Review

Third-generation biofuels: current and future research on microalgal lipid biotechnology

Les biocarburants de troisième génération : recherches actuelles et futures sur les lipides de microalgues

CEA - CNRS - Aix Marseille Université (UMR7265), Direction des Sciences du Vivant, Institut de Biologie Environnementale et de Biotechnologie, CEA Cadarache, 13108 Saint-Paul-lez-Durance, France

^a Correspondence: yonghua.li@cea.fr

Received: 24 April 2013
Accepted: 19 July 2013

Abstract

One pressing issue faced by modern societies is to develop renewable energy for transportation. Microalgal biomass offers an attractive solution due to its high (annual) surface biomass productivity, efficient conversion of solar energy into chemical energy and the ability to grow on non-agricultural land. Despite these considerable advantages, microalgal biofuels are not yet commercially sustainable. Major challenges lie in improving both cultivation technologies and microalgal strains. A microalgal crop species is yet to emerge. In this review, we focus on researches aiming at understanding and harnessing lipid metabolism in microalgae in view of producing lipid-based biofuels such as biodiesel. Current biotechnological challenges and key progresses made in the development of algal models, genetic tools and lipid metabolic engineering strategies are reviewed. Possible future research directions to increase oil yields in microalgae are also highlighted.

Résumé

Le développement de sources d’énergie renouvelables pour le domaine des transports constitue un défi à venir majeur de nos sociétés. La biomasse issue de microalgues présente une alternative prometteuse en raison de l’efficacité de ces organismes à convertir l’énergie solaire en composés riches en énergie comme les lipides, de leur forte productivité surfacique annuelle et de la possibilité de les produire sur des terres non cultivables. En dépit de ces avantages, les algocarburants ne sont pour l’heure pas économiquement viables. Les défis principaux concernent l’amélioration des technologies de culture ainsi que l’amélioration des souches de microalgues, dont la domestication est un objectif majeur pour la recherche. Nous décrivons dans cette revue les recherches en cours ayant pour but la compréhension et la domestication du métabolisme des lipides en vue de produire des biocarburants dérivés tels que le biodiesel. Les défis biotechnologiques, l’émergence de nouveaux modèles de microalgues ainsi que les développements récents d’outils de génétique et d’ingénierie métabolique sont abordés. Des directions de recherche futures visant à accroître les rendements en huile sont aussi discutées.