Impediments to commercialization2.1

Impediments to commercialization
2.1. Availability of carbon dioxide

Carbon dioxide is essential for growing algae for biofuels. Production of each ton of algal biomass requires at least 1.83 tons of carbon dioxide (Chisti, 2007). Nearly all pilot scale algae culture depends on purchased carbon dioxide that contributes substantially (∼50%) to the cost of producing the biomass. Algae culture for fuels is not feasible unless carbon dioxide is available free (Chisti, 2007). Potentially, carbon dioxide emitted by coal-fired power stations can be used for growing algae, but the amount of available carbon dioxide is a major limitation for large scale culturing of algae.

The dispersed tailpipe carbon dioxide emissions that are a consequence the use of petroleum as transport fuel cannot be directly used for growing algae. Concentrated sources of carbon dioxide are mainly the flue gases produced during power generation from combustion of coal. The cement industry is another source of concentrated carbon dioxide emissions. In 2008, coal burning power plants in the US produced 1945.9 million metric tons of carbon dioxide (U.S. Department of Energy, 2009). In the same year, the use of petroleum transportation fuels released 1889.4 million metric tons of carbon dioxide in the US (U.S. Department of Energy, 2009). In comparison, the cement manufacture in the US generated only 42.2 million metric tons of carbon dioxide (U.S. Department of Energy, 2009).

If 10% of the carbon dioxide emitted annually from the US coal-fired power stations (∼1.5 billion tons in 2012; U.S. Energy Information Administration: www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=7350) can be converted to algal biomass, nearly 82 million tons of algal biomass could be produced. At 40% by weight oil in the biomass and 95% oil recovery, this is equivalent to 31 million tons of algal crude oil annually, or nearly 27,982 million liters of petroleum. (In energy terms, on average, 1 L of petroleum is equivalent to 1.25 L of algal crude oil (Chisti, 2012).) This is the equivalent of about 9 days of the total 2010 consumption of petroleum in the US. Clearly, therefore, the availability of point sources of carbon dioxide is a major impediment to production of algal fuel oils at a meaningful scale. Although algal biomass with a total lipid content of at least 40% by dry weight can be readily produced in outdoor processes (Quinn et al., 2012), the logic of relying on carbon dioxide from burning coal or other fossil fuel, to produce algal oil is flawed: no oil can be produced unless fossil fuels are burned.

The normal atmosphere contains around 0.039% of carbon dioxide by volume (Kumar et al., 2010). If somehow this source can be efficiently tapped at a low cost, the need for fossil-derived carbon dioxide will disappear altogether. Nor would there be a need for point sources of carbon dioxide. In addition, using carbon dioxide from the atmosphere is likely to greatly reduce the carbon footprint of algal fuels. Unfortunately, no method exists for growing algae at a high productivity using only the carbon dioxide available at the concentration in the normal atmosphere.

Many algae and cyanobacteria are known to possess mechanisms for concentrating carbon dioxide from the culture medium into the cell (Badger and Price, 1992, Kaplan and Reinhold, 1999, Badger et al., 2002, Giordano et al., 2005 and Meyer and Griffiths, 2013), but carbon dioxide absorption from the standard atmosphere into the culture medium is never sufficiently fast to rapidly grow a large concentration of algae. Inadequacies in natural carbon concentrating mechanisms are such that carbon dioxide supplementation of an algal culture nearly always enhances biomass growth rate compared to what is possible under a normal atmosphere. Therefore, low-energy physical–chemical strategies are needed to cheaply capture and concentrate the carbon dioxide that is already in the atmosphere, for use in algal culture. The available technologies for nonbiological capture of carbon dioxide (Metz et al., 2005 and Folger, 2010) are currently expensive.

Accelerating carbon capture via genetic modifications, for example, appears to be possible (Savile and Lalonde, 2011), but carbon dioxide will still need to be somehow transferred from the dilute level of the atmosphere to the algal broth. Transferring carbon dioxide from the atmospheric air to an algal culture is not easy because of the low concentration in the atmosphere. Also, in seawater the carbon dioxide solubility is low compared to in freshwater and this impedes carbon dioxide absorption. Low energy methods of achieving carbon dioxide absorption are necessary.

For algae that can be grown in highly alkaline conditions, carbon dioxide may be supplied in the form of bicarbonate (Chi et al., 2011). This may help in reducing the cost of supplying carbon dioxide (Chi et al., 2011), but may not be applicable for culturing marine algae as sea salts tend to precipitate once

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

อุปสรรคการค้า2.1. พร้อมใช้งานของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์คาร์บอนไดออกไซด์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปลูกสาหร่ายสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพ การผลิตของแต่ละตันของชีวมวลสาหร่ายต้องน้อย 1.83 ตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Chisti, 2007) วัฒนธรรมสาหร่ายนำร่องขนาดเกือบทั้งหมดพึ่งซื้อคาร์บอนไดออกไซด์ที่ก่อให้เกิดอย่างมีนัยสำคัญ (∼50%) ต้นทุนของการผลิตชีวมวล เชื้อเพลิงสาหร่ายวัฒนธรรมไม่กระทำเว้นแต่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะพร้อมใช้งานฟรี (Chisti, 2007) อาจ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากโรงไฟฟ้าถ่านสามารถใช้สำหรับการปลูกสาหร่าย แต่ปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นข้อจำกัดสำคัญสำหรับขนาดใหญ่นำไปเลี้ยงสาหร่ายปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กระจาย tailpipe ที่มีผลการใช้ปิโตรเลียมเป็นเชื้อเพลิงในการขนส่ง ไม่สามารถใช้สำหรับการปลูกสาหร่ายโดยตรง แหล่งความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นส่วนใหญ่แก๊สปล่องผลิตระหว่างการผลิตไฟฟ้าจากการเผาไหม้ของถ่านหิน อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์เป็นแหล่งอื่นของการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ความเข้มข้น ใน 2008 โรงไฟฟ้าเผาไหม้ถ่านหินในสหรัฐอเมริกาผลิต 1945.9 ล้านตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (สหรัฐฯ กรมธุรกิจพลังงาน 2009) ในปีเดียวกัน การใช้เชื้อเพลิงปิโตรเลียมขนส่งออก 1889.4 ล้านตันคาร์บอนไดออกไซด์ในสหรัฐอเมริกา (สหรัฐกรมธุรกิจพลังงาน 2009) ในการเปรียบเทียบ การผลิตปูนซีเมนต์ในสหรัฐฯ สร้างขึ้นเฉพาะ 42.2 ล้านตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (สหรัฐฯ กรมธุรกิจพลังงาน 2009)ถ้า 10% ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาทุกปีจากสหรัฐฯ ถ่านสถานีพลังงาน (∼1.5 พันล้านตันในปี 2555 การจัดการข้อมูลพลังงานสหรัฐฯ: www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=7350) สามารถแปลงเป็นสาหร่ายชีวมวล เกือบ 82 ล้านตันของชีวมวลสาหร่ายสามารถผลิต 40% โดยน้ำหนักน้ำมันชีวมวลและการกู้คืนน้ำมัน 95% นี้จะเท่ากับ 31 ล้านตันน้ำมันดิบสาหร่ายเป็นประจำทุกปี หรือปิโตรเลียมเกือบ 27,982 ล้านลิตร (ในแง่พลังงาน เฉลี่ย 1 L ของปิโตรเลียมจะเท่ากับ 1.25 ลิตรสาหร่ายน้ำมันดิบ (Chisti, 2012)) นี้เป็นเหมือนกับการใช้ 2010 ของปิโตรเลียมในสหรัฐอเมริกาทั้งหมดประมาณ 9 วัน อย่างชัดเจน ดังนั้น ความพร้อมของจุดแหล่งของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้นจะเป็นสำคัญเพื่อผลิตน้ำมันสาหร่ายที่เครื่องชั่งมีความหมาย แม้ว่าชีวมวลสาหร่าย ด้วยไขมันทั้งหมดน้อยกว่า 40% โดยน้ำหนักแห้งสามารถผลิตได้ในกระบวนการแจ้ง (Quinn et al. 2012), ตรรกะของการพึ่งพาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้ถ่านหินหรือเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์อื่น ๆ การผลิตน้ำมันสาหร่ายเป็นข้อบกพร่อง: ไม่มีน้ำมันสามารถผลิตได้ยกเว้นว่ามีเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลบรรยากาศปกติประกอบด้วยประมาณ 0.039% ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยปริมาตร (Kumar et al. 2010) ถ้าอย่างใด แหล่งนี้สามารถมีประสิทธิภาพเคาะที่มีต้นทุนต่ำ ความต้องการคาร์บอนไดออกไซด์มาฟอสซิจะหายไปทั้งหมด ไม่มีจะต้องจุดแหล่งของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นอกจากนี้ โดยใช้คาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศเป็นแนวโน้มที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนของเชื้อเพลิงสาหร่าย อับ วิธีไม่มีการเจริญเติบโตสาหร่ายที่ใช้เพียงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ที่ความเข้มข้นในบรรยากาศปกติผลิตผลสาหร่ายและ cyanobacteria หลายจะทราบว่ามีกลไกเน้นคาร์บอนไดออกไซด์จากสื่อวัฒนธรรมเข้าสู่เซลล์ (บัด และ ราคา 1992, Kaplan และ ชมิดต์ 1999 เร็น et al. 2002, Giordano et al. 2005 และ Meyer และ Griffiths, 2013), แต่การดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศมาตรฐานเป็นสื่อวัฒนธรรมไม่เคยเพียงพอรวดเร็วในการ เติบโตอย่างรวดเร็วเข้มข้นสาหร่ายขนาดใหญ่ ไม่เพียงพอในธรรมชาติคาร์บอนมุ่งเน้นกลไกดังกล่าวว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เสริมวัฒนธรรมมีสาหร่ายเกือบเสมอเพิ่มชีวมวลไม่เป็นไปได้ภายใต้บรรยากาศปกติอัตราการเติบโตได้ ดังนั้น กลยุทธ์ทางกายภาพ – เคมีพลังงานต่ำจะต้องจับ และเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในบรรยากาศ สำหรับใช้ในวัฒนธรรมสาหร่าย เทป เทคโนโลยีมีให้สำหรับ nonbiological จับคาร์บอนไดออกไซด์ (Metz et al. 2005 และ Folger, 2010) มีราคาแพงในปัจจุบันเร่งจับคาร์บอนผ่านปรับเปลี่ยนพันธุ เช่น จะ ไม่ไป (Savile และ Lalonde, 2011), ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แต่ยังคงต้องการอย่างใดโอนจากระดับความเจือจางของบรรยากาศน้ำซุปสาหร่าย โอนย้ายคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศบรรยากาศวัฒนธรรมเป็นสาหร่ายไม่ง่ายเนื่องจากความเข้มข้นต่ำในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ ในทะเลก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ ละลายอยู่ในระดับต่ำเมื่อเทียบกับในน้ำจืด และนี้หายอวัยวะดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จำเป็นต้องมีพลังงานต่ำวิธีการบรรลุการดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สำหรับสาหร่ายที่สามารถปลูกในสภาพด่างสูง ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อาจมาในรูปของไบคาร์บอเนต (Chi et al. 2011) นี้อาจช่วยในการลดต้นทุนการจัดหาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Chi et al. 2011), แต่อาจไม่สามารถนำไปเลี้ยงสาหร่ายทะเลเป็นเกลือทะเลที่มีแนวโน้มตกตะกอนเมื่อ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ผลักดันให้มีการค้า
2.1 ความพร้อมของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของสาหร่ายสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพ การผลิตตันของชีวมวลสาหร่ายแต่ละต้องมีอย่างน้อย 1.83 ตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Chisti 2007) เกือบทั้งหมดนักบินขนาดวัฒนธรรมสาหร่ายขึ้นอยู่กับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ก่อซื้ออย่างมีนัยสำคัญ (~50%) ค่าใช้จ่ายในการผลิตชีวมวล วัฒนธรรมสาหร่ายสำหรับเชื้อเพลิงเป็นไปไม่ได้นอกเสียจากก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สามารถใช้ได้ฟรี (Chisti 2007) ที่อาจเกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากถ่านหินโรงไฟฟ้าสามารถนำมาใช้สำหรับการเจริญเติบโตของสาหร่าย แต่ปริมาณของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่เป็นข้อ จำกัด ที่สำคัญสำหรับการเพาะเลี้ยงขนาดใหญ่ของสาหร่าย. กระจายการปล่อยก๊าซท่อไอเสียคาร์บอนที่มีผลการใช้ปิโตรเลียม เป็นเชื้อเพลิงขนส่งไม่สามารถนำมาใช้โดยตรงสำหรับการเจริญเติบโตของสาหร่าย แหล่งที่มาของความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่จะเป็นก๊าซไอเสียที่ผลิตในระหว่างการผลิตกระแสไฟฟ้าจากการเผาไหม้ของถ่านหิน อุตสาหกรรมปูนซีเมนต์เป็นที่มาของการปล่อยก๊าซคาร์บอนที่มีความเข้มข้นอีก ในปี 2008 การเผาไหม้ถ่านหินโรงไฟฟ้าในสหรัฐผลิต 1945900000 ตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (US Department of Energy 2009) ในปีเดียวกันการใช้เชื้อเพลิงปิโตรเลียมการขนส่งการปล่อยตัว 1889400000 ตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในสหรัฐอเมริกา (US Department of Energy 2009) ในการเปรียบเทียบการผลิตปูนซีเมนต์ในสหรัฐอเมริกาที่สร้างเพียง 42,200,000 ตันของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (กระทรวงพลังงาน 2009 สหรัฐ). ถ้า 10% ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาเป็นประจำทุกปีจากถ่านหินสถานีพลังงานสหรัฐ (~1.5 พันล้านตันในปี 2012; พลังงานสหรัฐบริหารข้อมูล: www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=7350) สามารถแปลงเป็นสาหร่ายชีวมวลเกือบ 82 ล้านตันของชีวมวลสาหร่ายสามารถผลิต ที่ 40% โดยน้ำหนักน้ำมันในการกู้คืนน้ำมันชีวมวลและ 95% นี้จะเทียบเท่ากับ 31 ล้านตันน้ำมันดิบสาหร่ายเป็นประจำทุกปีหรือเกือบ 27,982 ล้านลิตรของน้ำมันปิโตรเลียม (ในแง่พลังงานโดยเฉลี่ย 1 ลิตรปิโตรเลียมเทียบเท่ากับ 1.25 ลิตรน้ำมันดิบสาหร่าย (Chisti 2012).) นี้จะเทียบเท่าประมาณ 9 วันจากทั้งหมด 2010 การบริโภคของปิโตรเลียมในสหรัฐ อย่างชัดเจนดังนั้นความพร้อมของแหล่งกำเนิดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นอุปสรรคที่สำคัญในการผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงสาหร่ายในระดับที่มีความหมาย แม้ว่าชีวมวลสาหร่ายที่มีปริมาณไขมันทั้งหมดไม่น้อยกว่า 40% โดยน้ำหนักแห้งสามารถผลิตได้อย่างง่ายดายในกระบวนการกลางแจ้ง (ควินน์ et al., 2012), ตรรกะของการพึ่งพาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้ถ่านหินหรือเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่น ๆ ในการผลิตสาหร่าย น้ำมันเป็นข้อบกพร่อง:. ไม่มีน้ำมันสามารถผลิตได้นอกเสียจากเชื้อเพลิงฟอสซิลที่ถูกเผาไหม้บรรยากาศปกติมีประมาณ 0.039% ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์โดยปริมาตร (. Kumar et al, 2010) ถ้าอย่างใดแหล่งนี้สามารถ tapped ได้อย่างมีประสิทธิภาพในราคาที่ต่ำที่จำเป็นสำหรับฟอสซิลที่ได้มาจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะหายไปโดยสิ้นเชิง หรือจะมีความจำเป็นในการแหล่งกำเนิดของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ นอกจากนี้การใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศที่มีแนวโน้มที่จะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของเชื้อเพลิงสาหร่าย แต่น่าเสียดายที่ไม่มีวิธีการที่มีอยู่สำหรับการเจริญเติบโตของสาหร่ายที่ให้ผลผลิตสูงโดยใช้เพียงการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในความเข้มข้นในบรรยากาศปกติ. สาหร่ายจำนวนมากและไซยาโนแบคทีเรียเป็นที่รู้จักกันที่จะมีกลไกในการมุ่งเน้นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอาหารเลี้ยงเข้าไปในเซลล์ (แบดเจอร์และราคา 1992 แคปแลนและโฮลด์ 1999, แบดเจอร์, et al., 2002, Giordano et al., ปี 2005 และเมเยอร์และ Griffiths, 2013) แต่การดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศมาตรฐานลงในอาหารเลี้ยงเชื้อจะไม่รวดเร็วพอที่จะขึ้นอย่างรวดเร็วเติบโต เข้มข้นมากของสาหร่าย ความบกพร่องในการมุ่งเน้นกลไกคาร์บอนธรรมชาติดังกล่าวว่าการเสริมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของวัฒนธรรมสาหร่ายเกือบจะช่วยเพิ่มอัตราการเติบโตของชีวมวลเมื่อเทียบกับสิ่งที่เป็นไปได้ภายใต้บรรยากาศปกติ ดังนั้นพลังงานต่ำกลยุทธ์ทางกายภาพและทางเคมีที่มีความจำเป็นในการจับภาพอย่างง่ายและมีสมาธิก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่แล้วในชั้นบรรยากาศเพื่อใช้ในการเพาะเลี้ยงสาหร่าย เทคโนโลยีที่มีอยู่สำหรับการจับภาพ nonbiological ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Metz et al., 2005 และโฟลเกอร์, 2010) ที่มีราคาแพงในขณะนี้. เร่งคาร์บอนผ่านการปรับเปลี่ยนพันธุกรรมตัวอย่างเช่นที่ดูเหมือนจะเป็นไปได้ (ซาวิลและ Lalonde, 2011) แต่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะยังคงต้องมีการโอนอย่างใดจากระดับเจือจางของบรรยากาศกับน้ำซุปสาหร่าย การถ่ายโอนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศไปในวัฒนธรรมสาหร่ายไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะความเข้มข้นต่ำในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้ในน้ำทะเลสามารถในการละลายก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ในระดับต่ำเมื่อเทียบกับในน้ำจืดและขัดขวางการดูดซึมนี้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ วิธีการที่ใช้พลังงานต่ำของการบรรลุการดูดซึมก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีความจำเป็น. สำหรับสาหร่ายที่สามารถเจริญเติบโตได้ในสภาวะที่เป็นด่างสูงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์อาจจะจัดในรูปแบบของไบคาร์บอเนต (จิ et al., 2011) นี้อาจช่วยในการลดค่าใช้จ่ายในการจัดหาก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (จิ et al., 2011) แต่อาจไม่สามารถใช้สำหรับการเพาะเลี้ยงสาหร่ายทะเลเกลือทะเลมีแนวโน้มที่จะเกิดการตกตะกอนครั้งเดียว