Open Universiteit

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1820/6243
Title: Innovative steps in harvesting (separation and dewatering) microalgae biomass for the production of biofuels
Other Titles: [Innovatieve stappen in het oogsten (scheiden en drogen) van biomassa van microalgen voor de productie van biobrandstoffen]
Authors: Deconinck, Nico
Issue Date: Mar-2015
Publisher: Open Universiteit Nederland
Citation: Deconinck, N. (2015). Innovative steps in harvesting (separation and dewatering) microalgae biomass for the production of biofuels [Innovatieve stappen in het oogsten (scheiden en drogen) van biomassa van microalgen voor de productie van biobrandstoffen]. (Unpublished MSc Master’s Thesis Environmental Sciences), Open Universiteit, Heerlen, NL.
Abstract: The aim of this research project is to determine if any microalgal harvesting technique exists that could be used in a large scale biofuel production. Harvesting (concentrating, separating and optionally drying) of microalgae is a crucial step in the biodiesel production chain. Many harvesting techniques are well-known, but still have several technological, economical or environmental drawbacks. Some techniques are limited by the size of the microalgae or can only be used for marine or freshwater species. The capital expenditure (CAPEX) for the equipment and the operation expenditure (OPEX), including the additives and the maintenance, are also important barriers. Huge energy and water consumption, but also large GHG emissions discredit some of the techniques, making them environmentally unfriendly. Therefore, current techniques are not implemented on a large scale. In this research project, 25 harvesting techniques (11 concentration, 10 separation and 4 drying techniques) are compared by 9 criteria by a multi-criteria decision analysis (MCA). A patent search with the best scoring techniques revealed 8 patents (Patent Cooperation Treaty (PCT), European (EP) and United States (US)) that were evaluated by experts. Not a single technique scored best for all the criteria, but the use of magnetic nanoparticles and bio-flocculation, both as concentrating techniques, seem promising. Magnetic nanoparticles (magnetite) can be used to agglomerate algae in wastewater (as a culture medium) and the particles can be reused after separation from the culture medium. The high energy consumption of a magnetic separator is still a problem. More research for cheaper magnets and less expensive cooling methods for the magnets is required. Co-flocculation of microalgae and bacteria can be applied on a large scale and gravitational passive filtration can be used for the separation. CO2 is used as a pressure medium, but can also be used as a pH regulator. However, further research should be focused on spontaneous flocculation. Thermal indirect drying with steel balls but also microwave vacuum dewatering seem too energy intensive. In addition, drying of microalgal biomass in greenhouses with sun or solar heating and blowing warm air through thin layers of microalgae need more attention.
Description: SAMENVATTING Dit onderzoek is erop gericht na te gaan of er oogsttechnieken voor microalgen beschikbaar zijn die de productie van biodiesel op grote schaal mogelijk maken. Het oogsten (concentreren, scheiden en optioneel drogen) van microalgen is een cruciale processtap in de productie van biobrandstof. Talrijke oogsttechnieken zijn gekend, maar bezitten zowel op technologisch, economisch en milieukundig vlak een aantal belemmeringen. Sommige technieken zijn beperkt door de afmetingen van de microalgen of zijn slechts bruikbaar voor specifieke soorten microalgen, zoals uitsluitend zoet- of zoutwateralgen. Daarnaast vormen ook de investeringen en uitgaven voor de apparatuur (CAPEX) als de operationele uitgaven (OPEX), zoals additieven en het onderhoud belangrijke hindernissen. Het grote energie- en waterverbruik en de uitstoot van broeikasgassen maken sommige oogsttechnieken dan weer milieuonvriendelijk. Hierdoor worden ze niet op grote schaal toegepast. In dit onderzoek wordt een Multi-criterium analyse (MCA) gebruikt, waarbij 25 oogsttechnieken (11 concentratie, 10 scheiding- en 4 droogtechnieken) volgens 9 criteria vergeleken worden. De octrooien werden geselecteerd uit het wereldwijde Octrooi Samenwerkingsverdrag (Patent Cooperation Treaty (PCT)), Europa (EP) en uit de Verenigde Staten (US). Op basis van een octrooistudie met de best scorende technieken, werden 8 octrooien geselecteerd die door experten beoordeeld werden. Geen enkele techniek scoorde het best voor alle criteria, maar het gebruik van magnetische nanodeeltjes en bio-flocculatie als concentratietechnieken lijken veel belovend. Magnetische nanodeeltjes (magnetiet) kunnen gebruikt worden in afvalwater (als cultuurmedium) en de deeltjes kunnen na scheiding hergebruikt worden. Een te groot energieverbruik van de magnetische scheiders vormt een probleem. Meer onderzoek naar goedkopere magneten en koelingsmethodes voor de magneten is nodig. Co-flocculatie tussen microalgen en bacteriën kan op grote schaal toegepast worden en gravitatie passieve filtratie kan gebruikt worden voor het scheiden. Hierbij wordt CO2 geïnjecteerd als drukmiddel, maar het zou ook als pH regulator gebruikt kunnen worden. Verder onderzoek naar spontane flocculatietechnieken is vereist. Thermisch indirect drogen met stalen balletjes maar ook microgolf vacuüm drogen blijken nog te energie-intensief. Verder onderzoek kan zich hierbij toespitsen op droogtechnieken in serres met zonne-energie of het gebruik van warme lucht door een dunne laag biomassa.
URI: http://hdl.handle.net/1820/6243
Appears in Collections:MSc Environmental Sciences

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DeconinckNicoMSc_Thesis 20150320.pdf2.86 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.