Bij het kweken van algen in buitenvijvers als biobrandstof van de volgende generatie, een natuurlijk diverse mix van soorten helpt de kans op misoogsten te verkleinen, volgens een federaal gefinancierde studie door onderzoekers van de Universiteit van Michigan.

Van algen afgeleide bioruwe olie wordt onderzocht als een potentieel alternatief voor hernieuwbare energie voor fossiele brandstoffen. U-M-ecoloog Bradley Cardinale en zijn collega's ontdekten dat het kweken van meerdere algensoorten in 180 aquariumachtige tanks de productie van biocrude hielp stabiliseren en het systeem betrouwbaarder en efficiënter maakte.

Terwijl het experiment binnenshuis werd uitgevoerd, de bevindingen zijn relevant voor de buitenteelt, zei kardinaal, co-auteur van een recent online gepubliceerd artikel in het tijdschrift Milieuwetenschap en -technologie .

"Deze bevindingen zijn belangrijk omdat een van onze grootste uitdagingen bij het betaalbaar maken van biobrandstof voor algen is het verbeteren van de efficiëntie van kweekvijvers in de buitenlucht en het voorkomen van crashes die gewassen verpesten, " hij zei.

"Bedrijven geven veel geld uit om deze vijvers herhaaldelijk aan te leggen. Als de soortenrijkdom de efficiëntie verhoogt en tegelijkertijd de kans op een crash verkleint, dan scheelt het ook in de kosten, " zei kardinaal, een professor aan de UM School of Natural Resources and Environment en directeur van CILER, het Coöperatief Instituut voor Limnologie en Ecosysteemonderzoek.

Verrassend genoeg, de onderzoekers ontdekten ook dat het kweken van een mix van algensoorten de productie van biocrude niet verhoogde in vergelijking met soorten die alleen als monoculturen werden gekweekt. In feite, concurrentie tussen soorten zorgde er vaak voor dat mengsels minder biocrude produceerden dan elke soort afzonderlijk.

Deze bevinding staat in schril contrast met decennia van ecologisch onderzoek waaruit blijkt dat gemeenschappen met meer diverse soorten planten en dieren, gemiddeld, productiever en efficiënter in het gebruik van middelen. Vanwege dit eerdere werk, de UM-algenonderzoekers hadden de hypothese geopperd dat een mix van algensoorten productiever zou zijn dan afzonderlijke soorten. Maar dat was niet het geval.

"Onze resultaten suggereren dat er een fundamentele afweging is bij het kweken van biobrandstof voor algen, " zei Anita Narwani, een voormalig UM-postdoctoraal onderzoeker aan de School of Natural Resources and Environment en hoofdauteur van de studie.

"Je kunt culturen van één soort telen die hoge opbrengsten opleveren maar een hoog risico op misoogsten hebben. Of je kunt mengsels van soorten gebruiken die lagere opbrengsten produceren, maar veel minder snel crashen en duurzamer zijn in de loop van de tijd."

Het U-M-werk werd gefinancierd met een bedrag van $ 2 miljoen, vierjarige subsidie ​​van de National Science Foundation. Toegekend in juli 2013 de subsidie ​​die is betaald voor een tweedelige studie om van nature diverse groepen groene algen te identificeren en te testen die samen kunnen worden gekweekt om een ​​hoog rendement te creëren, ecologisch duurzaam en kosteneffectief systeem om biobrandstoffen van de volgende generatie te produceren.

De eerste fase van het onderzoek omvatte het kweken van verschillende combinaties van zes Noord-Amerikaanse meeralgensoorten in 180 aquariumachtige tanks in een laboratorium in de kelder van UM's Dana Building, huis van de School of Natural Resources and Environment.

Elke tank van 10 liter (2,2 gallon) bevatte één, twee, vier of zes soorten algen. De helft van de tanks kreeg een constante temperatuur van 71,6 graden Fahrenheit (22 C). De andere helft kreeg een behandeling met variabele temperatuur toegewezen om buitenomstandigheden te simuleren. De temperatuur schommelde wekelijks tussen 62,6 en 80,6 F (17 en 27 C).

Het experiment duurde zeven weken en toonde aan dat mengsels van algensoorten, gemiddeld, stabieler en betrouwbaarder bij temperatuurschommelingen.

De tweede fase van het door NSF gefinancierde project omvatte het in de praktijk testen van de meest veelbelovende algensoorten en soortenmengsels door ze buiten te kweken in 80 glasvezelveetanks in het E.S. van de universiteit. George Reserve, een 1, 300 hectare groot biologisch station in de buurt van Pinckney, Mich. Dat werk werd uitgevoerd in de zomer van 2016, en de resultaten worden nu geanalyseerd.

In beide fasen van het onderzoek collega's van UM's College of Engineering hebben een techniek gebruikt die hydrothermale liquefactie wordt genoemd om de kwantiteit en kwaliteit van de brandbare oliën te meten, of biocrude, geproduceerd door de verschillende algencombinaties. Ze vergelijken ook het vermogen van systemen met één en meerdere soorten om afval te hergebruiken en te recyclen voor extra groei.

Beperkte voorraden fossiele brandstoffen, de groeiende wereldwijde vraag naar energie en de toenemende atmosferische niveaus van warmtevasthoudend kooldioxidegas hebben onlangs biobrandstoffen op basis van algen op de voorgrond geplaatst van onderzoeksprogramma's voor hernieuwbare energie.

Echter, er moet een aantal hindernissen worden genomen om de productie van bioruwe algenolie op industriële schaal haalbaar en economisch concurrerend te maken met ruwe olie op basis van fossiele brandstoffen. Wanneer gekweekt in grote buitenvijvers, algen hebben last van instabiliteit van gewassen door variaties in zonlicht en temperatuur, evenals overlast door ongedierte, ziekten en andere ongewenste indringers.

De Milieuwetenschap en -technologie papier, "Kracht van plankton:effecten van algenbiodiversiteit op de productie en stabiliteit van biocrude, " werd online gepubliceerd op 9 november. Eerste auteur Narwani is nu verbonden aan het Zwitserse Federale Instituut voor Aquatische Wetenschap en Technologie. De andere auteurs, naast kardinaal, zijn Aubrey Lashaway van de School of Natural Resources and Environment, David Hietala van de UM-afdeling Chemische Technologie, en voormalig UM technisch faculteitslid Phillip Savage, nu aan de Pennsylvania State University.

Hetzelfde onderzoeksteam, met de toevoeging van SNRE postdoctoraal onderzoeker Casey Godwin, had een ander artikel uit dezelfde studie online gepubliceerd op 29 november in Bioresource Technology. Het toonde aan dat wanneer de meststoffen die worden gebruikt om algen te laten groeien, worden gerecycled in tanks met een enkele soort algen, die monoculturen groeien vaak niet - of sterven zelfs - wanneer ze proberen hun eigen gebruikte mest te recyclen en opnieuw te gebruiken.

In tegenstelling tot, mengsels van algen overleven niet alleen op gebruikte kunstmest, maar gedijen ook goed bij het recyclen van hun eigen voedingsstoffen, vaak aanzienlijk meer biomassa telen door dezelfde meststof steeds opnieuw te gebruiken.

"Het kunnen recyclen van voedingsstoffen is belangrijk omdat kunstmest duur is en omdat ongebruikte voedingsstoffen de grootste bron van vervuiling van stromen zijn, meren en oceanen, " zei Godwin. "Onze studie toont aan dat diverse mengsels van algen het gebruik van meststoffen kunnen verminderen en voedingsstoffen kunnen recyclen op een manier die meer bio-crude produceert."