Document
Enzymer? Tørket biomasse? Våtpellet? Antioksidanter? Pigmenter? Fiskefor? Biofuel? Dyrefor? Verdifulle kjemikalier? Medisin? Omega-3? Norges Arktiske Universitet, Tromsø 20 mai 2015 Trond Jørgensen et UiT – Finnfjord pilot-prosjekt Massekultivering av diatomeer: Produksjon av litt av hvert ved Finnfjord ferrosilisium smelteverk, og opptak av CO2 CO2 pathway Energy pathway Factory fumes (CO2, N, Fe, Si) CO2 sequestration in Sea Diatom mass cultivation Enriched Natural Primary Production BULK BIOMASS Increased Fish Stocks BIO FUEL FISH FEED OMEGA- 3 PHARMACEUTICALS Fase I: Artsvalg og optimalisering Belysning Sollys, LED 1984 Innsamlingstokt - Nord Norge og Arktis Automasjon Taksonomi -Morphology, !8S Avl Optimalisering lipidinnhold, Rubisco og veksthastighet - Alltid 2 arter i prosessering Analyser -Lipider - Proteiner, Rubisco - Karbohydrater - Genetikk Stamkultursamling - Kiselalger fra NN og Arktis Funksjonelle arter (UIT) - Optimaliserte stammer Oppskalering ved Finnfjord når en art 2015 “oppfører” seg tilfredstillende! -Bioprospektering (Marbio) -Ved UIT har vi dyrket alger > 35 år -UIT - Finnfjord prosjektet startet (planlegging) for 4 år siden og ble realisert med -Støtte fra RDA-IN-UIT-Finnfjord i 2014 ?? Fase II: Oppskalering Funksjonell art CO2 opptak -Rensing - Innblandingsteknologi -Sjø-dumping 2015 mai Belysning (UIT) Sollys, LED Vannrensing, næringssalter Fotobioreaktor – konstruksjon Automasjon -Sensorteknologi -Regulering av (kontinuerlig) produksjon Avvanning – Prosessering ?? Toxisitet i røyk? Stabilitet eksponensiell fase? Klogging? Stabilt kjemisk innhold? Kontaminering? Miljødirektoratet? Kostnader? Mikserate? Produksjonshastighet? Lengde produksjonssyklus? ++??++?? ”Vanlige” Fotobioreaktorer UIT – Finnfjord Konseptet Cellestørrelse Små (5 – 10 mm) Store (50 – 300 mm) Lys-Dyp Kort (0.1 – 1m) Langt (1 – 6m) PBR-type Små (flate) tanker–Store dammer Store tanker (lite areal) Volum spesifikk produksjon Middels-Høy (1 – 5 g L-1 Dag-1) Middels (0.5 – 2 g L-1 Dag-1) CO2 fiksering (spesifisitet) Normal Høy (effektivt Rubisco) Prosessering Vanskelig (små celler) Kjemisk Optimalisering ? Lettere p.g.a. store celler GOD! Artsvalg - Stammer, AVL, LIPID Vi gjør alt motsatt! + gjødsling sjøområder + CO2 fjerning Hvorfor DIATOMEER? Når ????? 1. Vi har hatt fokus på nordlige diatomeer (fysiologi og vekstmiljø) i mere enn 35 år,- i felt og laboratorium 2. Det er en årsak til at diatomeer dominerer nordlige områder (lave temperaturer, lite lys, mørketid) og holder oppe noen av verdens største fiskebestander! 3. Nordlige diatomeer er tilpasset lite lys 60 50 Sørlig diatomee/mikroalge 40 30 Nordlig/Arktisk diatomee Photosynthetic rate 20 10 0 0 100 200 300 m mol m-2 400 500 600 s -1 -Pmax for mange nordlige arktiske diatomeer er rundt 30 – 50 mmol m-2 s-1 -For sørlige arter er Pmax ofte rundt 200 – 300 mmol m-2 s-1 -Nordlige arter egner seg derfor godt i fotoinkubatorer hvor det raskt oppstår lysbegrensning! 4. Nordlige diatomeer er tilpasset lite lys 100L søyle, produksjon i eksponensiell fase = ~0.1g DW L-1 = ca. 1255200 J Tilsvarer ca. 1W energi produsert døgn-1 Belysning = ca. 15W (Clas Ohlson) -Dette tilsvarer en fotosyntetisk effektivitet (lysutnyttelse) på 6% ??????????????????? 5. Diatomeer er store! 12000000 10000000 8000000 ) -3 mm 6000000 Volum ( 4000000 2000000 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 Diameter (m m) Når DIAMETEREN til en organisme øker med første potens --øker VOLUMET med tredje potens! Man kan plassere 120 000 (små) Chlorella inne i en stor Coscinodiscus som vi dyrker! Dette har den konsekvens at det blir mindre selvskygging pr. biomasse-enhet = man kan operere en PBR med lengre lysdyp Attheya longicornis 10 mm Porosira glacialis 50 mm Coscinodiscus concinnus 200 mm Scan by Anni Lemoskuro Når celleldiameteren øker fra 10 til 200 mm, avtar lys (VIS) absorpsjonen betrakterlig! Dette innebærer en mye mere effektiv utnyttelse av lyset i FOTOBIOREAKTOREN Det er samme biomassekonsentrasjon i alle tre kolbene! Høyre Coscinodiscus sp. (200 um), midten Porosira sp. (40 um), and venstre Pyramimonas sp. (5 um). 5. Diatomeer utnytter flukturerende lys bedre! I sjøen og i kulturer fluktuerer lyset alltid kraftig! Intensiteten i moderne LED lys kan reguleres m.h.t. intensitet ved at lyset slås av/på mange(varierende) x pr. sekund! Dette fører til en bedre utnyttelse av lyset hos diatomeer! 6. Nordlige (kaldtvanns) Diatomeer utnytter lave CO2 konsentrasjoner bedre! Specificity of Diatom Rubisco Richard P. Haslam, Alfred J. Keys, P John Andralojc, Pippa J. Madgwick, Inger Andersson1, Anette Grimsrud2, Hans C. Eilertsen2, Martin A.J. Parry*. Specificty Factor 160 T. aestivum T. antarctica 140 S. costatum C. socialis 120 T. hyalina 100 80 60 0 10 20 Temperature (oC) 30 6. Diatomeer er vakre! 7. Diatomeer hører hjemme i nord! Vi bruker kun stedegne arter Hvorfor Finnfjord? Finnfjord er verdens mest energi-effektive ferrosilisum smelteverk, men en av de 10 største CO2 produsentene i Norge (No. 3?) 1. Røykgassen fra Finnfjord inneholder massevis av CO2 Komponent 1 Karbondioksid, CO2 2 PAH Flyktige 3 bestanddeler,VOC 4 Lystgass, N2O 5 Metan, CH4 6 Karbonmonoksid, CO 7 INSTOV 8 Nitrogenoksider, NOx 9 Svoveldioksid, SO2 10 Dioksiner 11 Kadmium, Cd 12 Molybden, Mo 13 Nikkel, Ni 14 Kvikksølv, Hg 15 Krom, Cr 16 Kobber, Cu 17 Arsen ,As 18 Bly, Pb 19 Sink, Zn FAS pr Nm3 Kommentar 600 000 Dimensjon tonn/år 76484 mg/Nm3 402000 0,038 mg/Nm3 0,2 1,142 mg/Nm3 11 mg/Nm3 32 mg/Nm3 37 mg/Nm3 3800 mg/Nm3 285 mg/Nm3 342 mg/Nm3 0,000000114 2 mg/Nm3 0,000381 mg/Nm3 0,001142 mg/Nm3 0,009513 mg/Nm3 0,001712 mg/Nm3 0,003805 mg/Nm3 0,009513 mg/Nm3 0,009513 mg/Nm3 0,015221 mg/Nm3 0,041857 mg/Nm3 6 60 170 196 19973 Ca 90 % SiO2 1500 1800 0,0000006 0,002 0,006 0,05 0,009 0,02 0,05 0,05 0,08 0,22 Massedyrking av mikroalger i konsentrasjoner over ca. 0.03 g DW L-1 krever tilsetting av CO2 utover vanlige sjø-konsentrasjoner. CO2 er dyrt å kjøpe! 2. Finnfjord as produserer elektrisk energi tilsvarende ½ Alta-Kraftverk, tilsvarende 0,25 % av Norges årlige vannkraftproduksjon på ca. 130 TWh! Damp-turbin 0.325 TWh år-1 = masse dyrkingslys i vintermørket!! 3. Silica støvet i røykgassen inneholder Fe, NO2, Si (bla.) Jern! Nitrit Silikat! Viktige begrensende faktorer for vekst er: N, Si, P og Fe! Finnfjord-røyken inneholder mye CO2, Fe og N og SI!!! Da trenger vi kun å tilsette P! 4. Finnfjord er nært Tromsø (UiT) Hva (skal vi) produserer vi? Species acronym Maximum recorded working Biomass (g DW L-1) Produced Biomass (g DW Day-1L-1) Skeletonema marinoi 0.020 0.020 80 Coscinodiscus sp. 0.030 0.030 120 Attheya longicornis 0.060 0.060 240 Chaetoceros furcellatus 0.069 0.069 210 Super-diatome? 0.250 < 0.220 1200 I utganspunktet skal vi kun produsere biomasse/våt-pellet!! Resten kommer etterhvert! Produced biomass (Kg DW Day-1) PBR=4 000 000L Produksjon/år (Kg DW År-1) PBR=4 000 000L 360 000 Produksjon er det som teller, ikke akkumulering! Prosent av totalt fett Art Protein Fett Fettsyrer PUFA EPA N-3 DHA Art 1 40.5 16.2 59.0 23.2 16.5 1.9 Art 2 31.1 12.6 47.8 16.8 10.8 2.2 Prosent av DW 100% 90% 22% 28% 35% 80% 38% 34% 38% 51% 50% 53% 47% 4% 43% 43% 41% 42% 50% 51% 56% 70% 60% others 4% 60% 15% 6% EPA 36% 50% 12% 32% 22% 20% 4% 13% 5% 16% 6% 26% 12% 13% 22% 25% 36% 16% 2% 6% 7% 5% 10% 25% 24% 18% 3% 3% 9% 4% 3% 2% 3% 35% 20% 12% 13% 535 536 18% linoleic oleic 17% stearic 12% 14% 12% 7% 20% linolenic 4% 7% 16% 16% arachidonic 14% 15% 16% 40% 30% DHA 4% 7% 21% 15% 2% 3% 33% 2% 3% 5% 6% 25% 11% 14% 14% 544 545 29% 3% 12% 0% 531 532 533 534 537 538 539 540 541 542 543 glycerides Mye EPA, mindreDHA - glycolipids 10-20% lipid av DW, 20-25% n-3 PUFAs “godt” protein innhold, 10-25% of DW 546 547 548 palmitic Våre sjøområder er undermettet på CO2!! CO2,N, Si og Fe anriket sjøvann Dette kan vi utnytte ved å anrike sjøvann med CO2,N, Si og Fe (fra støv/røyk) . Dette opprettholder veksten i FOTOBIOREAKTOREN. Leder vi overskuddsvann også mettet med CO2, N, Si og Fe I sjøen fjerner vi CO2 på tre vis: 1) Ved algevekst i fotobioreaktoren 2) Ved absorpsjon i sjøvann utenfor fabrikken 3) Ved økt vekst i naturlige bestander i sjøen.
© Copyright 2024