Биотопливо: как новые технологии микроводорослей могут ускорить конец нашей зависимости от нефти
Существует около 100 000 видов микроводорослей, каждый из которых имеет свой собственный набор свойств. Это разнообразие позволяет микроводорослям процветать практически в любой среде на Земле. В основном они существуют в водной среде, такой как пресная или сточная вода, но они были обнаружены во влажной почве и даже в сугробах. Обычно микроводоросли описываются как зеленые, и это верно для таких видов, как B. braunii и C. vulgaris. Но есть и другие виды, такие как C. officinalis красного цвета или F. Spiralis коричневого цвета. Каждая классификация производит разные типы или количества биохимических соединений, что делает одни из них более полезными для определенных приложений, чем другие.
Фото: https://building-tech.org/
Исследования последних нескольких десятилетий продемонстрировали огромный потенциал микроводорослей, особенно в производстве биотоплива — топлива, которое создается из растительного материала или отходов животного происхождения. Исследователи говорят о том, что с их помощью можно создать основу для определения наиболее подходящих видов микроводорослей для крупномасштабного производства биотоплива, которые в конечном итоге могут конкурировать с нефтяными и газовыми гигантами и снизить нашу зависимость от ископаемого топлива.
Магия микроводорослей
Микроводоросли обладают уникальной способностью превращать солнечный свет и углекислый газ в широкий спектр биохимических соединений. Несмотря на то, что они классифицируются как животные, они метаболизируются так же, как растения, производя кислород для пополнения того, что мы, люди, потребляем. Этот цикл действует как система улавливания углерода, при которой вредный CO₂ в атмосфере преобразуется в полезный кислород. Микроводоросли также производят широкий спектр других соединений, находящихся внутри клеток, и это то, что делает их такими эффективными в борьбе с последствиями глобального потепления.
В целом продукты из микроводорослей можно разделить на три класса: белки, углеводы и липиды (жиры). Но исследования показали, что есть несколько других ценных биохимических соединений, которые находят широкое применение в самых разных отраслях. Например, микроводоросли производят соединения, известные как каротиноиды, более известные как красители или пигменты. Эти соединения ответственны за придание лососю розового цвета, так как пища, которую они едят, содержит большое количество каротиноидов.
Еще одним ценным классом соединений являются полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК). Эти соединения являются частью семейства липидов и играют жизненно важную роль в снабжении клеток энергией. Микроводоросли считаются одним из самых богатых источников этих соединений, которые помогают лечить последствия диабета и артрита. Но как эти организмы могут производить масло, которое можно использовать в автомобилях? Бензин и дизельное топливо, используемые в настоящее время, получают из сырой нефти, образовавшейся миллионы лет назад из мертвых морских существ. Но современное биотопливо производится из живых организмов в режиме реального времени.
Как производят биотопливо
Биотопливо, изготовленное из микроводорослей, в настоящее время является одной из самых многообещающих альтернатив ископаемому топливу для удовлетворения мирового спроса на энергию. Это непростая задача, особенно когда приходится конкурировать с высокодоходной отраслью, которая существует уже более века. Но в отличие от нефти, которая не возобновляема, биотопливо является возобновляемым и устойчивым источником топлива. К сожалению, экономика биотоплива пока не может конкурировать с традиционным ископаемым топливом. Все сводится к конечному результату, и в настоящее время требуемой технологии масштабирования еще нет.
Микроводоросли не производят биотопливо напрямую — они производят липиды (жиры). Чтобы сделать биотопливо, эти жиры должны быть преобразованы посредством процесса, известного как переэтерификация. Процесс включает удаление как можно большего количества воды, но это требует значительного количества энергии, что приводит к высоким эксплуатационным расходам. В результате весь процесс становится слишком дорогим, чтобы конкурировать с нефтегазовой промышленностью, несмотря на его положительное воздействие на окружающую среду.
Помимо экономики, будущее культивирования микроводорослей и экстракции липидов является чрезвычайно многообещающим. Развитие гибридных технологий ускорит глобальный переход к сокращению нашей зависимости от ископаемого топлива. К ним относятся клеточные фабрики, которые используют наночастицы золота — субатомные частицы, подобные атомам, которые образуют строительные блоки физической материи — для увеличения производительности и повышения эффективности.
Другим потенциальным решением является процесс, известный как «доение». Традиционные методы культивирования микроводорослей означают, что они уничтожаются после окончания периода культивирования, что ограничивает весь потенциал того, что может предложить каждая клетка. Точно так же, как доить корову, этот процесс можно повторить, не убивая корову, и то же самое касается микроводорослей. Путем многократного удаления ценных соединений из одной и той же культуры микроводорослей можно устранить проблемы с высокими производственными затратами, что приведет к устойчивому и масштабируемому процессу в будущем.
Это приведет к тому, что биотопливо станет конкурентоспособным по стоимости с существующими ископаемыми видами топлива, что поможет ускорить переход к альтернативным источникам энергии. К сожалению, перспектива конкурентоспособного производства биотоплива должна пройти некоторый путь, прежде чем она сможет конкурировать с ценами и количествами ископаемого топлива. Но эти развивающиеся технологии могут ускорить переход, необходимый для того, чтобы помочь миру достичь целей по выбросам к 2050 году.
Автор: Каллум Рассел, доктор химических наук, Университет Западной Шотландии
Обсудим?
Смотрите также:
