211service.com
Wodór z alg
Glony są obiecującym źródłem biopaliw: poza tym, że są łatwe w uprawie i obsłudze, niektóre odmiany są bogate w olej podobny do oleju produkowanego przez soję. Algi produkują również inne paliwo: wodór. Podczas fotosyntezy naturalnie wytwarzają niewielką ilość wodoru, ale Anastazjusz Melis , profesor biologii roślin i drobnoustrojów na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, uważa, że genetycznie zmodyfikowane wersje maleńkich zielonych organizmów mają dobrą szansę na bycie realnym źródłem wodoru.
Moc alg: Podczas gdy zwykłe zielone algi pochłaniają większość padającego na nie światła (po prawej), glony zaprojektowane tak, aby miały mniej chlorofilu przepuszczające trochę światła (po lewej). Uprawiane w dużych, otwartych bioreaktorach w gęstych kulturach, algi z niedoborem chlorofilu pozwolą na przenikanie światła słonecznego do głębszych warstw glonów, a tym samym bardziej efektywne wykorzystanie światła słonecznego.
Melis stworzyła zmutowane algi, które lepiej wykorzystują światło słoneczne niż ich naturalni kuzyni. Może to trzykrotnie zwiększyć ilość wodoru wytwarzanego przez glony. Zwiększyłoby to również produkcję oleju na biopaliwa przez alg.
Nowe odkrycie będzie ważne dla maksymalizacji produkcji wodoru w komercyjnych bioreaktorach na dużą skalę. Melis mówi, że w laboratorium [robimy] kultury o niskiej gęstości i mamy cienkie butelki, dzięki którym światło przenika ze wszystkich stron. Z tego powodu komórki wykorzystują całe padające na nie światło. Ale w komercyjnym bioreaktorze, gdzie gęste kultury alg byłyby rozłożone w otwartych stawach pod słońcem, górne warstwy glonów pochłaniają całe światło słoneczne, ale mogą wykorzystać tylko jego ułamek.
Melis i jego koledzy projektują glony, które mają mniej chlorofilu, dzięki czemu pochłaniają mniej światła słonecznego. Oznacza to, że więcej światła wnika w głębsze warstwy alg i ostatecznie więcej komórek wykorzystuje światło słoneczne do wytwarzania wodoru.
Naukowcy manipulują genami kontrolującymi ilość chlorofilu w chloroplastach alg, narządach komórkowych, które są ośrodkami fotosyntezy. Każdy chloroplast ma naturalnie 600 cząsteczek chlorofilu. Do tej pory naukowcy zmniejszyli tę liczbę o połowę. Planują dalsze zmniejszenie rozmiaru, do 130 cząsteczek chlorofilu. W tym momencie gęste kultury glonów w dużych bioreaktorach wytwarzałyby trzy razy więcej wodoru niż obecnie, mówi Melis.
Jeśli możesz zwiększyć produktywność poprzez rozrzedzenie [chlorofilu], wpłynie to na każdy wytwarzany produkt, mówi Rolf Mehlhorn , technolog energii w Lawrence Berkeley National Laboratory. Mówi, że algi, które efektywniej wykorzystują światło słoneczne, produkowałyby więcej oleju. Startupy, takie jak Solix Biofuels z siedzibą w Fort Collins w stanie Kolorado i LiveFuels z siedzibą w Menlo Park w Kalifornii, próbują wydobyć olej z alg; olej można rafinować na olej napędowy i paliwo do silników odrzutowych.
Proces jest jeszcze co najmniej pięć lat od wykorzystania do wytwarzania wodoru. Naukowcy będą musieli najpierw zwiększyć zdolność alg do produkcji wodoru. Podczas normalnej fotosyntezy algi koncentrują się na wykorzystaniu energii słonecznej do przekształcania dwutlenku węgla i wody w glukozę, uwalniając w tym procesie tlen. Tylko około 3 do 5 procent fotosyntezy prowadzi do wodoru. Melis szacuje, że gdyby cała zdolność fotosyntezy glonów mogła być skierowana na produkcję wodoru, 80 kilogramów wodoru można byłoby wyprodukować komercyjnie na akr dziennie.
Przełączenie 100 procent fotosyntezy alg na wodór może nie być możliwe. Ogólna zasada jest taka, że jeśli zwiększymy to do 50 procent, będzie to opłacalne ekonomicznie, mówi Melis. Przy 50-procentowej wydajności jeden akr glonów może wyprodukować 40 kilogramów wodoru dziennie. To podniosłoby koszt produkcji wodoru do 2,80 dolara za kilogram. Przy tej cenie wodór mógłby konkurować z benzyną, ponieważ kilogram wodoru odpowiada energii galonowi benzyny.
W 2000 roku Melis, współpracując z naukowcami z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), odkrył, że pozbawienie glonów składników odżywczych zawierających siarkę zmusiło komórki do wytwarzania większej ilości wodoru. Naukowcy byli w stanie pozbawić glony siarki tylko na kilka dni, ale w tym czasie około 10 procent zdolności fotosyntezy alg zostało przeznaczone na wytwarzanie wodoru.
Według głównego badacza naukowcy z NREL robią postępy w zwiększaniu wydajności produkcji wodoru Michael Seibert . Mogą teraz zmusić glony do wytwarzania wodoru przez okres do trzech miesięcy, w przeciwieństwie do zaledwie kilku dni. Seibert spodziewa się, że glony Melis przycięte chlorofilem będą przydatne, gdy proces zostanie przeniesiony do dużych bioreaktorów. Dopóki badacze NREL nie przetestują zmutowanych glonów, mówi, że może być za wcześnie, aby to stwierdzić.