وقد برزت نظم إنتاج الوقود الأحيائي القائمة على الغازات كبديل مقنع للوقود الأحفوري، حيث توفر مصدرا للطاقة المتجددة له أثر كربوني أقل بكثير، فالألغا، وهي مجموعة متنوعة من الكائنات الحية المائية المجهرية، قادرة على إنتاج كميات كبيرة من الشفاه التي يمكن تحويلها إلى ديزل بيولوجي، فضلا عن الطلب على الكربوهيدرات والبروتينات المناسبة لإنتاج الوقود الأحيائي والغاز الأحيائي المكثف.

وعلى عكس الجيل الأول من الوقود الأحيائي المستخرج من المحاصيل الغذائية مثل الذرة أو السكر أو فول الصويا، فإن الطحالب لا تتنافس مباشرة مع الأرض الزراعية لإنتاج الأغذية، ويمكن زراعة هذه المواد في طائفة واسعة من البيئات، بما في ذلك المياه العذبة، والمياه المالحة، والمياه الكثيفة، وحتى المياه المستعملة، وهذه المرونة، إلى جانب ارتفاع معدلات النمو جداً، ومنتجات النفط، تشكل الجيل التالي من وسائل النقل.

ما هو الوقود الحيوي الذي يحتويه (ألغاي) ؟

والوقود الأحيائي القائم على الغازات هو الوقود الذي ينتج من الكتلة الأحيائية للطحالب، وهو كائنات اصطناعية تراوحت بين الزئبق المستخرج من واحد إلى أكبر من الزئبق (الطيور المحولة) وتولد القيمة الأولية للغاز لإنتاج الوقود الأحيائي في تركيبتها الخلوية: إذ يمكن للعديد من الأنواع المجهرية أن تتراكم في بعض الأحيان تركيزات عالية من الشفاه (الآفات)

وتختلف أنواع الوقود الأحيائي من الغازات الغازية عن أنواع الوقود الأحيائي التقليدية بطرق أساسية عديدة، أولاً، ينمو الطحالب بسرعة أكبر بكثير من المحاصيل الأرضية، مع تقل فترات الإنتاج عن بضع ساعات في ظروف مثلى، وثانياً، لا تتطلب زراعة الطحالب أرضاً قابلة للزراعة؛ ويمكن أن يحدث ذلك في البراغي المفتوحة، أو في مصانع مجهزة بالوقود المغلقة، أو حتى في الأراضي الصحراوية غير القابلة للقياس.

ومن المهم التمييز بين الميكروالغايات والكروموجات لأغراض الوقود، فالميكروالغاي غير مجدية، وهي محور تركيز الغالبية العظمى من البحوث والتطوير التجاري بسبب محتوى الشفاه المرتفع والنمو السريع، كما أن ماكروالغاي، أو الأعشاب البحرية، هي متعددة الخلايا، وهي عادة ما تكون ذات محتوى أقل شفاها، ولكنها يمكن أن تزرع في البيئات البحرية، وتعالج حاليا أنواعا من الوقود الأحيائي المتطور.

مزايا استخدام ألغاي لإنتاج الوقود الأحيائي

إن مزايا الطحالب على المواد الوسيطة التقليدية للوقود الأحيائي عديدة وكبيرة، كما أن الفئات الرئيسية من الفوائد التي تجعل الطحالب مورداً تحويلياً لقطاع الطاقة المتجددة.

مرتفع يلد والإنتاجية

فالنقل الطحالب هو من أكثر الكائنات الصناعية إنتاجا على الكوكب، وفي ظل ظروف مثالية، يمكن لبعض السلالات المصغرة أن تنتج ما بين 15 و 30 مرة من النفط في الهكتار الواحد من المحاصيل البذورية التقليدية مثل بذور الاغتصاب أو النخيل أو زهور الشمس، وتشير بعض التقديرات إلى أن الفلفل يمكن أن يولد ما بين 000 40 و 000 100 لتر من الديزل الأحيائي في السنة، مقارنة بما يبلغ 000 5 لتر.

الاستدامة والكفاءة في استخدام الموارد

وتتطلب زراعة الألغاء الحد الأدنى من مدخلات المياه العذبة مقارنة بالمحاصيل البرية، إذ إن العديد من الإجهادات الإنتاجية تزدهر في مياه البحر، أو المياه الراكبة، أو حتى المياه الصناعية ذات الميل العالي، مما يعني أن موارد المياه العذبة تحافظ، وعلاوة على ذلك، يمكن زراعة الطحالب في نظم مغلقة تعيد تدوير المياه والمغذيات، مما يقلل من التأثير البيئي العام، بالإضافة إلى أن الغازات المشبع بالكربون تستهلك كمغذية أولية أثناء التصوير.

المنافع البيئية فيما بعد إنتاج الوقود

ويمكن إدماج زراعة الألوغا في عمليات معالجة مياه الصرف من أجل إزالة الملوثات مثل النيتروجين والفوسفور والفلزات الثقيلة، حيث أن الطحالب ما زالت تنمو في مياه الفضلات الغنية بالمغذيات، وتستوعب هذه الملوثات، وتنظف المياه، وتنتج الكتلة الحيوية التي يمكن جمعها من أجل الوقود، ويعالج هذا النهج تحديين بيئيين في آن واحد هما: خفض الطاقة والمدخل الكيميائي اللازم لمعالجة المياه المستعملة وإنتاج مواد غذائية ذات قيمة.

أمن الطاقة واستقلالها

ومن خلال تنويع مجموعة المواد الوسيطة التي يمكن استخدامها لإنتاج وقود النقل السائل، يسهم الوقود الأحيائي الطحالب في أمن الطاقة، ويقلل الاعتماد على الواردات النفطية ويعيق من تقلب الأسعار في أسواق النفط العالمية، وعلاوة على ذلك، يمكن إنتاج الطحالب محليا في أي بلد تقريبا، مع إتاحة إمكانية الحصول على ضوء الشمس والمياه، وتوفير الفرص الاقتصادية المحلية، والحد من المخاطر الجيوسياسية المرتبطة بالارتهان على الوقود الأحفوري.

التحديات والحدود

ورغم هذه المزايا الجبارة، ثبت أن نقل الوقود الأحيائي الطحالب من المختبر إلى الإنتاج التجاري يشكل تحديا، وفيما يلي العقبات الرئيسية التي يجب التغلب عليها لكي يصبح الوقود القائم على الطحالب منافسا من حيث التكلفة مع النفط.

تكاليف الإنتاج المرتفعة

وتشير التقديرات الحالية إلى أن تكاليف إنتاج الديزل الأحيائي لا تزال أعلى بكثير من الديزل التقليدي، وغالباً ما يكون ذلك بمعاملين أو ثلاثة، ويهيمن على توزيع التكاليف عاملان: النفقات الرأسمالية للهياكل الأساسية للزراعة )وبخاصة المفاعلات الضوئية المغلقة( والإسهامات اللازمة في الطاقة لجمع الطحالب المخففة وقطعها، إذ لا تتضمن ثقافات الطحالب إلا ٠,٠,٠,٠٪ من التراكمات الصلبة بالوزن.

الكفاءة في الصيد والتسليم

ولا يزال استخدام الطحالب من أكثر الحواجز التقنية صعوبة، إذ أن الحجم الصغير لخلايا الغازات الدقيقة (التي تتراوح بين 2 و 20 دقيقة) يجعلها صعبة الانفصال عن وسيط النمو، وأن أساليب كفاءة الطاقة مثل طفرة الهواء المذوب، والتخصيب الكهربائي، وميكانيكية الحرق الأحيائي، كثيرا ما تكون قيد التطوير، ولكنها لم تحقق بعد مدى التعقيد والموثوقية اللازمين لعمليات التكسير الكبيرة.

Scaling Up Cultivation Systems

ويمكن أن تُنفَّذ زراعة الألغا في بركات السباق المفتوحة أو المفاعلات الضوئية المغلقة، وتُعتبر البذور المفتوحة أرخص لبناء وتشغيلها ولكنها معرضة للتلوث من جانب الكائنات الحية السريعة النمو والمفترسات والتقلبات البيئية (الدرجة الزمنية، والضوء، والهيدروجيني)، ولا يُعتبر الحفاظ على أحاديث ثابتة على فترات طويلة أمراً صعباً، بل إن التراكمات المغلقة للزراعة الواحدة تتيح رقابة أفضل على الظروف وزيادة الإنتاجية لكل وحدة من الحجم.

إمدادات المياه والمغذيات

وعلى الرغم من أن الطحالب يمكن أن تنمو في المياه المالحة أو المياه المستعملة، فإن الإنتاج الواسع النطاق لا يزال يتطلب كميات كبيرة من المياه، وفي المناطق القاحلة أو شبه القاحلة، قد يكون توافر المياه عاملاً محدوداً، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب الطحالب مغذيات من قبيل النيتروجين وسلسلة الفوسفور للنمو، وفي سيناريو واسع النطاق، يمكن أن يصبح التعاقد مع هذه المغذيات على نحو مستدام تحدياً.

البحث والتطوير

وتركز مجموعة كبيرة من البحوث على التغلب على الحواجز الاقتصادية والتقنية المذكورة أعلاه، وتشمل الاتجاهات الرئيسية في مجال البحث والتطوير الهندسة الوراثية، والتصميم المتطور للمفاعلات البيولوجية، وتكامل العمليات.

الهندسة الوراثية لمحطة ألغا للترانز

مضيق [الإنترنت] الحديث، بما في ذلك CRISPR-Cas9,، يمكّن العلماء من تعديل مضائق الطحالب لتعزيز السمات المستصوبة، وتشمل التحسينات المستهدفة محتوىً أكثر شدة (يزيد إنتاج النفط لكل وحدة من الكتلة الأحيائية)، ومعدلات نمو أسرع، ودرجة أكبر من درجة الحرارة القصوى، وارتفاع كثافة الضوء، ومقاومة الآفات والمفترسات، وزيادة القدرة على تخزين النفط مباشرة في وسط النمو (مثلاً، خفض تكاليف الحصاد).

تصميمات المفاعلات الأحيائية المبتكرة

EFTing systems are designing next-generation cultivation to optimize light delivery, CO2 mass transfer, and mixing while minimizing energy consumption. Flat-panel PBRs, helical tubular reactors, and little-layer cascades are among the formation being tested. Some designs incorporate internal light guides or fiber optics to distribute light more uniformly, reducing the depth and energy required for mixing Other

استراتيجيات متكاملة للتنقية الأحيائية والإنتاج المشترك

To improve economics, researchers are developing integrated biorefinery concepts in which biofuel production is combined with the recovery of high-value co-products. These include omega-3 fatty acids (e.g., DHA and EPA used in nutritional supplements), carotenoids like astaxanthin and beta-carotene, animal feed ingredients, biopolymers, agricultural fertil

كابينة الكربون واستخدامه

(ب) إن زراعة الغازات الغازية توفر مساراً طبيعياً لاستخلاص ثاني أكسيد الكربون من مصادر ثابتة مثل محطات توليد الطاقة ومصانع الأسمنت، وهناك عدة برامج بحثية تختبر الحقن المباشر لغازات الفلور في بركاز الطحالب أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وتستفيد من القدرة الاصطناعية للغاز الطحالي لتحويل ثاني أكسيد الكربون إلى كتلة بيولوجية، ولا يؤدي هذا التلقين الكربوني واستخدامه إلى خفض انبعاثات غازات الدفيئة فحسب، بل ينتج أيضاً

التسويق والتوقعات المستقبلية

وفي حين لم يتحقق بعد إنتاج الوقود الأحيائي بالطحالب التجارية على نطاق واسع، فإن عدة شركات وتعاون في مجال البحوث تتحرك بنشاط نحو الانتشار، وتبرز الفروع التالية الأنشطة التجارية الحالية والتوقعات التي ستشهدها العقد القادم.

الشركات والمشاريع التجارية

MoreFT include Sapphire Energy, which operated a large-scale open pond demonstration facility in New Mexico before pivoting to higher-value products; ] Solazyme (now TerraVia)

دعم السياسات والسائقون الاقتصاديون

InREDL policies have a significant role in shaping the commercial survival of algae biofuels. In United States, the Renewable Fuel Standard (RFS) mandates the blending of advanced biofuels into the transportation fuel supply, creating a market for cellulosic and algae-based fuels.

التحسينات التكنولوجية ومسارات التكلفة

كما أن التقدم المستمر في هندسة الإجهاد، والتحصين، وتكامل العمليات، يقلل تدريجيا من تكاليف الإنتاج، ووفقا ل الوكالة الدولية للطاقة ، فإن التكلفة العالية للديزل الأحيائي المتوسطة التي يمكن أن تصل إلى التكافؤ مع الديزل النفطي في غضون السنوات العشر إلى 15 سنة المقبلة إذا استمرت الاتجاهات الحالية لتخفيض التكاليف.

خاتمة

وتمثل نظم إنتاج الوقود الأحيائي القائمة على الغازات ألف أداة قوية في الانتقال إلى اقتصاد مستدام للطاقة، حيث إن إنتاجيتها الملحوظة وكفاءتها في الموارد والمنافع المشتركة البيئية - بما في ذلك احتجاز الكربون، ومعالجة المياه المستعملة، وتوليد المنتجات المشتركة ذات القيمة العالية - تجعلها بديلا جذابا لكل من الوقود الأحفوري والجيل الأول من الوقود الأحيائي، غير أن التحديات الكبيرة لا تزال قائمة، ولا سيما فيما يتعلق بنُهج خفض التكاليف، والتعبئة المكثفة، والزراعة المبتكرة على نطاق تجاري.

ومع أن الانتشار التجاري كان أبطأ من المتوقعين المبكرين، فإن وتيرة الابتكار آخذة في التسارع، فوجود أدوات متقدمة مثل نظام " سيريس " ، إلى جانب تزايد الحاجة الملحة إلى إزالة الكربون من قطاعات مثل الطيران والشحن البحري، يؤدي إلى تجدد الاستثمار والتعاون، سواء من خلال البركة المفتوحة في الصحراء، أو مفاعلات الصور في البيئات الحضرية، أو نظم المياه المستعملة المتكاملة، فإن الوقود الأحيائي القائم على الغازات الغازية، يتجه إلى الاز.