mIcroalgen wurden von den Chinesen für verwendet medizinisch und ernährungsphysiologisch Zwecke seit Tausenden von Jahren in dem Glauben, dass sie fast jeden Gesundheitszustand heilen könnten. Die Idee, dass Mikroalgen außergewöhnliche Heilkräfte haben, ist nicht so weit hergeholt, wie manche vielleicht denken. Obwohl die alten Chinesen glaubten, die Mikroalgen seien für die gesundheitsfördernden Vorteile verantwortlich, wissen wir heute, dass es tatsächlich die biochemischen Verbindungen waren, die von diesen mikroskopisch kleinen Kreaturen produziert wurden, die für die „Magie“ sorgten.
Es gibt ungefähr 100.000 Arten von Mikroalgen, jede mit ihren eigenen Eigenschaften. Diese Vielfalt ermöglicht es Mikroalgen, in fast jeder Umgebung auf der Erde zu gedeihen. Meistens kommen sie in aquatischen Lebensräumen wie Süß- oder Abwasser vor, aber sie wurden auch in feuchten Böden und sogar Schneebänken gefunden.
Mikroalgen werden normalerweise als grün beschrieben, und dies gilt für Arten wie B. braunii und C. vulgaris. Aber es gibt auch andere Arten, wie z C. officinalisdas ist rot, oder F. spiralis, das ist braun. Jede Klassifizierung produziert unterschiedliche Arten oder Mengen biochemischer Verbindungen, wodurch einige für bestimmte Anwendungen nützlicher sind als andere.
In den letzten Jahrzehnten Forschung hat das enorme Potenzial von Mikroalgen gezeigt, insbesondere bei der Herstellung von Biokraftstoff (Kraftstoff, der aus Pflanzenmaterial oder tierischen Abfällen hergestellt wird). ich wollte überprüfen Sie diese Forschung einen Rahmen zu schaffen, um die am besten geeigneten Mikroalgenarten für die groß angelegte Biokraftstoffproduktion zu etablieren, die letztendlich mit Öl- und Gasgiganten konkurrieren und unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern können.
Die Magie der Mikroalgen
Mikroalgen haben die einzigartige Fähigkeit, Sonnenlicht und Kohlendioxid in eine Vielzahl biochemischer Verbindungen umzuwandeln. Obwohl sie als Tiere eingestuft werden, verstoffwechseln sie auf die gleiche Weise wie Pflanzen und produzieren Sauerstoff, um das wieder aufzufüllen, was wir Menschen verbrauchen. Dieser Kreislauf fungiert als Kohlenstoffabscheidungssystem, wodurch schädliches CO₂ in der Atmosphäre in nützlichen Sauerstoff umgewandelt wird. Mikroalgen produzieren auch eine Vielzahl anderer Verbindungen, die sich in den Zellen befinden, und diese machen Mikroalgen so gut im Kampf gegen die Auswirkungen der globalen Erwärmung.
Generell lassen sich die Produkte aus Mikroalgen in drei Klassen einteilen: Proteine, Kohlenhydrate und Lipide (Fette). Aber Forschung hat festgestellt, dass es mehrere andere hochwertige biochemische Verbindungen gibt, die bedeutende Anwendungen in einer Vielzahl unterschiedlicher Branchen haben. Beispielsweise produzieren Mikroalgen Verbindungen, die als Carotinoide bekannt sind, besser bekannt als Farbstoffe oder Pigmente. Diese Verbindungen sind für die rosa Farbe des Lachses verantwortlich, da die Nahrung, die er zu sich nimmt, große Mengen an Carotinoiden enthält.
Durch die wiederholte Entfernung hochwertiger Verbindungen aus derselben Mikroalgenkultur können die Probleme mit den hohen Produktionskosten beseitigt werden, was zu einem nachhaltigen und skalierbaren Prozess für die Zukunft führt
Eine weitere hochwertige Klasse von Verbindungen sind polyungesättigten Fettsäuren (PUFA). Diese Verbindungen gehören zur Familie der Lipide und spielen eine wichtige Rolle bei der Energieversorgung der Zellen. Mikroalgen gelten als eine der reichsten Quellen dieser Verbindungen, die bei der Behandlung von Algen helfen Auswirkungen von Diabetes und Arthritis.
Aber wie ist es diesen Organismen möglich, Öl zu produzieren, das in Autos verwendet werden kann? Das derzeit verwendete Benzin und der Diesel werden aus Rohöl gewonnen, das vor Millionen von Jahren von Lebewesen des Toten Meeres gebildet wurde. Aber moderner Biokraftstoff wird in Echtzeit aus lebenden Organismen hergestellt.
Wie Biokraftstoff hergestellt wird
Aus Mikroalgen hergestellter Biokraftstoff ist derzeit eine der vielversprechendsten Alternativen zu fossilen Brennstoffen, um den weltweiten Energiebedarf zu decken. Dies ist keine leichte Aufgabe, insbesondere wenn man mit einer hochprofitablen Industrie konkurrieren muss, die seit mehr als einem Jahrhundert etabliert ist. Aber im Gegensatz zu Öl, das nicht erneuerbar ist, ist Biokraftstoff eine erneuerbare und nachhaltige Kraftstoffquelle. Leider kann die Ökonomie von Biokraftstoff noch nicht mit traditionellen fossilen Brennstoffen konkurrieren. Es läuft alles auf das Endergebnis hinaus, und derzeit ist die erforderliche Scale-up-Technologie noch nicht da.
Mikroalgen produzieren nicht direkt Biokraftstoff – sie produzieren Lipide (Fette). Um Biokraftstoff herzustellen, müssen diese Fette durch einen Prozess umgewandelt werden, der als bekannt ist Umesterung. Bei diesem Prozess wird so viel Wasser wie möglich entfernt, was als Entwässerung bezeichnet wird, aber dies erfordert erhebliche Mengen an Energie, was zu hohen Betriebskosten führt. Dadurch wird der Gesamtprozess trotz positiver Umweltauswirkungen zu teuer, um mit der Öl- und Gasindustrie konkurrieren zu können.
Abgesehen von der Wirtschaftlichkeit ist die Zukunft für die Mikroalgenkultivierung und Lipidextraktion äußerst vielversprechend. Die Entwicklung von Hybridtechnologien wird den globalen Übergang zur Verringerung unserer Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen beschleunigen. Dazu gehören Zellfabriken, die Gold verwenden Nanopartikel – subatomare Teilchen, die Atomen ähneln, die die Bausteine der physischen Materie bilden – um die Produktionsraten zu erhöhen und die Effizienz zu steigern.
Eine weitere mögliche Lösung ist ein Prozess, der als „Melken“ bekannt ist. Herkömmliche Kultivierungsmethoden für Mikroalgen bedeuten, dass sie nach Ende der Kultivierungszeit zerstört werden, was das volle Potenzial, das jede Zelle bieten kann, einschränkt. Genau wie das Melken einer Kuh kann der Vorgang wiederholt werden, ohne die Kuh zu töten, und dasselbe gilt für Mikroalgen. Durch die wiederholte Entfernung hochwertiger Verbindungen aus derselben Mikroalgenkultur können die Probleme mit den hohen Produktionskosten beseitigt werden, was zu einem nachhaltigen und skalierbaren Prozess für die Zukunft führt.
Dies würde dazu führen, dass Biokraftstoffe gegenüber den derzeitigen fossilen Kraftstoffen wettbewerbsfähig werden, was dazu beitragen würde, die Umstellung auf alternative Energiequellen zu beschleunigen. Leider hat die Aussicht auf eine wettbewerbsfähige Biokraftstoffproduktion noch einiges zu tun, bevor sie mit den Preisen und Mengen fossiler Kraftstoffe mithalten kann. Aber diese sich entwickelnden Technologien haben das Potenzial, den Übergang zu beschleunigen, der erforderlich ist, damit die Welt ihre Emissionsziele für 2050 erreichen kann.
Callum Russell ist promovierter Chemieingenieur an der University of the West of Scotland. Dieser Artikel erschien zuerst auf The Conversation.