자세한 방법은 상업 이소 크리 시스 속에서 미세 조류에서 가치 로서도으로 alkenones의 공동 격리와 함께 바이오 디젤의 생산을 위해 제공됩니다.
재생보다 환경 친화적 출처 대안 석유 연료를 대체 할 필요가 중요성이 커지고있다. 바이오 매스 유래 바이오 연료는이 점에서 상당한 관심을 얻고있다, 옥수수 에탄올 또는 대두 바이오 디젤과 같은 식용 작물에서 그러나 1 세대 바이오 연료는 일반적으로 호의에서 떨어졌다. 국내 및 우수한 비 식용 소스로부터의 액체 연료의 제조 방법의 개발에 관심을 따라서있다. 여기에서 우리는 해양 미세 조류의 이소 크리 시스 속에서 정제 된 바이오 디젤의 생산을위한 상세한 절차를 설명합니다. 잠재적 가치 로서도 바이오 디젤 제조 비용을 상쇄하도록 또한 불포화 장쇄 alkenones로 알려진 지질의 고유 한 세트를 병렬로 분리된다. 이소 크리 시스 속 멀티 킬로그램 수량 두 상업 제 처리 전에 건조 소스 습윤 페이스트 (80 % 물)와 같은 하나 및 OT로부터 구입그녀 건조 분쇄 분말 (건조 95 %). 지질은 조류 전통적인 지방이 모두 포함 된 오일 ( "헥산 조류 오일") (즉, 중성 지방을, w / w 46~60%) 및 alkenones (w / w 16~25%)를 생산하는 속 슬렛 장치에서 헥산으로 추출한다. 조류 오일에서 중성 지방의 비누화는 alkenone 함유 중성 지질에서 생성 된 자유 지방산 (유리 지방산)의 분리 할 수 있습니다. 유리 지방산은 alkenones 단리하고 결정화에 의해 중성 지질로부터 정제되는 동안 산 촉매에 의해 에스테르 화 반응 (즉, 지방산 메틸 에스테르, FAMES)를 바이오 디젤로 변환된다. 우리는 높은 고도 불포화 지방산 함량 (w / w 약 40 %)을 특징으로, 상업 이소 크리 시스 속에서 바이오 매스로부터 바이오 디젤은 유사하지만 동일하지 FAME 프로파일을 가지고 있음을 보여줍니다. , 헥산 조류 오이의 양을 낮출 추적 할 수있는 (12 % 대 승 7 %는 w / W / W)에 이소 크리 시스 속 젖은 페이스트 시작할 때 바이오 디젤의 수익률은 지속적으로 증가 하였다분말 이소 크리 시스 속 생성물로부터 수득 L.
최근에 특히 바이오 디젤 1 등 바이오 매스 유래 오일 등의 액체 연료의 생산을위한 조류에서 바이오 연료에 대한 관심의 위대한 부활이 있었다.이 제안 된 이점은 특정 음식의 회피 연료 논쟁 3 소문에 높은하여 생산성 대 전통적인 농업 작물보다 CO 2 저감 기능. 4이 에너지의 수생 종 프로그램 (ASP)의 거의 이십년 미국학과는 조류에서 운송 연료를 조사하기위한 목적으로 1978 년에 시작 따른다. 시핸의 보고서에 설명 된 바와 같이, 5 프로그램은 예상 비용은 그 시간 (배럴당 $ 18.46 (159 L))에서 원유와 경쟁하지 않았다 주로하기 때문에 1996 년에 끝났다. 석유의 비용은 조류 바이오 연료 연구의 르네상스에 연결되어있는 (2014 년 배럴당 $ 87.39) 6, 몇 시간 이후 크게 증가하고 있지만아베 그럼에도 불구하고 조류 바이오 연료가 너무 비싼 증명할 것이라고 주장했다. 7, 부가 가치 로서도 개념이에 대한 주요 이유 중 하나로 모두 비평가 7, 8과 지지자 9, 10 및 기능 사이에 등장했다 바이오 연료 생산 비용을 상쇄하기위한 하나의 전략으로 미국 에너지 부 (DOE) "국가 해조 바이오 연료 기술 로드맵"에 조류 바이오 연료를 추구. (11)
여기에서 우리는 상업 이소 크리 시스 속에서 미세 조류에서 두 개의 연료 스트림의 공동 제작하는 방법을 설명합니다. 이미 공업 적으로 생산되고 있기 때문에 우리는 해양 생물 양식 목적 수확 부분적 이소 크리 시스 속 집중 있고, 또한 이소 크리 시스 속 전통적인 지질 외에 (즉, 지방산)의 고유 클래스 생합성 조류 단지 몇 종의 하나이기 때문에 화합물 불포화 장쇄 alkenones라고도. 12 Alkenone 구조는 매우 L 특징 옹 탄화수소 사슬 (36-40 carbons)이 아닌 메틸렌 네 트랜스 두 배 결합을 중단하고, 메틸 또는 에틸 케톤 (그림 1). Alkenone 불포화 조류 성장 온도에 민감 상기 diunsaturated C37 메틸 alkenone (소위 "불포화 인덱스")의 비율은 과거 바다 표면 온도에 대한 프록시로서 이용 될 수있는 13, 14 15 -. 20 Alkenones은 세포질 지질 몸에 상주하고 중성 지방 (태그)보다 더 풍부 할 수있다 생각했다. 질소, 인 제한에서 21, 22, 최대 고정 단계에서 세포 탄소 10 ~ 20 %로 alkenones으로 축적된다. (23, 24)를에서 자신의 트랜스 두 배 결합 구조는 에너지 저장의보다 안정적인 양식을 제공하기 때문에 진화론 적 관점은 alkenones 태그를 통해 선호되었을 수 있습니다. (21)
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도 불포화 장쇄 alkenones 1. 구조 일반 alkenone 메틸 37. 긴 탄화수소 사슬 길이 예시 이소 크리 시스 속에서 분리 된 3 (36-40 탄소수), 트랜스 아닌 메틸렌은 이중 결합을 차단하고, 메틸 에틸 케톤에 종료. # 탄소의 수를 나타냅니다 : 명명법은 # 지방산과 유사하다. 이중 결합의 수 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
우리는 alkenones 산업 재배의 역사를 가진 일반적인 조류에서 유망한 신 재생 탄소 원료를 대표한다고 주장한다. (25) 바이오 디젤은 이소 크리 시스 속의 총 지질 추출물에서 직접 생산은 alkenones 오염 상당한 양의 (w / w 10~15%)로 포함되어 있습니다 이러한 높은 융점 화합물은 가난한 차가운 흐름 연료 특성을 초래한다. 그러나, 사용 t그는 여기서 설명 비누화 / 추출 기술은 alkenones 제거와 2 생성물 스트림을 생성시키면서 바이오 품질을 개선 회수 할 수있다. 최근에 우리는 2- 부텐 (butenolysis)와 교차 치환 반응에 의해 액체 연료에 alkenones의 전환을 보여 주었다. 26 butenolysis 반응, 상업 루테늄 복분해 – 개시제를 사용 저온에서 급속하게 발생하고 깨끗하게 제트 연료의 예측 혼합물을 제공합니다 등급 탄화수소. 이 반응은 상업적 이소 크리 시스 속 바이오 연료 생산을위한 "바이오 리파이너리"접근 (27)를 향한 첫 단계를 나타내는, 지방산에서 바이오 디젤 합성과 병렬로 수행된다.
이소 크리 시스 속는 기본 조개 공급의 구성 요소 및 바이오 연료 생산에 필요한 규모의 때문에 대표로 수확 산업 농장 조류 종의 만 선택 번호 중 하나입니다. 이용 된 조류와 본 연구에 사용 된 표준 방법의 가용성은 프로토콜이 추가 조사를위한 다른 그룹에 널리 액세스 제공합니다. 중요한 단계는 풍건 (33 동결 반대) 조류, 용매 추출, 비누화 및 에스테르를 포함한다. 이러한 작업을 통해 하나의 30 사용할 수있는 다양한 이소 크리 시스 속에서 지질 및 기타 로서도 수율을 검사 할 수 있습니다. 그러나, 이들 균주 및 배양 방법, (31) 서로 다른 결과로 다를 수 있으며 제품의 특성 및 추가 처리를 공급자에 의해 이용 (예컨대, 건조 또는 동결)에 의해 영향을받을 수 있다는 것을 예상한다. 우리는 여기에서 입증 된 바와 같이, 프로토콜이 개발ED 성공적 건식 분쇄 분말을 습식 페이스트 이르기 이소 크리 시스 속 제품의 종류에 적용될 수있다. 바이오 디젤의 수율은 가루 바이오 매스 그러나 낮았다 조류 오일의 낮은 금액에 해당, (7 % 건조 바이오 매스 대 w 12 % / w / 건조 붙여 넣기에서 w W) (H-AO) 추출 하였다. 이것은 속 슬렛 장치 이외의 다른 추출 프로토콜 (32)는 건조 분말 이소 크리 시스 속 제품에 대한 더 적합 할 수 있음을 제안 할 수 있습니다. 본 연구에 사용 된 이소 크리 시스 속 분말은 우리가 실험적으로 건조 이소 크리 시스 속 페이스트에서 얻은 것과 유사한하는 23~25% 지질을 포함하는 것으로 알려집니다. 33,34,26
시작 건조 바이오 매스의 다른 색상에도 불구하고, 아이소 페이스트 하오 및 ISO – 분말 – 하오는 본질적으로 구별, 모두 약 50 ° C의 녹는 점과 검은 색 고체에 가까운 / 짙은 녹색이었다. 흥미롭게도, 중성 입술에 유리 지방산의 비율두 헥산 추출물 내 ID는 달랐다. 중성 지질의 비누화 및 분리 후, 우리는 60 %를 얻은 이소 -paste – 하오에서 유리 지방산과 (w / w) 40 % 중성 지질 (/ w w). 아이소 분말 하오 평균 46 % (w / w) 유리 지방산 및 54 % (w / w) 중성 지질에서 생산. 그 결과 중 하나를 시작 분말 바이오 매스 가루 이소 크리 시스 속의 속 슬렛 추출 중성 지질에 대한 다소 선택적 인 이소 크리 시스 속 페이스트보다, 또는 FA 유도체에 비해 중성 지질의 높은 금액을 포함 할 수 있음을 시사한다.
두 상업적인 이소 크리 시스 속에서 얻어지는 생성물의 수율은 다양한 바이오 매스 있었지만, 또한 얻어진 디젤의 지방산 프로필 아닙니다. 바이오 디젤의 연료 특성이 상용화 될 수있는 자연과 개별 FAMES의 내용. (35)에 직접 의존 이것은 모든 바이오 디젤은 문서 ASTM에 설명 된 표준을 준수해야하며, 중요하다D6751 또는 각각 미국이나 유럽의 EN 14214. 사양 세탄가 및 산화 안정성에 대한 윤활성 및 동점도에 대한 범위 및 최소 값을 포함한다. 다른 중요한 권장 사항은 클라우드 포인트 (CP) 또는 저온 필터 막힘 점 (CFPP)의 형태로 차가운 유동 특성 관련이 있습니다. 우리는 이전에 아이소 페이스트로부터 제조 된 바이오 디젤의 포괄적 인 연료 테스트에서 결과를보고했다. (36) 본 연구에서의 ISO – 분말에서 생산되는 바이오 디젤의 FAME 프로필, 우리는 유사한 것으로 특정 연료의 특성을 예측할 수 이전 테스트와 유사하기 때문에 모두 바이오 디젤 연료. 예를 들어, 두 FAME 혼합물의 약 40 % (35.2 %, 39.9 %, 표 2)에 대한 불포화 지방산 (PuFAMEs 두 개 이상의 이중 결합) 계정. 이것은 가난한 산화 안정성과 유리한 차가운 흐름에서 발생합니다. 35 두 biodie의 FAME 프로필에 약간의 차이가 있지만,있다셀프 연료. 0 (19.4 mg / g 재생 대 16.4 밀리그램 / g) 18 : 분말 이소 크리 시스 속에서 제조 된 바이오 디젤 (14)보다 많은 양을 함유 3 (13.5 mg / g 재생 대 8.5 밀리그램 / g), 22 : 6 (11.0 밀리그램 / g 대 6.9 밀리그램 / g) FAMES, 아직 18의 낮은 금액 : 4 (10.4 mg / g 재생 대 19.8 밀리그램 / g). ASTM 표준에 포함되는 다양한 연료 특성에 대한 이러한 차이의 영향의 정도를 조사하기 위해 남아있다.
상업 이소 크리 시스 속 조류로부터 얻어지는 초기 바이오 디젤은 엽록소의 존재에 의해 설명 될 수 색 마찬가지로 짙은 녹색이었다. 36 엽록소와 그 유도체는 식물성 오일과 해당 바이오 디젤 연료의 안정성에 부정적인 효과를 갖는 것으로보고되었다. 1 시간 극적인 결과를 위해 36,29 바이오 디젤 제조와 관련 greenseed 카놀라유를 탈색 Issariyakul와 달라이의 방법에 따라, 29 ~ 60 ° C에서 MK10 (W / W)의 10 % 이상 친환경 바이오 교반육안 검사에 의한 색소 함량의 감소 (심판. 그림 2). 탈색 과정에서 질량 회수율은 평균 90 %에 있었다.
아이소 페이스트 하오 및 아이소 분말 하오 중성 지질에서 정제 alkenones의 수익률은 각각 w / (표 1) 승 40 %, 46 %로 비슷 하였다. 중성 지질은 아이소 분말 하오에 포함 된 물질의 높은 비율을 나타냅니다 때문에 (/ w 대 40 % w 54 %를 W / W)의 아이소 분말 하오에서 alkenone 수율은 아이소 페이스트 하오 alkenone 수익률을 초과 약 10 % (w / w / w 16 대 % w 25 %)에 의해. 그러나, 아이소 분말 하오 자체의 수율은 아이소 페이스트 하오 (15 % 대 w / w 20 %), 더 유사 (0.2 × 0.4 ×는 건조 이소 크리 시스 속에서 바이오 매스 모두에서 alkenones의 전체 수익률보다 낮았다 것을 고려 0.4 = 3.2 %) / 건조 이소 크리 시스 속 페이스트에서 w와 이소 크리 시스 속 분말에서 0.15 × 0.54 X 0.46 = 3.7 % w
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (CHE-1151492)에 의해 지원되었다, 노스 웨스트 고급 재생 에너지 얼라이언스 (J. 윌슨 – 펠티어에 교제), 및 WHOI의 친구의 개인 기부를 통해. 우리는 우수한 기술 지원에 대해 케빈 R. Steidley 김 Ascherl (USDA / ARS / NCAUR를) 감사합니다.
Isochrysis | Reed Mariculture | Iso, Raw, Unprocessed, 20%dw | Live culture paste, 20% w/w biomass |
Isochrysis | Necton, S.A | AADISS004 | PhytoBloom Prof Isochrysis (Freeze-dried) |
Hexanes | Fisher Chemical | H291-4 | ACS Certified |
Methanol | Fisher Chemical | A452-4 | HPLC Grade |
Dichloromethane | Fisher Chemical | D37-4 | Certified/Stabilized |
Soxhlet Apparatus | Sigma Aldrich | 64826 | |
Extraction Thimble | Sigma Aldrich | 64842 | |
Büchner Funnel | Chemglass | CG-1406-25 | |
High Pressure Reaction Vessel | Chemglass | CG-1880-12 | |
Whatman Filter Paper | GE Life Sciences | 1442-042 | Grade 42, Ash 0.007%, circle, 42.5 mm |
Biodiesel (B100) | Bellingham Shell | The biodiesel (B100) in Figure 3 was purchased at a local filling station: Bellingham Shell, Bellingham, WA 98226 | |
Isochrysis | Aquacave | In addition to Reed and Necton, Isochrysis can also be purchased from (Aquacave. (Gurnee, IL) at: www.aquacave.com (accessed September 30, 2015). | |
Isochrysis | Brine Shrimp Direct | Isochrysis can also be purchased from Brine Shrimp Direct (Ogden, UT) at: www.brineshrimpdirect.com (accessed September 30, 2015). |