Исследование водорослей для создания устойчивого биотоплива

Повышенный уровень углекислого газа (CO₂) в атмосфере из-за деятельности человека вызывает потепление климата и закисление океанов. Биотопливо, получаемое из биологических ресурсов, рассматривается как возобновляемое решение, альтернативное ископаемому топливу.

В Университете Делавэра ассоциированный учёный Дженнифер Стюарт работает над созданием устойчивого биотоплива на основе водорослей, которое могло бы сократить выбросы CO₂ и других вредных веществ.

Проблемы и потенциал водорослей

Водоросли могут производить в 12 раз больше биодизеля с акра, чем такие растения, как кукуруза или сахарный тростник. Их можно выращивать в засушливых районах и с использованием морской воды, не затрагивая пахотные земли и запасы пресной воды.

Однако коммерческое выращивание водорослей требует больше CO₂, чем содержится в атмосфере, что вынуждает закупать его в баллонах. Это финансово и экологически невыгодно.

Прорывное открытие

Распространённое предложение — выращивать водоросли на выбросах электростанций, которые содержат высокие уровни оксида азота (NO) и CO₂. Оксиды азота токсичны, способствуют кислотным дождям и вредят здоровью.

Проблема в том, что оксид азота токсичен для большинства видов водорослей. Изучая вид Heterosigma akashiwo, распространённый в водоёмах Делавэра, Стюарт обнаружила, что он содержит особый фермент, способный преобразовывать токсичный газ NO в форму азота, пригодную для питания.

Таким образом, вместо гибели H. akashiwo процветает в присутствии вредных выбросов. Эта одноклеточная водоросль размножается быстро: от нескольких клеток до миллионов в одном литре воды за несколько дней. Собранную водоросль можно преобразовать в биотопливо, биопластики и пищевые добавки.

Масштабирование и будущее

Открытие Стюарт привело к сотрудничеству с Arizona Center for Algae Technology and Innovation и University of Kentucky's Center for Applied Energy Research, а также к финансированию от USDA, NSF, EPA, Департамента энергетики США и других.

Сейчас Стюарт оптимизирует каждый этап процесса: культивирование в лаборатории, определение оптимальных концентраций CO₂ для роста и методы сбора урожая. Летом она установила биореактор в кампусе в Льюэсе, чтобы испытать масштабирование.

Её непосредственные усилия сосредоточены на решении проблем стоимости и масштабируемости, чтобы сделать выращивание водорослей конкурентоспособным по цене с бензином.

"Мы находимся в очень переломном моменте. Я думаю, что мы увидим компании, которые коммерциализируют технологии и будут получать прибыль в следующие 10 лет, но стоимость будет определяющим фактором", — говорит Стюарт. — "Мы знаем, что можем производить биотопливо из водорослей, но можем ли мы делать это экономически? Это более важный вопрос".

Она надеется вскоре получить ответы и верит, что водоросли могут заменить значительную часть транспортного топлива в США в обозримом будущем.