Optimisation de la production de biocarburants par microalgues en conditions solaires

Optimization of Biofuel production in Solar conditions by Microalgae

• Auteur / Autrice : Arturo Vadimir Heredia Marquez
• Direction : Jérémy Pruvost, Luc Marchal, Olivier Gonçalves
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 06/11/2020
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Elisabeth Badens
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nabil Grimi, Arnaud Artu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microalgues

Biocarburants

Mots clés libres

Extraction voie-humide

Cycles jour-nuit

Résumé

La biodiversité des microalgues offre un grand nombre d'espèces pouvant être utilisées comme source de sucres et de triacylglycérol pour biocarburants. Parachlorella kessleri et Nannochloropsis gaditana sont deux souches prometteuses pour cet usage. Différentes dynamiques d’accumulation en sucres et TAG ont été mesurés en avant pour ces deux souches, menant à un potentiel différent d'énergie totale récupérable. P. kessleri a montré un bon potentiel pour le biodiesel et un fort potentiel pour le bioéthanol, contrairement à N. gaditana qui nécessite une optimisation préférentielle de la production et de la récupération de TAG pour le biodiesel, principalement en raison d’un plus forte teneur en TAG mais aussi de l'augmentation de la résistance mécanique dans des conditions de stress et des cycles jour-nuit. Il a été proposé un protocole pour produire du TAG sous limitation d'azotée, cycles jour-nuit et mode de production continu. Dans le cadre de ce dernier protocole, les TAG libérés pour l'extraction par voie humide ont été de 1,4 g/m2-j. Le processus d'extraction humide en soit a également été optimisé. Le broyage des billes a permis de détruire 80 % des cellules carencées pour un temps de séjour d'environ 6 minutes. Ensuite, l’extraction centrifuge en continu a permis de récupérer les 84 % de TAG libérés en utilisant 8,9 ml/min de 2-méthyltétra- hydrofurane. Ces résultats ont été intégrés dans une simulation du procédé global, permettant d'identifier les opérations critiques basé sur l’analyse du NER, ainsi qu’en proposant une double récupération de biocarburants liquides (BioEthanol + BioDiesel)

Microalgae biodiversity offers large number of species with the potential to be used as source of carbohydrates and triacylglycerol for biofuels. Parachlorella kessleri and Nannochloropsis gaditana are two promising strains for biofuel production. The different dynamics of carbohydrates and TAG accumulation for both strains, exposed also different potential of total recoverable energy for biofuels. P. kessleri showed a good potential for biodiesel and high potential for bioethanol; in contrast to N. gaditana which presented larger TAG content but also requires a preferential optimization on the TAG production and recovery for biodiesel mainly because of the increase in mechanical resistance during stress conditions and day-night cycles. It was proposed a protocol to produce TAG under nitrogen limitation, day-night cycles and continuous production mode. Under the latter protocol, released TAG for the Wet-extraction downstream were 1.4 g/m2·d. Downstream wet-extraction process was also optimized. Bead milling disrupted 80\% of the starved cells in ~6 min residence time. Then, by the following continuous centrifugal extraction, it was recovered the 84% of released TAG using 8.9 mL/min of 2-methyl-tetra-hydrofuran. These results were integrated in a whole-process simulation, allowing to identify the critical operations based on NER analysis, and proposing, as well, a double liquid biofuel recovery (BioEthanol + BioDiesel).