הפוטנציאל של מערכות מבוססות אלגה ללכידת פחמן ביולוגית

הפוטנציאל של מערכות מבוססות אלגה ללכידת פחמן ביולוגית

שינויי אקלים, המונעים בעיקר על ידי ריכוזים גוברים של פחמן דו חמצני (CO2) וגזי חממה אחרים, דורשים אסטרטגיות מהירות, מדרגיות וגמישות בת קיימא. בעוד טכנולוגיות לכידת פחמן תעשייתיות - כגון amine מתפתל ולכידת אוויר ישירה - התקדמו באופן משמעותי, הם נשארים אנרגיה-רגישים ויקרים לכידת פחמן ביולוגי מציעה מסלול משלים המנצל את הטבע ו- #8217; תהליכים בעלי ערך בין המערכות הביולוגיות המבטיחות ביותר הם אלה לשימוש בפלטפורמות כימי פשוט לספוגים למולקולות.

אלגה, כולל מיקרו-גיאה ומאקרו-ג'ה (הימים), הם בין האורגניזמים פוטוסינתזה הצומחים ביותר על פני כדור הארץ.הם יכולים לשגשג בטווח רחב של סביבות, ממים טריים ועד זרמי פסולת, ואינם מתחרים עם מזון לגידולים עבור חומרי גלם צמחיים.כאשר מעובדים במערכות מונדסות, אצות יכולות ללכוד CO2 ממקורות מסוימים – כגון כוח, צמחים, אפילו מטבוליים, או מטבוליים, או מגזעים, יכולים להיות מעובדים באופן ישיר, או מגזעים.

כיצד אלגה ללכוד פחמן: הביולוגיה שמאחורי התהליך

צילום: Carbon Sink

אלגה, כמו כל האורגניזמים הפוטוסינתזה, להשתמש בכלורופיל ו פיגמנטים אחרים כדי לקצור אור השמש. במהלך פוטוסינתזה, הם לוקחים CO2 ומים, לייצר תרכובות חמצן ואורגניות (סוכרים) המהווים את הבסיס של צמיחה התאית.

(ב) ⁇ 06 CO2+ 6 H2O + אנרגיה קלה (C6H12O6) + 6 O2earFLT:1

מה שהופך את האליטות למיוחדות הוא ה-FLT:0 היעילות של אספקת פחמן 1FIRLT:1 בעוד צמחים ארציים בדרך כלל להמיר רק 1–2% של אנרגיה סולארית לתוך הביומסה, זנים מסוימים מיקרו-גיאוגה יכולים להשיג יעילות פוטוסינתזה פוטוסינתזה של 5 עד 10% בתנאים המתאימים.

חלוקת פחמן ו- Biomass

(הפחמן נספג על ידי אצות מאוחסן בשלוש בריכות מקמולקולריות עיקריות: ליומנים (נפט), פחמימות וחלבונים, בהתאם למין ולתנאי הטיפוח, מיקרולגה יכול לצבור עד 60% מהמשקל היבש שלהם כמו שומנים - זין מרכזי עבור דלק ביודיוזל ותעופה בר קיימא.

בנוסף, אצות מזכירות מגוון של תרכובות אורגניות לתוך המדיום שמסביב, כולל exopolysaccharides ו-Fremo פחמן אורגני. בעוד חלק של פחמן זה עשוי להיות משוחרר בחזרה לאטמוספירה אם לא מנוהל, הוא גם משמש כמצע עבור microorganism אחרים, יצירת פוטנציאל עבור קונסורציה מיקרוביאלית משולבת אשר משפרת את שימור הפחמן הכולל.

יתרונות של מערכות לכידת פחמן מבוססות Algae

יעילות גבוהה וצמיחה מהירה

(ב) אחד היתרונות הבולטים ביותר של אצות הוא שלהם FLT:0growth rate90:1 LT (תחת תנאים אופטימליים) - אור בשפע, חומרים מזינים, CO2 - מיקרוגה יכול להכפיל ביומסה כל 4-12 שעות.זה אומר כי תרבות חזקה יכולה לייצר כמה טונות של ביומטרים ליום, הרבה מעל התשואות יבשות של גידולים אפילו מהיר כמו: מחסנים ל- 4-Fercropic) עבור תאים חשמליים (LUVercocre) עבור מחזור שנתי של עד 3 עד 4-Fercropic)

מחזור מהיר זה אומר כי מערכות מבוססות אצות יכולות למקם CO2 על מחזור זמן של ימים, לא שנים. עבור קוד נקודה CO2 (למשל, גז פלואו מצמח כוח גז טבעי), פחמן ניתן לבועות ישירות לתוך התרבות, השגת שיעורי לכידת של 50–80% בהתאם לפרמטרי התכנון וההפעלה.

סקלאלה ופרימנטציה גמישה

(ה) מערכות טיפוח מגיעות בספקטרום רחב של קשקשים ותצורה, מפוטומיים קטנים (PBRs) המשמשים במעבדות מחקר למגוון רחב של בריכות פתוחות (FLT:0) בריכות מרוץ פתוחות, אשר ניתן גם לחקור את ה- pH הפתוח (PBR) וניתן לבנות, כולל ערוצי רדוד, מזחלות-מתאים היטב למינים חזקים יותר כמו: LTFlorta5;

מכיוון שאיצה יכולה לגדול במים ים, מים חמים מבולבלים, או אפילו שפכים, הם לא מזנים משאבי מים מתוקים - יתרון קריטי באזורים בעלי מתח במים.יתר על כן, חקלאות אצות יכולה להשתלב עם תשתיות תעשייתיות קיימות: CO2 מצמח מבשל או מלט ניתן לחדור ישירות אל בריכות טיפוח צמודות, צמצום פליטות ועלויות תחבורה.

מספר מוצרים מתוחכמים של Co-products

בניגוד לטכנולוגיות לכידת פחמן ביוביוטיות רבות שפשוט מאחסנות CO2 תת-קרקעיות, מערכות מבוססות אצות מייצרות זרם ביומסה שניתן להמיר אותו למוצרים הניתנים לשוק.

• (FLT:0) דלקים:FLT:1 ביודיוזל מאלגליאל, ביותנומול מפחמימות, ו ביוגז מלא ביומסה באמצעות העיכול אירובי.
• (ב) ⁇ :0) אכילת תרבות אקווה: ⁇ 1 (אלגה) עשיר בחלבונים, חומצות שומן חיוניות (למשל, DHA, EPA), ויטמינים וגמנטים.
• (FLT:0)Fertilizers ו-Soil תיקונים:BuildFLT:1) אלגלי הביומסה מכיל חנקן, זרחן, אשלגן, ומיקרו-תזונה.כאשר הוא מיושם על אדמה, הוא יכול לשפר את שימור המים, מגוון מיקרוביאלי, ותשואות היבול.
• (FLT:0) ביופלסטיקים וביופולימרים: EmveFLT 1 פוליhydroxyalkanoates (PHAs) ופלסטיקים אחרים ניתן לסנתז מפחמימות אלגל או לימפואידים.
• (FLT:0)Nutraceuticals ו- קוסמטיקה:03FLT:1) חזירים כמו astaxanthin, β-carotene, ו-phycocyanin יש ערך שוק גבוה כמו נוגדי חמצון וצבעונים.
• (ב) ניתן לשלב בחומרי תפוצה:0 (Construction Materials: 1FLT:1 Algal biomass) במלט, לבנים או לוחות בידוד, נעילת פחמן למבנים עמידים.

על ידי יצירת הכנסות מאחד או יותר של מוצרים משותפים אלה, מערכות לכידת פחמן אצות יכולות לזרז חלק משמעותי מהעלויות התפעוליות שלהם, מה שהופך אותם ליותר קיימא מבחינה כלכלית מאשר לכידת אחסון.

איכות הסביבה Co-Benefits

מעבר ללכידת פחמן, הטיפוח אצות מציע כמה FLT:0 סימפוניות סינרגיות של הנדסת חשמל 1 (כאשר גדל במי שפכים, אצות לקחת חנקן ו זרחן אשר יתר על כן לתרום לזיהום, ביעילות טיפול יעיל של יעילות תוך הפקת ביומסה גבוהה מספיק יכול גם להסיר מתכות כבדות ומזהמים אחרים באמצעות ביו-תזונה יתר על כן, שיפור של 50 גרם חמצן גבוה, 000 של חומר חמצן, תוך כדי שיפור כמות גדולה של חמצן.

אתגרים מרכזיים והגבלות נוכחיות

עלויות תפעול ובירת

למרות הבטחתו, לכידת פחמן מבוססת אצות נותרת גבוהה:0 (יותר יקר FLT:1) מאשר שיטות הסרת פחמן חלופיות בתרחישים רבים.עלויות ההון של photobioreactors יכול להיות גבוה - על סדר של 100-500 $ למ"ר עבור PBRs מתקדם, אפילו בריכות פתוחות, אשר עלות 10–50 $ למטר רבוע, דורש שטח קרקע משמעותי ועבודה כוללת חומרים מזינים (nitrous) במיוחד מיקרוגרם ריכוז (D2 ליטר), במיוחד).

עבור מערכות מבוססות אצות להתחרות בטכנולוגיות לכידת פחמן אחרות (למשל, לכידת אוויר ישירה ב -250-600 דולר לטון CO2), יש צורך בפריצות דרך בעלות.

מים ומזון

בעוד אצות יכול להיות גדל במים שאינם ניתנים להשגה, טיפוח בקנה מידה גדול עדיין דורש כמויות מים משמעותיות - במיוחד בבריכות פתוחות, שבו evaporation יכול להיות משמעותי (עד 10-20 מ"מ ביום באקלים צחיח) שימוש במי הים או מים חמים בחזה מסייע, אבל הרבה זנים גבוהים של אצות דורשות מים טריים או ספציפיים.

גנטיקה וביולוגיה Constraints

זנים טבעיים לעתים קרובות יש מגבלות: הם עשויים להיות רגישים לטורפים (למשל, rotifers, פטריות, או אצות מתחרות), לייצר רמות נמוכות של תרכובות מטרה, או שיש להם שימוש אור יעיל בתנודות תאים גבוהות. הנדסה גנטית מציעה מסלולים כדי לטפל בבעיות אלה - לדוגמה, על ידי ביטוי יתר של פחמן דו-חמצני כדי לשפר את CO2take, צמצום photoin, או להניב מחדש, יש צורך בעיות מתקדמות יותר, אבל רטיבות, אבל רטיבות, אבל רטיבות באופן גנטיות, יש צורך, אבל רטיבות, יש ירידה רטיבות, במיוחד.

שימוש בקרקע ופעולות Scale-Up

למרות שהאספה לא להתחרות ישירות עם גידולי מזון, הם עדיין דורשים אדמה - לעתים קרובות שטוח, שטח שמש.כדי ללכוד חלק משמעותי של פליטות CO2 גלובליות (למשל, 1 Gt CO2 בשנה), אזור הטיפוח הנדרש יהיה עצום.גם עם הנחות יעילות אופטימיות (למשל, 50 טון ביומסה /ha / yr עם 50% תוכן פחמן), לכידת 1 Gt2 נדרש בערך 60 מיליון דונם, אך לא ניתן יהיה צורך באספקת מים או ירידה בטוחה, אבל לא ניתן יהיה על פני השטח של מים זה, אבל לא יכול להיות בטוח, אבל הוא בטוח, אבל לא יכול להיות בטוח, אבל הוא חצי ליטר מים, אבל הוא לא יכול להיות בטוח, אבל הוא לא יכול להיות בטוח, אבל הוא חצי ליטר מים.

כיוונים עתידיים: טכנולוגיות וחדשנות על Horizon

phobioreactors and Process Intensification

תכנון ביולוגי מתפתח שמטרתו ל-FLT:0 [increase Production] תוך צמצום צריכת האנרגיה של צריכת האנרגיה של צריכת האנרגיה FIRLT:1 [דוגמאות כוללות כורים דקים-סרטים, photobioreactors צף להציב על פני פני האוקיינוס, ומערכות היברידיות המשלבות דלות אור-הפחתת עלויות אלה (LEDs) עם אור השמש כדי להרחיב את photobiores לתוך הלילה.

הנדסה גנטית וביולוגיה סינתטית

ערכת הכלים הגדלה של ביולוגיה סינתטית מאפשרת שינוי מדויק של גנום אלגל.חוקרים עובדים על זנים כי:

• סלפי שפתיים או סוכר ישירות לתוך מדיום הצמיחה, ביטול קצירת תאים אנרגיה אינטנסיבית.
• אקספרס anhydrase פחמן על פני השטח התא שלהם כדי לשפר את לכידת CO2 ממקורות dilute.
• לייצר חלבונים בעלי ערך גבוה (למשל, חיסונים, אנזימים) שמשבססים את עלויות לכידת הפחמן.
• להפגין סובלנות מוגברת לאור גבוה, טמפרטורה, וסליניות, המאפשרת טיפוח בסביבות קיצוניות יותר.

עריכת גנים מבוססת CRISPR הגדילה את ההתקדמות ביצורים מודל כמו FLT:0 [Chlamydomonas rehardtiiFLT:1 וזנים תעשייתיים כמו FLT:2Nannochloropsis gaditanaFLT 3: עם זאת, אישור רגולטורי לשימוש בחוץ של אצות מהונדס גנטית יהיה הכרחי עבור פריסה בקנה מידה גדול.

שילוב עם מקורות נקודת תעשייה

אחת האפליקציות היעילות ביותר לטווח קצר היא הפיכה של הטיפוח עם פליטות CO2 מרוכזות מתחנות כוח, מפעלים מלט, ומפעלי פלדה. פרויקטים של טייס, כגון אלה על ידי FLT:0Algae SystemsFLT 1 ו-FLT:2 Global Algae Innovations FLT 3: הוכיחו כי גז שפעת יכול להיות מכווץ ישירות לתוך כדוריות פחמן נמוך או ירידה של חומרים רעילים בריכוזים (או חנקן) עם ירידה של 5.

טיהור אלגה

(הופנה מהדף ה-Creative) חקלאות באוקיינוס הפתוח מציעה גישה שונה ללכידת פחמן ביולוגי. Seaweeds כמו FLT:0SargassumFLT:1 ו-FLT:2 MacrocystisFLT 3 גדל בשיעורים דומים למיקרו-ג'ה, והוא יכול להיות מסיק ומואר לאוקיינוס עמוק (חלוקת) או לאספקת דלקים, לא ניתן להמיר את השימוש בדלקים.

פסולת מים ומחזור מזון

(העקרונות של הכלכלה האזורית מוחלים על מערכות אצות על ידי שילובם עם זרמי מים עירוניים, חקלאיים ותעשייתיים.אלגה יכול להסיר חנקן ו זרחן בעת תיקון CO2.הביומסה הקציר ניתן לשמש כ- biofertilizer או עבור ייצור ביו-גז. גישה זו מפחיתה פחמן נטו של טיפול במים ומייצרת הכנסות מהתתתתממים הביולוגיים המוקדמים, אם כי הם עדיין LTF2, אם כיואלה, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, לעומת זאת, רמת יכולת רגולטורים של LT2, לעומת זאת, לפי רמת ה-Halstrligalrligtom: 1.

מסקנה

מערכות מבוססות Algae מייצגות כלי רב עוצמה ורב צדדי בתיק הגלובלי של אסטרטגיות להסרת פחמן דו חמצני.היכולת שלהם להשיג יעילות פוטוסינתזה גבוהה פוטוסינתזה, לייצר מוצרים משותפים יקר ערך, ולהתאים למגוון של סביבות נותן להם יתרונות נפרדים על הן טכנולוגיות ללכוד אנטיביוטיקה והן על גישות ביומסה ארציות. בעוד אתגרים משמעותיים נשארים סביב, בקנה מידה, ויציבות ביולוגית - התקדמות אינטנסיבית בביולוגיה, הם שיפור מתמיד של תהליך הנדסה וביולוגיה.

עבור אצות לממש את הפוטנציאל המלא שלה כפתרון אקלים, מאמץ מרוכז מחוקרים, תעשייה וקובעי מדיניות הוא חיוני.השקעה במעבדים טייס והדגמה, פיתוח תקני חשבונאות פחמן, ויצירת תמריצים בשוק עבור מוצרים משותפים (למשל, דלקים פחמן נמוך, מזון מבוסס אצות) יכול להאיץ את הפריסה על ידי הפיכה פחמן לכידת עם ערך כלכלי, מערכות מבוססות אצות הוא גם מציעות מסחרי לא רק מציעות.

(ב) ראו את דוח הערכה של ה-FLT:0 (ה-IPCC) על הפחתה של 1 בינואר, FLT:2NREL ’ סקירה של לכידת פחמן פלס 3, ו-FLT:4a לאחרונה ניתוח טכנולוגי ב-FLT:5Biosource TechnologyFLT 7.