ومع تزايد الطلب العالمي على الطاقة المتجددة، فإن محطات الطاقة الأحيائية القائمة على الطحالب آخذة في الظهور كحل ملزم يجمع بين إمكانات الكربون المشبع وبين ارتفاع الإنتاجية، وعلى عكس الجيل الأول التقليدي من الوقود الأحيائي المستمد من المحاصيل الغذائية، فإن الطحالب يمكن أن توفر مادة وقود لا تتنافس مع الزراعة في الأرض الصالحة للزراعة أو المياه العذبة، ويمكن أن تنتج هذه الكائنات الدقيقة السريعة النمو من الدهون والمركبات الكربونية.

ما هو الوقود الحيوي الذي يحتويه (ألغاي) ؟

والوقود الأحيائي القائم على أساس الغالي هو وقود سائل أو غازي مستمد من الكتلة الأحيائية من ميكرولغا أو ماكروالغاي (الطيور) - وأجهزة الكائنات الاصطناعية ذات الصبغة الدقيقة - وهي واعدة بشكل خاص بسبب محتواها المرتفع من الشفاه، التي يمكن أن تتجاوز 50 في المائة من وزنها الجاف في ظل ظروف مثلى، وتنطوي عملية التحويل عادة على استخراج الزيوت من الألوجة من الألغة.

أنواع الوقود الأحيائي في ألغاي

  • Biodiesel:] Produced by transesterifying algal lipids. The resulting fuel can be blended with oil diesel or used in modified motors.
  • Bioethanol:] Ferment of algal carbohydrates (starch, cellulose) yields ethanol, which can be blended with gasoline.
  • Biogas:] Anaerobic digestion of whole algae biomass generates methane-rich biogas, which can be burned for electricity or upgraded to renewable natural gas.
  • Green Diesel] and ]Bio-Jet Fuel:] Hydroprocessed esters and fatty acids (HEFA) from algae oils can produce drop-in replacements for diesel and jet fuel.

ونظراً لأن الطحالب يمكن أن تزرع في البركات المفتوحة أو المفاعلات الضوئية المغلقة أو النظم الهجينة، فإنها توفر المرونة التي لا يمكن أن تتطابق معها النظم القائمة على المحاصيل، وعلاوة على ذلك، يمكن تصميم الطحالب على نحو مباشر وسرية الزيوت، وتبسيط عمليات الحصاد، وخفض تكاليف التجهيز.

مزايا محطات توليد الطاقة في ألغاي

وتوفر محطات توليد الطاقة القائمة على أساس الغي مجموعة من الفوائد التي تعالج في آن واحد عدة شواغل بيئية واقتصادية ملحة، وتفصل الفروع التالية أكثر المزايا إلحاحا.

الاستدامة واستخدام الأراضي

فالمحاصيل التقليدية للوقود الأحيائي - الذرة والصويا والنحاس - التي تتطلب كميات كبيرة من الأراضي الزراعية الخصبة، مما يزيد من حدة النزاعات التي تنشب في مجال الوقود الغذائي ويقود إزالة الغابات، وعلى النقيض من ذلك، يمكن زراعة الألغاء في الأراضي غير الصالحة للزراعة، بما في ذلك الصحارى والمناطق الساحلية، بل وفي الأراضي الصناعية المهدرة، كما أنها تنمو في المياه المالحة، أو المياه المستعملة، مما يقلل بشدة من الطلب على المياه العذبة في السنة.

مرتفع يلد لكل أكر

ووفقاً لـ U.S. Department of Energy]، يمكن أن تُنتج الجلالات الدقيقة ما بين 000 4 و000 6 غالون من النفط لكل هكتار سنوياً، مقارنة بما يقرب من 50 غالون لكل هكتار من الصويا و600 غالون لكل هكتار من زيت النخيل، وهذا الإنتاج المرتفع يعني أن البصمة الصغيرة نسبياً من الأرض يمكن أن تلبي قدراً كبيراً من الطلب.

الاختباء واستخدام الكربون

(أ) إن الغازات هي كائنات اصطناعية ملتقطة بالصور تستوعب ثاني أكسيد الكربون أثناء التكوين الضوئي، وعندما تكون مدمجة مع مرسات صناعية مثل محطات توليد الطاقة، أو مصانع الأسمنت، أو زراعة مطاحن فولاذية - غازية يمكن أن تعمل كنظام لالتقاط الكربون، وتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى الكتلة الأحيائية، مما يخلق نهجاً مغلقاً: إنبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي يتم إشعالها في حالة حرارة تبلغ نحو 21٪

مرونة المنتجات

ولا تقتصر الكتلة الأحيائية على الوقود، فبعد استخراج النفط، يمكن استخدام بقايا البقايا المتبقية الغنية بالبروتين كتغذية حيوانية أو سماد أو وسيطة للمزارع الأحيائية والكيميائيات الأحيائية، وهذا النموذج متعدد المنتجات للتكرير الأحيائي يحسن اقتصاديات زراعة الطحالب عن طريق توليد تدفقات متعددة من الإيرادات.

رابطة معالجة المياه المستعملة

وتعالج المادة المزدهرة في النتروجين والفوسفور الموجود في المياه المستعملة البلدية والزراعية، وتعالج الطحالب المزروعة في المياه الغنية بالمغذيات المياه (تجديد الملوثات) بينما تنتج في الوقت نفسه الكتلة الأحيائية اللازمة لمعالجة المياه وإنتاج الطاقة، كما أن المشاريع الرائدة في مختبر الطاقة المتجددة ([30 في المائة في عام])

التحديات والتوقعات المستقبلية

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن تسويق محطات الطاقة الكهربائية للوقود الأحيائي على نطاق واسع كان بطيئا، ولا تزال الصناعة تصطدم برؤوس الأموال المرتفعة وتكاليف التشغيل، والاختناقات التقنية في الزراعة والحصاد، والحاجة إلى نظم متكاملة قوية، وتكسر الأقسام الفرعية التالية العقبات الرئيسية وجهود البحث الجارية للتغلب عليها.

العقبات الاقتصادية

وتظل تكلفة إنتاج الوقود الأحيائي الطحالب أعلى بكثير من الديزل النفطي أو حتى الديزل الأحيائي المحتوي على المحاصيل، وتشير التقديرات الواردة من الوكالة الدولية للطاقة إلى أن تكاليف الإنتاج الحالية تتراوح بين ٤ و ٨ دولارات للغالون الواحد، مقارنة ب ٢-٣ دولارا للغالون الواحد للديزل النفطي عندما تكون أسعار النفط منخفضة.

  • Nutrient costs:] Algae require nitrogen and phosphotilizers, which account for a large portion of operating expenses.
  • Harvesting and dewatering:] Separating algae cells from water- which can constitute 99% of the culture volumeis energy- intensive and expensive.
  • Extraction and conversion:] Conventional solvent-based extraction methods require high energy inputs and generate waste streams.

استراتيجيات خفض التكاليف

ويستكشف الباحثون عدة مسارات لخفض التكاليف، إذ إن استخدام المياه المستعملة أو الغاز المفلور كمغذيات ومصدر ثاني أكسيد الكربون يمكن أن يقلل كثيراً من تكاليف المدخلات، كما أن التقدم في تكنولوجيات التزييف والحرق في الخرافات يزيد من كفاءة المياه، وبالإضافة إلى ذلك، فإن سر النفط المباشر من الطحالب المصممة - وهو يخفف من الحاجة إلى استخراج الميكانيكي - قد ثبت في طبقات المختبرات ويوفر مساراً واعداً للوقود الأحيائي الأرخص.

التحديات التقنية في مجال الزراعة

ويجب أن تحقق زراعة الألغاز نمواً متسقاً عالي الكثافة في جميع أنحاء العالم، بينما تكون البركات المفتوحة غير مكلفة، معرضة للتلوث بميكروبات أخرى، وتقلبات درجة الحرارة، وخسائر التهرب، وتوفر المصانع الفوتوبويو أفضل السيطرة والعوائد المرتفعة، ولكنها تحمل تكاليف رأسمالية يمكن أن تكون باهظة بالنسبة للمشاريع الكبيرة الحجم.

تحسين التربة من خلال الهندسة الوراثية

وهذه الهندسة الوراثية هي حجر الزاوية في بحوث الطحالب الحديثة، فالعلماء يعدلون مسارات الأيض لزيادة تراكم الشفاه، وتعزيز كفاءة التخدير الضوئي، ومقاومة الآفات والملوحة، فعلى سبيل المثال، فإن شركة البيولوجيا التركيبية - الكائنات الحية الاصطناعية (التي تستند إليها شركة Craig Venter) قد طورت سلالات [التحسينات الفوقية: صفر]

الاعتبارات البيئية

وفي حين أن الوقود الأحيائي الطحالب يوفر منافع بيئية واضحة، فإنه لا يمكن أن تترتب عليه آثار سلبية محتملة، وقد تتطلب الزراعة الواسعة النطاق استخداما كبيرا للمياه (حتى مع المياه المالحة أو المياه المستعملة، فإن الخسائر في التبخر في البراعم المفتوحة كبيرة)، وكذلك إذا استخدمت الأسمدة بطريقة غير مستدامة، فإن الركض يمكن أن يسبب تغذي في أجساد المياه القريبة، غير أن هذه المخاطر يمكن التخفيف منها باستخدام التدوير الدقيق للمياه المغلقة.

ويتوقف رصيد الكربون من الوقود الأحيائي الطحالب اعتماداً كبيراً على مصدر الطاقة المستخدم في التجهيز، وإذا كانت الطاقة المستخدمة في المضخات والطاردات المركزية والمفاعلات الأحيائية تأتي من الوقود الأحفوري، فإن خفض الكربون الصافي يتناقص، إذ إن دمج مرافق إنتاج الطحالب ذات الطاقة المتجددة (السول والريح) أو الجيل المشترك من الغازات الأحيائية يمكن أن يزيد إلى أقصى حد من فوائد غازات الدفيئة.

الابتكارات والتوجيهات البحثية

وتتعهد عدة تكنولوجيات ناشئة بالتعجيل بنشر محطات توليد الطاقة القائمة على الطحالب:

  • Direct biofuel synthesis:] Some algae species are being engineered to excrete ethanol or hydrocarbons directly into the growth medium, bypassing the energy — intensive harvest and extraction steps.
  • Integrated biorefinery systems:] Combining algae cultivation with solarpowered water pumping, anaerobic digestion of remaining biomass, and nutrient recycling can create self-sustaining microgrids.
  • Algae — bacteria consortia:] Co —cultivating algae with specific bacteria can enhance lipid production, flocculation, and resistance to pathogens, as demonstrated in recent studies at the University of Arizona.
  • Offshore macroalgae farms:] Growing seaweed in open ocean environments avoids land-use conflicts entirely. Sargassum and other Brown seaweeds can be harvested and processed into biofuels, with early pilot projects running in the Gulf of Mexico and the North Sea.

خاتمة

إن محطات الطاقة الأحيائية القائمة على الغاز ليست خيالا بعيد المنال، فهي تعمل بالفعل على نطاق تجريبي ومظاهري في مواقع من كاليفورنيا إلى إسرائيل، علما بأن العلم الأساسي سليم: إذ أن الاستيلاء على ثاني أكسيد الكربون، وإنتاج النفط المكثف للطاقة، ويمكن زراعةه بدون تحميل إمدادات الأغذية أو المياه العذبة، وأن الحواجز المتبقية هي العوامل الاقتصادية والهندسية، إذ أن البحث في تحسين الطاقة، وتحقيق الكفاءة، والتصميم الضريبي المتكامل، لا يزال