catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2023-3-66-80catal-953Research ArticleБИОКАТАЛИЗBIOCATALYSISПрименение биомассы микроводорослей для получения востребованных продуктов. Часть 4. Получение биотоплив из микроводорослей с использованием биотехнологических подходовThe use of microalgae biomass for the production of marketable products. Part 4. The manufacture of biofuels from microalgae using bioengineering approachesСамойловаЮ. В.SamoylovaYu. V.ctls@kalvis.ruСорокинаК. Н.SorokinaK. N.ctls@kalvis.ruПармонВ. Н.ParmonV. N.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian Federation2023200620232336680Copyright © LLC "KALVIS", 20232023LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/953

В статье представлен обзор литературы, посвященный результатам работ в области получения биомассы микроводорослей, ее переработки с использованием современных биотехнологических подходов в востребованные химические продукты. Рассмотрены подходы к получению биотоплив из микроводорослей: биодизельного топлива, этанола и водорода. Приведены сведения о методах предварительной обработки биомассы, разных способах выделения метаболитов и их переработке в биотоплива.

This is a review of the literature devoted to the production of microalgae biomass and its processing into marketable chemical products using advanced bioengineering approaches. The paper considers approaches to the manufacture of biofuels – biodiesel fuel, ethanol and hydrogen – from microalgae. Methods of biomass pretreatment, recovery of metabolites and their processing into biofuels are discussed.

микроводорослибиомассалипидыуглеводыбиотопливоmicroalgaebiomasslipidscarbohydratesbiofuelReferencesПилигаев А.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. // Вестник Новосибирского гос. ун-та. Серия: Биология, клиническая медицина. 2015. T. 13. № 4. C. 19—26.Пилигаев А.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. // Вестник Новосибирского гос. ун-та. Серия: Биология, клиническая медицина. 2015. T. 13. № 4. C. 19—26.Nepstad D.C., Stickler C.M., Filho B.S., Merry F. // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2008. V. 363. № 1498. P. 1737-1746.Nepstad D.C., Stickler C.M., Filho B.S., Merry F. // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2008. V. 363. № 1498. P. 1737-1746.Василенко А.П., Иванникова Е.М., Систер В.Г., Ямчук А.И., Цедилин А.Н., Иванникова Ю.М. // Технические науки — от теории к практике. 2015. T. 47. C. 63—68.Василенко А.П., Иванникова Е.М., Систер В.Г., Ямчук А.И., Цедилин А.Н., Иванникова Ю.М. // Технические науки — от теории к практике. 2015. T. 47. C. 63—68.Сорокина К.Н., Яковлев В.А., Пилигаев А.В., Кукушкин Р.Г., Пельтек С.Е., Колчанов Н.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. T. 2. C. 63—72.Сорокина К.Н., Яковлев В.А., Пилигаев А.В., Кукушкин Р.Г., Пельтек С.Е., Колчанов Н.А., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2012. T. 2. C. 63—72.González-Delgado Á.-D., Kafarov V. Microalgae based biorefinery: Issues to consider // CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro. 2011. V. 4. P. 5-22.González-Delgado Á.-D., Kafarov V. Microalgae based biorefinery: Issues to consider // CT&F - Ciencia, Tecnología y Futuro. 2011. V. 4. P. 5-22.Slade R., Bauen A. // Biomass and Bioenergy. 2013. V. 53. P. 29-38.Slade R., Bauen A. // Biomass and Bioenergy. 2013. V. 53. P. 29-38.Соловченко А.Е., Лобакова Е.С., Барский Е.Л., Саванина Я.В., Лукьянов А.А., Карпичников М.П. // Биотехнология. 2011. T. 6. C. 70—88.Соловченко А.Е., Лобакова Е.С., Барский Е.Л., Саванина Я.В., Лукьянов А.А., Карпичников М.П. // Биотехнология. 2011. T. 6. C. 70—88.Freedman B., Butterfield R.O., Pryde E.H. // Journal of the American Oil Chemists’ Society. 1986. V. 63. № 10. P. 1375-1380.Freedman B., Butterfield R.O., Pryde E.H. // Journal of the American Oil Chemists’ Society. 1986. V. 63. № 10. P. 1375-1380.Пилигаев А.В., Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2019. T. 19. № 2. C. 149—162.Пилигаев А.В., Сорокина К.Н., Самойлова Ю.В., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2019. T. 19. № 2. C. 149—162.Nematian T., Shakeri A., Salehi Z., Saboury A.A. // Biotechnology for Biofuels. 2020. V. 13. № 1. P. 57.Nematian T., Shakeri A., Salehi Z., Saboury A.A. // Biotechnology for Biofuels. 2020. V. 13. № 1. P. 57.Nematian T., Salehi Z., Shakeri A. // Renewable Energy. 2020. V. 146. P. 1796-1804.Nematian T., Salehi Z., Shakeri A. // Renewable Energy. 2020. V. 146. P. 1796-1804.Aghabeigi F., Nikkhah H., Zilouei H., Bazarganipour M. // Process Biochemistry. 2023. V. 126. P. 171-185.Aghabeigi F., Nikkhah H., Zilouei H., Bazarganipour M. // Process Biochemistry. 2023. V. 126. P. 171-185.Picó E.A., López C., Cruz-Izquierdo Á., Munarriz M., Iruretagoyena F.J., Serra J.L., Llama M.J. // J Biosci Bioeng. 2018. V. 126. № 4. P. 451-457.Picó E.A., López C., Cruz-Izquierdo Á., Munarriz M., Iruretagoyena F.J., Serra J.L., Llama M.J. // J Biosci Bioeng. 2018. V. 126. № 4. P. 451-457.De Vasconcellos A., Miller A.H., Aranda D.A.G., Nery J.G. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2018. V. 165. P. 150-157.De Vasconcellos A., Miller A.H., Aranda D.A.G., Nery J.G. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2018. V. 165. P. 150-157.Brennan L., Owende P. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. V. 14. № 2. P. 557-577.Brennan L., Owende P. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. V. 14. № 2. P. 557-577.Makareviciene V., Gumbyte M., Sendzikiene E. // Food and Bioproducts Processing. 2019. V. 116. P. 89-97.Makareviciene V., Gumbyte M., Sendzikiene E. // Food and Bioproducts Processing. 2019. V. 116. P. 89-97.Navarro López E., Robles Medina A., Esteban Cerdán L., González Moreno P.A., Macías Sánchez M.D., Molina Grima E. // Biomass and Bioenergy. 2016. V. 93. P. 6-12.Navarro López E., Robles Medina A., Esteban Cerdán L., González Moreno P.A., Macías Sánchez M.D., Molina Grima E. // Biomass and Bioenergy. 2016. V. 93. P. 6-12.He Y., Wang X., Wei H., Zhang J., Chen B., Chen F. // Biotechnology for Biofuels. 2019. V. 12. № 1. P. 78.He Y., Wang X., Wei H., Zhang J., Chen B., Chen F. // Biotechnology for Biofuels. 2019. V. 12. № 1. P. 78.Guldhe A., Singh P., Renuka N., Bux F. // Fuel. 2019. V. 237. P. 1112-1118.Guldhe A., Singh P., Renuka N., Bux F. // Fuel. 2019. V. 237. P. 1112-1118.Xie D., Ji X., Zhou Y., Dai J., He Y., Sun H., Guo Z., Yang Y., Zheng X., Chen B. // Bioresource Technology. 2022. V. 349. P. 126886.Xie D., Ji X., Zhou Y., Dai J., He Y., Sun H., Guo Z., Yang Y., Zheng X., Chen B. // Bioresource Technology. 2022. V. 349. P. 126886.Sánchez-Bayo A., Morales V., Rodríguez R., Vicente G., Bautista L.F. // Catalysts. 2019. V. 9. № 3. P. 296.Sánchez-Bayo A., Morales V., Rodríguez R., Vicente G., Bautista L.F. // Catalysts. 2019. V. 9. № 3. P. 296.Liu Y., Chen D., Yan Y., Peng C., Xu L. // Bioresource Technology. 2011. V. 102. № 22. P. 10414-10418.Liu Y., Chen D., Yan Y., Peng C., Xu L. // Bioresource Technology. 2011. V. 102. № 22. P. 10414-10418.Bauer G., Lima S., Chenevard J., Sugnaux M., Fischer F. // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017. V. 5. № 2. P. 1931-1937.Bauer G., Lima S., Chenevard J., Sugnaux M., Fischer F. // ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 2017. V. 5. № 2. P. 1931-1937.Lai J.-Q., Hu Z.-L., Wang P.-W., Yang Z. // Fuel. 2012. V. 95. P. 329-333.Lai J.-Q., Hu Z.-L., Wang P.-W., Yang Z. // Fuel. 2012. V. 95. P. 329-333.Lozano P., Bernal J.M., Gómez C., Álvarez E., Markiv B., García- Verdugo E., Luis S.V. // Catalysis Today. 2020. V. 346. P. 87-92.Lozano P., Bernal J.M., Gómez C., Álvarez E., Markiv B., García- Verdugo E., Luis S.V. // Catalysis Today. 2020. V. 346. P. 87-92.Lozano P., Bernal J.M., Vaultier M. // Fuel. 2011. V. 90. № 11. P. 3461-3467.Lozano P., Bernal J.M., Vaultier M. // Fuel. 2011. V. 90. № 11. P. 3461-3467.Lozano P., Bernal J.M., Garcia-Verdugo E., Sanchez-Gomez G., Vaultier M., Burguete M.I., Luis S.V. // Green Chemistry. 2015. V. 17. № 7. P. 3706-3717.Lozano P., Bernal J.M., Garcia-Verdugo E., Sanchez-Gomez G., Vaultier M., Burguete M.I., Luis S.V. // Green Chemistry. 2015. V. 17. № 7. P. 3706-3717.Lakatos G.E., Ranglová K., Manoel J.C., Grivalský T., Kopecký J., Masojídek J. // Folia Microbiol (Praha). 2019. V. 64. № 5. P. 627-644.Lakatos G.E., Ranglová K., Manoel J.C., Grivalský T., Kopecký J., Masojídek J. // Folia Microbiol (Praha). 2019. V. 64. № 5. P. 627-644.Hernández D., Riaño B., Coca M., García-González M.C. // Chemical Engineering Journal. 2015. V. 262. P. 939-945.Hernández D., Riaño B., Coca M., García-González M.C. // Chemical Engineering Journal. 2015. V. 262. P. 939-945.Taleb A., Kandilian R., Touchard R., Montalescot V., Rinaldi T., Taha S., Takache H., Marchal L., Legrand J., Pruvost J. // Bioresour Technol. 2016. V. 218. P. 480-490.Taleb A., Kandilian R., Touchard R., Montalescot V., Rinaldi T., Taha S., Takache H., Marchal L., Legrand J., Pruvost J. // Bioresour Technol. 2016. V. 218. P. 480-490.Mollers K.B., Cannella D., Jørgensen H., Frigaard N.-U. // Biotechnology for Biofuels. 2014. V. 7. № 1. P. 64.Mollers K.B., Cannella D., Jørgensen H., Frigaard N.-U. // Biotechnology for Biofuels. 2014. V. 7. № 1. P. 64.Hossain M.N.B., Basu J.K., Mamun M. // Procedia Engineering. 2015. V. 105. P. 733-738.Hossain M.N.B., Basu J.K., Mamun M. // Procedia Engineering. 2015. V. 105. P. 733-738.Kim H.M., Wi S.G., Jung S., Song Y., Bae H.J. // Bioresour Technol. 2015. V. 175. P. 128-134.Kim H.M., Wi S.G., Jung S., Song Y., Bae H.J. // Bioresour Technol. 2015. V. 175. P. 128-134.Nguyen M.T., Choi S.P., Lee J., Lee J.H., Sim S.J. // J. Microbiol Biotechnol. 2009. V. 19. № 2. P. 161-166.Nguyen M.T., Choi S.P., Lee J., Lee J.H., Sim S.J. // J. Microbiol Biotechnol. 2009. V. 19. № 2. P. 161-166.Ho S.H., Chen Y.D., Chang C.Y., Lai Y.Y., Chen C.Y., Kondo A., Ren N.Q., Chang J.S. // Biotechnol Biofuels. 2017. V. 10. P. 27.Ho S.H., Chen Y.D., Chang C.Y., Lai Y.Y., Chen C.Y., Kondo A., Ren N.Q., Chang J.S. // Biotechnol Biofuels. 2017. V. 10. P. 27.Zhou N., Zhang Y., Wu X., Gong X., Wang Q. // Bioresour Technol. 2011. V. 102. № 21. P. 10158-10161.Zhou N., Zhang Y., Wu X., Gong X., Wang Q. // Bioresour Technol. 2011. V. 102. № 21. P. 10158-10161.Shokrkar H., Ebrahimi S., Zamani M. // Fuel. 2017. V. 200. P. 380-386.Shokrkar H., Ebrahimi S., Zamani M. // Fuel. 2017. V. 200. P. 380-386.Harun R., Jason W.S.Y., Cherrington T., Danquah M.K. // Applied Energy. 2011. V. 88. № 10. P. 3464-3467.Harun R., Jason W.S.Y., Cherrington T., Danquah M.K. // Applied Energy. 2011. V. 88. № 10. P. 3464-3467.Miranda J.R., Passarinho P.C., Gouveia L. // Appl Microbiol Biotechnol. 2012. V. 96. № 2. P. 555-564.Miranda J.R., Passarinho P.C., Gouveia L. // Appl Microbiol Biotechnol. 2012. V. 96. № 2. P. 555-564.Megawati, Bahlawan Z.A.S., Damayanti A., Putri R.D.A., Triwibowo B., Prasetiawan H., Aji S.P.K., Prawisnu A. // Materials Today: Proceedings. 2022. V. 63. P. S373-S378.Megawati, Bahlawan Z.A.S., Damayanti A., Putri R.D.A., Triwibowo B., Prasetiawan H., Aji S.P.K., Prawisnu A. // Materials Today: Proceedings. 2022. V. 63. P. S373-S378.Ajit A., Sulaiman A.Z., Chisti Y. // Food and Bioproducts Processing. 2017. V. 102. P. 123-135.Ajit A., Sulaiman A.Z., Chisti Y. // Food and Bioproducts Processing. 2017. V. 102. P. 123-135.Rastogi M., Shrivastava S. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V. 80. P. 330-340.Rastogi M., Shrivastava S. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. V. 80. P. 330-340.Condor B.E., de Luna M.D.G., Chang Y.-H., Chen J.-H., Leong Y.K., Chen P.-T., Chen C.-Y., Lee D.-J., Chang J.-S. // Bioresource Technology. 2022. V. 363. P. 128002.Condor B.E., de Luna M.D.G., Chang Y.-H., Chen J.-H., Leong Y.K., Chen P.-T., Chen C.-Y., Lee D.-J., Chang J.-S. // Bioresource Technology. 2022. V. 363. P. 128002.Ho S.-H., Huang S.-W., Chen C.-Y., Hasunuma T., Kondo A., Chang J.-S. // Bioresource Technology. 2013. V. 135. P. 191-198.Ho S.-H., Huang S.-W., Chen C.-Y., Hasunuma T., Kondo A., Chang J.-S. // Bioresource Technology. 2013. V. 135. P. 191-198.Aikawa S., Inokuma K., Wakai S., Sasaki K., Ogino C., Chang J.S., Hasunuma T., Kondo A. // Biotechnol Biofuels. 2018. V. 11. P. 50.Aikawa S., Inokuma K., Wakai S., Sasaki K., Ogino C., Chang J.S., Hasunuma T., Kondo A. // Biotechnol Biofuels. 2018. V. 11. P. 50.Aikawa S., Joseph A., Yamada R., Izumi Y., Yamagishi T., Matsuda F., Kawai H., Chang J.-S., Hasunuma T., Kondo A. // Energy & Environmental Science. 2013. V. 6. № 6. P. 1844-1849.Aikawa S., Joseph A., Yamada R., Izumi Y., Yamagishi T., Matsuda F., Kawai H., Chang J.-S., Hasunuma T., Kondo A. // Energy & Environmental Science. 2013. V. 6. № 6. P. 1844-1849.Li S., Li F., Zhu X., Liao Q., Chang J.-S., Ho S.-H. // Chemosphere. 2022. V. 291. P. 132717.Li S., Li F., Zhu X., Liao Q., Chang J.-S., Ho S.-H. // Chemosphere. 2022. V. 291. P. 132717.Ahmed S.F., Mofijur M., Nahrin M., Chowdhury S.N., Nuzhat S., Alherek M., Rafa N., Ong H.C., Nghiem L.D., Mahlia T.M.I. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 88. P. 37321-37342.Ahmed S.F., Mofijur M., Nahrin M., Chowdhury S.N., Nuzhat S., Alherek M., Rafa N., Ong H.C., Nghiem L.D., Mahlia T.M.I. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 88. P. 37321-37342.Happe T., Schütz K., Böhme H. // J Bacteriol. 2000. V. 182. № 6. P. 1624-1631.Happe T., Schütz K., Böhme H. // J Bacteriol. 2000. V. 182. № 6. P. 1624-1631.Torzillo G., Scoma A., Faraloni C., Ena A., Johanningmeier U. // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. V. 34. № 10. P. 4529-4536.Torzillo G., Scoma A., Faraloni C., Ena A., Johanningmeier U. // International Journal of Hydrogen Energy. 2009. V. 34. № 10. P. 4529-4536.Manoyan J., Samovich T., Kozel N., Demidchik V., Gabrielyan L. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 38. P. 16815-16823.Manoyan J., Samovich T., Kozel N., Demidchik V., Gabrielyan L. // International Journal of Hydrogen Energy. 2022. V. 47. № 38. P. 16815-16823.Laurinavichene T.V., Fedorov A.S., Ghirardi M.L., Seibert M., Tsygankov A.A. // International Journal of Hydrogen Energy. 2006. V. 31. № 5. P. 659-667.Laurinavichene T.V., Fedorov A.S., Ghirardi M.L., Seibert M., Tsygankov A.A. // International Journal of Hydrogen Energy. 2006. V. 31. № 5. P. 659-667.Kosourov S.N., Ghirardi M.L., Seibert M. // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 3. P. 2044-2048.Kosourov S.N., Ghirardi M.L., Seibert M. // International Journal of Hydrogen Energy. 2011. V. 36. № 3. P. 2044-2048.Kosourov S., Tsygankov A., Seibert M., Ghirardi M.L. // Biotechnol Bioeng. 2002. V. 78. № 7. P. 731-740.Kosourov S., Tsygankov A., Seibert M., Ghirardi M.L. // Biotechnol Bioeng. 2002. V. 78. № 7. P. 731-740.Xia A., Cheng J., Song W., Su H., Ding L., Lin R., Lu H., Liu J., Zhou J., Cen K. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 51. P. 209-230.Xia A., Cheng J., Song W., Su H., Ding L., Lin R., Lu H., Liu J., Zhou J., Cen K. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 51. P. 209-230.Das D., Veziroğlu T N. // International Journal of Hydrogen Energy. 2001. V. 26. № 1. P. 13-28.Das D., Veziroğlu T N. // International Journal of Hydrogen Energy. 2001. V. 26. № 1. P. 13-28.Wang Y., Ho S.-H., Yen H.-W., Nagarajan D., Ren N.-Q., Li S., Hu Z., Lee D.-J., Kondo A., Chang J.-S. // Biotechnology Advances. 2017. V. 35. № 8. P. 1049-1059.Wang Y., Ho S.-H., Yen H.-W., Nagarajan D., Ren N.-Q., Li S., Hu Z., Lee D.-J., Kondo A., Chang J.-S. // Biotechnology Advances. 2017. V. 35. № 8. P. 1049-1059.Yun Y.-M., Jung K.-W., Kim D.-H., Oh Y.-K., Shin H.-S. // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. V. 37. № 20. P. 15533-15539.Yun Y.-M., Jung K.-W., Kim D.-H., Oh Y.-K., Shin H.-S. // International Journal of Hydrogen Energy. 2012. V. 37. № 20. P. 15533-15539.Nobre B.P., Villalobos F., Barragán B.E., Oliveira A.C., Batista A.P., Marques P.A.S.S., Mendes R.L., Sovová H., Palavra A.F., Gouveia L. // Bioresource Technology. 2013. V. 135. P. 128-136.Nobre B.P., Villalobos F., Barragán B.E., Oliveira A.C., Batista A.P., Marques P.A.S.S., Mendes R.L., Sovová H., Palavra A.F., Gouveia L. // Bioresource Technology. 2013. V. 135. P. 128-136.Batista A.P., Moura P., Marques P.A.S.S., Ortigueira J., Alves L., Gouveia L. // Fuel. 2014. V. 117. P. 537-543.Batista A.P., Moura P., Marques P.A.S.S., Ortigueira J., Alves L., Gouveia L. // Fuel. 2014. V. 117. P. 537-543.Yang Z., Guo R., Xu X., Fan X., Li X. // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. V. 35. № 18. P. 9618-9623.Yang Z., Guo R., Xu X., Fan X., Li X. // International Journal of Hydrogen Energy. 2010. V. 35. № 18. P. 9618-9623.Roy S., Kumar K., Ghosh S., Das D. // Biomass and Bioenergy. 2014. V. 61. P. 157-166.Roy S., Kumar K., Ghosh S., Das D. // Biomass and Bioenergy. 2014. V. 61. P. 157-166.Wieczorek N., Kucuker M. A., Kuchta K. // Applied Energy. 2014. V. 132. P. 108-117.Wieczorek N., Kucuker M. A., Kuchta K. // Applied Energy. 2014. V. 132. P. 108-117.Xia A., Cheng J., Ding L., Lin R., Song W., Zhou J., Cen K. // Applied Energy. 2014. V. 120. P. 23-30.Xia A., Cheng J., Ding L., Lin R., Song W., Zhou J., Cen K. // Applied Energy. 2014. V. 120. P. 23-30.Yang Z., Guo R., Xu X., Fan X., Luo S. // Applied Energy. 2011. V. 88. № 10. P. 3468-3472.Yang Z., Guo R., Xu X., Fan X., Luo S. // Applied Energy. 2011. V. 88. № 10. P. 3468-3472.Efremenko E.N., Nikolskaya A.B., Lyagin I.V., Senko O.V., Makhlis T.A., Stepanov N.A., Maslova O.V., Mamedova F., Varfolomeev S.D. // Bioresource Technology. 2012. V. 114. P. 342-348.Efremenko E.N., Nikolskaya A.B., Lyagin I.V., Senko O.V., Makhlis T.A., Stepanov N.A., Maslova O.V., Mamedova F., Varfolomeev S.D. // Bioresource Technology. 2012. V. 114. P. 342-348.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.