211service.com
Väte från alger
Alger är en lovande källa till biobränslen: förutom att de är lätta att odla och hantera är vissa sorter rika på olja som liknar den som produceras av sojabönor. Alger producerar också ett annat bränsle: väte. De gör en liten mängd väte naturligt under fotosyntesen, men Anastasios Melis , en växt- och mikrobiologisk professor vid University of California, Berkeley, tror att genetiskt modifierade versioner av de små gröna organismerna har en bra chans att vara en livskraftig källa för väte.
Algkraft: Medan vanliga gröna alger absorberar det mesta av ljuset som faller på dem (höger), släpper alger som är konstruerade för att ha mindre klorofyll igenom lite ljus (vänster). När de odlas i stora öppna bioreaktorer i täta kulturer kommer de klorofyllfattiga algerna att låta solljus tränga in i de djupare alglagren och därigenom utnyttja solljuset mer effektivt.
Melis har skapat mutantalger som utnyttjar solljus bättre än vad deras naturliga kusiner gör. Detta skulle kunna öka vätgasen som algerna producerar med en faktor tre. Det skulle också öka algernas produktion av olja för biobränslen.
Det nya fyndet kommer att vara viktigt för att maximera produktionen av väte i storskaliga, kommersiella bioreaktorer. I ett laboratorium, säger Melis, [gör vi] lågdensitetskulturer och har tunna flaskor så att ljus tränger in från alla håll. På grund av detta använder cellerna allt ljus som faller på dem. Men i en kommersiell bioreaktor, där täta algkulturer skulle spridas i öppna dammar under solen, absorberar de översta lagren av alger allt solljus men kan bara använda en bråkdel av det.
Melis och hans kollegor designar alger som har mindre klorofyll så att de absorberar mindre solljus. Det betyder att mer ljus tränger in i de djupare alglagren, och så småningom använder fler celler solljuset för att göra väte.
Forskarna manipulerar generna som styr mängden klorofyll i algernas kloroplaster, de cellulära organen som är centrum för fotosyntes. Varje kloroplast har naturligt 600 klorofyllmolekyler. Hittills har forskarna halverat detta antal. De planerar att minska storleken ytterligare, till 130 klorofyllmolekyler. Vid den tidpunkten skulle täta kulturer av alger i stora bioreaktorer göra tre gånger så mycket väte som de gör nu, säger Melis.
Om du kan öka produktiviteten genom att tunna ut [klorofyllet] kommer det att påverka vilken produkt du tillverkar, säger Rolf Mehlhorn , en energiteknolog vid Lawrence Berkeley National Laboratory. Alger som använder solljus mer effektivt skulle producera mer olja, säger han. Nystartade företag som Solix Biofuels, baserat i Fort Collins, CO, och LiveFuels, baserat i Menlo Park, CA, försöker utvinna olja från alger; oljan kan raffineras till diesel och flygbränsle.
Processen är fortfarande minst fem år från att den används för vätgasgenerering. Forskare måste först öka algernas förmåga att producera väte. Under normal fotosyntes fokuserar alger på att använda solens energi för att omvandla koldioxid och vatten till glukos, vilket frigör syre i processen. Endast cirka 3 till 5 procent av fotosyntesen leder till väte. Melis uppskattar att om hela kapaciteten av fotosyntesen av algerna kunde riktas mot väteproduktion, skulle 80 kilo väte kunna produceras kommersiellt per hektar och dag.
Att byta 100 procent av algernas fotosyntes till väte kanske inte är möjligt. Tumregeln är att om vi tar upp det till 50 procent skulle det vara ekonomiskt lönsamt, säger Melis. Med en kapacitet på 50 procent skulle ett tunnland alger kunna producera 40 kilo väte per dag. Det skulle sätta kostnaden för att producera väte till 2,80 dollar per kilogram. Till detta pris skulle väte kunna konkurrera med bensin, eftersom ett kilo väte i energi motsvarar en gallon bensin.
År 2000 fann Melis, i samarbete med forskare vid National Renewable Energy Laboratory (NREL), att genom att beröva algerna svavelnäringsämnen tvingade cellerna att tillverka mer väte. Forskarna kunde bara beröva algerna svavel under några dagar åt gången, men under den tiden gick cirka 10 procent av algernas fotosynteskapacitet till att göra väte.
Forskare vid NREL gör framsteg i att öka effektiviteten i väteproduktionen, enligt ledande forskare Michael Seibert . De kan nu tvinga algerna att generera väte i upp till tre månader, till skillnad från bara några dagar. Seibert förväntar sig att Melis klorofylltrimmade alger kommer att vara användbara när processen överförs till stora bioreaktorer. Tills NREL-forskarna testar mutantalgerna säger han dock att det kan vara för tidigt att säga.