211service.com
Vodík z řas
Řasy jsou slibným zdrojem biopaliv: kromě snadného pěstování a manipulace jsou některé odrůdy bohaté na olej podobný tomu, který produkuje sója. Řasy také produkují další palivo: vodík. Při fotosyntéze přirozeně vytvářejí malé množství vodíku, ale Anastasios Melis , profesor rostlinné a mikrobiální biologie na University of California, Berkeley, věří, že geneticky upravené verze malých zelených organismů mají dobrou šanci stát se životaschopným zdrojem vodíku.
Síla řas: Zatímco běžné zelené řasy absorbují většinu světla, které na ně dopadá (vpravo), řasy navržené tak, aby měly méně chlorofylu, propouštějí trochu světla (vlevo). Při pěstování ve velkých, otevřených bioreaktorech v hustých kulturách umožní řasám s nedostatkem chlorofylu sluneční světlo proniknout do hlubších vrstev řas, a tím efektivněji využívat sluneční světlo.
Melis vytvořila mutantní řasy, které lépe využívají sluneční světlo než jejich přirození příbuzní. To by mohlo zvýšit množství vodíku, který řasy produkují, třikrát. Také by to zvýšilo produkci ropy řasami pro biopaliva.
Nové zjištění bude důležité pro maximalizaci produkce vodíku ve velkých komerčních bioreaktorech. V laboratoři, říká Melis, [vyrábíme] kultury s nízkou hustotou a máme tenké lahvičky, takže světlo proniká ze všech stran. Z tohoto důvodu buňky využívají veškeré světlo dopadající na ně. Ale v komerčním bioreaktoru, kde by byly husté kultury řas rozprostřeny v otevřených jezírkách pod sluncem, horní vrstvy řas absorbují veškeré sluneční světlo, ale mohou ho využít jen zlomek.
Melis a jeho kolegové navrhují řasy, které mají méně chlorofylu, takže absorbují méně slunečního světla. To znamená, že více světla proniká do hlubších vrstev řas a nakonec více buněk využívá sluneční světlo k výrobě vodíku.
Vědci manipulují s geny, které řídí množství chlorofylu v chloroplastech řas, buněčných orgánech, které jsou centry fotosyntézy. Každý chloroplast má přirozeně 600 molekul chlorofylu. Vědci zatím toto číslo snížili na polovinu. Plánují další zmenšení velikosti na 130 molekul chlorofylu. V tu chvíli by husté kultury řas ve velkých bioreaktorech produkovaly třikrát více vodíku než nyní, říká Melis.
Pokud můžete zvýšit produktivitu pomocí zředění [chlorofylu], ovlivní to jakýkoli produkt, který vyrábíte, říká Rolf Mehlhorn , energetický technolog v Lawrence Berkeley National Laboratory. Řasy, které využívají sluneční světlo efektivněji, by produkovaly více ropy, říká. Startupy jako Solix Biofuels se sídlem ve Fort Collins, CO a LiveFuels se sídlem v Menlo Park, CA, se snaží extrahovat ropu z řas; olej lze rafinovat na naftu a letecké palivo.
Proces je stále ještě nejméně pět let od jeho použití pro výrobu vodíku. Výzkumníci budou muset nejprve zvýšit kapacitu řas produkovat vodík. Během normální fotosyntézy se řasy zaměřují na využití sluneční energie k přeměně oxidu uhličitého a vody na glukózu, čímž se uvolňuje kyslík. Jen asi 3 až 5 procent fotosyntézy vede k vodíku. Melis odhaduje, že pokud by se celá kapacita fotosyntézy řas mohla zaměřit na produkci vodíku, mohlo by se komerčně vyrobit 80 kilogramů vodíku na akr za den.
Přepnutí 100 procent fotosyntézy řas na vodík nemusí být možné. Pravidlem je, že kdybychom to zvýšili na 50 procent, bylo by to ekonomicky životaschopné, říká Melis. Při 50procentní kapacitě by jeden akr řas mohl vyprodukovat 40 kilogramů vodíku denně. To by zvýšilo náklady na výrobu vodíku na 2,80 dolaru za kilogram. Za tuto cenu by vodík mohl konkurovat benzínu, protože kilogram vodíku je energeticky ekvivalentní galonu benzínu.
V roce 2000 Melis ve spolupráci s výzkumníky z National Renewable Energy Laboratory (NREL) zjistil, že zbavení řasy sirných živin přimělo buňky produkovat více vodíku. Výzkumníci byli schopni zbavit řasy síry pouze na několik dní v kuse, ale během této doby asi 10 procent fotosyntetické kapacity řas šlo na výrobu vodíku.
Výzkumníci z NREL dělají pokroky ve zvyšování účinnosti výroby vodíku, podle vedoucího výzkumu Michael Seibert . Nyní mohou řasy donutit k výrobě vodíku po dobu až tří měsíců, na rozdíl od pouhých několika dnů. Seibert očekává, že Melisovy řasy upravené chlorofylem budou užitečné, když se proces přenese do velkých bioreaktorů. Dokud však výzkumníci NREL neotestují mutantní řasy, říká, že může být příliš brzy na to říci.