Growth, lipid contents and bioactivities of the microalga Tetraselmis chuii in a low-cost, custom-made photobioreactor

Abstract

The decline of petroleum production has led the scientific world to research novel oil sources that could one day compete with fossil oil. So far, biofuels generated from oil producing crops, such as corn and rapeseed, have been used at a larger scale. However, this type of biofuel competes with food-crops for arable land and the yields are far lower than those needed for them to compete with fossil fuels. Microalgae may be a suitable source of biofuels. However, its high production costs have prevented the development of large scale production ventures for microalgal-based biofuels. In this thesis, the building of a low cost photobioreactor was carried out in order to lower the overall production costs of biodiesel from microalgae. The microalga Tetraselmis chuii was selected as feedstock, and its growth rate and lipid production were evaluated, along with its antioxidant potential. The microalgal batch reached the stationary phase in the photobioreactor after approximately 7 days, 3 times faster than under laboratorial conditions, and exhibited a maximum lipid content of 0.07 g/L, which represented 18% of its total dry weight. The GC-MS analysis of T.chuii lipid profile revealed a composition of 23.97%, 69.09% and 6.93% for saturated, monounsaturated and polyunsaturated fatty acids, respectively. The IC50(7.97 mg/mL) of radical scavenging activity was determined using the ABTS assay only, as the microalgae presented a poor antioxidant activity by the DPPH assay, even at a concentration of 10 mg/mL. It has been concluded that even though the microalga used as feedstock significantly increased its lipid content and growth rate in a low-cost, custom-made photobioreactor, the bioactivities found in the extracts are still not sufficient to ensure the production of biodiesel at a competitive price as compared with fossil diesel.

Nedgangen i råoljeproduksjonen har ført den vitenskapelige verden til å eksperimentere med nye olje kilder som en dag skal kunne konkurrere med petroleum baserte brensler. Til nå har det mest effektive vært biobrenselen generert fra oljeproduserende avlinger, som mais og raps, men disse konkurrerer med matavlingene om dyrkbar jord og gir utilfredsstillende ytelser, langt fra de verdiene som trengs for at de skal kunne konkurrere med petroleum basert brensel. Mikroalger kan være en passende kilde av biodrifstoff, men de er fortsatt ikke egnet til storskalaproduksjon på grunn av høye produksjonskostnader. I denne oppgaven ble byggingen av en lavpris photobioreaktor utført for å redusere de samlede produksjonskostnader for biodiesel fra mikroalger. Stammen Tetraselmis chuii ble valgt for dette eksperimentet, og veksthastighet og lipidproduksjon ble evaluert, sammen med de ”radicale scavenging activities” for DPPH og ABTS forsøk. Mikroalge-batchen kom til den stasjonære fasen i photobioreaktoren etter omtrent 7 dager, 3 ganger raskere enn i laboratoriet, og viste en maksimal verdi for lipidinnholdet på 0.07 g/L, som representerte 18% av sin totale tørrvekt. Den GC-MS analyse av T. chuiis lipid profil presenterte konsentrasjoner på henholdsvis 23.97%, 69.09% og 6.93% for mettede, enumettede og flerumettede fettsyrer. IC50 ble bestemt kun for ABTS forsøk, på 7,97 mg / ml, fordi mikroalgene presenterte en dårlig bioaktivitet for DPPH analysen, selv ved en konsentrasjon på 10 mg/ ml. Konklusjonen er at, selv om algene betydelig økte sitt fettinnhold og vekst i photobioreactoren, er fortsatt ikke biomaterialet funnet i ekstraktene nok til å sikre produksjon av biodiesel til en konkurransedyktig pris kontra petroleumbasert diesel.