Hielscher Ultrasonics
We bespreken graag uw proces.
Bel ons: +49 3328 437-420
Mail ons: info@hielscher.com

Algenkweeklab – Ultrasone algenextractie

algenkweek

Algae Grow Lab ontwikkelde een serie buisvormige en platte fotobioreactoren voor het kweken van algen, evenals een proces voor ultrasone celvernietiging op basis van Hielscher ultrasone processoren uitgerust met flowcellen.
Het algemene stroomdiagram van het proces wordt hieronder weergegeven.

Algae Gro Lab ontwikkelde een complete procesopstelling inclusief fotobioreactor voor algenkweek en de downstreamverwerking om algenolie te winnen.

Het stroomdiagram toont het proces van algenkweek en de productie van algenolie met ultrasoon geluid. ©Algenkweeklab

Hieronder staan voorbeelden van fotobioreactoren van Algae Grow Lab.
Het gebruik van LED-panelen die licht uitstralen in het PAR-deel van het spectrum maakt een maximale algengroei mogelijk.
Na inoculatie van Chlorella Vulgaris met een initiële dichtheid van 0,146 g/L bereikten we bijvoorbeeld een dichtheid van 7,3 g/L in 7 dagen.

www.algaegrowlab.com

Algae Grow Lab levert fotobioreactoren en apparatuur voor de productie van algenolie.

Vernietiging van algencellen door ultrasoonreiniging

Na het algengroeistadium zijn de algencellen rijp voor de behandeling van de olieproductie. Aangezien de celinhoud van de omgeving wordt gescheiden door een structuur van samengestelde celmembranen, is de celdisruptiemethode belangrijk voor het vrijkomen van het volledige intracellulaire materiaal. Het celmembraan biedt mechanische sterkte aan de cel en behoudt zijn integriteit. Dankzij de elastische eigenschappen van het celmembraan zijn de cellen bestand tegen de snelle veranderingen in osmotische druk die zich in hun externe omgeving kunnen voordoen.
Zowel ultrasone als microgolfondersteunde methoden, die hieronder worden beschreven, verbeteren de extractie van microalgen aanzienlijk, met een hogere efficiëntie, kortere extractietijden en hogere opbrengsten, evenals lage tot matige kosten en verwaarloosbare toegevoegde toxiciteit.
Vaak is de extractie van de doelproducten uit algen effectiever als de algencellen voor de extractie vernietigd worden. Maar soms leidt de celvernietiging zelf tot het vrijkomen van het doelproduct en is alleen het scheidingsproces nodig om het te verkrijgen (bijv. de extractie van lipiden uit algen voor de productie van biobrandstof).
Algae grow lab integreert een ultrasoon systeem voor celdisruptie en -extractie in hun opstelling om te zorgen voor een zeer efficiënt proces waarbij de intracellulaire inhoud volledig vrijkomt, wat leidt tot een hogere opbrengst in een kortere tijd. In de ultrasone reactor creëren ultrasone golven cavitatie in het vloeibare medium dat de algencellen bevat. De cavitatiebellen groeien tijdens de afwisselende rarefactiefasen van de ultrasone golf tot ze een bepaalde grootte bereiken, wanneer er geen energie meer kan worden geadsorbeerd. Op dit maximale punt van bellengroei storten de holtes in tijdens een compressiefase. De ineenstorting van de bellen creëert extreme omstandigheden van druk- en temperatuurverschillen, schokgolven en sterke vloeistofstralen. Deze extreme krachten vernietigen niet alleen de cellen, maar spoelen ook effectief hun inhoud uit naar het vloeibare medium (bijv. water of oplosmiddelen).
De doeltreffendheid van de ultrasone vernietiging hangt sterk af van de duurzaamheid en de elasticiteit van de celwanden, die sterk varieert tussen de individuele algenstammen. Daarom wordt de efficiëntie van de celvernietiging sterk beïnvloed door de parameters van het sonificatieproces: De belangrijkste parameters zijn amplitude, druk en concentratie. & viscositeit en temperatuur. Deze parameters moeten worden geoptimaliseerd voor elke specifieke algenstam om een optimale verwerkingsefficiëntie te garanderen.
Enkele voorbeelden van celdisruptie en desintegratie van verschillende algenstammen zijn te vinden in de hieronder geciteerde artikelen:

  • Dunnaliella salina en Nannochloropsis oculata: King P.M., Nowotarski K.; Joyce, E.M.; Mason, T.J. (2012): Ultrasone verstoring van algencellen. AIP Conference Proceedings; 5/24/2012, Vol. 1433 Issue 1, p. 237.
  • Nannochloropsis oculata: Jonathan R. McMillan, Ian A. Watson, Mehmood Ali, Weaam Jaafar (2013): Evaluatie en vergelijking van methoden voor celdisruptie bij algen: Microgolf, waterbad, blender, ultrasoon en laserbehandeling. Applied Energy, maart 2013, Vol. 103, Pagina's 128-134.
  • Nanochloropsis salina: Sebastian Schwede, Alexandra Kowalczyk, Mandy Gerber, Roland Span (2011): Influence of different cell disruption techniques on mono digestion of algal biomass. World Renewable Energy Congress 2011, Bioenergy Technologies, 8-12 mei 2011, Zweden.
  • Schizochytrium limacinum en Chlamydomonas reinhardtii: Jose Gerde, Mellissa Montalbo-Lomboy M, Linxing Yao, David Grewell, Tong Wang (2012): Evaluation of microalgae cell disruption by ultrasonic treatment. Bioresource Technology 2012, Vol. 125, pp.175-81.
  • Crypthecodinium cohnii: Paula Mercer en Roberto E. Armenta (2011): Developments in oil extraction from microalgae. Europeanen Jornal of Lipid Science Technology, 2011.
  • Scotiellopsis terrestris: S. Starke, Dr. N. Hempel, L. Dombrowski, Prof. Dr. O. Pulz: Verbetering van celdisruptie bij Scotiellopsis terrestris door middel van ultrageluid en een enzym dat pectine afbreekt. Naturstoffchemie.
Algenkweek in een 500L fotobioreactor

500L buisvormige fotobioreactor met LED panelen ©Algae Grow Lab

Algae Grow Lab levert fotobioreactoren in verschillende ontwerpen voor het kweken van algen.

Vlakke fotobioreactor uitgerust met LED-panelen ©Algae Grow Lab

Proces

Na het kweken wordt de algenbiomassastroom naar het concentratieapparaat gevoerd om de biomassa te scheiden van het vloeibare medium. Het concentraat wordt verzameld in de opslagtank. Na de scheiding moeten de cellen worden verstoord om de olie en ander intracellulair materiaal vrij te maken. Daarom wordt de geconcentreerde biomassa door een Hielscher ultrasoon apparaat gepompt. De ultrasone recirculatie-inrichting zorgt voor de recirculatie van het celconcentraat onder de gegeven druk door de Hielscher flowcel terug naar de accumulatietank. De recirculatie duurt de tijd die nodig is om de cellen te vernietigen. Wanneer het vernietigingsproces is voltooid, wordt de biomassa met de vernietigde cellen naar het productscheidingsapparaat gepompt, waar de uiteindelijke scheiding van het product van het resterende afval plaatsvindt.

Powerful ultrasonication is the efficient method for the breakage of algae cells. Hielscher's UIP1500hd is a 1500 watts ultrasonic homogenizer that can be easily integrated to fullfill demanding applications.

Algencelvernietigingseenheid met apparaat voor concentratie/scheiding van biomassa en Hielscher's 1,5 kW ultrasone processor UIP1500hd. ©Algae Grow Lab

Meting van het percentage vernietigde cellen

Voor de efficiëntie-evaluatie van de algenbreuk gebruikte ALgae Grow Lab twee verschillende methodes om het percentage vernietigde cellen te meten:

  1. De eerste analysemethode is gebaseerd op de meting van chlorofyl A, B en A+B fluorescentie.
    Tijdens het centrifugeren met langzame centrifuges zullen de algencellen en de brokstukken op de bodem van het recipiënt pelleteren, maar in het supernatant zullen nog restanten vrij zwevend chlorofyl achterblijven. Met behulp van deze fysieke kenmerken van de cel en chlorofyl kan het percentage gebroken cellen worden bepaald. Dit wordt bereikt door eerst de totale chlorofylfluorescentie van een monster te meten. Vervolgens wordt het monster gecentrifugeerd. Daarna wordt de chlorofylfluorescentie van het supernatant gemeten. Door het percentage chlorofylfluorescentie in het supernatant te nemen ten opzichte van de chlorofylfluorescentie van het totale monster, kan een schatting worden gemaakt van het percentage gebroken cellen. Deze vorm van meten is vrij nauwkeurig, maar gaat ervan uit dat het aantal chlorofylcellen per cel uniform is. Totaal chlorofyl extracties werden uitgevoerd met methanol.
  2. Voor de tweede analysemethode is de klassieke hemocytometrie gebruikt om de celdichtheid in het geoogste algenmonster te meten. De procedure wordt in 2 stappen uitgevoerd:
  • Eerst wordt de celdichtheid van het geoogste algenmonster vóór de ultrasone behandeling gemeten.
  • Ten tweede wordt het aantal niet-vernietigde (overgebleven) cellen na sonificatie van hetzelfde monster gemeten.
    Op basis van de resultaten van deze twee metingen wordt het percentage vernietigde cellen berekend.
De foto toont het algenconcentraat vóór de celdisruptie door middel van ultrageluid (Hielscher UIP1500hd). ©Algae Grow Lab

Pic.1: Algen vóór vernietiging ©Algae Grow Lab

De microscopische foto toont het algenconcentraat na 60 minuten sonicatie. 50% van de algencellen zijn al gebroken.

Foto 2: Ontwrichting van algen: 50% celdisruptie na 60 minuten sonicatie. ©Algenkweken Lab

Microscopisch beeld van ultrasoon verstoorde en uiteengevallen algencellen. ©Algenkweeklab

Foto 3: Ontstoring van algen: 100% celdisruptie na 120 min. sonicatie. ©Algenkweken Lab

Algae Grow Lab has developed an ultrasonic destruction unit integrating Hielscher's ultrasonic equipment for cell disruption (Click to enlarge!)

Stroomdiagram van de algenkweek- en verwerkingseenheid van Algae Grow Lab. ©Algenkweken Lab

Contact opnemen / Meer informatie aanvragen

Praat met ons over je verwerkingsvereisten. We zullen de meest geschikte opstelling en verwerkingsparameters voor je project aanbevelen.





Let op onze privacybeleid.



We bespreken graag uw proces.

Let's get in contact.