Studies on lipid production of microalgae under mixotrophic growth, utilizing glycerol as a carbon source, combined with nitrogen starvation

Rampant increases in oil prices and detrimental effects of fossil fuels on the environment have been the main impetus for the development of environmentally friendly and sustainable energy sources. Amongst the many possibilities, microalgae have been proposed as a new alternative energy source to fossil fuels, as their growth is both sustainable and ecologically safe. By definition, microalgae are unicellular photosynthetic microorganisms containing chlorophyll a. These organisms are capable of producing large quantities of oils, surpassing that of traditional oil-seed crops, which can be transformed, through chemical processes, into biofuels such as biodiesel or bio-gasoline. Thus, recent research has gone into discovering high lipid producing algal strains, optimising growth media for increased lipid production and developing metabolic engineering to make microalgae a source of biofuel that is competitive to more traditional sources of biofuel and even to fossil fuel. In this context, the research reported here focused on using a mixotrophic growth mode as a way to increase lipid production for certain strains of microalgae. In addition, nitrogen starvation combined with mixotrophy was studied to analyse its effects on lipid production. Mixotrophy is the parallel usage of two trophic modes, in our case photoautotrophy and heterotrophy. Consequently, 12 algal strains were screened for mixotrophic growth, using glycerol as a carbon source. Glycerol is a waste product of the current biodiesel industry; it is a cheap and abundant carbon source present in many metabolic pathways. From this initial screening, several strains were chosen for subsequent experiments involving nitrogen starvation. Nitrogen starvation has been shown to induce lipid accumulation. The results obtained show that a mixotrophic growth mode, using glycerol as a carbon source, enhances lipid production for certain strains. Moreover, lipid enhancement was shown for nitrogen starvation combined with mixotrophic growth mode. This was dependant on time spent under nitrogen starvation and on initial concentrations of the nitrogen source.

Production de biodiesel à partir de microalgues par catalyses homogène et hétérogène

Résumé : Au Canada, près de 80% des émissions totales, soit 692 Mt eq. CO[indice inférieur 2], des gaz à effet de serre (GES) sont produits par les émissions de dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]) provenant de l’utilisation de matières fossiles non renouvelables. Après la Conférence des Nations Unies sur les changements climatiques, COP21 (Paris, France), plusieurs pays ont pour objectif de réduire leurs émissions de GES. Dans cette optique, les microalgues pourraient être utilisées pour capter le CO[indice inférieur 2] industriel et le transformer en biomasse composée principalement de lipides, de glucides et de protéines. De plus, la culture des microalgues n’utilise pas de terre arable contrairement à plusieurs plantes oléagineuses destinées à la production de biocarburants. Bien que les microalgues puissent être transformées en plusieurs biocarburants tels le bioéthanol (notamment par fermentation des glucides) ou le biométhane (par digestion anaérobie), la transformation des lipides en biodiesel pourrait permettre de réduire la consommation de diesel produit à partir de pétrole. Cependant, les coûts reliés à la production de biodiesel à partir de microalgues demeurent élevés pour une commercialisation à court terme en partie parce que les microalgues sont cultivées en phase aqueuse contrairement à plusieurs plantes oléagineuses, ce qui augmente le coût de récolte de la biomasse et de l’extraction des lipides. Malgré le fait que plusieurs techniques de récupération des lipides des microalgues n’utilisant pas de solvant organique sont mentionnées dans la littérature scientifique, la plupart des méthodes testées en laboratoire utilisent généralement des solvants organiques. Les lipides extraits peuvent être transestérifiés en biodiesel en présence d’un alcool tel que le méthanol et d’un catalyseur (catalyses homogène ou hétérogène). Pour la commercialisation du biodiesel à partir de microalgues, le respect des normes ASTM en vigueur est un point essentiel. Lors des essais en laboratoire, il a été démontré que l’extraction des lipides en phase aqueuse était possible afin d’obtenir un rendement maximal en lipides de 36% (m/m, base sèche) en utilisant un prétraitement consistant en une ébullition de la phase aqueuse contenant les microalgues et une extraction par des solvants organiques. Pour l’estérification, en utilisant une résine échangeuse de cations (Amberlyst-15), une conversion des acides gras libres de 84% a été obtenue à partir des lipides de la microalgue Chlorella protothecoïdes dans les conditions suivantes : température : 120°C, pression autogène, temps de réaction : 60 min, ratio méthanol/lipides: 0.57 mL/g et 2.5% (m/m) Amberlyst-15 par rapport aux lipides. En utilisant ces conditions avec une catalyse homogène (acide sulfurique) et une seconde étape alcaline avec de l’hydroxyde de potassium (température : 60°C ; temps de réaction : 22.2 min; ratio catalyseur microalgue : 2.48% (m/m); ratio méthanol par rapport aux lipides des microalgues : 31.4%), un rendement en esters méthyliques d’acides gras (EMAG) de 33% (g EMAG/g lipides) a été obtenu à partir des lipides de la microalgue Scenedesmus Obliquus. Les résultats démontrent que du biodiesel peut être produit à partir de microalgues. Cependant, basé sur les présents résultats, il sera necessaire de mener d’autre recherche pour prouver que les microalgues sont une matière première d’avenir pour la production de biodiesel.

De nouvelles voies d’inhibition des biofilms. Des micro-organismes producteurs de nouvelles molécules actives

Lors d’une immersion en eau de mer, tous les matériaux et structures sont rapidement colonisés par des salissures d’origine biologique : des biofilms. La transformation des propriétés de surface dumatériau et la présence demicro- oumacro-organismes (bactéries, algues, balanes, larves) engendrent des risques accrus de corrosion localisée, la biodétérioration desmatériaux immergés, le blocage des fonctions mécaniques…Afin de contrôler le dépôt et le développement de ces biofilms, la méthode privilégiée est l’application de peintures anti-salissures. Cependant ces revêtements sont généralement toxiques pour l’environnement. C’est pourquoi, les travaux menés actuellement visent à isoler de nouvelles molécules, produites par les bactéries marines, dans le but de développer des moyens de luttes écologiques et non toxiques contre les biofilms indésirables.

Micro-structure differences in kaolinite suspensions

SEM observations of the aqueous suspensions of kaolinite from Birdwood (South Australia) and Georgia (USA) show noticeable differences in number of physical behaviour which has been explained by different microstructure constitution.. Birdwood kaolinite dispersion gels are observed at very low solid loadings in comparison with Georgia KGa-1 kaolinite dispersions which remain fluid at higher solids loading. To explain this behaviour, the specific particle interactions of Birdwood kaolinite, different from interaction in Georgia kaolinite have been proposed. These interactions may be brought about by the presence of nano-bubbles on clay crystal edges and may force clay particles to aggregate by bubble coalescence. This explains the predominance of stair step edge-edge like (EE) contacts in suspension of Birdwood kaolinite. Such EE linked particles build long strings that form a spacious cell structure. Hydrocarbon contamination of colloidal kaolinite particles and low aspect ratio are discussed as possible explanations of this unusual behaviour of Birdwood kaolinite. In Georgia KGa-1 kaolinite dispersions instead of EE contact between platelets displayed in Birdwood kaolinite, most particles have edge to face (EF) contacts building a cardhouse structure. Such an arrangement is much less voluminous in comparison with the Birdwood kaolinite cellular honeycomb structure observed previously in smectite aqueous suspensions. Such structural characteristics of KGa-1 kaolinite particles enable higher solid volume fractions pulps to form before significantly networked gel consistency is attained.