211service.com
Waterstof uit algen
Algen zijn een veelbelovende bron van biobrandstoffen: sommige soorten zijn niet alleen gemakkelijk te kweken en te verwerken, maar ook rijk aan olie die vergelijkbaar is met die van sojabonen. Algen produceren ook een andere brandstof: waterstof. Ze maken van nature een kleine hoeveelheid waterstof tijdens de fotosynthese, maar Anastasios Melis , een professor in planten- en microbiële biologie aan de University of California, Berkeley, gelooft dat genetisch gemanipuleerde versies van de kleine groene organismen een goede kans hebben om een levensvatbare bron voor waterstof te zijn.
Algen kracht: Terwijl gewone groene algen het meeste licht absorberen dat erop valt (rechts), laten algen die zijn ontworpen om minder chlorofyl te hebben wat licht door (links). Wanneer ze worden gekweekt in grote, open bioreactoren in dichte culturen, zullen de chlorofyl-deficiënte algen zonlicht laten doordringen tot de diepere algenlagen en daardoor het zonlicht efficiënter gebruiken.
Melis heeft gemuteerde algen gemaakt die beter gebruik maken van zonlicht dan hun natuurlijke neven. Dit zou de waterstof die de algen produceren met een factor drie kunnen verhogen. Het zou ook de productie van olie voor biobrandstoffen door de algen stimuleren.
De nieuwe bevinding zal belangrijk zijn bij het maximaliseren van de productie van waterstof in grootschalige, commerciële bioreactoren. In een laboratorium, zegt Melis, [maken] we culturen met een lage dichtheid en hebben we dunne flessen zodat licht van alle kanten doordringt. Hierdoor gebruiken de cellen al het licht dat erop valt. Maar in een commerciële bioreactor, waar dichte algenculturen zouden worden verspreid in open vijvers onder de zon, absorberen de bovenste algenlagen al het zonlicht, maar kunnen ze er maar een fractie van gebruiken.
Melis en zijn collega's ontwerpen algen die minder chlorofyl bevatten, zodat ze minder zonlicht opnemen. Daardoor dringt er meer licht door in de diepere algenlagen en uiteindelijk gebruiken meer cellen het zonlicht om waterstof te maken.
De onderzoekers manipuleren de genen die de hoeveelheid chlorofyl regelen in de chloroplasten van de algen, de celorganen die de centra zijn voor fotosynthese. Elke chloroplast heeft van nature 600 chlorofylmoleculen. Tot nu toe hebben de onderzoekers dit aantal gehalveerd. Ze zijn van plan de grootte verder te verkleinen, tot 130 chlorofylmoleculen. Op dat moment zouden dichte algenculturen in grote bioreactoren drie keer zoveel waterstof maken als nu, zegt Melis.
Als je de productiviteit kunt verhogen door het [chlorofyl] uit te dunnen, heeft dat invloed op elk product dat je maakt, zegt Rolf Mehlhorn , een energietechnoloog aan het Lawrence Berkeley National Laboratory. Algen die zonlicht effectiever gebruiken, zouden meer olie produceren, zegt hij. Startups zoals Solix Biofuels, gevestigd in Fort Collins, CO, en LiveFuels, gevestigd in Menlo Park, CA, proberen olie uit algen te halen; de olie kan worden geraffineerd om diesel en vliegtuigbrandstof te maken.
Het proces is nog minstens vijf jaar verwijderd van het gebruik voor waterstofopwekking. Onderzoekers zullen eerst het vermogen van de algen om waterstof te produceren moeten vergroten. Tijdens normale fotosynthese concentreren algen zich op het gebruik van de energie van de zon om koolstofdioxide en water om te zetten in glucose, waarbij zuurstof vrijkomt. Slechts ongeveer 3 tot 5 procent van de fotosynthese leidt tot waterstof. Melis schat dat, als de volledige capaciteit van de fotosynthese van de algen zou kunnen worden gericht op waterstofproductie, 80 kilogram waterstof commercieel per hectare per dag zou kunnen worden geproduceerd.
Het is misschien niet mogelijk om 100 procent van de fotosynthese van de algen om te schakelen naar waterstof. De vuistregel is dat als we dat op 50 procent brengen, het economisch haalbaar is, zegt Melis. Met een capaciteit van 50 procent kan één hectare algen 40 kilogram waterstof per dag produceren. Dat zou de kosten van de productie van waterstof op 2,80 dollar per kilogram brengen. Tegen deze prijs zou waterstof kunnen concurreren met benzine, aangezien een kilogram waterstof in energie gelijk is aan een gallon benzine.
In 2000 ontdekte Melis, in samenwerking met onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL), dat het ontnemen van de algen van zwavelvoedingsstoffen de cellen dwong om meer waterstof aan te maken. De onderzoekers konden de algen maar voor een paar dagen zwavel ontnemen, maar in die tijd ging ongeveer 10 procent van de fotosynthesecapaciteit van de algen naar het maken van waterstof.
Onderzoekers van NREL boeken vooruitgang bij het verhogen van de efficiëntie van de waterstofproductie, aldus hoofdonderzoeker Michael Seibert . Ze kunnen de algen nu tot drie maanden dwingen om waterstof te genereren, in plaats van slechts een paar dagen. Seibert verwacht dat de door chlorofyl getrimde algen van Melis nuttig zullen zijn wanneer het proces wordt overgebracht naar grote bioreactoren. Maar totdat de NREL-onderzoekers de gemuteerde algen testen, zegt hij dat het misschien nog te vroeg is om te zeggen.