MSU-wetenschappers hebben een nieuwe proof-of-concept voor een productieplatform voor biobrandstoffen dat gebruikmaakt van twee soorten zeealgen en bodemschimmels. Het verlaagt de teelt- en oogstkosten en verhoogt de productiviteit, factoren die momenteel een brede toepassing van biobrandstoffen tegenhouden.

De soort algen, Nannochloropsis oceanica, en schimmel, Mortierella elongata, beide produceren oliën die we kunnen oogsten voor menselijk gebruik. Met deze oliën we zouden producten kunnen maken zoals biobrandstoffen om onze auto's van stroom te voorzien of omega-3-vetzuren die goed zijn voor de gezondheid van het hart.

Wanneer wetenschappers de twee organismen in dezelfde omgeving plaatsen, de kleine algen hechten zich aan de schimmels en vormen grote massa's die met het blote oog zichtbaar zijn. Deze aggregatiemethode wordt bio-flocculatie genoemd.

Als ze samen worden geoogst, de organismen leveren meer olie op dan wanneer ze elk afzonderlijk zouden worden gekweekt en geoogst.

"We gebruikten natuurlijke organismen met een hoge affiniteit voor elkaar, " zegt Zhi-Yan (Rock) Du, de eerste auteur van de studie. "De algen zijn zeer productief, en de schimmel die we gebruiken is niet giftig voor ons en ook niet eetbaar. Het is een veel voorkomende bodemschimmel die in je achtertuin te vinden is."

Andere voordelen gerapporteerd door de onderzoekers:

• Het systeem is duurzaam, omdat het niet afhankelijk is van fossiele brandstoffen. De schimmels groeien op rioolwater of voedselresten, terwijl de algen in zeewater groeien.
• Het is goedkoper om te oogsten, aangezien de grote massa's algen en schimmels gemakkelijk kunnen worden gevangen met eenvoudig gereedschap, als een stuk gaas.
• De methode is mogelijk eenvoudiger op te schalen, aangezien de organismen wilde stammen zijn die niet genetisch gemodificeerd zijn. Ze vormen geen risico voor het infecteren van de omgeving waarmee ze in contact komen.

Problemen oplossen die de productie van biobrandstoffen belemmeren

Bio-flocculatie is een relatief nieuwe benadering. Biobrandstofsystemen zijn meestal afhankelijk van één soort, zoals algen, maar ze worden gehinderd door productiviteits- en kostenproblemen.

Eerst, systemen die alleen afhankelijk zijn van algen, hebben last van een lage olieproductiviteit.

"Algen kunnen grote hoeveelheden olie produceren wanneer hun groei wordt belemmerd door omgevingsstress, zoals stikstofgebrek. De populaire methode in het laboratorium voor algenolie is om de cellen tot hoge dichtheidsniveaus te laten groeien en ze vervolgens uit te hongeren door ze te scheiden van de voedingsstoffen met centrifugeren en verschillende wasmethoden, ", zegt Du. "Deze aanpak omvat veel stappen, tijd, en arbeid, en is niet praktisch voor productie op industriële schaal."

De nieuwe aanpak voedt de algen met ammonium, één bron van stikstof die algen snel kunnen gebruiken voor groei. Echter, de ammoniumtoevoer wordt gecontroleerd, zodat de algen de maximale celdichtheid produceren en automatisch in stikstofgebrek gaan. Het nauwlettend gevolgde stikstofdieet kan de olieproductie verhogen en de kosten verlagen.

Het tweede probleem zijn de hoge kosten van het oogsten van olie, want algen zijn klein en moeilijk te verzamelen. Het oogsten kan oplopen tot 50% van de olieproductiekosten.

"Met bio-flocculatie, de aggregaten van schimmels en algen zijn gemakkelijk te oogsten met eenvoudig en goedkoop gereedschap, ' zegt Du.

Ergens naar uitkijken, de wetenschappers willen met dit systeem biobrandstoffen in massa produceren. Ze kennen ook de volledige genomen van beide organismen en kunnen genetische manipulatietools gebruiken om de methode verder te verbeteren.

De studie werd uitgevoerd in de laboratoria van Christoph Benning en Gregory Bonito. Het is gepubliceerd in het tijdschrift Biotechnologie voor biobrandstoffen .