Ученые исследуют водоросли как потенциальный источник энергии и пищи

Ученые из Университета Рутгерса–Нью-Брансуик изучают потенциал превращения вида морских водорослей в источник энергии и пищи.

Исследователи из Rutgers Climate and Energy Institute работают над преобразованием естественно обильных, возобновляемых материалов в такие продукты, как биотопливо, корма для животных и биохимикаты. Команда Рутгерса — один из пяти центров в США, выбранных для этого масштабного исследовательского проекта.

Руководят проектом Шишир Чундават (главный исследователь, доцент), Дебашиш Бхаттачарья (заслуженный профессор) и Сагар Кхаре (профессор).

Команда создает виртуальный исследовательский центр sargassum BioRefinery (SaBRe). Им будет совместно руководить Хосе Авалос (Принстонский университет, ведущий исследователь), Чундават (Рутгерс) и Лоретта Роберсон (Морская биологическая лаборатория).

Энергия, корма и химикаты из водорослей: как этого достичь?

Цель — конвертировать вид бурых водорослей, саргассум, в ценные продукты: биотопливо (например, этанол), корма для животных и различные промышленные химикаты.

Необходимо определить, как, когда и где собирать эти водоросли в Атлантическом океане, а также усовершенствовать процесс извлечения органических и неорганических компонентов.

  • Органические компоненты будут преобразованы в биогаз, биотопливо и корма.
  • Из неорганических остатков будут выделены редкоземельные элементы, важные для производства аккумуляторов электромобилей.

Какую проблему решает это исследование?

Саргассум образует ежегодно крупнейшее в мире цветение макроскопических водорослей — "Большой Атлантический пояс саргассума". На пике он протягивается на 5000 миль от Западной Африки до Мексиканского залива.

Стремительное потепление климата и сток сельскохозяйственных удобрений катализируют его рост, создавая серьезные экологические проблемы для прибрежных сообществ (Мексиканский залив, Пуэрто-Рико, Флорида, Карибские острова, Южная Америка, Западная Африка).

Водоросли образуют неприглядные и дурно пахнущие завалы на пляжах, переполняют местные свалки. При разложении микроорганизмы выделяют вредный газ, который опасен для людей и негативно влияет на туризм.

Вопрос в том, можно ли удалить этот материал (возможно, даже до того, как он выбросится на берег) и превратить его в полезные продукты, преобразовав кризис в возможность для устойчивого развития.

В SaBRe планируют разработать процессы биопереработки саргассума, интегрирующие различные технологии конверсии. Биоочистки аналогичны нефтехимическим, но используют возобновляемую биомассу вместо материалов на основе ископаемого топлива.

Происхождение идеи

Идея продуктивного использования водорослей существует с древних времен. Например, ламинария была частью рациона человека со среднего каменного века.

Несколько стран, особенно в Азии, за последние несколько сотен лет разработали передовые методы выращивания и сбора специализированных видов водорослей для пищи. В современной химической промышленности водоросли также используются для выделения высокоценных химикатов.

Полный потенциал водорослей как сырья для промышленных процессов еще не раскрыт.

Роль и задачи исследователей

  • Дебашиш Бхаттачарья изучает биологию саргассума и его микробиом. Его команда ищет новые микробные гены, связанные с естественным разложением водорослей в океане и на пляжах, сотрудничая с исследователями SaBRe.
  • Шишир Чундават надеется охарактеризовать новые гены и обнаружить передовые ферменты для промышленного преобразования саргассума в простые сахара. Он будет сотрудничать с Сагаром Кхаре для инженерии улучшенных ферментов.
  • Сагар Кхаре усовершенствует процесс деконструкции, делая идентифицированные ферменты лучше и стабильнее с помощью инструментов искусственного интеллекта и машинного обучения для дизайна белков.

В Рутгерсе будет создана уникальная биофабрика для скрининга нативных и сконструированных белков.

Цели и перспективы

Цель — научиться устойчиво конвертировать саргассум в разнообразные продукты с помощью коммерчески значимых процессов. Учитывая масштабы цветения водорослей из-за изменения климата, этот ресурс, вероятно, будет обильным источником сырья на многие годы вперед.

У проекта SaBRe пятилетний срок, в течение которого оптимистично надеются создать испытательный полигон для снижения рисков использования саргассума. Однако до того, как биоочистки на основе водорослей станут коммерческой реальностью, вероятно, пройдет десять или более лет.