Clemens Posten Как водораслите правят енергията по-евтина?
Основна навигация
Групата на микроводораслите е истинско съкровище. Козметичната, хранителната и химическата промишленост вече използват различни метаболитни продукти. В бъдеще зелените едноклетъчни организми също трябва да служат като регенериращ енергиен източник. Но процесите, при които се събират суровини за биодизел, все още са твърде неикономични за широкомащабни индустриални приложения. Как могат да се оптимизират биореакторите и процесите на събиране? Работната група за биопроцесно инженерство на проф. Д-р Клеменс Постен от Технологичния институт Карлсруе (KIT) разработва биопроцеси и това включва, например, различни диети или леко разреждане.
Микроводораслите са едноклетъчни организми, способни да преобразуват слънчевата енергия в химическа енергия. Движени от фотосинтеза, те произвеждат например различни полизахариди, протеини и мастни киселини, които вече се използват от хранителната промишленост като добавки или се използват в аквакултурата като храна за риби. А козметичната индустрия също обича да се връща към цветното разнообразие от метаболитни продукти в клетката на водорасли. В бъдеще водораслите ще служат и като източник на биодизел, тъй като при определени условия те произвеждат високоенергийни масла - и в количества до 50 процента от собствената си клетъчна маса.
Водораслите са устойчив източник на енергия, тъй като премахват точно толкова СО2 от въздуха, колкото се отделят отново, когато се използват. В бъдеще би могло да има биореактори в огромни райони, в които могат да се отглеждат водорасли. „Тази визия е реалистична“, казва проф. Д-р. Клеменс Постен, ръководител на отдел за биопроцесорно инженерство в Института за биологични и хранителни технологии към Технологичния институт в Карлсруе (KIT). "Но все още има някои препятствия, които трябва да се преодолеят по пътя."
Очевидно перфектни доставчици на енергия
Водораслите имат големи предимства пред растителните енергийни източници. Те могат да преобразуват до пет процента от слънчевата светлинна енергия, която поглъщат, в химическа енергия. Изнасилването, царевицата и други подобни управляват само около един процент. Една от причините: само малка част от растителния материал всъщност може да извърши фотосинтеза, структурни елементи като стъбла или издънки трябва да бъдат снабдени и да намалят енергийния баланс. Второ голямо предимство на водораслите е фактът, че те не трябва да се отглеждат за земеделие. Контейнерите, в които се отглеждат, могат да стоят в морето или на безплодна почва. По този начин биотехнологията на водораслите предлага изход от така наречената дилема плоча-резервоар. По принцип биодизелът може да се получи, без да се конкурира с хранителната индустрия за ценни площи. Така че водораслите изглежда са перфектни доставчици на енергия. Но докато козметичните и хранителните компании отглеждат масово водорасли в резервоари, енергийната индустрия изостава. Защо така? „В окончателния баланс процесите за производство на биодизел от водорасли все още са твърде скъпи“, казва Постен.
Изследователите на Клеменс Постен са технологични инженери. Те се фокусират по-малко върху биологичната страна на биотехнологията на водораслите, отколкото върху аспекта на техническата обработка. При какви условия водораслите растат най-бързо? Как увеличавате добива на масла, полизахариди или други интересни вещества? Как намалявате енергийните разходи и съответно разходите? За да отговорят на такива въпроси, изследователите са изградили различни видове биореактори около Post, в които могат да отглеждат и събират водорасли при контролирани условия. По принцип биореакторите са резервоари, които могат да се пълнят с хранителна среда и да се газират с CO2. Четири по-прости резервоара с обем от десет до тридесет литра са на разположение на базираната в Карлсруе компания за пилотни тестове; изследователите използват шест по-малки резервоара с висококачествено оборудване, състоящо се от сензори и LED лампи, за подробно измерване и моделиране на различни физиологични процеси.
По-добра светлина и строга диета
В кои моменти от цялостния процес има потенциал за спестявания? На първо място, Постен и неговият екип тестват темповете на растеж и добивите на продукти от различни естествени или генетично модифицирани щамове водорасли, които са им дадени от партньори за сътрудничество като биотехнолога от водораслите Билефелд проф. Олаф Крузе ще бъде на разположение. „Кой щам расте най-добре при какви условия на светлина и също така произвежда най-голямо количество масла или други молекули?“, Пита докторантът Робърт Дилшнайдер. Той например поставя своите зелени тестови обекти на азотна или фосфорна диета и се опитва да стимулира производството на масла, тъй като водораслите са склонни да насочват енергията на слънчевата светлина в изграждането на богати на енергия вещества, когато възможността за производство на протеини се затруднява от липсата на протеинови градивни елементи. Кои интензитети на светлината и светло-тъмни модели са оптимални? За да разбере по-добре работата на своите зелени компакти, Dillschneider също измерва различни физиологични параметри. След това използва своите открития, за да разработи математически модели на физиологични процеси, които от своя страна дават възможност за прогнози за поведението на водораслите при различни условия.
Интегрирани в изследователски мрежи
Има многобройни винтове, които изследователите могат да обърнат, за да намалят капиталовите разходи на технологията. Например Dillschneider изследва и различни процеси на прибиране на реколтата. „Може ли разходите да бъдат сведени до минимум, например чрез въвеждане на полунепрекъснат процес на събиране, при който част от клетките на водораслите редовно се отстраняват и се заменят с прясна хранителна среда?“, Пита той. Постен и неговата работна група също тестват рентабилни материали за биореакторни повърхности или процеси за въвеждане на CO2. По-специално обгазяването на биореактор е важен пул от разходи. Ако по време на директното въвеждане например се образуват мехурчета, голяма част от пневматичната енергия се губи. "В момента тестваме възможността за въвеждане на CO2 в реактора чрез мембрани", казва Постен. Как точно работи това все още е тайна, защото в момента се чака патентна заявка за процеса.
Всички проекти на Posten Group са интегрирани в национални и международни изследователски мрежи. Като част от сътрудничеството с биолози, изследователи на материали или индустриални партньори от Германия и други страни от ЕС, изследователите се доближават все повече до целта да направят водораслите компонент на бъдещия коктейл, направен от устойчиви енергийни източници. Каква е прогнозата във времето? „Мисля, че биотехнологиите на водораслите вече биха могли да покрият значителен процент от енергийния бюджет за шест до осем години“, казва Постен. Между другото, балансът на разходите за енергия от биоетанол днес не е изгоден. Политиците помагат със субсидии. Водораслите вероятно ще се справят без финансова инжекция.