Clemens Posten Hogyan teszik az algák olcsóbbá az energiát?
Fő navigáció
A mikroalgák csoportja igazi kincsesbánya. A kozmetikai, az élelmiszeripar és a vegyipar már különféle anyagcsere termékeket használ fel. A jövőben a zöld egysejtű szervezeteknek is regeneratív energiaforrásként kell szolgálniuk. De azok a folyamatok, amelyek során a biodízel nyersanyagait betakarítják, még mindig túl gazdaságtalanok nagyüzemi alkalmazásokhoz. Hogyan lehet optimalizálni a bioreaktorokat és a betakarítási folyamatokat? A bioprocesszoros mérnöki munkacsoport Prof. Dr. Clemens Posten a Karlsruhe Műszaki Intézetből (KIT) bioprocesszorokat fejleszt, amelyek például különféle diétákkal vagy könnyű hígítással járnak.
A mikroalgák egysejtű szervezetek, amelyek képesek a napenergiát kémiai energiává alakítani. A fotoszintézis vezérli például olyan különféle poliszacharidok, fehérjék és zsírsavak előállítását, amelyeket az élelmiszeripar ma már adalékként használ, vagy amelyeket az akvakultúrában halak takarmányaként használnak. És a kozmetikai ipar is szeret visszaszorulni az anyagcsere-termékek színes sokféleségéről egy algasejtben. A jövőben az algák biodízel forrásként is szolgálnak, mert bizonyos körülmények között nagy energiájú olajokat állítanak elő - és a saját sejttömegük akár 50% -áig is.
Az algák fenntartható energiaforrások, mivel épp annyi CO2-t távolít el a levegőből, mint amennyit felhasználásukkor ismét felszabadítanak. A jövőben hatalmas területeken lehetnek bioreaktorok, ahol algákat lehet termeszteni. "Ez a jövőkép reális" - mondja Prof. Dr. Clemens Posten, a Karlsruhe Műszaki Intézet (KIT) Biotechnológiai és Élelmiszertechnológiai Intézetének bioprocesszor-mérnöki osztályának vezetője. - De még mindig van néhány akadály, amelyet le kell küzdeni az úton.
Látszólag tökéletes energiaszolgáltatók
Az algáknak nagy előnyei vannak a növényi energiaforrásokkal szemben. Az általuk felvett napfényenergia legfeljebb öt százalékát képesek kémiai energiává átalakítani. Repce, kukorica és társai. Csak körülbelül egy százalékot tud kezelni. Az egyik ok: a növényi anyagnak csak egy kis része képes valójában fotoszintetizálni; olyan szerkezeti elemekkel, mint a szár vagy a hajtások, gondoskodni kell az energiaháztartás csökkentéséről. Az algák második fő előnye, hogy nem kell őket mezőgazdasági célokra termeszteni. A tartályok, amelyekben termesztik őket, állhatnak a tengerben vagy kopár talajon. Az algabiotechnológia tehát kiutat kínál az úgynevezett lemez-tartály dilemmából. Elvileg a biodízel úgy állítható elő, hogy nem versenyeznek az élelmiszeriparral az értékes területért. Úgy tűnik tehát, hogy az algák tökéletes energiaszolgáltatók. De míg a kozmetikai és élelmiszeripari vállalatok nagy mennyiségben termelik az algákat tartályokban, az energiaipar lemaradásban van. Miert van az? "A végső mérlegben az algákból származó biodízel előállításának folyamatai még mindig túl drágák" - mondja Posten.
Clemens Posten kutatói folyamatmérnökök. Kevésbé foglalkoznak az algák biotechnológiájának biológiai oldalával, mint a technikai feldolgozás szempontjaival. Milyen körülmények között nőnek az algák a leggyorsabban? Hogyan növelheti az olajok, poliszacharidok vagy más érdekes anyagok hozamát? Hogyan csökkentheti az energiafelhasználást és ezáltal a költségeket? Az ilyen kérdések megválaszolására a kutatók különféle típusú bioreaktorokat építettek a Post köré, amelyekben ellenőrzött körülmények között algákat termeszthetnek és betakaríthatnak. Alapvetően a bioreaktorok olyan tartályok, amelyek tápközeggel megtölthetők és CO2-vel gázosíthatók. Négy egyszerűbb, tíz-harminc literes tartály áll a karlsruhei székhelyű vállalat rendelkezésére kísérleti tesztek céljából; a kutatók hat kisebb, érzékelőkből és LED-lámpákból álló, kiváló minőségű berendezéssel ellátott tartályokat használnak a különféle fiziológiai folyamatok részletes mérésére és modellezésére.
Jobb fénykibocsátás és szigorú diéta
A teljes folyamat mely pontjain van megtakarítási lehetőség? Először is, Posten és csapata teszteli a különböző természetes vagy géntechnológiával módosított algatörzsek növekedési ütemét és termékhozamát, amelyeket olyan együttműködési partnerek adtak nekik, mint például a bielefeldi alga biotechnológus Prof. Dr. Olaf Kruse elérhetővé válik. „Melyik törzs mely fényviszonyok között nő a legjobban, és a legmagasabb mennyiségű olajat vagy más molekulát is termel?” - kérdezi Robert Dillschneider PhD hallgató. Zöld tesztobjektumait például nitrogén- vagy foszfortartalmú étrendre helyezi, és megpróbálja ösztönözni az olajok termelését, mert az algák hajlamosak a napfény energiáját energiadús anyagok építésébe irányítani, amikor a fehérjetermelés lehetőségét megnehezíti a fehérje építőköveinek hiánya. Melyik fényintenzitás és világos-sötét mintázat az optimális? A zöld kompaktok teljesítményének jobb megértése érdekében Dillschneider különféle fiziológiai paramétereket is mér. Ezután megállapításait felhasználja a fiziológiai folyamatok matematikai modelljeinek kidolgozásához, amelyek lehetővé teszik az előrejelzéseket az algák viselkedéséről különböző körülmények között.
Integrálva a kutatási hálózatokba
Számos csavart fordíthat a kutató a technológia tőkeköltségeinek csökkentése érdekében. Például a Dillschneider különféle betakarítási folyamatokat is vizsgál. "A költségek minimalizálhatók-e például egy félig folyamatos betakarítási eljárás bevezetésével, amelynek során az algasejtek egy részét rendszeresen lefejtik és friss tápközeggel helyettesítik?" - kérdezi. Posten és munkacsoportja költséghatékony anyagokat is tesztel a bioreaktorok felületén vagy a CO2 bevezetésére szolgáló folyamatokat. Különösen a bioreaktor gázosítása fontos költségalap. Ha például buborékok képződnek a közvetlen bevezetés során, a pneumatikus energia nagy része elvész. "Jelenleg teszteljük annak lehetőségét, hogy a szén-dioxidot membránokon keresztül juttassuk be a reaktorba" - mondja Posten. Ennek pontos működése még mindig titok, mert a folyamathoz jelenleg szabadalmi bejelentés van folyamatban.
A Posten Group összes projektje beépül a nemzeti és nemzetközi kutatási hálózatokba. A Németországból és más EU-országokból érkező biológusokkal, anyagkutatókkal vagy ipari partnerekkel folytatott együttműködés részeként a kutatók egyre közelebb kerülnek ahhoz a célhoz, hogy az algákat a fenntartható energiaforrásokból készített jövőbeli koktél alkotórészévé tegyék. Mi az előrejelzés az idő múlásával? "Úgy gondolom, hogy az algabiotechnológia hat-nyolc év alatt már az energiaköltségvetés jelentős százalékát fedezheti" - mondja Posten. Egyébként a bioetanolból származó energia költségegyenlege nem éppen előnyös. A politikusok segítenek a támogatásokban. Az algák valószínűleg pénzügyi injekció nélkül fogják megtenni.