Las microalgas Resuelven el problema de la energía_

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Biocombustibles de la Tercera Generación
Las microalgas Resuelven el problema de la energía?
Resumen 
Con respecto al problema del CO2 sobre el cambio climático, son necesarias la dependencia de la 
economía mundial de los combustibles fósiles y su fuente limitada, diferentes fuentes de energía 
que los combustibles fósiles. Una fuente de energía posible para los combustibles de transporte es 
el biodiesel hecho de microalgas. Para establecer este biodiesel, hay que tener una gran cantidad 
de obstáculos; obstáculos técnicos, biológicos, ecológicos y económicos. Otros combustibles 
alternativos como el bioetanol ya han tomado algunos de estos obstáculos. Estos obstáculos o 
aspectos han uno de los criterios que tienen que cumplir resumida: la sostenibilidad. Detrás de 
este santo y seña existen criterios concretos para cada uno de los aspectos que no se cumplió todo 
a partir de los biocombustibles ya aplicadas. Pueden las microalgas vencer el biodiesel (bio) 
combustibles de otras fuentes? Para responder a esta pregunta, una gran cantidad de aspectos y 
sus criterios relacionados que son relevantes para producir y aplicar biodiesel a partir se 
describieron y evaluaron microalgas; principalmente los aspectos de la energía, la técnica y la 
economía. En algunos criterios diferentes resultados y opiniones existe. Pero en general un gran 
potencial de biodiesel de microalgas como el principal combustible para el transporte (sostenible) 
apareció.
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Contenido
1. Introducción. 
2. Estado de la Ciencia. 
2.1 Los biocombustibles de primera y segunda generación.
2.2 Tercera generación. 
2.3 El cultivo de microalgas. 
2.4 organismos. 
2.5 Balance de energía. 
2.6 aparato técnico de Biodiesel. 
2.7 Asuntos económicos. 
2.8 escenario posible producir biodiesel a partir de microalgas. 
2.9 Diferentes opiniones sobre cantidades. 
3.1 Área Obligatorio.
3.2 Conclusión y Evaluación. 
1. Introducción
La economía mundial es enorme dependiente de los combustibles fósiles. 80, 9% de la producción 
total de energía en 2006 era de los combustibles fósiles. La cantidad de combustible fósil utilizado 
para la producción de energía en 2006 fue del orden de 9'000'000 k toneladas equivalentes de 
petróleo.
El uso de combustibles fósiles tiene muchas desventajas. La fuente de la misma es finita. Por la 
quema de combustibles fósiles de CO2 se libera, que es entre otras cosas responsables del efecto 
invernadero, que es después de todo responsable del calentamiento global. Por estas razones, 
desde un par de años existe un bajo número de investigaciones en curso para las fuentes de 
energía alternativas. Este papel se centrará en el estado de la investigación especialmente 
biocombustibles sobre los biocombustibles de la tercera generación.
La primera generación de biocombustibles es el etanol hecho de cultivos. Este tipo de 
combustibles tiene, como los combustibles fósiles, también muchas desventajas. En primer lugar 
se necesita espacio agrícola para su cultivo. Esto significa que está en competencia con la tierra 
cultivable para la nutrición humana. Las consecuencias de esta competencia son la escasez de 
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alimentos y el aumento de los precios mundiales de los alimentos. En los últimos años la creciente 
demanda de biocombustibles tuvo un gran impacto en los precios de los granos de fondos. Al lado 
de este aspecto económico y asunto mundial de alimentos, también hay un aspecto ecológico. Uno
de los objetivos de la producción y uso de los biocombustibles de cultivos fue la reducción de las 
emisiones de gases de efecto invernadero debido a la quema de combustibles fósiles. La idea 
detrás es que el CO2 liberado debido a la quema de biocombustibles se está recuperando por el 
crecimiento de los cultivos a través del mecanismo de la fotosíntesis. Pero el agujero proceso de 
etanol a partir de cultivos ganando consume una gran cantidad de energía (sobre todo a partir de 
combustibles fósiles). En primer lugar el cultivo industrial y la cosecha necesitan máquinas que 
funcionan con combustibles fósiles. Entonces la transformación de las plantas a etanol también es 
energía intensiva. Otro aspecto es el cultivo de cultivos para biocombustibles en regiones como 
Amazonas. De tal regiones la tala de bosques para obtener tierras de cultivo pierde el estado de un
sumidero de CO2.
 En conclusión algunos biocombustibles (dependiendo de la cosecha se hace a partir de) tiene el 
peor balance ecológico que los combustibles fósiles propios.
 La segunda generación de biocombustibles se hace fuera de los residuos de los cultivos, animales, 
madera y alimentos. Esta aplicación reduce la competencia desventaja con la alimentación 
humana. Pero los residuos de cultivos son una fuente esencial de nutrientes para las plantas. La 
quema de estos residuos de cultivos significa la disminución de la materia orgánica en los suelos 
agrícolas y el uso de más fertilizantes minerales como el amonio que se hace bajo el uso de alta 
energía. Suplementarios los biocombustibles de la primera y la segunda generación no son 
económicos competitivo. Ahora la tercera generación de biocombustibles / biodiesel se está 
desarrollando. En muy poco abstracción es el biodiesel hecho directamente por los 
microorganismos, principalmente por las microalgas. En este trabajo se documenta el estado de la 
ciencia de producir biodiesel a partir de microalgas y la compara con la primera y la segunda 
generación de biocombustibles. Especialmente se quiere evaluar esta nueva generación de 
biodiesel en los aspectos de factibilidad biológica y técnica, desventajas potenciales y la 
competitividad económica. 
Ahora la tercera generación de biocombustibles / biodiesel se está desarrollando. En muy poco 
abstracción es el biodiesel hecho directamente por los microorganismos, principalmente por las 
microalgas. En este trabajo se documenta el estado de la ciencia de producir biodiesel a partir de 
microalgas y la compara con la primera y la segunda generación de biocombustibles. 
Especialmente se quiere evaluar esta nueva generación de biodiesel en los aspectos factibilidad 
biológica y técnica, desventajas potenciales y la competitividad económica. La pregunta para guiar 
este trabajo fue: se la usa de biodiesel a partir de microalgas en lugar de los combustibles fósiles 
en un futuro próximo una alternativa real? La atención se centra en la técnica y biológica aplicando
en una gama importante de cantidad.
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2. Estado de la Ciencia
2.1 Los biocombustibles de primera y segunda generación
El fondo biotecnológico de biocombustibles primera y segunda generación es bastante es lo mismo
transformación de hidratos de carbono a alcohol (metanol y etanol) y / o gas metano) la 
transformación de los ácidos grasos con metanol para ésteres de alquilo de cadena larga (diesel) . 
La diferencia entre los biocombustibles de primera y segunda generación es, como está escrito 
anteriormente, la materia prima. No de una manera química, pero lo que puede ser utilizado 
potencialmente para (alimentación humana, fertilizantes, etc.). Por el primero Las descripciones de
los "biocombustibles de primera, segunda y tercera generación" no son científicos consistente este 
documento utiliza "biocombustibles de primera generación", como los biocombustibles hechos de 
cultivos, como "biocombustibles de segunda generación" hecha de residuos y "biocombustibles de 
tercera generación" como biocombustible realizado por microalgas.
La generación de la materia prima consta de cultivos que se cultivan por esta razón. La materia 
prima de los biocombustibles de segunda generaciónse compone de residuos vegetales y 
animales. La forma principalmente la producción de la primera generación de biocombustibles es 
la fermentación de azúcares a etanol. O bien la materia prima son las plantas ricas en azúcar, como
la caña de azúcar o remolacha azucarera que contienen una gran cantidad de sacarosa
Figura 1: Visión general de los pasos productoras del primero (1), segundo (2) y tercero (3.) 
generación de biocombustibles (C12H22O11) o plantas ricas en almidón como el maíz y la papa. En
este caso, la producción debe someterse a un paso previo de hidrolizar el almidón en azúcares. se 
la levadura con las enzimas invertasa y zymase se añadirá a la sacarosa. Convierte la sacarosa 
invertasa con agua en fructosa y glucosa. A partir de estos productos zymase produce etanol y 
dióxido de carbono. Las reacciones químicas son:
C12H22O11 (sacarosa) + H2O → C6H12O6 (glucosa) + C6H12O6 (fructosa)
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Invertasa
C6H12O6 (glucosa / fructosa) → 2 * C2H5OH (Etanol) + 2 * CO2
Zymase
A una temperatura de 250-300 ° C el proceso de fermentación requiere alrededor de 70 horas. El 
"producto de desecho" se seca los granos de destilería con solubles y se puede utilizar como 
alimento para el ganado. Para la producción de biodiesel se necesitan cultivos ricos en petróleo. 
Los cultivos son por lo general las semillas de colza y soja.
La reacción química para la producción de biodiesel se llama transesterificación. Las moléculas de 
triglicéridos (grasa o aceite) reaccionan como una hidrólisis con metanol en lugar de agua. Los 
productos son (ésteres etílicos o metílicos) glicerina y biodiesel. Para esta reacción es también un 
catalizador en forma de hidróxido de sodio o hidróxido de potasio sea necesario.
Figura 2: La transesterificación
Como se mencionó anteriormente, los biocombustibles de segunda generación puede ser 
producido de residuos de las plantas, lo que significa un rico material lignocelulósico 
principalmente. Esto significa que las lignocelulosas tienen que ser "pretratado".
El pre-tratamiento es la hidrólisis de la celulosa y la pirolisis de lignina. La mayoría aplicado pirolisis
para la producción de biocombustibles es el llamado pirolisis flash. Eso significa calentar 
rápidamente el material de alimentación entre 350 y 500 ° C durante menos de 2 segundos. Esto 
destruye la estructura cristalina y hace que la lignina vulnerable para su posterior hidrólisis. La 
hidrólisis de la celulosa es en su mayoría un enzimática uno debido celulosa que ocurren en 
descomponedores. Los productos son azúcares, que pueden ser fermentados como la materia 
prima en los biocombustibles de primera generación que producen etanol. Para la producción de 
biodiesel de la segunda generación de la materia prima es grasas animales o vegetales de residuos.
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2.2 Tercera generación
Los biocombustibles de tercera generación tienen mayores diferencias a la primera y la segunda 
generación de biocombustibles de lo que tienen entre sí. La mayor diferencia es la materia prima. 
En contradicción con la primera y la segunda generación de biocombustibles de tercera generación
se hace fuera de los microorganismos, las microalgas primaria.
Tabla 1: Comparación de la eficiencia de la producción de biodiesel de cultivos dependientes de los
aceites vegetales.
“Si unos estanques de algas y biorreactores están situados en tierras no cultivables; jatrofa se 
cultiva principalmente en tierras marginales”.
TAGS = Triglicéridos
Pero la vía biotecnológica es el mismo (ver transesterificación arriba). El objetivo de este trabajo 
radica en la producción de biodiesel a partir de microalgas. Otros combustibles producidos a partir 
de microalgas potencialmente son el etanol, metano e hidrógeno.
El cultivo de algas tiene muchas diferencias en comparación con el cultivo de plantas o animales 
para la producción de biocombustibles. Para producir biodiesel a partir de algas, no es necesario el 
uso de la tierra cultivable. Y la zona que se necesita por entidad biodiesel es mucho menor que si 
se hace a partir de aceites plan (véase la Tabla 1). Por otra parte una infraestructura como 
biorreactores tiene que ser construido.
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2.3 El cultivo de microalgas
Hoy en día hay dos tipos conocidos de reactores que sean prácticos para producir a gran escala de 
microalgas: La pista de rodadura (abierto) sistema de lagunas y la Fotobiorreactor. Los estanques 
de rodadura son comúnmente utilizados y relativamente simples. Desde la década de 1950 
estanques de rodadura se utilizan para la producción de biomasa bacteriana cian para el alimento. 
La alimentación de luz durante el día ocurre sólo en la parte superior que está abierta.
Con una paleta el caldo se mezcla y se circula a través de un bucle para evitar la sedimentación. Al 
final del bucle de circulación detrás de la paleta se cosechó la biomasa. Los costos de los estanques
de rodadura son relativamente bajos, pero la productividad es también. Debido a la fácil 
manipulación y mantener el funcionamiento de los estanques de rodadura es más barato que 
opera de fotobiorreactores. También los costes de construcción son relativamente bajos, porque 
no es de material transparente y una amplia gama de material puede ser utilizado.
La productividad de un estanque pista de rodadura con una profundidad típicamente agua de la 
corriente de circulación de 15-30 cm es de aproximadamente 60-100 mg L-1 día-1 (peso seco) lo 
que significa un área productiva en un estanque de media pista de rodadura de aproximadamente 
10-35 g m-2 día-1 [6] [7]. Otra desventaja es la parte superior abierta. A través de esta interacción 
con la atmósfera de la evaporación es un factor importante y el agua tiene que ser rellenados. 
Debido a la intercambio de gas debido a la estanque abierto el uso de dióxido de carbono es 
menos eficiente que en fotobiorreactores. Otro factor de la baja productividad es la contaminación
con otros microorganismos.
El fotobiorreactor más aplicado es el sistema tubular. Fotobiorreactores En diferencia a los 
sistemas abiertos cerrados están construidos con materiales transparentes como el vidrio o el 
plástico. Para la optimización de la productividad es necesario para maximizar la superficie a 
volumen proporción. Por esta razón, el caldo es en tubos de un diámetro de 0,1 m o menos. A 
menudo, estos tubos están dispuestos en vallas como colector solar.
La mezcla del caldo es necesaria para evitar la sedimentación, dióxido de carbono y llevar a cabo el 
suministro de oxígeno. Para evitar la limitación cinética una presión parcial de CO2 de 0,15 kPa, y 
una demanda estequiométrica de 1,7 g de CO2 por gramo de biomasa tiene que ser mantenido. 
Esto hace que sea necesario para contribuir de CO2 de una fuente externa, como las centrales de 
carbón o de gas de potencia. El oxígeno producido por fotosíntesis tiene que ser eliminado del 
sistema. Debido a que una alta concentración de oxígeno disuelto puede inhibir fotosíntesis. Y en 
combinación con una alta radiación solar que puede producir foto oxidantes que daña las células 
de algas.
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Figura 3: Un fotobiorreactor tubular con colectores solares de la cerca similares.
¿Qué otra cosa que la luz solar do consumir microalgas? El medio en el cultivo de algas tiene que 
consistir en agua, CO2 y nutrientes disueltos. Hay algunas razones para usar las aguas residuales o 
agua de mar en lugar de agua dulce. En primer lugar, es la escasez de agua potable (en una visión 
global). Otra ventaja de la utilización de las aguas residuales es la posibilidad de que contiene 
nutrientes valiosos como elementos nitrógeno, fósforo y oligoelementos.Esto hace que una menor
cantidad de fertilizante necesario y la producción más barata. El agua de mar también puede 
contener estos nutrientes, pero normalmente en una concentración inferior.
Los problemas de la utilización de las aguas residuales son las concentraciones inestables de los 
contaminantes y demasiado altas concentraciones de elementos y moléculas que pueden inhibir el
crecimiento de algas o matar a las células. Las concentraciones en las aguas residuales tienen una 
gran fluctuación en función de la ubicación y el tiempo.
Desde las primarias algas cosechadas se usan los ácidos grasos contenidos (triglicéridos). Los 
residuos de las algas contienen también una gran cantidad de hidratos de carbono, proteínas y 
otros nutrientes. Estos residuos podrían potencialmente utilizado para la alimentación animal y / o 
la producción de metano. Pero la producción de metano de los residuos de algas es en este 
momento no es económico competitivo con la producción de metano de otros compuestos 
biológicos. Otra posibilidad es utilizar el metano producido para la obtención de energía para hacer
funcionar el reactor (véase la figura 4).
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2.4 Organismos
En el capítulo antes se explicó el cultivo de las microalgas. Pero, ¿qué tipo de organismos son ellos 
o deben ser? Los organismos utilizados en los reactores ya existentes y en funcionamiento son las 
microalgas. Microalgas pertenece, al igual que las plantas de la tierra, a la clado del Viridiplantae, 
también conocido como "plantas verdes" [11]. En diferencia a las plantas de la tierra, las 
microalgas o microalgas son organismos unicelulares. Como consecuencia de esto no tienen ramas,
hojas o raíces. Pero pueden vivir en cadenas o grupos y practicar la fotosíntesis, así como plantas 
de la tierra lo hacen.
Las microalgas para cultivar y aún más la producción de biodiesel de ellos, debe ser rica en 
petróleo y rico en ácidos grasos saturados (véase el aparato técnico de abajo), debe tener una tasa 
de crecimiento alta y debe tener una alta producción primaria neta con respecto a la producción 
de petróleo. El contenido de aceite de microalgas, que puede ser utilizado para la fabricación de 
biodiesel son comúnmente en el intervalo de 20-50% por el peso de biomasa seca. Pero el 
contenido de otras microalgas puede exceder a 80%. En comparación con los cultivos de aceite, las 
microalgas pueden duplicar su biomasa en 24 horas. Una forma posible para maximizar la 
producción de biomasa es diseñar el metabolismo de los organismos. Por ejemplo el aumento de 
la eficiencia fotosintética o minimizar la respiración son posibilidades imaginables.
La producción de petróleo primaria neta optimizado es al final una mezcla de un alto contenido de 
aceite que consiste en ácidos grasos saturados y una alta producción de biomasa por unidad de 
tiempo que no necesita que mucho caldo. Incluso el balance de energía no sería tan buena como 
ellos por primera o segunda generación de biocombustibles la tasa de crecer muy alta es una gran 
ventaja de los biocombustibles tercera generación.
2.5 balance de energía 
De hecho que ninguna planta de energía es impulsado por biodiesel a partir de microalgas, sin 
embargo, la comparación con otras tecnologías es difícil. Sin embargo hay un ciclo de vida 
existente Evaluación (LCA), que entre otras cosas ha calculado el balance energético del biodiesel a
partir de microalgas en combustión.
La cultura consistía en Chlorella vulgaris, creció en un sistema de lagunas alcantarilla abierta. Una 
cultura estaba con nutrientes normales, uno con un bajo nitrógeno. Además había dos métodos de
extracción probados, la extracción en seco y mojado. El principal resultado se muestra en la tabla 
2. El saldo neto de energía (NEB) está en estos cuatro tratamientos en un rango entre 0,98 y 4,34. 
Esta es la relación de la salida y la energía de entrada.
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Una relación por debajo de uno significa un mayor consumo de energía que la ganancia de energía.
En comparación con NEB a partir de etanol y metano hecha de cultivos, estos datos están en un 
rango similar
Tabla 2: más impactantes flujos generados por la producción de 1 kg de biodiesel (modificado a 
partir de [8])
2.6 aparato técnico de Biodiesel
El biodiesel debe ser uno a uno sustituto de diesel fósil o biodiesel hecho de las cosechas. Vehículo 
de transporte o calentadores deben funcionar con biodiésel a partir de algas en vez de diesel fósil 
o biodiesel planta. De hecho que el biodiesel a partir de cultivos ya se utiliza en relativamente 
amplia parte, existen aplicaciones técnicas para el uso de biodiesel. El problema es que el biodiesel
no es químicamente exactamente el mismo que el diesel a partir de semillas oleaginosas. O en 
otras palabras, hay algunas normas para el uso de biodiesel. Por ejemplo, en la Unión Europea 
existen dos normas, una para biodiesel en vehículos y otro para biodiesel como combustible para 
calefacción.
El principal problema de aceite de microalgas es el alto contenido de ácidos grasos insaturados. Los
ácidos grasos insaturados y ésteres de ácidos grasos de metilo tienen límites más del doble que los 
saturados. Normalmente Alga aceites contenido de cuatro o más dobles enlaces. Este alto 
contenido de dobles enlaces hacen que el aceite oxidativo menos estable que el aceite con un alto 
contenido de ácidos grasos saturados. Este es un problema en el almacenamiento. Si el aceite 
comienza a oxidar la calidad de la misma es cada vez menor. Las mayoría de las normas existentes 
solicitan un contenido más bajo de la instauración total del aceite de contenidos de aceite de 
microalgas. Sin embargo, con la técnica de hidrogenación catalítica parcial del aceite, la parte de 
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