A New Wave of Energy: Green Microalgae as the next Biofuel Frontier

Forlam, the search for a truly sustainable, scalable, and cost-competitive alternative to fossil fuels has driven researchers, entrepreneurs, and policymakers toward a diverse set of candidates -corn ethanol, soybean biodiesel, cellulosic ethanol, and even advanced drop-in hydrocarbons derived from biomass. Each option carries its own promise and its own constraints, often revolving around land use, water

وعلى عكس المحاصيل البرية، يمكن زراعة الغازات الصغرى في بيئات غير قابلة للزراعة، أو في الشقق الساحلية، أو حتى في أسطحها - التي تستخدم البراكش أو البحر أو المياه المستعملة، حيث أن إنتاج ثاني أكسيد الكربون يزيد على حجم النباتات البرية، أو يتراكم الشفاه (النفط) التي يمكن تحويلها إلى ديزل أو وقود محمول ذي قيمة.

ما الذي يجعل "جرين ميكروجالجي" جذابة جداً للوقود الحيوي؟

وترتكز صلاحية ميكروغا كمصدر للوقود الأحيائي على عدة مزايا بيولوجية ولوجستية متشابكة تميزها عن المحاصيل التقليدية للطاقة الأحيائية.

إنتاجية الكتلة الأحيائية الاستثنائية

وفي ظل الظروف المثلى - الضوء الكافي، والمغذيات، ودرجات الحرارة، ومتوسط الطاقة الكهرمائية - المايكروالغا يمكن أن يضاعف الكتلة الحيوية فيها بما لا يتجاوز ٣,٥ إلى ١٢ ساعة، وهذا يتجاوز إلى حد بعيد معدلات نمو الذرة أو الصويا أو النخيل الزيتي، وقد تُتوقع أن تكون غلات الشحوم السنوية لكل هكتار من الطحالب أعلى من معدلات زيت النخيل، وهي التي تُعدُّرُكَزُف النباتية الرئيسية.

لا منافسة مع الإنتاج الغذائي

ومن أوجه القصور الحرجة في الجيل الأول من الوقود الأحيائي (الذرة، والسكران، والديزل الأحيائي البذور الزيتية) اعتمادها على الأراضي الزراعية، مما يدفع إلى تقلب أسعار الأغذية وتغيير استخدام الأراضي غير المباشر، ولا يتطلب نظام مايكروغيلا للتربة، ويمكن أن ينمو في بركة سباق مفتوح أو مصانع فوتوغرافية مغلقة توضع على الصحراء، أو على الأراضي المتدهورة، أو حتى على سطح الأرض.

Carbon Dioxide Capture and Wastewater Bioremediation

أما الغاز فهو من مواقد الكربون في الطبيعة، حيث يستهلك الغازات الكربونية من ثاني أكسيد الكربون إلى الكتلة الحيوية ويحولها إلى الكتلة الحيوية، ويُستخدم في مشاريع رائدة في زراعة الطحالب مع انبعاثات غازات المداخن الصناعية من محطات توليد الطاقة أو مصانع الأسمنت، ويحول مسار النفايات إلى مادة وسيطة، وبالإضافة إلى ذلك، يستوعب النيتروجين وخام الفوسفوري، والمعادن الثقيلة من المياه البلدية أو الزراعية.

High Lipid Content and Versatile Conversion Pathways

ويمكن للعديد من الكائنات الدقيقة الخضراء أن تتراكم شفاهات محايدة (ترياسيلغليسيرول) إلى أكثر من 60 في المائة من وزنها الجاف، ولا سيما تحت ضغط المغذيات (مثلاً، الحد من النيتروجين) ويمكن تحويل هذه المركبات إلى مضبوطات حامضية مميتة من المواد الكيميائية التقليدية تستخدمها مادة البيرفلورية.

التحديات الراهنة في مجال الانتشار التجاري

وعلى الرغم من هذه الوثائق المثيرة للإعجاب، لم يحقق أي مرفق تجاري واسع النطاق للوقود الأحيائي الطحالب ربحاً دون إعانات، وتواجه الصناعة عدة عقبات تقنية واقتصادية عنيدة يجب التصدي لها.

تكلفة الزراعة والإمداد بالمغذيات

وفي حين أن الطحالب تنمو بسرعة، فإن الإنتاجية العالية تتطلب مدخلات كبيرة، فبذور السباق المفتوحة رخيصة نسبياً لبناءها (000 50-000 100 دولار للهكتار) ولكنها تعاني من تبخر المياه، وتقلبات درجة الحرارة، والتلوث من الأنواع غير المرغوب فيها أو الرعي، كما أن مفاعلات التقلبات ذات البقع الخافضة (الثانية، أو المسطحة، أو نظم الأكياس) توفر رقابة أفضل وثافة أعلى.

عقوبات الحسرة والماء

وكانت ثقافات النقطتين الجامدة منخفضة جدا: فالتركزات النهائية النموذجية هي 0.1 إلى 1 غ/لتر في البراغي المفتوحة و2-5 غ/لتر في مصانع الفوتوغرافيا، ولا يمكن أن تشمل المذيبات (تفريق الطحالب من المياه) وقطع الماء (تبين محتوى النسيج من 99 في المائة إلى 20 إلى 30 في المائة من مجموع تقنيات الاسترداد.

Lipid Yield Stability and Contamination

وكثيرا ما تتحقق غلات عالية من الدهون بتشديد الخلايا التي تبطئ النمو في نفس الوقت، فالتوازن بين إنتاجية الكتلة الحيوية ومحتويات الشحوم هو مبادلات كلاسيكية، علاوة على أن الثقافات الخارجية عرضة للغزوات من جراء تنافس الطحالب والبكتيريا أو البروتوزينية التي يمكن أن تحطم الثقافة بين عشية وضحاها، فإن الحفاظ على زراعة أحادية لعدة أشهر في القطب المفتوح أمر صعب للغاية، ولكن يمكن أن يساعد على إدخال تعديلات على القيود التنظيمية على أساس القبول العام.

برنامج المياه والطاقة

فالآلام تحتاج إلى الماء، وإذا استخدمت المياه العذبة، فإن البصمة المائية يمكن أن تكون كبيرة، ويمكن أن تكون خسائر الإجلاء في البراعم المفتوحة 2-5 لتر لكل لتر من الوقود الأحيائي المنتج، وفي حين أن مصادر المياه المالحة أو المياه المستعملة تخفف الضغط على المياه العذبة، فإنها تجلب قضاياها الخاصة بإدارة المواد الكيميائية، ويجب أن تظل الطاقة اللازمة للضخ والخلط والتجميع منخفضة بما يكفي لضمان نسبة صافية من الطاقة الإيجابية(30).

الابتكارات التي تقود الجيل القادم من الوقود الأحيائي في منطقة ألغال

The research community has not stood still. A wave of technological and biological advances is systematically straping away at the cost and performance barriers.1]

الهندسة الوراثية لسلاسل التلال

Stic biology tools such as CRISPR-Cas9 allow scientists to edit microalgal genomes with unprecedented precision. Targets include:

  • [FLT:]

    تصميمات المفاعلات الفوتوبية المنخفضة

    وينتقل المهندسون إلى ما وراء الأنابيب الزجاجية والمواد الباهظة التكلفة، وتستخدم التصميمات الجديدة أكياس بلاستيكية ذات خوذات رقيقة، أو أغطية محفورة على أجسام المياه، بينما يخفض نظام للتصميم المتكامل في الممرات المائية (ARID) ، الذي يُنشأ في جامعة ولاية أريزونا، عموداً ممتداً إلى نصف قطرة، مع تكاليف عمودية واعدة.

    طرق الصيد والتجنيد المتقدمة

    Novel dewatering technologies aim to slash energy use. Electrocoagulation] uses low electric current to flocculate algae; ]ulsonic standing-wave acoustophoresis gently concentrates without chemicals.

    استراتيجية متكاملة للتكرير الأحيائي والنواتج المشتركة

    [النموذج " Singfere " نادراً ما يعمل اقتصادياً؛ والمستقبل يكمن في عملية تكرير أحي حيث تعوض تدفقات متعددة من الوقود تكاليف الوقود، إضافة إلى الوقود الأحيائي، ينتج الطحالب:

    • حمضان بدين من طراز DOLT-3 (DHA/EPA) بالنسبة للنطاقات التغذوية وصيغ الرضع([FLT:]

      التوقعات الاقتصادية وطرقات التكبيل

      وتقدر تكلفة الوقود الأحيائي للغال اليوم بمبلغ يتراوح بين 5 و 10 دولارات لكل فريق من الخبراء الحكوميين على نطاق تجريبي وإرشادي، تبعاً للموقع والتكنولوجيا وأسعار سوق المنتجات المشتركة، ومن أجل الوصول إلى القدرة على البقاء تجارياً (دون 3 دولارات أو مجموعة الخبراء الحكوميين)، يجب أن تحقق الصناعة تحسينات في الإنتاجية، والتحصين، وإعادة تدوير المغذيات، وفقاً لـ الوكالة الدولية للطاقة

      Multi companies are leading the charge. Viridos (formerly Synthetic Genomics) has developed high-productivity Nannochloropsis strains and reported achieving 10300 liters of oil per hectare in outdoor ponds-a significant

      مقارنة مع المواد الخام المتطورة الأخرى من الوقود الأحيائي

      ومن أجل وضع إطار للوعد الذي قطعته الطحالب، ينظر في منافسيها، فالآثار الخيولية (من مغسلة الذرة، أو البراغيث، أو رقائق الخشب) تواجه تكاليف باهظة التكلفة من حيث المعالجة قبلية والانزيمات، ولا يجوز بالضرورة أن تتغلب على كمية الوقود غير الغذائية من البذور البذور - الخرسانية على المياه والأراضي في المناطق شبه القاحلة، حيث توفر هذه الفئة من الوقود ميزة مختلفة تبلغ 75 في استخدام الأراضي.

      الاعتبارات البيئية والاستدامة

      وتبين دراسات تقييم دورة الحياة أنه إذا ما أمكن تحقيق الحد الأمثل من الوقود الأحيائي الطحالب يمكن أن يقلل انبعاثات غازات الدفيئة بنسبة 50-70 في المائة مقارنة بالديزل النفطي، فإن العوامل الرئيسية هي أرصدة الضبط والزراعة المنخفضة الإنتاج باستخدام المياه المستعملة، غير أن التقييمات المحلية تحذر من الحفر المحتملة: فغالبا ما يتسبب استخدام الأسمدة المفرط في التسبب في تلف النسيج، ويمكن أن يؤدي استخدام المياه في المناطق القاحلة إلى إحداث مشاكل في حدوث تغير في المياه.

      الطريق: 2030 وما بعده

      (ب) يمكن تحديد مستقبل الميكروغا الأخضر كمصدر للوقود الأحيائي المتجدد عن طريق تقارب المنجزات التكنولوجية، ودعم السياسات، والطلب على الوقود المنخفض الكربون في السوق.() وقد تُحدد شركة الطاقة [(FLT:0) التابعة للولايات المتحدة (المؤسسة الأوروبية)) التزامات الطاقة المتجددة، التي يمكن أن تُمنح في إطارها الطاقة، 3 بلايين غالون من إنتاج المواد الوسيطة المحلية بحلول عام 2030، مع توجيه آخر

      ومع ذلك، فإن الانتقال لن يحدث بحد ذاته، إذ يلزم مواصلة الاستثمار في نظام البحث والتطوير للانتقال من نطاق تجريبي إلى نطاق تجاري، فالشراكات بين الأوساط الأكاديمية والمختبرات الوطنية والصناعة تحقق بالفعل نتائج - على سبيل المثال، الإعلان الأخير عن ExxonMobil و فيريدوس أن تكون هذه التجارب على إنتاجية مربوعة.

      خاتمة

      وتمثل الغازات الدقيقة الخضراء واحدة من أكثر الحدود واعدة في الطاقة المتجددة، حيث أن كفاءتها غير المتحققة في مجال الصور الاصطناعية، وقدرتها على النمو على مسارات هامشية من الأرض والنفايات، وفوائد النفط العالية، والقابلية للتأثر بالتنوع في إنتاج المنتجات المشتركة، توفر مسارا واقعيا لإلغاء الكربون في القطاعات التي يصعب الوصول إليها مثل النقل الجوي والبحري، ولا تزال التحديات هائلة: ارتفاع تكاليف رأس المال، وجني محاصيل الطاقة الكثيفة، والتوازن الإبداعي.

      References:]
      1