Вариантом добычи биотоплива является его производство из микроводорослей. Эта отрасль привлекательна практически неограниченными возможностями, поскольку имеет высокий уровень эффективности в плане ресурсопотребы, занимаемой площади, требовательности к условиям внешней среды, и главное — возможности создания биозаводов прямо в океанах, вдоль торговых путей. Со времен нефтяного кризиса 70-х годов проведена бесчисленное количество разработок в области производства биотоплива из микроводорослей, технологии неуклонно совершенствуются по всему миру, поскольку перспектива получать в десятки раз больше топлива на той же единицы территории, используя лишь немногим более стартовых затрат.
Культура микроводорослей Botryococcus braunii по предварительным подсчетам идеальная для отечественных условий, имеет средний липидный показатель, но активно делится и устойчива к негативным факторам воздействия температуры, загрязнения среды.
Систематическое положение водоросли Botryococcus braunii:
- Надцарство: Eucaryota = Ядерные организмы, или Эукариоты
- Царство: Plantae, Vegetabilia, Phyta, Phytobiota – Растения
- Подцарство: Phycobionta – Настоящие водоросли
- Отдел: Chlorophyta (Chlorophycophyta; Chlorophyceae; Chlorobionta; Viridiplantae) – Зеленые водоросли
- Класс: Chlorophyceae (Euchlorophyceae) – Собственно зеленые водоросли
- Порядок: Chlorococcales (Protococcales) – Хлорококк
- Семейство: Botryococcaceae
- Вид: Botryococcus braunii
Колонии Botryococcus braunii состоят из маленьких групп клеток, соединенных длинными бесцветными иногда псевдодихотомичными разветвленными слизистыми нитями, которые на более поздних стадиях имеют вид массивных, бесцветных, слизистых пучков с клетками беспорядочно собранными на их поверхности. Внешний конец клеток всегда ясно выступает со слизистых чаш, но иногда апексы клеток (главным образом в разветвленных колониях) покрыты очень тонкими, слизистыми оболочками, бесцветными колпачками, как отмечают английские ученые Kombrek, Marvan.
Клетки Botryococcus braunii удлиненные, слегка обратнояйцевидные до почти цилиндрических, на апикальной конце обычно округленно-усеченные, длиной 11,5-12-13,8 мкм, шириной 5,75-6-6,9 мкм. Хлоропласт пристенный, апикальный или латеральный, обычно с неправильными краями. Пиреноид не различается. Размножение 2 (4) автоспор. (рисунок)
Зеленая колониальная водоросль Botryococcus braunii активно исследуется за рубежом как потенциальный продуцент экологически чистого и возобновляемого источника энергии — жидких углеводородов.
Особый интерес представляет липидный метаболизм данной водоросли и состав жирных кислот из которых синтезируются углеводороды. В Институте биофизики СО РАН впервые в России получен лабораторная культура Botryococcus braunii и начато изучение кинетики роста и физиологобиохимических свойств.
Суммарное содержание липидов в биомассе водоросли был минимальным в экспоненциальной фазе роста (около 7% к весу сухой биомассы), росло по ходу развития культуры достигая к стационарной фазы 25-30%. С использованием метода тонкослойной хроматографии проанализирован качественный состав внутриклеточных и внеклеточных липидов водоросли.
Установлено, что липиды Botryococcus braunii представлены различными классами, включая полярные липиды диацилглицериды, стерины, свободные жирные кислоты, триацилглицеридов, метиловые эфиры жирных кислот эфиры стеринов, углеводороды, а также неидентифицированные фракции.
Для внутриклеточных липидов водоросли характерно доминирование в период активного роста полярных липидов (до 50% липидов) и снижение до стационарной фазы (25-30%).
Содержание свободных жирных кислот и спиртов мало зависел от фазы роста культуры и составлял по 8-10%; в минорных компонентов (1-3%) можно отнести диглицериды, стерины и эфиры стеринов.
В составе липидов идентифицирована фракция жидких углеводородов, их максимальное содержание (12-14%) отмечен в начальные фазы роста культуры (экспоненциальную и линейную).
Внеклеточные липиды Botryococcus braunii имели несколько другой состав. Содержание полярных липидов стеринов, свободных жирных кислот и триглицеридов мало зависело от фазы роста культуры и было практически одинаковым — 14-20% от суммарного содержания липидов.
Жидкие углеводороды обнаружены в составе экстрацеллюлярного продуктов обмена водоросли во всех фазах роста, максимальное их содержание (более 30%) отмечен в экспоненциальной фазе.
Исследован общий жирнокислотний состав липидов водоросли и выявлено
что доминирующими являются пальмитиновая и олеиновая кислоты (до 40-48% от суммы жирных кислот). Данные жирные кислоты являются предшественниками синтеза жидких углеводородов в Botryococcus braunii.
Коэффициент насыщенности липидов в период активного роста водоросли составлял 0,7 и снижался до 0,4 до стационарной фазы в 0,91; параллельно происходило снижение в 2 раза отношение диеновых кислот в триеновим на фоне роста моноенових кислот. Насыщенность полярных липидов, наоборот, росла при старении культуры; параллельно происходило увеличение доли моноеновых и диеновых жирных кислот.
Состав жирных кислот триацилглицеридов в ходе развития водоросли менялся в меньшей степени.
Середнепоказательный углеводородный состав Botryococcus braunii:
- Isobotryococcene – 4%
- Botryococcene – 9%
- C34H58 – 11%
- C36H62 (изомер 1) – 34%
- C36H62 (изомер 2) – 4%
- C37H64 – 20%
- Остальные углеводороды – 18%
Рисунок – Схема химического синтеза биодизельного топлива
Botryococcenes это основной составляющий элемент нефти зеленых водорослей Botryococcus braunii. Углеводороды этих видов производства может химически превращается в топливо.
Переэтерификации не могут быть использованы для биодизеля из botryococcenes, основные масла braunii Botryococcus. Это происходит потому, Botryococcene масло не «растительное масло» (жирные кислоты, триглицериды), но вместо этого тритерпеновые жирные кислоты, и если нет свободного кислорода для переэтерификации. Он может быть использован в качестве сырья для гидрокрекинга на НПЗ (нефтеперегонный завод) для производства октана (бензин), и керосин. До 86% от сухого веса могут быть длинные углеводородные цепи.
Автор статьи: Дохторук Андрей, ст. каф. Микробиология и вирусология, Днепропетровского национального университета им. Олеся Гончара