Биотопливный «свадебный бюро»: поиск идеальных водорослей для возобновляемой энергии

Новый совместный проект стоимостью около 6 миллионов долларов использует уникальную лабораторную систему, имитирующую климат, для быстрого отбора наиболее перспективных видов водорослей для производства возобновляемого топлива.

Проект Algae DISCOVR (Development of Integrated Screening, Cultivar Optimization and Validation Research) призван сократить время и стоимость перевода перспективных штаммов водорослей из лаборатории в производство. Цель трёхлетнего пилотного проекта — отобрать четыре наиболее многообещающих штамма из как минимум 30 первоначальных кандидатов.

«Альгобиотопливо — перспективная технология чистой энергии, но современные методы производства дороги и ограничивают его применение», — говорит руководитель проекта Майкл Хьюземанн из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США. «Цена биотоплива во многом зависит от скорости роста. Наш метод может помочь разработчикам быстрее и эффективнее находить наиболее продуктивные штаммы водорослей».

Проект возглавляет PNNL, в консорциум также входят три другие национальные лаборатории DOE — Лос-Аламосская, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии и Национальные лаборатории Сандия, а также Центр технологий и инноваций водорослей Аризоны при Университете штата Аризона.

Пошаговый процесс

Ранние этапы работы основаны на системе лабораторных симуляторов условий водорослевых прудов (LEAPS) PNNL. Эта система имитирует постоянно меняющиеся температуры воды и условия освещения в открытых прудах в любой точке Земли. Система состоит из фотобиореакторов в виде стеклянных колонн, которые действуют как небольшие пруды, и позволяет одновременно выращивать множество различных штаммов водорослей.

Первая фаза включает:

• Выращивание всех 30 рассматриваемых штаммов в фотобиореакторах LEAPS и оценку их скорости роста.
• Измерение содержания масел, белков и углеводов у штаммов с подходящим ростом.
• Тестирование на наличие ценных сопродуктов, например, пищевого красителя фикоцианина.
• Оценку устойчивости штаммов к вредным бактериям и хищникам.

Далее команда будет искать штаммы, производящие на 20% больше биомассы, чем два хорошо изученных контрольных штамма. Лучшие штаммы будут отсортированы для поиска отдельных клеток, наиболее пригодных для производства биотоплива (например, с более высоким содержанием масла). Эти штаммы также будут подвергнуты различным стрессам для стимулирования быстрой эволюции, чтобы повысить их выживаемость, например, при более высоких температурах в летних открытых прудах.

Выход за пределы лаборатории

После прохождения этих тестов оставшиеся штаммы будут выращиваться в крупных открытых прудах в Аризоне. Исследователи изучат, как рост водорослей в открытых прудах соотносится с прогнозами, сделанными на предыдущих этапах. Биомасса, выращенная на открытом воздухе, будет собрана для дальнейших исследований.

Наконец, команда подробно изучит финальные штаммы, показавшие лучшие результаты на открытом воздухе, чтобы понять скорость их роста в различных условиях освещения и температуры. Эти данные будут загружены в Инструмент оценки биомассы PNNL, который использует детальные данные метеостанций для определения наилучших возможных мест для выращивания водорослей. Инструмент поможет создать карты, иллюстрирующие ожидаемую продуктивность биомассы каждого вида водорослей, выращиваемого в открытых прудах в любом месте США.

Данные и штаммы будут обнародованы в надежде, что компании, работающие с водорослями, и другие исследователи рассмотрят возможность выращивания наиболее продуктивных штаммов, идентифицированных проектом.