Biorefining of microalgae: from harvesting to biofuel production

Abstract

Aquesta tesi es centra en la modernització del procés de bio-refinat de microalgues mitjançant tecnologia de membrana. El projecte busca l'optimització de: recol·lecció, ruptura cel·lular, fraccionament de carbohidrats, proteïnes i lípids i desenvolupament d'un reactor de membrana catalítica per a la transesterificació per obtenir biodièsel. La reducció de costos es pot aconseguir trobant solucions més barates i millors per a cada pas. En la primera etapa, es va realitzar la filtració utilitzant membranes polimèriques d'ABS de fabricació pròpia, així com altres disponibles comercialment, per comprovar el seu rendiment en la deshidratació de microalgues. Aquest estudi inclou la preparació i caracterització de membranes d'ABS usant diferents tècniques. A més, es va realitzar la comparació de dos mètodes de filtració, flux creuat i dinàmic per comparar la viabilitat de les membranes afectades per embrutiment. En la segona etapa, es va realitzar la deshidratació a escala pilot de dues espècies de microalgues, Chlorella sorokiniana i Dunaliella tertiolecta per sedimentació i filtració dinàmica. L'objectiu va ser reduir els costos de deshidratació de microalgues amb un cost menor al de centrifugació. bio-refinat de microalgues aigües avall. En la quarta etapa, es va realitzar la comparació de nous reactors de membrana catalítica i inert per a la producció de biodièsel amb òxid d'estronci com a catalitzador heterogeni. Els principals objectius van ser identificar un catalitzador adequat, triar la tècnica d'immobilització adequada, establir la membrana amb la mida de porus adequat i controlar la reacció i el procés de separació.microalgues amb diferents característiques de paret cel·lular. L'objectiu d'aquest treball va ser millorar el procés de bio-refinat de microalgues aigües avall. En la quarta etapa, es va realitzar la comparació de nous reactors de membrana catalítica i inert per a la producció de biodièsel amb òxid d'estronci com a catalitzador heterogeni. Els principals objectius van ser identificar un catalitzador adequat, triar la tècnica d'immobilització adequada, establir la membrana amb la mida de porus adequat i controlar la reacció i el procés de separació.

Esta tesis se centra en la modernización del proceso de biorefinado de microalgas mediante tecnología de membrana. El proyecto busca la optimización de: recolección, ruptura celular, fraccionamiento de carbohidratos, proteínas y lípidos y desarrollo de un reactor de membrana catalítica para la transesterificación para obtener biodiesel. La reducción de costos se puede lograr encontrando soluciones más baratas y mejores para cada paso. En la primera etapa, se realizó la filtración utilizando membranas poliméricas de ABS de fabricación propia, así como otras disponibles comercialmente, para comprobar su rendimiento en la deshidratación de microalgas. Este estudio incluye la preparación y caracterización de membranas de ABS usando diferentes técnicas. Además, se realizó la comparación de dos métodos de filtración, flujo cruzado y dinámico para comparar la viabilidad de las membranas afectadas por ensuciamiento. En la segunda etapa, se realizó la deshidratación a escala piloto de dos especies de microalgas, Chlorella sorokiniana y Dunaliella tertiolecta por sedimentación y filtración dinámica. El objetivo fue reducir los costos de deshidratación de microalgas con un costo menor al de centrifugación. En la tercera etapa, se estudió la disrupción celular y el fraccionamiento para la recuperación de lípidos, azúcares y proteínas usando explosión de vapor, flujo cruzado y filtración dinámica de membrana. Se probaron varias especies de microalgas con diferentes características de pared celular. El objetivo de este trabajo fue mejorar el proceso de biorrefinado de microalgas aguas abajo. En la cuarta etapa, se realizó la comparación de nuevos reactores de membrana catalítica e inerte para la producción de biodiesel con óxido de estroncio como catalizador heterogéneo. Los principales objetivos fueron identificar un catalizador adecuado, elegir la técnica de inmovilización adecuada, establecer la membrana con el tamaño de poro adecuado y controlar la reacción y el proceso de separación.

his thesis focuses on the modernization of the downstream process of microalgae biorefining by membrane technology. The project concerns the optimization of: harvesting, cell disruption, carbohydrates, proteins and lipids fractionation and development of catalytic membrane reactor for transesterification to obtain biodiesel. Cost reduction of the overall process can be achieved by finding cheaper solutions for each step. In the first stage the filtration using own-made ABS polymeric membranes as well as the commercially available ones was run to check their performance for microalgae dewatering. This study included ABS membranes preparation and characterization using different techniques. Also, the comparison of two filtration methods, cross-flow and dynamic was performed to compare the viability of membranes affected by a fouling and a cake formation. In a second stage, the pilot scale dewatering of two microalgae specie, Chlorella sorokiniana and Dunaliella tertiolecta by sedimentation followed by dynamic filtration was performed. The objective of the combined process was to reduce microalgae dewatering costs since sedimentation offers a very cheap operation and membrane filtration offers total rejection with high final concentrations at a lower cost than centrifugation. In a third stage cell disruption and fractionation for lipids, sugars and proteins recovery was studied. Acid-catalysedT