Biyolojik Karbon Yakası için Algae tabanlı Sistemlerin Potansiyeli

Biyolojik Karbon Yakası için Algae tabanlı Sistemlerin Potansiyeli

İklim değişikliği, büyük ölçüde karbondioksit konsantrasyonu (CO2) ve diğer sera gazları tarafından yönlendirilerek hızlı, ölçeklenebilir ve sürdürülebilir mitigation stratejileri talep etmektedir. Endüstriyel karbon yakalama teknolojileri – amine ovma ve doğrudan hava yakalama gibi – yüksek derecede enerji yoğun ve pahalı kalır. Biyolojik karbon yakalama, doğanın ve#8217'den yararlanan tamamlayıcı bir yol sunar; en umut verici biyolojik sistemler arasında, bu basit su organizmalarının fotoğraflarını kullanan ve enerji bazlı platformlar vardır.

Mikroalgae ve makroalgae (barışlar) dahil olmak üzere, Dünyadaki en hızlı büyüyen fotoğraflar arasındadır. Geniş bir ortamda, taze su göllerinden gelen, üretilen biyomalzemeler, gübre, biyoplastikler, seher iki güç santralleri, çimento kilnleri veya biradeler gibi - veya atmosferden doğrudan olarak işlenmiş olabilir.

Algae Karbon'u Nasıl Yakaladı: Süreçin Arkasında Biyoloji

Fotosentez bir karbon Lavabo

Algae, tüm fotosentez organizmalar gibi, oksidphyll ve diğer pigmentleri güneş ışığına çıkarmak için kullanırlar. Fotoğraflar sırasında, CO2 ve su alır, oksijen ve organik bileşikler (sugars) bu tür hücresel büyüme temelini oluştururlar.

[FONT:0)6 CO2 + 6 H2O + ışık enerjisi → C6H12O6 (glucose) + 6 O2[Dön 1: 1 )

Algın istisnai hale gelmesi, karbon düzeltmesinin verimsizliğidir ([Döneticileri 1).Yerel bitkiler genellikle güneş enerjisinin sadece% 1-2'sini biyokütlelere dönüştürürken, bazı mikrogae susamaları, optimize edilmiş koşullar altında% 5-10'luk doğal efficiliğe ulaşır.

Karbon Katılımcılık ve Biomass Kompozisyon

Alglerin empoze edilmesi, üç ana makromoleküler havuzda depolanır: Lipitler (ya dalar), karbonhidratlar ve proteinler. Türlere ve yetiştirme koşullarına bağlı olarak, mikrogae, lipidlerin% 60'ına kadar biriktirilebilir - biyodizel ve sürdürülebilir havacılık yakıtı için önemli bir beslemesi[örneğin, yüksek miktarda nişasta üretebilir).

Ayrıca, algler, eskiopolkcharides ve organik karbonu da dahil olmak üzere çevredeki çeşitli organik bileşikleri gizliyorlar.Bu karbonun bir kısmı, yönetilmemişse atmosfere geri dönebilirken, aynı zamanda diğer mikroorganizmalar için bir substrat olarak hizmet eder ve genel karbon tutma potansiyelini yaratır.

Algae-Based Carbon Capture Systems

Yüksek Verimlilik ve Hızlı Büyüme

En çarpıcı alglerin avantajlarından biri, her 4-12 saat içinde biyokütmeler üretmektir. [FONTD:0]En iyi koşullarda ) .En iyi durumda, şeker veya CO2 gibi fast-eski ışık, yiyecekler ve CO2 –mikroalgae, her 4-12 saat boyunca biyokütleler tasarlanabilir.

Bu hızlı ciro, alg bazlı sistemlerin, sistem tasarımı ve işletim parametrelerine bağlı olarak% 50-80 oranında sequester CO2 olarak özetleyebilmesi anlamına gelir.For point-source CO2 (e.g., flue gazı doğal gaz santrallerinden), karbon doğrudan kültüre balonlanabilir, sistem tasarımı ve işletim parametrelerine bağlı olarak% 50-80 oranında artış gösterebilir.

Scalability ve Esnek İşsizlik

Algae yetiştiriciliği sistemleri geniş bir ölçek ve konfigürasyonlar spektrumunda gelir, küçük fotobiyoreactors (PBRs) araştırma laboratuarlarında çok iyi bir araya gelir.(FLT:0) Açık yarış pistleri[Döneticileri ve eklenmedik sistemlerde yer alan ve en ucuza monte edilen renklerde, yüksek çözünürlükte bulunan renklerde veya yüksek çözünürlükte bulunan renklerde kullanılabilir.

Çünkü algler deniz suyunda, su ya da su atıksuda yetiştirilebilir, her iki emisyon ve ulaşım maliyetlerini azaltırlar.

Birden Çok Değeri Ekle Co-Ürünler

Birçok abiyotik karbon yakalama teknolojisini aksine, CO2 yeraltı, alg bazlı sistemler piyasalanabilir ürünlere dönüştürülebilecek bir biyomass akışı yaratır.

• [FONT:0)Bio yakıtları: [Dönetici: [Döntgen: 0,4] Biyodiesel, karbonhidratlardan biyolojik, biyogaz tüm biyokütlelerden anaerobik sindirme yoluyla. Hydroterm liquefaksiyon (HTL) ıslak biyokütleleri biyokrude haline getirebilir, yenilenebilir dizel ve havacılık yakıtlarına öncü olabilir.
• [FONT=0]Animal ve Aquaculture Feed: Algae proteinlerde zengindir, temel yağ asitleri (örneğin, DHA, EPA), vitaminler ve pigmentler.]
• [FONT:0]Fertilizers ve Soil Değişiklikleri: Algal biyokütler azot, fosfor ve potasyum ve mikrontrientler içerir. Topraklara uygulanan zaman, su tutma, mikro çeşitlilik ve ekin verimini artırabilir.
• [FONT:0)Bioplastiks ve Biopolimers:[Dönetici: 1 ) Polyhidronyalkanoates (PHAs) ve diğer biyodegradatif plastikler, algal karbonhidrat veya lipidlerden sentezlenebilir.
• [FONT:0]Nutraceuticals and Kozmetiks:[Dönetici: Pigments astaxanthin, LR-carotene ve phycocyanin, antioksidan ve renkçiler olarak yüksek piyasa değeri vardır.
• [FONT:0)Konstruction Malzemeler:[Döneticiler) Algılanan biyokütmeler çimento, tuğla veya yalıtım panellerine dahil edilebilir, karbonu kalıcı yapılara kilitleyebilir.

Bu ko-ürünlerden bir veya daha fazla gelir elde ederek, alg karbon yakalama sistemleri operasyonel maliyetlerin önemli bir kısmını dengeleyebilir ve onları tek başına yakalama ve depolamadan daha ekonomik olarak daha uygulanabilir hale getirebilir.

Çevre Co-Benefits

Karbon yakalamanın ötesinde, alg yetiştiriciliği birkaç tane sunuyor:0)environmental sinerjikler). Atık sularda yetişen algler, azot ve fosforlar aksi takdirde eutrophikasyona katkıda bulunacak, biyokütle üretebilecek kadar etkili bir şekilde tedavi edebilir. Ayrıca, yüksek hacimli mikro-products üretebilecekler için, yaklaşık 50-100 yıl boyunca oksijeni üretebilirler.

Anahtar Zorluklar ve Güncel Sınırlar

Yüksek Operasyon ve Sermaye Maliyetleri

Sözcülüğe rağmen, alg bazlı karbon yakalama hala yüksek çözünürlükte kalır:0) Daha pahalı birçok senaryoda alternatif karbon kaldırma yöntemlerinden daha pahalıya mal olur. fotobiyoreactors'un sermaye maliyetleri yüksek olabilir - yüksek çözünürlükte 100 $ - yüksek çözünürlük için enerji, yüksek çözünürlükte ve pompalama için hasat için, yüksek çözünürlükte 10-50 $.

Diğer karbon yakalama teknolojileri ile rekabet etmek için alg temelli sistemler (örneğin, doğrudan hava yakalaması - 250-600 $ ton CO2), maliyet azaltımındaki atılımlar gereklidir. tahminler yaygın olarak değişir, ancak mevcut alg karbon yakalama maliyetleri genellikle 300 $ CO2 aralığında, sistem tasarımına bağlı olarak, yer ve ortak ürün gelirlerine bağlı olarak.

Su ve Nutrient Sürdürülebilirlik

Algler, sayısız su, büyük ölçekli yetiştirme hala önemli su hacimleri gerektirdiğinde - özellikle açık havuzlarda, buhar sularının kullanılmasının önemli olduğu yerlerde (günde 10-20 mm'ye kadar) deniz suyunu veya brackish su kullanımını kullanarak, ancak birçok yüksek değerli algın su azaltımının taze su veya özel tuzlu su azaltımı gerektirdiği gibi.Sforzemler sürekli olarak tedarik edilmelidir; eğer atık su kullanımı kullanılırsa bile, tedarik genellikle değişkeni ile karşılaştırılabilir ve alglerin geri dönüşüm kültürünü karşılamak için kullanılabilir.

Genetik ve Biyolojik Kıtlamalar

Doğal algler genellikle sınırlamalara sahiptir: bu sorunları ele almak için yollar sunabilirler (örneğin, CO2’yi geliştirmek, fotoinhibitasyonu azaltmak veya genetik olarak değiştirilmiş algler için düşük düzeydeki koruyucu engeller, özellikle açık havuz sistemlerinde, özellikle de zorluklarla ilgili olarak, dışsal bir şekilde, sürekli olarak karbonatmak için aşırılık gerektiren bir nedensel kesintiler ortaya çıkabilirler.

Arazi Kullanımı ve Ölçeği Uygulamalı

Algler doğrudan gıda ürünleri ile rekabet etmese de, hala arazi gerektirir - düz, güneşli arazi. -% 50 karbon içeriği ile önemli bir kısmını yakalamak için (örneğin, 1 Gt CO2 $) gerekir - Texas'ın arazisi yaklaşık yarısı kadar. Bu, iyimser verimlilik varsayımları ile bile dikkatli bir şekilde oturmak gerekir (örneğin, 50 ton biomass / haya su kaynakları ile birlikte, 1 Gt CO2 ile birlikte su tasarrufu sağlar.

Future: Horizon'da Teknoloji ve İnovasyonlar

Gelişmiş Photobioreactors ve Süreç Intensification

Biyoreactor tasarımları, okyanus yüzeyinde yerleştirilen ve optimize edilmiş ışık yolları birleştiren (LED) güneş ışığının geceye kadar uzatılması için azalttığını gösteriyor. Örnekler, ince film kasetleri, sürekli olarak su tasarrufuna sahip, 3D-printed bioreactors ve optimize edilmiş ışık yolları birleştiren hibrit sistemler de geceye kadar 30 ila 50 $ arasında şarj edilen güneş ışığı azaltılabilir.

Genetik Mühendisliği ve S Sentetik Biyoloji

Sentetik biyolojinin büyüyen aracı, algal genomlarının kesin modifikasyonunu sağlar. Araştırmacılar bunu boşa harcarlar:

• Gizli lipitler veya şekerler doğrudan büyüme ortamına girer, enerji yoğun hücre hasatını ortadan kaldırır.
• Karbonik bir ahydrase hücre yüzeyinde, CO2’yi dilsiz kaynaklardan elde etmek için.
• Yüksek değerli rekombinant proteinler (örneğin, aşılar, enzimler) karbon yakalama maliyetlerini düşüren yüksek değerli rekombinant proteinler üretmek.
• Exhibit yüksek ışık, sıcaklık ve selamlama için tolerans geliştirdi, daha aşırı ortamlarda yetişebilmeyi sağladı.

CRISPR tabanlı gen düzenleme, model organizmalarda artırılmış ilerlemeyi hızlandırdı (Dönetici)Chlamydomonas reinhardtii) ve endüstrisel sular gibi drenajlar:2).Nannokopsis gaditana. Ancak, genetik olarak değiştirilmiş alglerin dış kullanımı için yasal onay büyük ölçekli dağıtım için gerekli olacaktır.

Industrial Point Sources ile entegrasyon

En verimli yakın uygulamalardan biri, santrallerden gelen CO2 emisyonlarının yoğunlaştırılması, çimento fabrikalarının ve çelik değirmenlerinin, sulfur oksitlerin veya azot oksitlerin aşırı toksisitesi gibi algınması gibi,% 0'lık (örneğin, Global Algae Innovations[D) ile, 5-20'lik bir miktar endüstriyel CO2 azaltımının% 90'lık bir miktar azaltılabileceğini gösterdi.

Ocean-Based Algae Cultivation

Makroalgae (barış) Açık okyanusta tarım, mikrogae ile karşılaştırılabilir fiyatlara farklı bir yaklaşım sunuyor.Denizli karbon tutma gibi denizler (kahkahalar) veya biyoyakıtlara dönüştürülür.

Atıksu ve Nutrient Geri Dönüşüm

Geometrik ekonomi ilkeleri, onları belediye, tarım ve endüstriyel atık su akışları ile bütünleştirerek alg sistemlerine uygulanır. Algae aynı anda CO2'yi düzeltebilirken, hasat edilen biyokütleler (Dörtücüler) olarak kullanılabilir.Bu yaklaşım, atık su arıtmasının netliğini azaltır ve biyokütmelerden gelen gelir akışını gösterebilir. Erken ticari tesisler, CO2 ile ilgili olarak, CO2.AlgaeBimasomes).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Algae tabanlı sistemler, küresel karbondioksit kaldırma stratejilerinin global portföyünde güçlü ve çok yönlü bir araç temsil eder. Yüksek fotosal efficilere ulaşma yeteneği, değerli ortak ürünler üreterek, çeşitli ortamlara adapte olur ve bu tür biyokütle yaklaşımları her ikisine de farklı avantajlar sağlar.

İklim çözümü olarak tam potansiyelini gerçekleştirmek için algler için, araştırmacılardan, endüstriden konserli bir çaba ve politika yapıcılar pilot ve gösteri tesislerine yatırım yapmak, karbon muhasebe standartlarının geliştirilmesi ve piyasa teşviklerinin oluşturulması (örneğin, düşük karbonlu yakıtlar, alg temelli yem) ekonomik değer yaratma ile hızlanabilir.

Daha fazla okuma için, [[GÜŞÜNÜ:0)IPCC Altıncı Değerlendirme Raporu (Dönetici: 1), [[Dönetici ve #8217; alg karbon yakalamanın gözden geçirilmesi[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar İçindeki Son Teknoloji[DÜye Olmayanlar)[DÜye Olmayanlar (DÜye Olmayanlar)