Fraccionament de microalgues: optimització de la tècnica d'explosió de vapor i posterior separació de components

Currently, microalgae are the focus of many researches to be a renewable biomass source and an excellent raw material for biorefinery. When the microalgae are used as biomass, the process consists of four stages: the microalgae cultivation, its concentration, fractionation of algal biomass and the final product production. The present study focuses on the microalgae fractionation, being the main object maximize the neutral lipids quantity and recoverable sugars, both in the process of cell wall disruption and in the subsequent fraction separation. The chosen microalga is Nannochloropsis gaditana, since it is a good source of lipids and carbohydrates for biofuel production. In cell wall disruption process of microalga was performed using the technique of steam explosion (150 ºC and 4,7 bar for 5 minutes), for its high efficiency in breaking and subsequent recovery of lipids and sugars. In the subsequent fractionation of the resultant mixture of the steam explosion, were able to identify three phases: organic liquid phase with lipids, liquid phase that contains carbohydrates and solid phase that composes mainly of protein. Previous studies showed the efficacy and the feasibility of use sulfuric acid as a catalyst of the reaction, followed of a lipid extraction by n-hexane solvent. In the present study we examined the variation of the amount of catalyst, obtaining higher recovery yields of lipids and sugars using a 5 % sulfuric acid (w/w, wet sample basis). It carried out a previous concentration to lipids extraction and recovery of sugars, in order to improve the performance of recovery. We employed two methods of concentration: the centrifuge and the frontal filtration (filtration with membrane). Both technical did not allow an improvement in the recovery of the two organic components.Actualment les microalgues són el centre d'atenció de moltes investigacions, per ser una font de biomassa renovable i una excel·lent matèria prima per la biorefineria. Quan les microalgues s'utilitzen com a biomassa, el procés consta de quatre etapes: el cultiu de les mateixes, la seva concentració, el fraccionament de la biomassa algal i la producció del producte final. El present estudi es centra en el fraccionament de les microalgues, sent l'objecte principal maximitzar la quantitat de lípids neutres i sucres recuperables, tant en el procés de la ruptura de la paret cel·lular, com en la posterior separació de fraccions. La microalga escollida és la Nannochloropsis gaditana, ja que és una bona font de lípids i carbohidrats per la producció de biocombustibles. El trencament de la paret cel·lular de les microalgues es va realitzar mitjançant la tècnica d'explosió de vapor (150 ºC i 4,7 bar durant 5 minuts), per la seva alta eficiència en la ruptura i en la posterior recuperació dels lípids i sucres. En el subsegüent fraccionament de la mescla resultant de l'explosió de vapor, es van poder identificar tres fases: fase líquida orgànica amb els lípids, la fase líquida que conté carbohidrats i una fase sòlida que es compon principalment de contingut proteic. Estudis previs van demostrar l'eficàcia i la viabilitat d'utilitzar àcid sulfúric com a catalitzador de la reacció, seguit d'una extracció de lípids amb el dissolvent n-hexà. En el present estudi es va analitzar la variació de la quantitat de catalitzador, obtenint uns rendiments majors de recuperació de lípids i sucres emprant un 5 % d'àcid sulfúric (pes/pes, en base mostra humida). Es va dur a terme una concentració prèvia a l'extracció de lípids i recuperació de sucres, per tal de millorar el rendiment de recuperació. Es van emprar dos mètodes de concentració: la centrifugadora i la filtració frontal (filtració amb membrana). Ambdós tècniques no van permetre una millora en la recuperació dels dos components orgànics.Actualmente, las microalgas son el centro de atención de muchas investigaciones, por ser una fuente de biomasa renovable y una excelente materia prima para la biorefinería. Cuando las microalgas se utilitzan como biomasa, el proceso consta de cuatro etapas: el cultivo de las mismas, su concentración, el fraccionamiento de la biomasa algal y la producción de del producto final. El presente estudio se centra en el fraccionamiento de las microalgas, siendo el objeto principal maximizar la cantidad de lípidos neutros i azúcares recuperables, tanto en el proceso de la ruptura de la pared celular, como en la posterior separación de fracciones. La microalga escogida es la Nannochloropsis gaditana, ya que es una buena fuente de lípids y carbohidratos para la producción de biocombustibles. La rotura de la pared celular de las microalgas se utilizó mediante la técnica de explosión de vapor (150 ºC y 4,7 bar durante 5 minutos), por su alta eficiencia en la ruptura y en la posterior recuperación de los lípidos y azúcares. En el subsiguiente fraccionamiento de la mezcla resultante de la explosión de vapor, se pudieron identificar tres fases: fase líquida orgánica con los lípidos, la fase líquida que contiene carbohidratos y una fase sólida que se compone principalmente de contenido proteico. Estudios previos demostraron la eficacia y la viabilidad de utilizar ácido sulfúrico como catalizador de la reacción, seguido de una extracción de lípidos con el dissolvente n-hexano. En el presente estudio se analizó la variación de la cantidad de catalizador, obteniendo unos rendimientos mayores de recuperación de lípidos y azúcares empleando un 5 % de ácido sulfúrico (peso/peso, en base muestra húmeda). Se llevó a cabo una concentración previa a la extracción de lípidos y recuperación de azúcares, para mejorar el rendimiento de recuperación. Se emplearon dos métodos de concentración: la centrifugadora y la filtración frontal (filtración con membrana). Ambos técnicas no permitieron una mejora en la recuperación de los dos componentes orgánicos

Optimisation de la culture de microalgues pour la production de biodiésel

Affiche présentée dans le cadre du colloque de l'ARC "La gestion de la propriété intellectuelle : courants de pensée et facteurs de succès", lors du 81e Congrès de l'Acfas à l'Université Laval, le 8 mai 2013.Le troisième prix a été décerné à Marc-Olivier Béliveau, Virginie Bertrand-Lehouillier, Jessica Carrier et Joannie Tremblay au concours des Prix étudiants 2012-2013 de l'ARC.Dans l’optique de production de biodiésel, notre projet consistait à évaluer des conditions de culture de microalgues influençant la croissance et la production lipidique. Les souches Chlorella vulgaris, Scenedesmus sp. et Pseudokirchneriella subcapitata ont été cultivées dans différents milieux, dont des eaux usées, en version immobilisée tout comme en suspension. En plus d’avoir comparé les biomasses obtenues, des analyses en contenu lipidique des cultures ont été réalisées par coloration in situ et quantification par fluorescence

L'increment de CO2 pot tenir efectes imprevisibles en el clima del planeta

L'ús de combustibles fòssils ha incrementat el CO2 a l'atmosfera i, en conseqüència, l'acidificació dels oceans al llarg dels últims cent anys. I això ha afectat els ecosistemes marins, especialment els organismes amb esquelet calcari com els coralls i certes microalgues. Un equip internacional d'investigadors, amb la participació de la UAB, ha examinat, per primer cop a escala global, com reaccionen en el seu hàbitat natural aquestes microalgues, i han observat que l'efecte és més sever de l'esperat: redueixen el gruix del seu esquel·let i empren més energia per construir-lo. Aquestes petites diferències fisiològiques les situen en desavantatge respecte a espècies competidores i poden arribar a ser substituides parcialment per d'altres. Donat que la captació del diòxid de carboni atmosfèric depèn en gran mesura de l'activitat d'aquests organismes, els efectes observats poden tenir conseqüències imprevisibles per al cicle global del carboni i, per tant, per al clima del planeta. La recerca ha estat publicada a Nature.El uso de combustibles fósiles ha incrementado el CO2 en la atmósfera y, en consecuencia, la acidificación de los océanos en los últimos cien años, lo que ha afectado a los ecosistemas marinos, especialmente a los organismos con esqueleto calcáreo como los corales y ciertas microalgas. Un equipo internacional de investigadores, con la participación de la UAB, ha examinado, por primera vez a escala global, cómo reaccionan en su hábitat natural estas microalgas, y han observado que el efecto es más severo de lo esperado: reducen el grueso de su esqueleto y emplean más energía para construirlo. Estas pequeñas diferencias fisiológicas las sitúan en desventaja respecto a especies competidoras, pudiendo llegar a ser sustituidas parcialmente por otras. Dado que la captación del dióxido de carbono atmosférico depende en gran medida de la actividad de estos organismos, los efectos observados pueden tener consecuencias imprevisibles para el ciclo global del carbono y, por tanto, para el clima del planeta. La investigación ha sido publicada en Nature

Evolution annuelle du peuplement zooplanctonique dans un lagunage à haut rendement et incidence du temps de séjour

Proposé au début des années soixante par W.J. OSWALD, le lagunage dit « à haut rendement », utilisé pour l'épuration d'eaux usées domestiques, représente un écosystème hypereutrophe. Il se distingue considérablement du lagunage naturel par des temps de séjour très courts (2 à 12 jours), de très faibles profondeurs (< 1 m) et par une agitation constante de façon à favoriser le développement algal.Cette étude a pour objectifs de : 1) caractériser les successions saisonnières du zooplancton dans un écosystème où celles-ci n'ont pratiquement pas été étudiées et 2) étudier l'impact, sur la structure du peuplement et au fil des saisons, du temps de séjour des eaux à traiter.Le suivi du peuplement zooplanctonique a été réalisé pendant une période de deux ans dans deux bassins à haut rendement (nommés A et B) de même configuration alimentés en eaux usées. Les temps de résidence des eaux à traiter sont constants et de huit jours dans l'un, variable et ajusté selon l'ensoleillement et la charge entrante dans l'autre.Les résultats obtenus sont analysés par une classification hiérarchique avec contrainte de contiguïté temporelle. Les groupes obtenus sont ensuite testés par l'analyse discriminante. Les résultats sont regroupés chronologiquement : en six groupes pour le bassin B et en dix groupes pour le bassin A. L'analyse discriminante montre que les Crustacés et les Rotifères sont respectivement responsables des regroupements dans les bassins B et A. Pendant la période de démarrage du lagunage ainsi qu'en automne et en hiver, le zooplancton est principalement composé de Protozoaires : Ciliés libres ou fixés en fortes densités (jusqu'à 2,7.107 ind. 1-1) et Rhizopodes (Amibes). Au printemps et en été, lorsque le rayonnement solaire devient important, la production primaire étant optimale, les Protozoaires sont remplacés par des brouteurs herbivores métazoaires. La production de Rotifères et de Daphnies dont les exigences en nourriture (microalgues) sont considérables est importante au printemps ou bien en été uniquement dans le bassin à temps de séjour court. Le développement des Crustacés Copépodes et Ostracodes est favorisé en été dans le bassin à temps de séjour plus long.Tous ces organismes participent activement à réparation. ils se nourrissent pour la plupart en filtrant les éléments en suspension dans le milieu et participent directement à l'élimination des MES et de la DCO (PIZAY-PARENTY, 1985).II devient donc envisageable, par suite du rôle non négligeable joué par le zooplancton et surtout par Daphnia magna, de concevoir une gestion du lagunage qui favoriserait le développement de ce Cladocère. Cette biomasse facilement récupérable par tamisage peut être valorisée en aquaculture.High rate ponds for wastewater treatment have been the focus of much attention since their creation by W.J. OSWALD in the early 1960's. These aquatic ecosystems are hypereutrophic because of massive nutrient introduction by wastewater influents. These kinds of ponds are very different front natural biological ponds because of short residence times (2 to 12 days), shallow depths (<1 m) and constant mechanical mixing which improve alga : growth.This study presents the following objectives : 1) to characterize seasonal successions of zooplankton in this ecosystem where they are unknown and 2) to study residence time influence on zooplanktonic successions in function of seasons. Our investigation consists in studying two similar high rate ponds of 48 m2 surface area and 35 cm depth constantly stirred by paddle wheels.Only residence time is different. The first pond has eight days residence time and in the second one, it changes with solar radiations and organic matter concentrations. The influents come from a primary pond of eight days residence time, fed continuously with domestic influents front a small town, Mèze. The aim of this experiment is to compare seasonal successions in these two high rate ponds (called A and B) with different residence times. Zooplanktonic investigation has been carried out for two years. One sample was collected twice a week in primary pond effluent and two others samples collected once a week into the two high rate ponds near the outflow areas. The results of chronological clustering take inter account the discontinuities of zooplanktonic structure. We obtain six sequences in B pond and ten groups in A pond. Stepwise discriminant analysis shows that Crustaceans and Rotifers are respectively responsible for chronological clustering in B and in A pond. During the sterling period of wastewater treatment and in autumn and in winter, photosynthesis is low and zooplankton is composed mainly of Protozoa : free-living or fixed Ciliates in great concentrations (until 2,7.107 ind. l-1) and Rhizopods (Amæba sp.). These organisms have important food needs (bacteria and algal detritus). During spring and summer, as solar radiations become important, Protozoa are replaced by metazoan grazers. Spring or summer with short residence times increase Rotifers or Daphnia magna production white summer with longer residence times increase Cyclops sp and cypris ovum production. All these organisms are active components of wastewater treatment : the consumption of particulates by zooplankton Increases TSS and COD removal efficiencies (PIZAY-PARENTY, 1985).Therefore, because of the filtering activity of Crustaceans (especially of Daphnia magna), it seems possible to conceive a new pond managment, with residence time changes, favourable to exponential algal growth and consequently to crustacean biomass production. It is easier to harvest this biomass (with nets) than to harvest algal biomass, which still presents problems

Cultiu de microalgues a l'aire lliure: possibilitats, problemes i perspectives

Peer Reviewe