Microalgae has come into limelight as a platform for renewable biofuels and chemical feedstock production due to its high growth rate, productivity, and its flexibility through metabolic engineering. However, despite these inherent advantages as a renewable feedstock, processes utilizing microalgal biomass are at an early stage in development, otherwise described as being at a low technology readiness level (TRL). Current research focus is remains in the upstream- in the development of high throughput microalgal strains and low cost cultivation methods. Consequently, there is an ever widening technology portfolio that must be systematically evaluated and screened in order to identify promising microalgal processes for R&D intensification, otherwise defined as evaluation-based process synthesis. This research aims to address this problem through the development of a software tool, TIPEM (Tool for Integrated Process Evaluation of Microalgal Systems), which serves as a computational platform for evaluation-based process synthesis for microalgal systems. This was done through the development of a systematic evaluation methodology which includes the selection of performance indicators. A superstructure network is used to represent the possible process pathways. The process step/interval network model for the superstructure framework was modified from Quaglia et al. A unified inventory database for a simultaneous techno-economic and environmental impact assessment was formulated as part of the evaluation framework. Lastly, the tool integrates uncertainty analysis in the form of Monte Carlo simulations to address the high uncertainties of early stage processes resulting from a weak knowledgebase and having to rely on first principle estimates and preliminary experimental data. Thus the intended goal of the developed software is to serve as a tool for both academia and industry for microalgal process synthesis and guide future development in the form of larger scale process experiments and R&D intensification.
미세조류 는 높은 성장 속도, 생산성 및 신진 대사 공학을 통한 유연성으로 인해 재생 가능한 바이오 연료 및 화학 원료 공급 플랫폼으로 각광 받고 있습니다. 그러나 재생 가능한 공급 원료로서 이러한 고유의 장점에도 불구하고, 미세 조류 바이오 매스를 이용하는 공정은 개발 초기 단계에 있으며 그렇지 않으면 낮은 기술 성숙도 (TRL)으로 기술된다. 현재의 연구 초점은 상류에서 - 고 처리량 미세 조류 변종 및 저비용 재배 방법 개발에 남아있다. 결과적으로 평가 기반 공정 합성으로 정의 된 연구 개발 강화를위한 유망한 미세 조류 공정을 확인하기 위해 체계적으로 평가하고 심사해야하는 기술 포트폴리오가 계속 확대되고 있습니다. 이 연구는 미세 조류 시스템에 대한 평가 기반 프로세스 합성을위한 계산 플랫폼 역할을하는 소프트웨어 도구 인 TIPEM (미세조류 공정들의 통합 프로세스 평가 도구)의 개발을 통해이 문제를 해결하는 것을 목표로합니다. 이것은 성과 지표의 선택을 포함하는 체계적인 평가 방법론의 개발을 통해 이루어졌습니다. 상부 구조 네트워크는 가능한 프로세스 경로를 나타내는 데 사용됩니다. 상부 구조 틀의 공정 단계 / 간격 네트워크 모델은 Quaglia et al. 동시 기술 경제 및 환경 영향 평가를위한 통합 재고 데이터베이스가 평가 프레임 워크의 일부로 공식화되었습니다. 마지막으로 도구는 몬테 카를로 시뮬레이션의 형태로 불확도 분석을 통합하여 약한 지식 기반으로 인한 초기 단계 프로세스의 높은 불확실성을 해결하고 첫 번째 원칙 추정 및 예비 실험 데이터에 의존해야합니다. 따라서 개발 된 소프트웨어의 의도 된 목표는 미세 조류 공정 합성을위한 학계와 산업 모두를위한 도구로서의 역할을 수행하고 대규모 공정 실험 및 R & D 강화의 형태로 미래 개발을 이끌어내는 것입니다.
