Omdat fossiele brandstoffen vervuilende stoffen uitstoten die schadelijk zijn voor zowel het milieu als de volksgezondheid, onderzoekers onderzoeken ijverig meer duurzame alternatieven. Een van deze alternatieven zijn biobrandstoffen.

Biobrandstoffen zijn hernieuwbare energiebronnen die zijn gemaakt met behulp van planten zoals maïs of switchgrass die kunnen worden gekweekt als eenjarige of meerjarige gewassen. Een andere bron die wordt gebruikt om biobrandstof te maken, zijn algen - zowel eencellige microalgen als macroalgen zoals kelp. Hoewel biobrandstoffen uit algen een duurzamer alternatief zijn voor fossiele brandstoffen, er blijft ruimte om de productie van de algen die zijn gebruikt om ze te maken te verbeteren.

Ken Reardon, de Jud en Pat Harper hoogleraar chemische en biologische technologie, leidt een project van $ 2,1 miljoen dat tot doel heeft de algenopbrengst te verhogen door het gebruik van koolstofdioxide te verbeteren. Het driejarige project maakt deel uit van een inspanning onder leiding van het Department of Energy's Office of Energy Efficiency &Renewable Energy om het kostenconcurrentievermogen en de ecologische duurzaamheid van op microalgen gebaseerde brandstoffen en producten te verbeteren. Een team van vijf faculteitsleden van de Colorado State University en drie onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) zullen samenwerken om de projectdoelen te bereiken van 1) het verbeteren van de afgifte van CO2 aan algen en 2) het verhogen van het CO2-verbruik door algen.

Het project is ook een samenwerking met twee bedrijven. New Belgium Brewing zal CO2 leveren uit hun fermentatieprocessen, en Qualitas Gezondheid, een bedrijf dat omega-3-nutraceuticals produceert uit algen, zullen helpen bij het testen van de verbeterde CO2-afgiftetechnologie op hun teeltlocatie in Imperial, Texas.

Oplevering:CO2 naar de algen brengen

Voor massateeltdoeleinden, microalgen worden meestal gekweekt in grote, ondiepe vijvers die licht doorlaten in het water naar de algencellen. Zoals planten, algen hebben zonlicht nodig, CO2, en voedingsstoffen om te groeien. CO2 leveren lucht wordt geborreld, of door kleine gaatjes in een buis geduwd, in de bodem van de vijver. Met behulp van deze leveringsmethode, veel van de CO2 borrelt naar de oppervlakte en wordt verspild, in plaats van door de algen te worden gebruikt.

Om de afgifte van CO2 aan de microalgencultuur te verbeteren, Reardon zal samenwerken met Travis Bailey, universitair hoofddocent bij de afdeling Chemische en Biologische Technologie, en NREL-partner Deanne Sammond om een ​​polymeer membraan te ontwerpen dat een enzym bevat dat CO2 omzet in wateroplosbaar bicarbonaat, waarmee de algen kunnen groeien. Dit membraan brengt CO2 veel effectiever in het water dan sparging.

David Dandy, hoogleraar bij de afdeling Chemische en Biologische Technologie, zal een rekenmodel ontwikkelen dat voorspelt wanneer en waar in de vijver de algen het snelst zullen groeien, waardoor het bicarbonaat op die locaties kan worden gericht. Om overmatige afgifte van het bicarbonaat te voorkomen, een lasermonitoringsysteem van een NREL-partner detecteert wanneer er te veel CO2 aan het oppervlak van de vijver is.

"We zullen de mogelijkheid hebben om meer bicarbonaat te leveren dan momenteel mogelijk is, " zei Reardon. "We willen er zeker van zijn dat we het bicarbonaat plaatsen waar en wanneer de algen het het meest nodig hebben."

Opname:CO2 verbruiken

Zodra de leveringsmethode is geperfectioneerd, de algen worden aangepast om de toename van bicarbonaat bij te kunnen houden. Het team maakt gebruik van twee benaderingen om de algen te verbeteren. De eerste wordt geleid door Graham Peers, universitair hoofddocent bij de afdeling Biologie, die de algen genetisch manipuleren om bicarbonaat sneller op te nemen en te metaboliseren dan ze normaal zouden doen. NREL-partner Lieve Laurens zal een natuurlijke selectiebenadering gebruiken waarbij genetisch superieure stammen worden geselecteerd, aangezien algen bruin zijn in bicarbonaatrijke omgevingen.

"We proberen twee benaderingen, dus we zijn er zeker van dat we ten minste één succesvolle wijziging zullen hebben, " zei Reardon. "Elke versie kan ook voor verschillende toepassingen worden gebruikt."

Terwijl de aanpak van Peers resulteert in een genetisch gemodificeerd organisme (GGO), Laurens niet. Sommige bedrijven gebruiken liever ggo-vrije algen in hun producten, dus het creëren van deze twee opties zorgt voor meer diverse toepassingen.

Succes kwantificeren

Het is aan Jason Quinn om te meten of de leverings- en opnameverbeteringen effectief zijn. universitair docent bij de faculteit Werktuigbouwkunde, en NREL-partner Ryan Davis. Met behulp van een levenscyclusanalyse om de ecologische duurzaamheid van het proces te meten en een technisch-economische analyse om de kosten te schatten, Quinn en Davis zullen bepalen of het team erin is geslaagd de kostenconcurrentiepositie te verbeteren door middel van verbeteringen in het CO2-gebruik.

"Ik heb er vertrouwen in dat we de productiviteit kunnen verhogen van een systeem dat meer biomassa zal produceren, "zei Reardon. "En ik ben ervan overtuigd dat we onze doelstelling voor een beter CO2-gebruik zullen overtreffen."