تولید بیودیزل از زیست توده ریزجلبک بومی ایران

شاهی, طاهر; بهشتی, بابک; زنوزی, علی; الماسی, مرتضی

تولید بیودیزل از زیست توده ریزجلبک بومی ایران

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مکانیزاسیون و مکانیک ماشین‌های کشاورزی، دانشکده کشاورزی، واحد علوم تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

² سازمان پژوهش‌های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایران

چکیده

تولید سوخت های تجدید پذیر و جایگزینی تدریجی آن ها به جای سوخت های فسیلی یکی از چالش های اصلی پژوهشگران در دهه های اخیر بوده است. بیودیزل یکی از این سوخت ها می باشد که از منابع گوناگون تولید شده و در موتورهای دیزلی مورد استفاده قرار می گیرد. در این کار پژوهشی، بیودیزل از روغن ریزجلبک گونه دونالیلای بومی ایران به دو روش تر و خشک تولید شد و ویژگی های سوختی آن مورد بررسی قرارگرفت. نتیجه ها نشان داد که روش تر، بازده بالاتری نسبت به روش خشک دارد. به طوری که بازده استخراج روغن در روش تر 4/17 درصد و در روش خشک 2/10 درصد به دست آمد. مدت زمان استخراج روغن نیز در روش تر به دلیل حذف مرحله های خشک نمودن و نمک زدایی به طور چشمگیری کوتاه تر از روش خشک می باشد. بنابراین در استفاده از زیست توده ریزجلبک بومی ایران، روش تر از پتانسیل بالایی برای تولید بیودیزل برخوردار است. مناسب ترین بازده استخراج در روش تر در دمای 60 درجه سلسیوس و مدت 30 دقیقه به دست آمد. نتیجه ها نشان داد که نوع روش استخراج تأثیر معنی داری بر پروفیل اسیدهای چرب و ویژگی های بیودیزل تولیدی ندارد. زنجیر اسیدهای چرب در لیپید استخراج شده ریز جلبک دونالیلا از 14 تا 20 کربن دارد که بخش عمده آن را اسید پالمیتیک (62/36%) و اسید استئاریک (08/19%) تشکیل می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

شیمی تجزیه

مراجع

[1] Asif M., Muneer T., Energy Supply, Its Demands and Security Issues for Developed and Emerging Economies. Renew. Sustain. Energ. Rev. 11: 1388-1413 (2007). doi:10.1016/j.rser.2005.12.004

[2] Kumar R., Hanumantha Rao P., Arumugam M., Lipid Extraction Methods from Microalgae: A Comprehensive Review. Frontiers in Energy Research, 2: 61 (2015).

[3] Khan S.A., Rashmi Hussain M.Z., Prasad S., Banerjee U., Prospects of Biodiesel Production from Microalgae in India. Renew. Sustain. Energ. Rev. 13: 2361-2372 (2009).

[4] Arumugam M., Agarwal A., Arya M.C., Ahmed Z. Microalgae: Renewable Source for Second Generation Biofuel. Curr.Sci. 100: 1141-1142 (2011). doi:10.1007/s00253-009-1935-6

[5] Guedes R.E., Luna A.S., Torres A.R. Operating Parameters for Bio-Oil Production in Biomass Pyrolysis: A Review. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 129: 134-149. (2018).

[6] Biller P., Ross A.B. Potential Yields and Properties of Oil from the Hydrothermal Liquefaction of Microalgae with Different Biochemical Content. Bioresource Technology, 102(1): 215-225 (2011).

[7] Borowitzka M.A., Moheimani N.R., “Algae for Biofuels and Energy”, Springer Dordrecht Heidelberg New York London. (2013).

[8] Wahidin S., Idris A., Yusof N.M., Kamis N.H.H., Shaleh S.R.M. Optimization of the Ionic Liquid-Microwave Assisted One-Step Biodiesel Production Process from Wet Microalgal Biomass. Energy Conversion and Management, 171: 1397-1404. (2018).

[9] Schenk P.M., Thomas-Hall S.R., Stephens E., Marx U.C., Mussgnug J.H., Posten C Hankamer B. Second Generation Biofuels: High-Efficiency Microalgae for Biodiesel Production. Bioenergy Research, 1(1): 20-43 (2008).

[10] Dismukes G.C., Carrieri D., Bennette N., Ananyev G. M., Posewitz M. C. Aquatic Phototrophs: Efficient Alternatives to Land-Based Crops for Biofuels. Current Opinion in Biotechnology, 19(3): 235-240 (2008).

[11] Searchinger T., Heimlich R., Houghton R.A., Dong F., Elobeid A., Fabiosa J., ... & Yu T.H. Use of US Croplands for Biofuels Increases Greenhouse Gases Through Emissions from Land-Use Change. Science, 319(5867): 1238-1240 (2008).

[12] Chisti, Y. Biodiesel from Microalgae. Biotechnology Advances, 25(3): 294-306 (2007).

[13] Spolaore, P., Joannis-Cassan, C., Duran, E., Isambert, A. Commercial Applications of Microalgae. Journal of bioscience and bioengineering, 101(2): 87-96 (2006).

[14] Cantrell K.B., Ducey T., Ro K.S., Hunt P.G. Livestock Waste-to-Bioenergy Generation Opportunities. Bioresource Technology, 99(17): 7941-7953 (2008).

[15] Rodolfi L., Chini Zittelli G., Bassi N., Padovani G., Biondi N., Bonini G., Tredici M.R. Microalgae for Oil: Strain Selection, Induction of Lipid Synthesis and Outdoor Mass Cultivation in a Low‐Cost Photobioreactor. Biotechnology and Bioengineering, 102(1): 100-112 (2009).

[16] Hirano A., Ueda R., Hirayama S., Ogushi Y. CO₂ Fixation and Ethanol Production with Microalgal Photosynthesis and Intracellular Anaerobic Fermentation. Energy 22(2-3): 137-142 (1997).

[17] Qin J. Bio-Hydrocarbons from Algae - Impacts of Temperature, Light and Salinity on Algae Growth. Barton, Australia: Rural Industries Research and Development Corporation; (2005).

[18] Kapoore R., Butler T., Pandhal J., Vaidyanathan S. Microwave-Assisted Extraction for Microalgae: from Biofuels to Biorefinery. Biology, 7(1): 18 (2018).

[19] Patil P.D., Gude V.G., Mannarswamy A., Cooke P., Nirmalakhandan N., Lammers P., Deng S. Comparison of Direct Transesterification of Algal Biomass under Supercritical Methanol
and Microwave Irradiation Conditions. Fuel, 97, 822-831 (2012).

[20] Richmond A. (Ed.). “Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology”, Oxford: Blackwell Science, Vol. 577 (2004).

[21] Zebib T., “Microalgae Grown in Photobioreactors for Mass Production of Biofuel”. Rutgers University Department of Bioenvironmental Engineering September 30 (2008)

[22] Shahi T., Zonouzi A., Beheshti B., Almasi M. Comparison of Four Lipid Extraction Methods from Microalgae Dunaliella Sp. for Biodiesel Production. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 39(4): 371-378 (2020).

[23] Bligh E.G., Dyer W.J.A., Rapid Method of Total Lipid Extraction and Purification. Canadian Journal of Biochemistry and Physiology, 37(8): 911-917 (1959).

[24] Zenouzi A., Ghobadian B., Hejazi M.A., Rahnemoon P., Harvesting of Microalgae Dunaliella Salina using Electroflocculation. JAST, 15(5) (2013)

[25] زنوزی، ع. قبادیان، ب. توکلی هشجین، ت. فیض اله نژاد، م. باقرپور، ح. تأثیر ترکیب سوخت‌های دیزل و بیودیزل حاصل از پسماند روغن‌های خوراکی در عملکرد موتور اشتعال تراکمی (CI). مجله سوخت و احتراق، 1(1): 53تا59 (1387).

[26] فیض اله نژاد، م. قبادیان، ب. توکلی هشجین، ت. باقرپور، ح. زنوزی، ع. بررسی پارامترهای مؤثر بر آبشویی سوخت بیودیزل. مجله مهندسی بیوسیستم ایران، 40(2): 147تا154 (1388).

[27] ملک زاده, عابدینی, وثوقی, رشتچیان. بررسی تجربی و مدل‌سازی ترمودینامیکی فرآیند استخراج لیپید از ریزجلبک تر. پژوهش نفت، 26(4): 153تا164 (1395).

[28] Wang L., Yang B., Du X., Yi C. Optimisation of Supercritical Fluid Extraction of Flavonoids from Pueraria Lobata. Food Chemistry, 108(2): 737-741 (2008).

[29] Ghazali Q., Yasin N.H.M. The Effect of Organic Solvent, Temperature and Mixing Time on the Production of Oil from Moringa Oleifera Seeds. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Publishing. 36(1): 012053 (2016).

[30] Abdullah N., Amran, N.A., Yasin N.H.M. Algae Oil Extraction from Freshwater Microalgae Chlorella Vulgaris. Malaysian Journal of Analytical Sciences, 21(3): 735-744 (2017).

[31] Suganya T., Renganathan, S. Optimization and Kinetic Studies on Algal Oil Extraction from Marine Macroalgae Ulva Lactuca. Bioresource Technology, 107: 319-326 (2012).

[32] رئوفی, موسوی گرگری, سید لطیف. بهینه‌سازی استحصال روغن از گونه میکروجلبکی Haematococcus pluvialis با استفاده از روش سطح پاسخ و بررسی پروفایل اسید چرب آن به منظور تولید بیودیزل. نشریه علمی فیزیولوژی و بیوتکنولوژی آبزیان، 7(1): 145تا160 (1970).

[33] Sathish A., Sims R.C., Biodiesel from Mixed Culture Algae via a Wet Lipid Extraction Procedure. Bioresource Technology, 118: 643-647 (2012).

[34] Huang X., Huang Z., Wen W., Yan J., Effects of Nitrogen Supplementation of the Culture Medium on the Growth, Total Lipid Content and Fatty Acid Profiles of Three Microalgae (Tetraselmis Subcordiformis, Nannochloropsis Oculata and Pavlova Viridis). Journal of applied phycology, 25(1): 129-137 (2013).

[35] Widjaja A., Chien C.C., Ju Y.H., Study of Increasing Lipid Production from Fresh Water Microalgae Chlorella Vulgaris. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 40(1): 13-20 (2009).

[36] Borowitzka M.A., Moheimani N. R. (Eds.). “Algae for Biofuels and Energy”, Springer, Dordrecht, the Netherlands. 5: 133-152 (2013).

[37] Ghasemi Naghdi F., González González L.M., Chan W., Schenk P.M. Progress on Lipid Extraction from Wet Algal Biomass for Biodiesel Production. Microbial Biotechnology, 9(6): 718-726 (2016).

[38] Cao H., Zhang Z., Wu X., Miao X. Direct Biodiesel Production from Wet Microalgae Biomass of Chlorella Pyrenoidosa through in Situ Transesterification. BioMed Research International, (2013).

[39] یزدانی, خسروی رینه, احمدی, اکرم. بررسی ترکیب اسید چرب و پتانسیل تولید بیودیزل برخی ریزجلبک ها در زیستگاه های مختلف. زیست شناسی کاربردی، 31(3): 152تا160 (2018).

[40] Amaro H.M., Guedes A.C., Malcata F.X. Advances and Perspectives in using Microalgae to Produce Biodiesel. Applied Energy, 88(10): 3402-3410 (2011).

[41] Knothe G. “Designer” Biodiesel: Optimizing Fatty Ester Composition to Improve Fuel Properties. Energy & Fuels, 22(2): 1358-1364 (2008).

[42] Richter B.E., Jones B.A., Ezzell J.L., Porter N.L., Avdalovic N., Pohl C. Accelerated Solvent Extraction: a Technique for Sample Preparation. Analytical Chemistry, 68(6): 1033-1039 (1996).

[43] Canakci M., Sanli H. Biodiesel Production from Various Feedstocks and Their Effects on the Fuel Properties. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 35(5): 431-441 (2008).

[44] Kenyon C.N., Rippka R., Stanier R.Y. Fatty Acid Composition and Physiological Properties of Some Filamentous Blue-Green Algae. Archiv für Mikrobiologie, 83(3): 216-236 (1972).

[45] Li Y., Naghdi F.G., Garg S., Adarme-Vega T.C., Thurecht K.J., Ghafor W.A., ... Schenk P.M. A Comparative Study: the Impact of Different Lipid Extraction Methods on Current Microalgal Lipid Research. Microbial Cell Factories, 13(1): 14 (2014).

[46] Xiong W., Li X., Xiang J., Wu Q. High-Density Fermentation of Microalga Chlorella Protothecoides in Bioreactor for Microbio-Diesel Production. Applied Microbiology and Biotechnology, 78(1): 29-36 (2008).

[47] Nascimento I.A., Marques S.S.I., Cabanelas I.T.D., Pereira S.A., Druzian J.I., de Souza C.O., ... Nascimento M.A. Screening Microalgae Strains for Biodiesel Production: Lipid Productivity and Estimation of Fuel Quality Based on Fatty Acids Profiles as Selective criteria. Bioenergy Research, 6(1): 1-13 (2013).

[48] Talebi A.F., Mohtashami S.K., Tabatabaei M., Tohidfar M., Bagheri A., Zeinalabedini M., Bakhtiari S. Fatty Acids Profiling: A Selective Criterion for Screening Microalgae Strains for Biodiesel Production. Algal Research, 2(3): 258-267 (2013).

[49] Zhukova N.V., Aizdaicher N.A. Fatty Acid Composition of 15 Species of Marine Microalgae. Phytochemistry, 39(2): 351-356 (1995).

[50] Ramos M. J., Fernández C.M., Casas, A., Rodríguez, L., Pérez, Á. Influence of Fatty Acid Composition of Raw Materials on Biodiesel Properties. Bioresource Technology, 100(1): 261-268 (2009).

[51] Roy S.K., Karim S.M.M., Rahman Z., Aziz S., Hassan S.M.M. The Fatty Acid Composition and Properties of Oil Extracted from Cotton (Gossypium Herbaceum) Seed of Bangladesh. Bangladesh Journal of Scientific and Industrial Research, 47(3): 303-308 (2012).

[52] Chowdhury K., Banu L.A. Khan S., Latif A. Studies on the Fatty Acid Composition of Edible Oil. Bangladesh Journal of Scientific and Industrial Research, 42(3): 311-316 (2007).

[53] Al-Bachir, M., Sahloul, H. Fatty Acid Profile of Olive Oil Extracted from Irradiated and Non-Irradiated Olive Fruits. International Journal of Food Properties, 20(11): 2550-2558 (2017)

[54] Mancini, A., Imperlini, E., Nigro, E., Montagnese, C., Daniele, A., Orrù, S., Buono, P. Biological and Nutritional Properties of Palm Oil and Palmitic Acid: Effects on Health. Molecules, 20(9): 17339-17361 (2015).

[55] Varsha Thakur, Seema Paroha, Ravi Prakash Mishra. Free Fatty Acid Profile of Seven Sesame (Sesamum Indicum L.), Verities. Int. J. Curr. Microbiol. App. Sci. 7(7): 3439-3453 (2018). doi: https://doi.org/10.20546/ijcmas.2018.707.399

[56] Ramadhas A.S., Muraleedharan C., Jayaraj S. Performance and Emission Evaluation of a Diesel Engine Fueled with Methyl Esters of Rubber Seed Oil. Renewable Energy, 30(12): 1789-1800 (2005).

[57] Candeia R.A., Silva M.C.D., Carvalho Filho J.R., Brasilino M.G.A., Bicudo T.C., Santos I.M.G., Souza A.G. Influence of Soybean Biodiesel Content on Basic Properties of Biodiesel–Diesel Blends. Fuel, 88(4): 738-743 (2009).

[58] Labeckas G., Slavinskas S., The Effect of Rapeseed Oil Methyl Ester on Direct Injection Diesel Engine Performance and Exhaust Emissions. Energy Conversion and Management, 47(13-14): 1954-1967 (2006).

[59] Thirumurugaveerakumar, Raghul, Sam Vimal Kumar Ajay R, Production and Property Analysis of Biodiesel from Cotton Seed Oil Using Natural Catalyst, International Journal of Applied Engineering Research, 13: 5672-5679 (2018).

[60] Sarin R., Sharma M., Sinharay S., Malhotra R.K. Jatropha–Palm Biodiesel Blends: An Optimum Mix for Asia. Fuel, 86(10-11): 1365-1371 (2007).

[61] Benjumea P., Agudelo J., Agudelo A. Basic Properties of Palm Oil Biodiesel–Diesel Blends. Fuel, 87(10-11): 2069-2075 (2008).

[62] Barnwal B.K., Sharma M.P. Prospects of Biodiesel Production from Vegetable Oils in India. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 9(4): 363-378 (2005).

[63] Lafont J. J., Espitia A.A., Sodré J.R. Potential Vegetable Sources for Biodiesel Production: Cashew, Coconut and Cotton. Materials for Renewable and Sustainable Energy, 4(1): 1 (2015).

[64] Abderrabba M. Biodiesel Production from Unrefined and Refined Olive Pomace Oil: Comparative Study. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 6(12): 906-915 (2014).

[65] Saydut A., Duz M.Z., Kaya C., Kafadar A.B., Hamamci C. Transesterified Sesame (Sesamum Indicum L.) Seed Oil as a Biodiesel Fuel. Bioresource Technology, 99(14): 6656-6660 (2008).

[66] Al-lwayzy S.H., Yusaf T. Diesel Engine Performance and Exhaust Gas Emissions using Microalgae Chlorella Protothecoides Biodiesel. Renewable Energy, 101: 690-701 (2017).

[67] Islam M.A., Rahman M.M., Heimann K., Nabi M.N., Ristovski Z.D., Dowell A., ... Brown R.J. Combustion Analysis of Microalgae Methyl Ester in a Common Rail Direct Injection Diesel Engine. Fuel, 143: 351-360 (2015).

[68] Nautiyal P., Subramanian K.A., Dastidar M.G. Production and Characterization of Biodiesel from Algae. Fuel Processing Technology, 120: 79-88 (2014).

[69] Haik Y., Selim M.Y., Abdulrehman T. Combustion of Algae Oil Methyl Ester in an Indirect Injection Diesel Engine. Energy, 36(3): 1827-1835 (2011).

[70] Kumar V., Muthuraj M., Palabhanvi B., Ghoshal A.K., Das D. Evaluation and Optimization of Two Stage Sequential in Situ Transesterification Process for Fatty Acid Methyl Ester Quantification from Microalgae. Renewable Energy, 68: 560-569 (2014).