Kontinuální sklízení biomasy pomocí elektrokoagulace v průtočném kanálovém reaktoru

Chlorella je rod jednobuněčných mikroskopických řas často využívaných v potravinářství a krmivářství, v dnešní době je běžně dostupná v maloobchodní síti. Přestože produktivita  chlorelly je řádově vyšší než u zemědělských plodin, její biomasa je stále výrazně dražší než potraviny produkované tradičním zemědělstvím. Jedním z důvodů je nákladná separace biomasy od kultivačního média. Buňky chlorelly jsou kokální s průměrem kolem 10 µm, proto v kultivačním médiu vytvářejí stabilní koloidní suspenzi a na jejich separaci není možné efektivně využít nízkonákladové separační metody jako jsou sedimentace či filtrace. Nejčastěji je používána energeticky velmi náročná centrifugace.  

Nedávno publikovaný výzkum pod vedením Dr. Brányikové z Oddělení vícefázových reaktorů v mezinárodním časopise Bioresource Technology navazuje na článek z roku 2020 „Electrocoagulation reduces harvesting costs for microalgae“, ve kterém bylo prokázáno, že elektrokoagulace je využitelná jako vhodná předúprava před vlastní centrifugací a její použití vede k významnému snížení centrifugovaného objemu a tím energetických nákladů. V aktuálním navazujícím článku bylo popsáno konstrukční řešení a testování inovativní průtočné elektrokoagulační jednotky s pracovním objemem 160 litrů; jejíž návrh vycházel z poznatků získaných během předchozí parametrické studie procesu v laboratorním měřítku. Zkonstruovaný průtočný reaktor se skládá ze tří funkčních částí – (i) elektrolyzér, (ii) agregační kanál, (iii) lamelový usazovák – ve kterých dochází k (i) elektrolytickému rozpouštění železné anody (dávkování koagulačního činidla), (ii) vzniku agregátů buněk při toku buněčné suspenze aerovaným kanálem s vertikálními perforovanými přepážkami a (iii) sedimentaci agregátů v lamelovaném usazováku. Bylo ověřeno, že v tomto zařízení je možné dosáhnout vysoké účinnosti separace (>85 %), nízké kontaminace sklizené biomasy železem (<4 mg/g suché biomasy – sklizená biomasa tedy vyhovuje legislativním požadavkům na potraviny) a zároveň úspor energie vyšších než 80 % v porovnání se sklízení pouze pomocí centrifugace.

Schéma průtočného reaktoru: A – přítok (suspenze mikrořas), B – výtok (kultivační médium), C – výtok (separovaná biomasa), 1 – zásobní nádrž na suspenzi mikrořas, 2 – čerpadlo, 3 – průtokoměr suspenze, 4 – vzduchové čerpadlo, 5 – elektromagnetický ventil, 6 – průtokoměr stlačeného vzduchu, 7 – elektrody (7 ks), 8 – perforovaná aerační trubice, 9 – děrované přepážky (66 ks), 10 – lamely (96 ks), 11 – stejnosměrný napájecí zdroj

• Lucáková S., Brányiková I., Kováčiková S., Masojídek J., Ranglová K., Brányik T., Růžička M.: Continuous electrocoagulation of Chlorella vulgaris in a novel channel-flow reactor: A pilot-scale harvesting study. Bioresource Technology 2022, 351, 126996. ISSN 0960-8524. E-ISSN 1873-2976. Dostupné z: doi: 10.1016/j.biortech.2022.126996