Clemens Posten Cum reduc algele energia mai ieftin?
Navigare principală
Grupul de microalge este o adevărată comoară. Industria cosmetică, alimentară și chimică utilizează deja diverse produse metabolice. În viitor, organismele verzi unicelulare vor servi și ca sursă de energie regenerativă. Dar procesele în care se recoltează materiile prime pentru biodiesel sunt încă prea neeconomice pentru aplicații industriale pe scară largă. Cum pot fi optimizate bioreactoarele și procesele de recoltare? Grupul de lucru pentru ingineria bioproceselor a prof. Dr. Clemens Posten de la Institutul de Tehnologie Karlsruhe (KIT) dezvoltă bioprocese, iar aceasta implică, de exemplu, diferite diete sau diluare ușoară.
Microalgele sunt organisme unicelulare care sunt capabile să transforme energia solară în energie chimică. Motivate de fotosinteză, ele produc, de exemplu, diverse polizaharide, proteine și acizi grași care sunt deja folosiți astăzi de industria alimentară ca aditivi sau sunt folosiți în acvacultură ca hrană pentru pești. Iar industriei cosmetice îi place să cadă pe diversitatea colorată a produselor metabolice dintr-o celulă de alge. În viitor, algele vor servi și ca sursă de biodiesel, deoarece în anumite condiții produc uleiuri cu energie ridicată - și în cantități de până la 50 la sută din propria masă celulară.
Alga este o sursă durabilă de energie, deoarece elimină atât de mult CO2 din aer, cât este eliberat din nou atunci când este utilizat. În viitor, ar putea exista bioreactoare pe suprafețe uriașe în care algele pot fi cultivate. „Această viziune este realistă”, spune prof. Dr. Clemens Posten, șeful departamentului de inginerie bioproceselor de la Institutul pentru Tehnologie Biologică și Alimentară de la Karlsruhe Institute of Technology (KIT). „Dar mai sunt câteva obstacole de depășit pe drum”.
Aparent furnizori de energie perfecti
Algele au mari avantaje față de sursele de energie vegetală. Pot converti până la cinci procente din energia solară pe care o absorb în energie chimică. Rapiță, porumb și co. Gestionează doar aproximativ 1%. Unul dintre motive: doar o mică parte din materialul vegetal poate fotosinteza; elemente structurale, cum ar fi tulpini sau lăstari, trebuie să fie alimentate și să reducă echilibrul energetic. Un al doilea avantaj major al algelor este faptul că nu trebuie cultivate pentru agricultură. Recipientele în care sunt cultivate pot sta în mare sau pe sol sterp. Biotehnologia algelor oferă astfel o cale de ieșire din așa-numita dilemă placă-rezervor. În principiu, biodieselul poate fi obținut fără a concura cu industria alimentară pentru suprafețe valoroase. Deci algele par a fi furnizori perfecti de energie. Dar, în timp ce companiile de produse cosmetice și alimentare cultivă alge pe scară largă în rezervoare, industria energetică rămâne în urmă. De ce este asta? „În bilanțul final, procesele de producere a biodieselului din alge sunt încă prea scumpe”, spune Posten.
Cercetătorii lui Clemens Posten sunt ingineri de proces. Acestea se concentrează mai puțin pe latura biologică a biotehnologiei algelor decât pe aspectul prelucrării tehnice. În ce condiții cresc algele cel mai repede? Cum creșteți randamentul uleiurilor, polizaharidelor sau altor substanțe interesante? Cum reduceți cheltuielile cu energia și, prin urmare, costurile? Pentru a răspunde la astfel de întrebări, cercetătorii au construit diferite tipuri de bioreactoare în jurul Postului, în care pot crește și recolta algele în condiții controlate. Practic, bioreactoarele sunt rezervoare care pot fi umplute cu mediu nutritiv și gazate cu CO2. Patru rezervoare mai simple, cu un volum de zece până la treizeci de litri, sunt disponibile companiei din Karlsruhe pentru teste pilot; cercetătorii folosesc șase rezervoare mai mici cu echipamente de înaltă calitate formate din senzori și lămpi cu LED-uri pentru a măsura și modela diverse procese fiziologice în detaliu.
Putere mai bună de lumină și dietă strictă
În ce momente ale procesului general există potențial de economii? În primul rând, Posten și echipa sa testează ratele de creștere și randamentele de produse ale diferitelor tulpini de alge naturale sau modificate genetic, care le-au fost date de parteneri de cooperare, cum ar fi biotehnologul algelor Bielefeld, Prof. Dr. Olaf Kruse va fi pus la dispoziție. „Care tulpină crește cel mai bine în condiții de lumină și produce, de asemenea, cea mai mare cantitate de uleiuri sau alte molecule?”, Întreabă doctorandul Robert Dillschneider. El își pune obiectele de testare verzi pe o dietă cu azot sau fosfor, de exemplu, și încearcă să stimuleze producția de uleiuri, deoarece algele tind să direcționeze energia solară către construcția de substanțe bogate în energie atunci când posibilitatea producerii de proteine este îngreunată de lipsa de blocuri proteice. Ce intensități de lumină și modele de lumină-întuneric sunt optime? Pentru a înțelege mai bine performanțele compactelor sale verzi, Dillschneider măsoară și diverși parametri fiziologici. Apoi își folosește descoperirile pentru a dezvolta modele matematice ale proceselor fiziologice, care la rândul lor permit predicții despre comportamentul algelor în diferite condiții.
Integrat în rețelele de cercetare
Există numeroase șuruburi pe care cercetătorii le pot întoarce pentru a reduce costurile de capital ale tehnologiei. De exemplu, Dillschneider examinează și diverse procese de recoltare. „Se pot reduce costurile, de exemplu, prin introducerea unui proces de recoltare semi-continuă în care o parte a celulelor algelor este degajată în mod regulat și înlocuită cu mediu nutritiv proaspăt?”, Întreabă el. Posten și grupul său de lucru testează, de asemenea, materiale rentabile pentru suprafețele bioreactorului sau procesele de introducere a CO2. Gazarea unui bioreactor în special este un fond important de costuri. Dacă, de exemplu, se formează bule în timpul introducerii directe, o mare parte din energia pneumatică se pierde. „Testăm în prezent posibilitatea introducerii CO2 în reactor prin membrane”, spune Posten. Exact modul în care funcționează acest lucru este încă un secret, deoarece o cerere de brevet este în prezent în curs de procesare.
Toate proiectele Grupului Posten sunt integrate în rețelele de cercetare naționale și internaționale. Ca parte a colaborărilor cu biologi, cercetători în materie de materiale sau parteneri industriali din Germania și alte țări ale UE, cercetătorii se apropie din ce în ce mai mult de obiectivul de a face din alge o componentă a viitorului cocktail realizat din surse de energie durabile. Care este prognoza în timp? „Cred că biotehnologia algelor ar putea acoperi deja un procent semnificativ din bugetul energetic în șase până la opt ani”, spune Posten. De altfel, bilanțul costurilor pentru energia din bioetanol nu este tocmai avantajos astăzi. Politicienii ajută la subvenții. Algele vor ajunge probabil fără o injecție financiară.