Tetsuya Yamamoto

The energy intensive nature of harvesting microalgae by centrifugation and drying results in a low energy profit ratio for biofuel production from wet microalgae. To address this, microalgal cultures can be flocculated by polymers to reduce energy consumption and avoid centrifugation. Additionally, lipids can be directly extracted from wet microalgae harvested by centrifugation using liquefied dimethyl ether (DME) to reduce energy consumption. In this study, we investigated the lipid extraction from the green alga, Chlorella sorokiniana (C. sorokiniana), flocculated with amphoteric and cationic polymers using liquefied DME, without centrifugation and drying pretreatment. Although the addition of amphoteric polymer did not interfere with lipid extraction by liquefied DME, the amount of lipids extracted by ethanol from flocculated C. sorokiniana decreased. The addition of cationic polymers also interferes with lipid extraction using liquefied DME, chloroform–methanol mixtures, and ethanol. Surface functional group measurements revealed that the amphoteric and cationic polymer flocculants were insoluble in these solvents, remained in the residue, and did not contaminate the extracted lipids. Thus, the amphoteric flocculant KA305BH was found to be effective for lipid extraction with liquefied DME from C. sorokiniana. The proposed approach can facilitate the energy efficient production of biofuel from wet microalgae.

微細藻類からのバイオ燃料生産には，微細藻類を収穫する際の遠心分離や乾燥に多量のエネルギーを消費する問題がある．遠心分離を回避するには，凝集剤を用いて培養液中の微細藻類を回収すれば良い．さらに，抽出溶媒に液化ジメチルエーテル（DME）を利用することで，湿った微細藻類から脂質を抽出することができるが，これまで凝集剤が脂質抽出工程に与える影響は検討されておらず，凝集剤の脂質中への混入や抽出率の減少が懸念される．そこで微細藻類のモデル種である円石藻Pleurochrysis carteraewを3種類のカチオン性高分子凝集剤で回収し，液化DMEで脂質を抽出する際の凝集剤の影響を検討した．その結果，高カチオン度凝集剤は脂質の収量を低下させたのに対して，低カチオン度凝集剤は液化DMEによる脂質抽出を阻害しなかった．また表面官能基の分析によって，凝集剤が脂質に混入しないことが明らかとなり，低カチオン度凝集剤C510はP.carteraewからの液化DMEによる脂質抽出に併用可能であると判明した．

高分子微粒子は塗料などのさまざまな分野で広く使用される．静電相互作用によって粒子が基板に吸着した場合，基板から粒子を除去する技術の開発が必要になる．本研究では粒子を基板から脱着させるための発泡剤として2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)（V-59）を使用した．ソープフリー乳化重合法により正に帯電したポリスチレン微粒子を調製した．次にV-59をポリマーコロイド溶液に添加しポリスチレン微粒子にV-59を内包させた．この微粒子は負電荷を帯びた雲母板上に吸着する．この雲母基板を水中で加熱し雲母表面に吸着したポリスチレン微粒子内部のV-59の分解反応を促進し窒素ガスを放出させた．その結果，雲母表面からポリスチレン微粒子の脱着に成功した．添加するV-59の濃度を増加させると，発泡力も向上しより多くのポリスチレン微粒子の脱着させることができる．本技術は基板に吸着している高分子微粒子にも有効であり，有機溶媒を用いない低環境負荷の脱着技術であると言える．

Soap-free emulsion polymerization was carried out to synthesize polymer nano particles using the packed reactor with glass beads whose sizes were ranging from 15 to 90 μm. The hydrogen bonding between water and glass bead reduced the fluidity of water solvent. As a result, the motions of the particles through the polymerization were suppressed to decrease their collision frequencies for growth. The particle size was under 100 nm and controllable with the glass beads size. The packed reactors was change to be ice reactor by freezing, which enabled the polymer nano particles to be synthesized.