Stochastic LCA Model of Upscaling the Production of Microalgal Compounds

光合反应器 生化工程 普通小球藻 环境科学 生产(经济) 过程(计算) 参数化复杂度 计算机科学
作者
Pierre Jouannais,Stefan Hindersin,Sarah Löhn,Massimo Pizzol
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:56 (14): 10454-10464
标识
DOI:10.1021/acs.est.2c00372
摘要

Microalgae are currently being investigated for their promising metabolites but assessing the environmental impact of producing these compounds remains a challenge. Microalgae cultivation performance results from the complex interaction of biological, technological, geographical, and physical factors, which bioengineers try to optimize during the upscaling process. The path from the discovery of a microalgal compound to its industrial production is therefore highly uncertain. Nonetheless, it is key to anticipate the potential environmental impacts associated with the future production of a microalgal target compound. This is achieved in this study by developing an ex-ante, parameterized, and consequential LCA model that performs dynamic simulations of microalgae cultivation. The model is applied to calculate the environmental impacts of 9000 stochastically generated combinations of photobioreactor geometries and operational setups. The demonstration of the model is done for a fictive microalgal strain, parameterized to resemble Chlorella vulgaris, and a fictive target compound assumed to be a carbohydrate. The simulations are performed in Aalborg, Denmark, and Granada, Spain to appreciate geographical variability, which highly affects the requirements for thermoregulation. Open-source documentation allows full reproducibility and further use of the model for the ex-ante assessment of microalgal products.

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