Biofuels from Marine Plankton

Phytoplankton, specifically algae and microalgae, could turn down the heat on the morality debate over using food crops to produce energy. Microalgae produce triglycerides that can be converted into biodiesel, and they generate yields 30-50 times that of land-based crops. They do not require large tracts of agricultural land, nor do they disrupt the food chain.

While several technological stumbling blocks to producing algal biodiesel on a commercial scale remain, the obvious benefits over other renewable fuels keep investors and researchers interested. What’s more, the obstacles are well within the reach of innovators, especially when compared to the problems surrounding other biofuels, such as the financial, environmental, and social implications of using food crops for fuel.

• Biodiesel’s Attraction

Biodiesel has been gaining momentum recently because it is a domestically produced direct diesel replacement with low emissions and relatively high energy content. Biodiesel is relatively straightforward to produce from triglycerides, using well-established transesterification chemistry. The current U.S. biodiesel supply derives largely from soybeans, while a small percentage comes from the more difficult to process waste cooking oil.

Soy crops typically produce 48 gallons of oil per acre, require petroleum-based fertilizers and herbicides, and utilize both water and soil resources. It has been estimated that to replace just 15 percent of the jet fuel used by the domestic airline fleet would take a crop the size of Florida to sustain. Oilseed crops are more popular outside the U.S., particularly in Malaysia and Indonesia where palm oil is a biodiesel source. Palms produce a much higher crop yield of 638 gallons per acre, but the trade off is deforestation and “slash and burn” harvesting methods that release large amounts of the greenhouse gas carbon dioxide into the atmosphere.

Still, the continuing deterioration of our environment from burning fossil fuels, combined with predictions that we have reached peak oil production and estimates that China and India will soon exceed the oil consumption of the U.S., are all driving forces to finding replacements to petroleum-based fossil fuels other than food crops.

• Why Phytoplankton

Algae and microalgae oils can be converted into biodiesel using the same methods employed for crop seed oils. Algae can be harvested every 24-48 hours, unlike land-based crops, which have much longer growing seasons. And some microalgae have an oil content upwards of 75 percent their dry weight. The added bonus is that algae uses carbon dioxide from the atmosphere in their photosynthesis of triglycerides, meaning an algae farm can be piggy-backed onto a CO2-producing smokestack to effectively eliminate up to 90 percent of the CO2 emissions.

In 1978, the U.S. Department of Energy started the Aquatic Species Program (ASP) aimed at investigating the use of aquatic plants as energy sources. The project was terminated in 1995 when diesel prices dropped to below $1 a gallon. The project made significant contributions to the understanding of algae genetics and lipid production. The ASP cataloged 3,000 strains of algae and found 300 species suitable for oil production.

Several algal farm designs are available for cultivating algae. While the design of the ASP algae production was in open algal ponds, Japan and others researched closed photobioreactor designs. Closed photobioreactors are significantly more expensive, but they eliminate the problem of contamination with unwanted native algae strains.

• Progress Is Being Seen

This past year has seen a mini-bubble in microalgae development. When GreenFuel Technology Corporation appeared on the map early 2004, microalgae biodiesel was, and still very much is, the “next big thing.” Venture capital started flowing and new start-ups began popping up seemingly overnight. Some companies jumped on board with high crop yields and low-cost scenarios, hoping to profit from the hype. While the capacity for algal biodiesel has been projected to be much larger than possible with crop seed oil, the reality is that few companies have made it past the initial demonstration stage, and no one has produced algal biodiesel on a commercially viable scale.

And with the hype often comes some shenanigans. In November of 2006 De Beers Fuel of South Africa released plans to produce feedstock for 16 billion to 24 billion liters of biofuels a year in a plant producing 144,000 liters per day of biodiesel and being run 25 days a month. It was later discovered that the large-scale plant did not exist and that the company had only 39,000 liters produced in its stocks. It has been estimated that investors lost close to $1 million each for funds that were allotted for the plant construction.

GreenFuel, the company that controls the largest segment of intellectual property in this area, is also having financial and technical difficulties. The company’s pilot plant in Arizona grew algae faster than expected, resulting in the algae dying from lack of resources. The pilot plant had to be shut down. The cost estimates from this Arizona pilot were also higher than estimated, and in July, Green Fuels cut its workforce by half.

The overall capital cost of building and operating an algae farm is higher than for other biofuels. Some experts have even said that microalgae biodiesel from a system such as GreenFuel’s will not be commercially viable unless oil prices surpass $800 a barrel, a highly unrealistic threshold.

• Where The Future Lies

The great potential of algal biodiesel is coupled with large risk. Because technical hurdles to producing commercial algal biodiesel have not been overcome, the future will rely heavily on innovative new research both in academia and industry. Government subsidies and investments also will be crucial to the success of finding a suitable alternative fuel, whether based on algae or something else.

Collaborations will play an important role for the future algae biodiesel, too. Joint ventures with CO2-generating power plants, breweries and other facilities able to incorporate large algae photobioreactors will be keys to success. Algae producers should partner with established biodiesel refineries that have the know-how to take the crude triglycerides to the final biodiesel product.

Before algal microdiesel can become a viable market alternative to fossil fuel, several critical obstacles will need to be addressed. Closed photobioreactors are currently cost prohibitive. Either an open pond system that can be operated without interference from native algae or a remodeled closed system will be the most promising configuration. Whether large-scale triglyceride production from algae can be cost effective will require the controlled growth of algae and a high level of oil production. Locations for the algae farms need to be properly assessed. Availability of unused land, daytime sunlight, nighttime temperatures, and availability of CO2 are all factors that will influence success.

The major problems with crop-based biodiesel are social and environmental in nature and are unlikely to be resolved without changing the feedstock entirely. The good news is that the set-backs with algal biodiesel can most certainly be overcome with innovation and creativity. Perhaps 10 years in the future, we’ll be pulling into to a algae pump to gas up. 

 

Terjemahan :

Biofuel dari Plakton Laut

Fitoplankton, khususnya alga dan mikroalga, bisa berubah menurunkan panas pada perdebatan moralitas atas menggunakan tanaman pangan untuk memproduksi energi. Mikroalga menghasilkan trigliserida yang dapat dikonversi menjadi biodiesel, dan mereka menghasilkan hasil 30-50 kali dari tanaman darat. Mereka tidak memerlukan tanah luas dan lahan pertanian, juga tidak mengganggu rantai makanan.

Sementara beberapa hambatan teknologi untuk menghasilkan biodiesel alga pada skala komersial tetap, manfaat yang jelas atas bahan bakar terbarukan lain menjaga investor dan peneliti yang tertarik. Apa lagi, hambatan baik dalam jangkauan inovator, terutama bila dibandingkan dengan masalah sekitarnya biofuel lainnya, seperti implikasi keuangan, lingkungan, dan sosial penggunaan tanaman pangan untuk bahan bakar.

• Biodiesel's Attraction

Biodiesel telah mendapatkan momentum baru-baru ini karena merupakan pengganti solar diproduksi di dalam negeri langsung dengan emisi rendah dan kandungan energi yang relatif tinggi. Biodiesel relatif mudah untuk menghasilkan dari trigliserida, menggunakan kimia transesterifikasi mapan. Pasokan biodiesel AS saat ini sebagian besar berasal dari kedelai, sementara sebagian kecil berasal dari lebih sulit untuk mengolah limbah minyak goreng.

Tanaman kedelai biasanya menghasilkan 48 galon minyak per hektar, memerlukan pupuk berbasis petroleum dan herbisida, dan memanfaatkan sumber daya baik air dan tanah. Telah diperkirakan bahwa untuk mengganti hanya 15 persen dari bahan bakar jet yang digunakan oleh armada maskapai penerbangan domestik akan mengambil memotong ukuran dari Florida untuk mempertahankan. tanaman biji minyak yang lebih populer di luar AS, khususnya di Malaysia dan Indonesia dimana kelapa sawit adalah sumber biodiesel. Palms menghasilkan hasil panen yang jauh lebih tinggi dari 638 galon per hektar, tetapi trade off adalah deforestasi dan "tebang dan bakar" metode pemanenan yang melepaskan sejumlah besar karbon dioksida gas rumah kaca ke atmosfer.

Namun, terus memburuknya lingkungan kami dari pembakaran bahan bakar fosil, dikombinasikan dengan prediksi bahwa kita telah mencapai puncak produksi minyak dan memperkirakan bahwa Cina dan India segera akan melebihi konsumsi minyak AS, semuanya mengemudi kekuatan untuk menemukan penggantian untuk berbasis petroleum selain tanaman pangan bahan bakar fosil.

• Mengapa Fitoplankton

Alga dan minyak mikroalga dapat dikonversi menjadi biodiesel dengan menggunakan metode yang sama digunakan untuk minyak biji tanaman. Alga dapat dipanen setiap 24-48 jam, tidak seperti tanaman darat, yang memiliki musim tumbuh lebih lama. Dan beberapa mikroalga memiliki kandungan minyak ke atas 75 persen berat kering. Bonus tambahan adalah bahwa ganggang menggunakan karbon dioksida dari atmosfer dalam fotosintesis mereka trigliserida, yang berarti sebuah peternakan ganggang dapat piggy-didukung ke atas cerobong asap CO2-memproduksi untuk secara efektif menghilangkan hingga 90 persen dari emisi CO2.

Pada tahun 1978, Departemen Energi AS memulai Spesies Akuatik Program (ASP) yang bertujuan untuk menyelidiki penggunaan tanaman air sebagai sumber energi. Proyek ini dihentikan pada tahun 1995 ketika harga solar turun menjadi di bawah $ 1 per galon. Proyek ini memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pemahaman genetika ganggang dan produksi lemak. ASP katalog 3.000 strain alga dan menemukan 300 spesies yang cocok untuk produksi minyak.

Beberapa desain pertanian alga yang tersedia untuk budidaya alga. Sementara desain produksi alga ASP berada di kolam alga terbuka, Jepang dan lain-lain diteliti desain fotobioreaktor tertutup. photobioreactors tertutup secara signifikan lebih mahal, tetapi mereka menghilangkan masalah pencemaran dengan strain alga yang tidak diinginkan asli.

• Kemajuan Apakah Menjadi Dilihat

Tahun ini terakhir telah melihat mini-gelembung dalam pengembangan mikroalga. Ketika GreenFuel Technology Corporation muncul pada peta awal 2004, biodiesel mikroalga itu, dan masih sangat banyak, "hal besar berikutnya." Modal ventura mulai mengalir dan baru start-up mulai bermunculan tampaknya semalam. Beberapa perusahaan melompat di papan dengan hasil tanaman tinggi dan skenario rendah biaya, berharap untuk mendapatkan keuntungan dari hype. Sementara kapasitas untuk biodiesel alga telah diproyeksikan akan jauh lebih besar daripada mungkin dengan minyak biji tanaman, kenyataannya adalah bahwa beberapa perusahaan telah berhasil melewati tahap awal demonstrasi, dan tak seorang pun telah menghasilkan biodiesel alga dalam skala komersial.

Dan dengan hype sering datang beberapa shenanigans. Pada bulan November 2006 Bahan Bakar De Beers Afrika Selatan merilis rencana untuk memproduksi bahan baku untuk 16000000000-24000000000 liter biofuel tahun di sebuah pabrik memproduksi 144.000 liter per hari biodiesel dan yang dijalankan 25 hari sebulan. Ia kemudian menemukan bahwa tanaman skala besar tidak ada dan bahwa perusahaan hanya 39.000 liter diproduksi di sahamnya. Diperkirakan bahwa investor kehilangan mendekati US $ 1 juta masing-masing untuk dana yang dialokasikan untuk pembangunan pabrik.

GreenFuel, perusahaan yang menguasai segmen terbesar dari kekayaan intelektual di daerah ini, juga mengalami kesulitan keuangan dan teknis. pilot plant perusahaan di Arizona alga tumbuh lebih cepat dari yang diharapkan, sehingga dalam alga sekarat karena kekurangan sumber daya. The pilot plant harus ditutup. Biaya perkiraan dari Arizona pilot juga lebih tinggi dari yang diperkirakan, dan pada bulan Juli, Hijau Bahan Bakar memotong tenaga kerja setengah.

Biaya modal keseluruhan membangun dan mengoperasikan sebuah peternakan alga lebih tinggi dibandingkan dengan biofuel lainnya. Beberapa ahli bahkan mengatakan bahwa biodiesel mikroalga dari sistem seperti GreenFuel tidak akan secara komersial kecuali harga minyak melampaui $ 800 per barel, ambang batas yang sangat realistis.

• Dimana Masa Depan Lies

Potensi besar biodiesel alga digabungkan dengan risiko besar. Karena rintangan teknis untuk memproduksi biodiesel alga komersial belum diatasi, masa depan akan sangat bergantung pada penelitian baru yang inovatif baik dalam dunia akademis dan industri. subsidi pemerintah dan investasi juga akan sangat penting untuk keberhasilan menemukan bahan bakar alternatif yang sesuai, baik berdasarkan alga atau sesuatu yang lain.

Kolaborasi akan memainkan peranan penting bagi masa depan biodiesel alga juga. Patungan dengan pembangkit listrik yang menghasilkan CO2, tempat pembuatan bir dan fasilitas lainnya mampu menggabungkan photobioreactors ganggang besar akan kunci keberhasilan. Alga produsen harus bermitra dengan kilang biodiesel menetapkan bahwa memiliki pengetahuan untuk mengambil trigliserida mentah untuk produk biodiesel akhir.

Sebelum microdiesel alga dapat menjadi alternatif pasar yang layak untuk bahan bakar fosil, beberapa kendala kritis perlu ditangani. photobioreactors tertutup saat ini biaya mahal. Entah sistem kolam terbuka yang dapat dioperasikan tanpa gangguan dari ganggang asli atau sistem tertutup akan direnovasi konfigurasi yang paling menjanjikan. Apakah produksi trigliserida skala besar dari ganggang dapat efektif biaya akan membutuhkan pengendalian pertumbuhan alga dan tingkat tinggi produksi minyak. Lokasi untuk peternakan ganggang perlu dinilai benar. Ketersediaan lahan yang tidak digunakan, sinar matahari siang hari, suhu malam hari, dan ketersediaan CO2 merupakan faktor-faktor yang akan mempengaruhi keberhasilan.

Masalah utama dengan biodiesel tanaman berbasis sosial dan lingkungan di alam dan tidak mungkin diselesaikan tanpa mengubah bahan baku seluruhnya. Kabar baiknya adalah bahwa-set punggung dengan biodiesel alga dapat paling pasti akan diatasi dengan inovasi dan kreativitas. Mungkin 10 tahun di masa depan, kami akan menarik ke dalam untuk pompa ganggang ke gas up.