Algal Biomass for Biofuels and Bioproducts
Babuskin Srinivasan and Garima Kulshreshtha
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 140
2 Identification of Potential Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3 Cultivation of Microalgae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
3.1 Open Ponds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
3.2 Closed Cultivation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4 Modes of Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.1 Heterotrophic Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2 Mixotrophic Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5 Site Selection and Resources Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6 Factors Affecting Microalgae Growth Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7 Harvesting Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.1 Flocculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.2 Gravity-Based Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.3 Filtration-Based Separation Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
8 Post-Harvest Processing: Conversion of Microalgal Biomass to Biofuels
and Bioproducts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
9 Utilization of Wastewater for Microalgae Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
10 Bioenergy Options from Microalgal Biomass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
11 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Abstract In recent times, due to rapid consumption of fossil fuels and increased
pollution levels, the demand for biofuels has been on raise. Currently the resources
utilized for biofuel production are derived through conventional agriculture; it may
pose a significant danger to food security. Switching over in the direction of third
B. Srinivasan (*)
Department of Industrial Chemistry, Arba Minch University, Arba Minch, Ethiopia
e-mail: buski87@gmail.com
G. Kulshreshtha
Department of Cellular and Molecular Medicine, Faculty of Medicine, University of Ottawa,
Ottawa, ON, Canada
Manuel Jerold, Santhiagu Arockiasamy, and Velmurugan Sivasubramanian (eds.),
Bioprocess Engineering for Bioremediation: Valorization and Management
Techniques, Hdb Env Chem (2020) 104: 139–160, DOI 10.1007/698_2020_580,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 2 July 2020
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Babuskin Srinivasan and Garima Kulshreshtha
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 140
2 Identification of Potential Strain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3 Cultivation of Microalgae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
3.1 Open Ponds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
3.2 Closed Cultivation System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
4 Modes of Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.1 Heterotrophic Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.2 Mixotrophic Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5 Site Selection and Resources Requirement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
6 Factors Affecting Microalgae Growth Rate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7 Harvesting Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
7.1 Flocculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.2 Gravity-Based Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
7.3 Filtration-Based Separation Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
8 Post-Harvest Processing: Conversion of Microalgal Biomass to Biofuels
and Bioproducts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
9 Utilization of Wastewater for Microalgae Cultivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
10 Bioenergy Options from Microalgal Biomass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
11 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Abstract In recent times, due to rapid consumption of fossil fuels and increased
pollution levels, the demand for biofuels has been on raise. Currently the resources
utilized for biofuel production are derived through conventional agriculture; it may
pose a significant danger to food security. Switching over in the direction of third
B. Srinivasan (*)
Department of Industrial Chemistry, Arba Minch University, Arba Minch, Ethiopia
e-mail: buski87@gmail.com
G. Kulshreshtha
Department of Cellular and Molecular Medicine, Faculty of Medicine, University of Ottawa,
Ottawa, ON, Canada
Manuel Jerold, Santhiagu Arockiasamy, and Velmurugan Sivasubramanian (eds.),
Bioprocess Engineering for Bioremediation: Valorization and Management
Techniques, Hdb Env Chem (2020) 104: 139–160, DOI 10.1007/698_2020_580,
© Springer Nature Switzerland AG 2020, Published online: 2 July 2020
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