्वारा जबकि alkenones पृथक और क्रिस्टलीकरण द्वारा तटस्थ लिपिड से शुद्ध कर रहे हैं परिवर्तित कर रहे हैं। हम जानते हैं कि दोनों वाणिज्यिक Isochrysis biomasses से बायोडीजल समान नहीं बल्कि समान प्रसिद्धि प्रोफाइल है दिखाना है, ऊंचा पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड सामग्री (लगभग 40% डब्ल्यू डब्ल्यू /) से होती है। बायोडीजल की पैदावार लगातार उच्च जब (डब्ल्यू 12% / डब्ल्यू बनाम 7% डब्ल्यू / डब्ल्यू), हेक्सेन काई ओय की मात्रा कम करने के लिए पता लगाया जा सकता है जो Isochrysis गीला पेस्ट से शुरू किया गयाएल पाउडर Isochrysis उत्पाद से प्राप्त की।
वहाँ हाल ही में ब्याज की एक महान पुनरुत्थान शैवाल से जैव ईंधन में, विशेष रूप से इस तरह के बायोडीजल 1 और अन्य बायोमास व्युत्पन्न तेलों के रूप में तरल ईंधन के उत्पादन के लिए शामिल कुछ खाद्य का परिहार बनाम ईंधन विवादों 3 और कथित तौर पर उच्च productivities किया गया है। 2 प्रस्तावित लाभ और परंपरागत कृषि फसलों की तुलना में सीओ 2 शमन क्षमताओं। 4 यह इस प्रकार लगभग 20 साल एनर्जी के जलीय प्रजातियों कार्यक्रम (एएसपी) के संयुक्त राज्य अमेरिका विभाग शैवाल से परिवहन ईंधन की जांच करने के उद्देश्य से 1978 में शुरू किया था। जैसा कि शीहान की रिपोर्ट में उल्लिखित, 5 कार्यक्रम 1996 में समाप्त हो गया है इसका मुख्य कारण अनुमानित लागत उस समय (प्रति बैरल $ 18.46 (159 एल)) में कच्चे पेट्रोलियम के साथ प्रतिस्पर्धी नहीं थे। पेट्रोलियम की लागत तब से (2014 में $ 87,39 प्रति बैरल) 6, जो काई जैव ईंधन अनुसंधान के क्षेत्र में पुनर्जागरण से जुड़ा है, कुछ ज नाटकीय रूप से वृद्धि हुई है जबकिएवेन्यू ने तर्क दिया कि फिर भी काई जैव ईंधन भी महंगा साबित होगा। 7 एक रणनीति जैव ईंधन उत्पादन लागत की भरपाई के रूप में, मूल्य वर्धित coproducts की धारणा के लिए मुख्य कारणों में से एक के रूप में दोनों आलोचकों 7,8 और समर्थकों 9,10 और सुविधाओं के बीच में उभरा है ऊर्जा के संयुक्त राज्य अमेरिका विभाग (डीओई) "राष्ट्रीय algal जैव ईंधन प्रौद्योगिकी रोडमैप" में काई जैव ईंधन का पीछा। 11
यहाँ हम वाणिज्यिक Isochrysis microalgae से दो अलग-अलग धाराओं के ईंधन coproduction के लिए एक विधि का वर्णन है। क्योंकि यह पहले से ही औद्योगिक उत्पादन किया जाता है हम भाग में Isochrysis पर ध्यान केंद्रित किया है, mariculture के प्रयोजनों के लिए काटा, और इसलिए भी क्योंकि Isochrysis केवल शैवाल की कुछ प्रजातियों है कि पारंपरिक लिपिड के अलावा (यानी, फैटी एसिड) की एक अद्वितीय वर्ग biosynthesize में से एक है यौगिकों पॉलीअनसेचुरेटेड लंबी श्रृंखला alkenones के रूप में जाना जाता है। 12 Alkenone संरचनाओं बहुत एल की विशेषता है ओंग हाइड्रोकार्बन श्रृंखला (36-40 कार्बन), दो से चार गैर methylene को पार डबल बांड बाधित, और एक मिथाइल या एथिल ketone (चित्रा 1)। Alkenone unsaturation शैवाल से बढ़ रहा तापमान के प्रति संवेदनशील है, 13,14 ऐसी है कि diunsaturated C37 मिथाइल alkenone (तथाकथित "unsaturation सूचकांक") के अनुपात में पिछले समुद्र सतह के तापमान के लिए एक प्रॉक्सी के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है 15 -। 20 Alkenones हैं , cytoplasmic लिपिड शरीर में निवास करने के लिए और अधिक से ट्राइग्लिसराइड्स (टैग) अधिक प्रचुर मात्रा में हो सकता है सोचा। 21,22 नाइट्रोजन या फॉस्फोरस सीमा के तहत स्थिर चरण में सेल कार्बन का 10-20% तक एक से alkenones के रूप में जमा है। 23,24 विकासवादी दृष्टिकोण, alkenones टैग पर इष्ट किया गया हो सकता है क्योंकि उनके ट्रांस डबल बंधन ज्यामिति ऊर्जा के भंडारण के लिए एक अधिक स्थिर रूप प्रदान करता है। 21
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चित्रा 1. पॉलीअनसेचुरेटेड लंबी श्रृंखला alkenones की संरचनाएं आम alkenone मिथाइल 37:। 3 लंबी हाइड्रोकार्बन श्रृंखला लंबाई का दृष्टांत Isochrysis से अलग (36 – 40 कार्बन), ट्रांस गैर methylene डबल बांड बाधित, और एक मिथाइल या एथिल ketone में समाप्त। # कार्बन की संख्या को संदर्भित करता है: नामकरण फैटी एसिड होता है, जहां # करने के लिए इसी तरह की है। डबल बांड की संख्या में यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
हम तर्क है कि alkenones औद्योगिक खेती के इतिहास के साथ एक आम शैवाल से एक होनहार अक्षय कार्बन फीडस्टॉक प्रतिनिधित्व करते हैं। 25 बायोडीजल Isochrysis की कुल लिपिड निकालने से सीधे उत्पादन से alkenones और प्रदूषण की एक महत्वपूर्ण राशि (10-15% w / w) शामिल हैं इन उच्च पिघलने यौगिकों गरीब ठंड प्रवाह ईंधन संपत्तियों में यह परिणाम है। हालांकि, टी का उपयोग करवह साबुन बनाने का काम / निकालना तकनीक यहाँ वर्णित है, alkenones हटा दिया है और जबकि एक माध्यमिक उत्पाद धारा उत्पादन जिससे बायोडीजल गुणवत्ता में सुधार लाने बरामद किया जा सकता है। हाल ही में हम 2-ब्यूटेन (butenolysis) के साथ पार metathesis द्वारा एक तरल ईंधन को alkenones के रूपांतरण का प्रदर्शन किया। 26 butenolysis प्रतिक्रिया, एक वाणिज्यिक दयाता metathesis-सर्जक को रोजगार कम तापमान पर तेजी से होता है, और सफाई से जेट ईंधन का एक उम्मीद के मुताबिक मिश्रण उद्धार रेंज हाइड्रोकार्बन। यह प्रतिक्रिया समानांतर में एक "biorefinery" वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य Isochrysis जैव ईंधन के उत्पादन के लिए 27 दृष्टिकोण की ओर पहला कदम का प्रतिनिधित्व करने, फैटी एसिड से बायोडीजल संश्लेषण के साथ किया जाता है।
Isochrysis केवल औद्योगिक रूप से खेती काई प्रजातियों, शंख फ़ीड के एक प्राथमिक घटक है, और इसलिए पैमाने पर जैव ईंधन के उत्पादन के लिए आवश्यक के प्रतिनिधि के रूप में काटा का एक नंबर का चयन में से एक है। शैवाल का उपयोग किया और मानक तरीकों इस अध्ययन में कार्यरत हैं, की उपलब्धता प्रोटोकॉल व्यापक रूप से आगे की जांच के लिए अन्य समूहों के लिए सुलभ प्रस्तुत करते हैं। महत्वपूर्ण कदम हवा सुखाने शैवाल (के रूप में 33 lyophilizing के खिलाफ), विलायक एक्सट्रेक्शन, साबुन बनाने का काम, और एस्टरीफिकेशन शामिल हैं। इन कार्यों के माध्यम से एक लिपिड और विभिन्न Isochrysis से अन्य coproducts उपलब्ध 30 की पैदावार की जांच कर सकते हैं। यह अनुमान है कि इन उपभेदों और खेती के तरीकों, 31 अलग-अलग करने का एक परिणाम के रूप में अलग हो सकता है और यह भी उत्पाद की प्रकृति और किसी भी अतिरिक्त संसाधन (जैसे, सुखाने या ठंड) आपूर्तिकर्ता द्वारा उपयोग से प्रभावित हो सकता है। हम यहाँ प्रदर्शित, प्रोटोकॉल का विकासएड सफलतापूर्वक Isochrysis उत्पादों के विभिन्न प्रकार के लिए लागू किया जा सकता है, एक सूखी milled पाउडर के लिए एक गीला पेस्ट से लेकर। बायोडीजल की पैदावार हालांकि पाउडर बायोमास से कम थे, जो काई तेल की कम मात्रा के साथ मेल खाती (7% / डब्ल्यू सूखी बायोमास बनाम 12% / सूखे पेस्ट से डब्ल्यू डब्ल्यू डब्ल्यू) (एच ए ओ) निकाली गई। यह सुझाव हो सकता है कि एक विकल्प के निष्कर्षण प्रोटोकॉल 32 एक Soxhlet तंत्र के अलावा अन्य बेहतर शुष्क पाउडर Isochrysis उत्पादों के लिए उपयुक्त हो सकता है। इस अध्ययन में इस्तेमाल Isochrysis पाउडर के रूप में 23-25% लिपिड, जो कि क्या हम प्रयोगात्मक सूखे Isochrysis पेस्ट से प्राप्त किया है के समान युक्त विज्ञापित है। 33,34,26
शुरू सूखी बायोमास के अलग अलग रंग के बावजूद, आईएसओ पेस्ट-हाओ और आईएसओ -powder-हाओ अनिवार्य रूप से पृथक, दोनों गहरे हरे रंग की लगभग 50 डिग्री सेल्सियस के पिघलने अंक के साथ काले ठोस पास / थे। दिलचस्प है, तटस्थ होंठ FFAs के अनुपातदो हेक्सेन अर्क भीतर आईडी को अलग था। साबुन बनाने का काम और तटस्थ लिपिड की जुदाई के बाद, हम 60% प्राप्त (डब्ल्यू / डब्ल्यू) FFAs और 40% (डब्ल्यू डब्ल्यू /) आईएसओ -paste-हाओ से तटस्थ लिपिड। आईएसओ पाउडर हाओ पर औसत 46% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) FFAs और 54% (डब्ल्यू / डब्ल्यू) तटस्थ लिपिड का उत्पादन किया। परिणाम बताते हैं कि या तो शुरू पाउडर बायोमास एफए डेरिवेटिव के सापेक्ष तटस्थ लिपिड की उच्च मात्रा Isochrysis पेस्ट से, या कि पाउडर Isochrysis की Soxhlet निकासी तटस्थ लिपिड के लिए कुछ हद तक चयनात्मक है हो सकता है।
इतना ही नहीं दो वाणिज्यिक Isochrysis से प्राप्त उत्पादों की पैदावार अलग biomasses थे, लेकिन यह भी जिसके परिणामस्वरूप बायोडीजल के फैटी एसिड प्रोफाइल। यह महत्वपूर्ण है, के रूप में एक बायोडीजल के ईंधन गुण सीधे प्रकृति और व्यक्ति fames की सामग्री। 35 पर निर्भर वाणिज्यीकरण किया जा करने के लिए कर रहे हैं, सभी बायोडीजल दस्तावेजों एएसटीएम में वर्णित मानकों के अनुरूप होना चाहिएD6751 या अमेरिका या यूरोप में क्रमश: 14214 एन। विनिर्देशों सिटेन संख्या और ऑक्सीडेटिव स्थिरता के लिए चिकनापन और कीनेमेटीक्स चिपचिपापन के लिए पर्वतमाला, और न्यूनतम मूल्यों शामिल हैं। अन्य महत्वपूर्ण सिफारिशें एक बादल बिंदु (सीपी) या ठंड फिल्टर plugging बिंदु (CFPP) के रूप में ठंड प्रवाह गुण से संबंधित हैं। हम पहले से बायोडीजल के व्यापक ईंधन परीक्षण आईएसओ पेस्ट से तैयार से परिणाम की सूचना है। 36 के बाद से बायोडीजल की प्रसिद्धि प्रोफ़ाइल इस अध्ययन में आईएसओ -powder से उत्पादित पहले परीक्षण उन लोगों के लिए समान है, हम इसी तरह होना निश्चित ईंधन गुण भविष्यवाणी कर सकते हैं दोनों बायोडीजल ईंधन के लिए। उदाहरण के लिए, पॉलीअनसेचुरेटेड फैटी एसिड (PuFAMEs, अधिक से अधिक दो डबल बांड) दोनों प्रसिद्धि के मिश्रण का लगभग 40% (35.2% और 39.9%, 2 टेबल) के लिए खाते। इस गरीब ऑक्सीडेटिव स्थिरता और अनुकूल ठंड प्रवाह में परिणाम होगा। 35 कर रहे हैं, हालांकि, दो biodie की प्रसिद्धि प्रोफाइल में मामूली मतभेदएसईएल ईंधन। 0 (19.4 मिलीग्राम / जी बनाम 16.4 मिलीग्राम / छ), 18:: पाउडर Isochrysis से उत्पादित बायोडीजल 14 से अधिक मात्रा में निहित 3 (13.5 मिलीग्राम / जी बनाम 8.5 मिलीग्राम / छ), और 22: 6 (11.0 मिलीग्राम / जी बनाम 6.9 मिलीग्राम / छ) fames, फिर भी 18 वर्ष की कम मात्रा: 4 (10.4 मिलीग्राम / जी बनाम 19.8 मिलीग्राम / छ)। ASTM मानकों में निहित विभिन्न ईंधन संपत्तियों पर इन मतभेदों के प्रभाव की हद तक जांच की बात है।
प्रारंभिक दोनों वाणिज्यिक Isochrysis शैवाल से प्राप्त बायोडीजल रंग में इसी तरह गहरे हरे रंग की जो Chlorophylls की उपस्थिति से समझाया जा सकता थे। 36 क्लोरोफिल और उसके डेरिवेटिव वनस्पति तेलों और उनके इसी बायोडीजल ईंधन की स्थिरता पर एक नकारात्मक प्रभाव है करने के लिए सूचित किया गया है। 36,29 बायोडीजल उत्पादन के संबंध में greenseed कनोला तेल decolorizing के लिए Issariyakul और दलाई की विधि के आधार पर, 29 हमारे हरी बायोडीजल 10% से अधिक (/ डब्ल्यू डब्ल्यू) MK10 60 डिग्री सेल्सियस पर सरगर्मी के लिए 1 घंटा एक नाटकीय में हुईदृश्य निरीक्षण द्वारा वर्णक सामग्री में कमी (Ref। चित्रा 2)। विरंजन की प्रक्रिया से मास वसूलियां पर औसत 90% थे।
आईएसओ पेस्ट-हाओ और आईएसओ पाउडर हाओ तटस्थ लिपिड से शुद्ध alkenones की पैदावार डब्ल्यू / डब्ल्यू क्रमशः (तालिका 1) 40% और 46% से कम तुलनीय थे। चूंकि तटस्थ लिपिड आईएसओ पाउडर हाओ में निहित सामग्री की एक उच्च अनुपात का प्रतिनिधित्व करते हैं (54% डब्ल्यू / डब्ल्यू बनाम 40% डब्ल्यू / डब्ल्यू), आईएसओ पाउडर हाओ से alkenone उपज आईएसओ पेस्ट-हाओ alkenone उपज अधिक हो जाती है लगभग 10% (25% डब्ल्यू / डब्ल्यू बनाम 16% w / w) द्वारा। हालांकि, विचार है कि आईएसओ पाउडर हाओ ही की पैदावार आईएसओ पेस्ट-हाओ (15% बनाम 20% w / w), दोनों सूखे Isochrysis biomasses से alkenones के समग्र पैदावार हैं और अधिक समान (0.2 x 0.4 x तुलना में कम थे / सूखे Isochrysis पेस्ट से डब्ल्यू और 0.15 x 0.54 x 0.46 = 3.7 Isochrysis पाउडर से%) डब्ल्यू 0.4 = 3.2%।
The authors have nothing to disclose.
यह काम राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (चे-1151492) द्वारा समर्थित किया गया था, उत्तर पश्चिमी उन्नत Renewables गठबंधन (जे विल्सन-Peltier करने के लिए फेलोशिप), और WHOI के दोस्तों से एक निजी दान के माध्यम से। हम उत्कृष्ट तकनीकी सहायता के लिए केविन आर Steidley और किम Ascherl (यूएसडीए / एआरएस / NCAUR) धन्यवाद।
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). |