Как выращивать водоросли для биотоплива

Автор

1. Сара Лофтус, доктор философии. Кандидат, Программа Университета Дьюка по экологии, Университет Дьюка

Заявление о раскрытии информации

Сара Лофтус получает финансирование от Национального научного фонда.

Партнеры

Любители здоровой пищи обычно выкладывают более 30 долларов США за фунт порошка из сушеных водорослей, чтобы взбивать зеленые коктейли для подпитки своего тела. Водоросли также могут питать транспортные средства, но возобновляемое топливо на основе водорослей стоит дороже, чем доступный в настоящее время бензин или дизельное топливо.Хотя биотопливо, изготовленное из водорослей, обеспечивает многочисленные экологические преимущества, оно не завоюет долю рынка, пока не сможет экономически конкурировать с дешевым ископаемым топливом.

Для роста водорослей требуются огромные объемы воды, а повторное использование этой воды удешевляет производство. Однако исследователи расходятся во мнениях относительно того, как переработанная вода влияет на водоросли. Некоторые ученые обнаружили, что он тормозит рост; другие обнаружили, что это улучшает рост; и многие обнаружили, что это не имеет никакого эффекта.

Как исследователь, занимающийся выращиванием водорослей, я хотел найти объяснение этим различным результатам, которые могли бы выявить оптимальные стратегии выращивания водорослей. В недавно опубликованном исследовании я обнаружил, что успех роста водорослей тесно связан с типом водорослей, которые ранее росли в повторно используемой воде. Это знание может помочь нам выбрать, какие водоросли выращивать, чтобы сделать их более конкурентоспособным источником топлива. Хотя это может показаться незначительной корректировкой, поиск наиболее эффективных и экономичных методов производства является важным шагом в продвижении любой технологии из лаборатории на рынок.

Повторно использовать воду или начать заново?

Вода, оставшаяся после сбора водорослей, может быть возвращена в пруды для повторного использования. Если фермы по выращиванию водорослей не перерабатывают воду, им приходится тратить время и деньги на ее очистку, прежде чем они смогут ее сбрасывать. Затем им нужно закачать миллионы галлонов новой воды, чтобы заполнить пруды и добавить в эту воду питательные вещества.

Повторное использование воды для культивации экономит воду и деньги, но создает другие проблемы. Водоросли выделяют молекулы в свою жидкую среду обитания по мере своего роста, так же как люди оставляют после себя мертвые клетки кожи, слизь и другие отходы. Водоросли также могут вскрываться, когда умирают, высвобождая свои внутренности.

Некоторые исследователи обнаружили, что накопление этих «соков» водорослей в оборотной воде препятствует будущему росту водорослей. Но другие исследователи обнаружили, что водоросли отлично или даже лучше растут в переработанной воде.

Чтобы найти способы оптимизации производства водорослей за счет повторного использования воды, мне нужно было найти общие тенденции среди случаев успешного или неудачного роста водорослей, например, способ сбора водорослей или их возраст на момент сбора. Изучив опубликованные исследования, я нашел более 80 соответствующих биотехнологических и экологических исследований, содержащих более 500 экспериментов, из которых я извлек данные и другую соответствующую информацию.

Выбор водорослей имеет значение

Большинство факторов, которые я рассматривал, такие как метод сбора урожая или условия роста, такие как температура, не были связаны с тем, насколько хорошо водоросли размножались в оборотной воде. Однако тип водорослей (точнее, род), выращенный до повторного использования воды, был тесно связан с потенциалом роста его преемника.

Некоторые водоросли, например десмодесмус, Тетрасельмис а также Артроспира, часто оставляли после себя более подходящую воду, чем другие. Это означает, что компании, занимающиеся водорослями, должны выбирать водоросли, которые оставляют после себя безвредные или даже полезные молекулы в воде, в дополнение к другим желательным чертам, таким как быстрый и устойчивый рост.

В нескольких исследованиях тип водорослей чередовался при каждом повторном использовании воды, подобно тому, как многие фермеры чередуют посевы в запланированной последовательности, чтобы поддерживать здоровье своей почвы. Я думал, что водные севообороты могут помочь и водорослям, но в целом имеющиеся данные не подтверждают эту идею.

Тем не менее, некоторые водоросли производят оборотную воду, которая подходит для одних штаммов водорослей, но не подходит для других. Дальнейшие исследования по поиску штаммов, которые могут хорошо сочетаться с севооборотом, могут привести к экономичным методам повторного использования воды.

Путь к водорослевому топливу

Необходимо ответить на дополнительные вопросы, чтобы расширить потенциал этой стратегии экономии. Например, исследователи могли бы сравнить водоросли, которые могут и не могут потреблять органическое вещество, то есть все, что содержит углерод.Все выделения и мусор водорослей состоят из органического вещества, поэтому водоросли, которые могут питаться этим материалом, могут лучше расти в оборотной воде, чем водоросли, которые могут получать энергию только от солнечного света.

Исследователи также могут измерять и идентифицировать различные выделения водорослей в оборотной воде, чтобы проверить, зависит ли их рост от концентрации этих веществ. Бактерии также сосуществуют с водорослями и потребляют их выделения, поэтому исследователи могут изучить, способствуют ли определенные бактерии росту водорослей в оборотной воде.

За исключением маловероятных изменений политики, водоросли могут стать жизнеспособным возобновляемым источником топлива только в том случае, если затраты будут снижены на каждом этапе производства, а производительность увеличится. Повторное использование воды является частью комплексного решения, направленного на постепенное повышение рентабельности биотоплива из водорослей. Хотя будущее биотоплива из водорослей неопределенно, нам нужно продолжать работать над решением этих проблем, поскольку другие страны стремятся сделать то же самое.