• SEPARAČNÍ PROCESY V SUSPENZÍCH
•           MIKROORGANIZMŮ
•F. Kaštánek, J. Hanika, Y. Maléterová,  M. Matějková, V. Veselý, J. Sobek, P. Kaštánek, O. Šolcová
•Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., Rozvojová 2/135, 165 02 Prague 6, Czech Republic ,
kastanek@icpf.cas.cz
          Kmen
  Proteiny  %
 Karbohydráty %
 Lipidy %
 Scenedesmus obliquus
50 - 56
10 - 17
12 - 14
 Chlorella vulgaris
51 - 58
12 - 17
14 - 22
 Prymnesium parvum
28 - 45
25 - 33
22 - 38
 Porphyridium cruentum
28 - 39
40 - 57
9 - 14
 Spirulina platensis
46 - 63
8 - 14
4 - 9
•Cíl
•Nenákladný způsob zahuštění biomasy mikrořas z velmi zředěných vodných suspenzí (0,5 g/l až 4 g/l)
na řasové suspenze (5g/l až 40g/l),  k dalšímu zpracování jako suroviny pro
•výrobu chemických produktů s vysokou přidanou hodnotou, zejména na bázi poly-nenasycených mastných
kyselin (do potravinových doplňků a doplňků krmiv, ve farmacii produkty astaxantin, karbohydráty,
vitaminy a v kosmetice (chlorofyl, oleje) do anti-ageing krémů, šampónů.
•produkci biopaliv (bionafty na bázi methylesterů mastných kyselin nebo etylalkoholu a
butylalkoholu na bázi škrobu
http://www.microscopy-uk.org.uk/mag/imgoct05/Scenedesmus-opoliensis.jpg Soubor:Chlorella.png
http://t1.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcS77Bp-9-7Jxio_BGyFQ3Xokj1Ly1i5zDk1qPbDUV-CMl6eGuwmPQ
ANd9GcTIzaeP9X6mbsUU3S05g4Qcfqe-JJGyHjv3OcbsVXi1uw0kNJBJ
ANd9GcSdSYknJoRSFXPK7MVtny-Bh7-0_xONzIxtxEOVqjJs-2VKSIgY7Q
Chemické složení vybraných, nejčastěji využívaných kmenů mikrořas pro tyto účely
Chlorella vulgaris
Prymnesium parvum
 Porphyridium cruentum
Spirulina platensis
•Základní problém
•Procesy výroby biopaliva (bionafty) z velmi zředěných suspenzí po kultivaci (kultivační údaje pro
Chlorella vg. po 14 dnech)
• jsou nákladné, cena biopaliva z řas je asi 4x vyšší než fosilních paliv.
•– kultivace (0,5-4 g/l) → sklízení →, zahuštění řas (5 g-40 g/l) → odvodnění (150 g-250 g/l) →
desintegrace řas → (sušení) → extrakce oleje → purifikace oleje (zbavení chlorofylů) →
transesterifikace → bionafta
•Zahuštění a odvodnění představují cca 40% z celkových výrobních nákladů.
•
•
•
DSC_3161
Podmínka řešení
•Po bezprostřední kultivaci řas zbavit se co největšího množství vody - media (zahuštěním,
odvodněním), co nejméně nákladným způsobem, umožňujícím:
•- recyklaci media
•- možnost potravinářského a krmivářského využití řas po jejich předchozím využití
•- nezatěžovat životní prostředí odpadními látkami (těžkými kovy, solností, apod.)
Možnosti: odvodnění centrifugací (nejkvalitnější, nejnákladnější, cca 8 kWh/m3), nebo membránovou
filtrací (nutno vyřešit zalepování membrán, 1-2 kWh/m3)
•po primárním zahuštění
Navržené řešení
Technologicky a ekonomicky nejvhodnější  je před odvodněním řasové suspenze filtrací a/nebo
centrifugací aplikovat stupeň zahuštění flokulací s následnou sedimentací nebo flotací – využití
existence záporného náboje na vnější stěně membrány řas . •autoflokulace, vyvolaná přirozenými
zvýšením pH po přerušní dávkování CO2  po kultivaci, případně zesílená autoflokulace přidáním
hydroxidů alkalických kovů (KOH, nutno poté neutralizovat HNO3), nebo amoniakem – viz Biosource
Technol. 121 (2012) 298. Flokulace hydroxidem je relativně rychlá, ale nutno při dalším nakládáním
s řasami je neutralizovat.
•flokulace generovaná potravinářsky přijatelnými koagulanty
     (biokompatibilními poly-elektrolyty), nejlépe chitosanem.
•elektro-koagulace – koagulace v blízkosti anody (nutno řešit
minamilazaci tvorby iontů kovů z elektrod
Vzhled reálného řasového oleje
           (extrakce hexanem/etanolem ze suspenze  po flokulaci s KOH)
Otevřený plošinový fotobioreaktor (konstrukce MBÚ AV ČR v Třeboni, instalovaný v BÚ AV v Třeboni),
tloušťka vrstvy 6 mm, rychlost toku suspenze cca 30 cm/s.
•Pokusy “přeskočit” stupně sklízení až purifikace a z málo koncentrované suspenze po kultivaci
získat přímo olej bez s-l extrakce, jsou zatím spíše v oblasti přání, resp. laboratorních výzkumů,
např. OriginOil
•
•Experimenty flokulace řasy Chlorella vg. za  aplikace chitosanu a amoniaku jako koagulantů
Počáteční výška suspense ve válci byla  250 ml. Vzorek při sedimentaci odebírán ve vzdálenosti 20
mm od horní úrovně hladina v suspenze. Měřena optická hustota při 750 nm.   Rychlosti sedimentace
floků Chlorella vg. chitosanem (10 mg/l) s časem (min- F-0 až F-20).
Cenové relace
•Při ceně (čínského) chitosanu 15 USD /kg sušiny řas jsou dle našich měření (spotřeba 10 mg
chitosanu /l suspense, obsahující 3 g sušiny řas Chlorella vg.) náklady na zahuštění
• (na suspenzi s cca 30 g/l) řas přibližně 50 USD/ tunu sušiny řas (firma EVODOS Holandsko uvádí
náklady velmi modernizovaného centrifugy cca 100 USD/tunu při kapacitě 500-1000 l/h,
http://www.biodieselmagazine.com/articles/7885/evodos-improves-algae-harvesting-system
Experimenty filtrace
Laboratorní filtr M 10 Alfa Laval, membrány FSMO.4555 MF 0,45μm fluoro polymer, Chlorella vg.,
koncentrace po klutivaci 2,6 g/l (vertikální hranol ÚCHP), 24,7 g/l (plošinový Třeboň, suspenze
dodána po předběžném zahuštění). pH upraveno louhem draselným na pH 11,5, flitrační tlak 3,5 bar.
2012-10-03 12 51 36 2012-09-05 09 19 22
Nabohacení:  Třeboň 2,8 krát (koncentrace v retenátu 69,2 g/l), ÚCHP 5,6 krát, (koncentrace řas v
retenátu 12 g/l). Mmebrány se zanášejí a je je nutné čistit každou cca 3 hodinu práce.
Celkem shromážděno 6 430 ml permeátu (Třeboň), resp. 7 850 ml (ÚCHP) z 10 000 ml.
•Doporučení filtračního zařízení
•Tangenciální tok řasové suspenze k membráně (cross hollow fibre, keramické membrány se zpětným
tokem), viz např. Environ. Sci.Technol.46 (2012) 5599, případně hollow-fibre obdobné technologii
Pall Corp. http://news.pall.com/article_display.cfm?article_id=4686), údajně bez foulingu.
Pall's ASCF technology utilizes membranes that will not foul when processing algae. (Photo:
Business ...
Závěry:
•Je možné nalézt optimální kombinaci dávkování chitosanu a amoniaku jako biokompatibilních
flokulantů takovou, aby náklady na zahuštění řasové suspenze do cca 10-násobného zahuštění byly
minimální a proveditelné.
Taková kombinace je přijatelná i pro konečné využití řas po extrakci oleje a bioaktivních látek
jako krmiva.
•Je nutné dále studovat zahuštění-odvodnění řas aplikací membránové filtrace s tangenciálním tokem
suspenze k membráně, která se jeví jako nadějná separační metoda pro řasy, a to i pro velké
kapacity. Elektrokoagulace řas se ukazuje jako metoda vhodná za předpokladu, že se potlačí únik
iontů těžkých kovů do řas •Při produkci produktů s vysokou přidanou hodnotou (např. asthaxantinu,
omega-poly-nenasycených vyšších mastných kyselin) by bylo ekonomicky schůdné též užití centrifug k
odvodnění suspenze, primárně aplikovat flokulace.
•Pro různé kmeny řas budou flokulační podmínky odlišné od řasy Chlorella vg
•Rychlejší než sedimentace floků je jejich flotace- doporučuje se výzkum v této oblasti
•Autoři děkují za finanční podporu TAČR Centra kompetence projekt BIORAF TE01020080.
C:\Users\Maleterova\Desktop\tacr_logo_cz_verze3.jpg