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Título : Evaluación de las condiciones de cultivo autotrófico de microalgas Chlorella para la producción de Biodiesel.
Autor : Ochoa, Valeria (dir)
Dávila Gavilanes, Ana Gabriela
Descriptores / Subjects : Ingeniería ambiental
Tecnología
Fecha de Publicación : 2013
Ciudad: Editorial : Quito, 2013.
Cita Sugerida : Tesis (Ingeniera Ambiental), Universidad San Francisco de Quito, Colegio de Ciencias e ingenierías; Quito, Ecuador, 2013.
Resumen / Abstract: El desarrollo de energías renovables es de gran interés a nivel mundial, éstas además de permitir ampliar la matriz energética, reducen el uso de combustibles fósiles y sus impactos socio-ambientales. Los biocombustibles son un tipo de energía renovable que se generan a partir de biomasa, dentro de ellos se encuentra el biodiesel que es un combustible biodegradable, renovable y no tóxico que se puede producir a partir de los lípidos que se encuentran en las células de las microalgas, los cuales una vez que son extraídos son sometidos a un proceso de transesterificación obteniendo como producto final el biodiesel. Las ventajas de la producción de biodiesel a partir de microalgas es que éstas no requieren grandes extensiones de tierra para ser cultivadas y el biodiesel generado cuenta con una densidad energética similar al diésel de petróleo. En este proyecto de investigación se evaluaron las condiciones de cultivo autotróficas adecuadas para maximizar el contenido de lípidos en microalgas Chlorella bajo condiciones de operación batch y semicontinuas. En una primera fase del proyecto de investigación, las microalgas fueron fortalecidas con medio con fertilizante y cultivadas en medio de proteosa. Como resultado de esta fase se obtuvo microalgas en buenas condiciones aptas para ser utilizadas en experimentos. El efecto en la concentración de biomasa y contenido de lípidos con concentraciones de bicarbonato de sodio en rangos bajos y altos, tiempos de cosecha y efectividad de la agitación fueron evaluados en bioensayos batch. Los resultados revelaron que la concentración de bicarbonato de sodio adecuada fue 0,10 g L-1 con un tiempo de cosecha de 4 días en agitador magnético, generando una producción de lípidos de 11,03%. No se estableció una tendencia clara con respecto a la técnica adecuada de agitación, por lo que se decidió realizar los demás experimentos con un agitador orbital. Del mismo modo se realizaron bioensayos en modo de operación semicontinuo con diferentes concentraciones de bicarbonato de sodio y distintas frecuencias de extracción de lípidos, extracciones periódicas en base a la fase de crecimiento exponencial y una única extracción al finalizar el bioensayo. El mayor porcentaje de lípidos, 6,89%, fue obtenido en el bioensayo con una concentración de bicarbonato de sodio de 0,10 g L-1. Los porcentajes de lípidos obtenidos mediante extracción periódica, 6,89%, y extracción única, 6,38%, fueron muy similares por lo que se recomienda realizar una única extracción al culminar el bioensayo con el fin de optimizar recursos. Finalmente, se diseñó el proceso de instalación y operación del fotobiorreactor tubular para el cultivo autotrófico de microalgas Chlorella en base al suministro de la fuente de carbono, iluminación, mezclado, monitoreos y eliminación del oxígeno en forma de gas dentro del fotobiorreactor.
Descripción : Renewable energies are energies of great interest around the world. They allow expanding the world's energy matrix and permit to reduce the use of fossil fuels, reducing the impact of them on the environment and the economy. There are different types of renewable energies such as wind, geothermal, hydro, biofuels, among others. Biofuels are renewable energies that use biomass to generate energy; one of them is the biodiesel, which is a biodegradable, renewable and non-toxic fuel, made from monoalkyl esters of long chain fatty acids that can come from the lipids found in the microalgae cells. Lipids are extracted from microalgae using organic solvents and then with transesterification biodiesel is produced. The lipid content in microalgae can be incremented by optimizing the growing conditions. The advantages of biodiesel generated from microalgae over other biofuels are that they do not require large areas of land for their cultivation and biodiesel generated has an energy density similar to petroleum diesel. In this research project autotrophic culture conditions are evaluated, under batch and semibatch bioassays, in order to find the best conditions and maximize the lipid content in microalgae Chlorella. In the first phase of this research project, microalgae were harvested with fertilizer medium and cultured in proteose medium. The result was that the microalgae were in good conditions for using them in experiments. The effects of different sodium bicarbonate concentrations, higher concentrations and lower concentrations, cultivation periods, and the effectiveness of stirring on biomass production and lipid content were tested in batch and semibatch bioassays. The results revealed that the adequate sodium bicarbonate concentration was 0.10 g L-1 with a cultivation period of four days at magnetic stirrer, producing a lipid content of 11.03%. However, it couldn’t be established which stirring technique was the best; therefore the other experiments in this research were conducted by stirring with an orbital shaker. Bioassays were performed under semibatch conditions with different sodium bicarbonate concentrations and lipid extraction frequencies: periodic extractions, whenever microalgae finished their exponential growth phase, and a single extraction at the end of the bioassay. The highest lipid content, 6.89%, was found in the semibatch bioassay with a sodium bicarbonate concentration of 0.1 g L-1. However, the percentage of lipids by periodic extractions, 6.89%, and by a unique extraction, 6.38%were very similar so it is recommended doing only a single extraction at the end of the bioassay in order to save resources. Finally, the installation and operation of the tubular photobioreactor was designed for autotrophic cultivation of microalgae Chlorella. The design of the installation and operation of the photobioreactor included criteria such as the supply of the carbon source, lighting, mixing, monitoring and removal of oxygen in gas form in the photobioreactor.
URI : http://repositorio.usfq.edu.ec/handle/23000/2404
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