Emre Gunerken

Dit proefschrift behandelt de belangrijkste uitdagingen in bioraffinaderijen voor microalgen door een efficiënte, milde celdisruptietechniek te ontwikkelen om de terugwinning van intracellulaire biomoleculen te verbeteren en tegelijkertijd het energieverbruik en de productdegradatie te minimaliseren. Gedreven door de wereldwijde noodzaak om over te stappen van fossiele brandstoffen naar duurzame alternatieven te midden van escalerende broeikasgasemissies en schaarste aan hulpbronnen, positioneert het onderzoek microalgen als veelzijdige grondstoffen voor biobrandstoffen, biochemicaliën, nutraceuticals en hoogwaardige verbindingen. De superieure koolstoffixatiecapaciteit van microalgen (10-50 keer die van landplanten) en hun vermogen om afvalwaterzuivering te integreren met CO2-sekwestratie onderstrepen hun potentieel in circulaire bio-economieën.

Het werk evalueert uitgebreid mechanische en niet-mechanische disruptiemethoden en identificeert beperkingen in energie-efficiëntie, schaalbaarheid en productkwaliteit. Conventionele benaderingen zoals kogelmolens en hogedrukhomogenisatie leveren hoge opbrengsten op, maar verbruiken aanzienlijke energie (0,81-147 kWh/kg droge biomassa) en genereren schuifkrachten die gevoelige biomoleculen in gevaar brengen. Om deze uitdagingen te overwinnen, verkent het proefschrift teeltstrategieën, zoals stikstofdepletie, die de celfysiologie veranderen om de disruptie-efficiëntie en selectiviteit te verbeteren, met name voor lipiden (tot 92% fosfolipidenafgifte).

Een nieuwe analysemethode met behulp van flowcytometrie maakt een snelle, nauwkeurige kwantificering van disruptie-opbrengsten mogelijk, wat sterk correleert (R²=0,9867) met de afgifte van biomassa, terwijl er onderscheid wordt gemaakt tussen intacte, lekkende en gedisrumpeerde cellen. Deze vooruitgang vergemakkelijkt real-time procesoptimalisatie, waardoor de analysetijd wordt verkort van uren naar minuten.

Het hoogtepunt van het onderzoek is de ontwikkeling van een gepatenteerd continu explosief decompressieapparaat dat gebruikmaakt van CO2, dat de beperkingen in de massaoverdracht van de conventionele explosieve decompressiemethode aanpakt door een innovatief sparger-ontwerp en hydrodynamische menging. Vergeleken met batchsystemen verkort het de verwerkingstijd met een factor 3,2 - 9,6, vermindert het het CO2-verbruik met een factor 8,5 - 48,2, en bereikt het een biomassa-afgifte van 24 - 36% bij schuifkrachten die slechts 0,33% bedragen van die van een kogelmolen. Techno-economische analyse onthult superieure prestaties: 0,3 kWh/kg droge biomassa tegenover 2,8 kWh/kg voor een kogelmolen (89% energiereductie), met kapitaalkosten van 45.000 EUR tegenover 77.000 EUR voor een gelijkwaardige capaciteit.

Statistische modellering identificeert druk en stroomsnelheid als dominante parameters die de afgifteverhoudingen beïnvloeden, terwijl co-solventen selectiviteitscontrole mogelijk maken. De technologie demonstreert mechanismen van secretie (extractie zonder breuk) en verstrooiing (vorming van debris), wat een instelbare productterugwinning biedt.

Over het geheel genomen betoogt het proefschrift dat de gebruikelijke afweging in het veld ("hard maar effectief" versus "mild maar inefficiënt") niet onvermijdelijk is; met geïntegreerd denken over teelt en disruptie, betere analyses en een geïntensiveerd continu ontwerp, kan milde en schaalbare disruptie worden ontwikkeld naar industriële relevantie. Dit kan een stap zijn in de richting van een energie-efficiënte oplossing die microalgentechnologie zou kunnen transformeren in een levensvatbaar industrieel platform voor het aanpakken van klimaat-, energie- en hulpbronnenuitdagingen.