تُنتج الكائنات الطحلبية البسيطة كتلة حيوية يُمكن حصادها ثم تحويلها لإنتاج الوقود ومنتجات أخرى. في منشور حديث، أرامكو كشفت أعلنوا أنهم أنتجوا أول دفعة من النفط الخام الحيوي من الطحالب. ويستكشفون، إلى جانب باحثين وشركات أخرى، سبل إنتاج واستخدام وقود منخفض الكربون من مياه الصرف الصحي والطحالب الدقيقة في مياه البحر.
إنتاج وقود منخفض الكربون من مياه الصرف الصحي والطحالب الدقيقة في مياه البحر: هدف الدراسة
إلى اكتشف المزيد عن الوقود السائل البديل التي يمكن استخدامها لإنتاج طاقة صديقة للبيئة ومستدامة. وكذلك، لتحديد احتياجات الطحالب الدقيقة لإنتاج الطاقة وأنواعها. الوقود الحيوي.
- وفقًا دراسة أجراها كلينوفا وآخرون.يُستخرج الديزل الحيوي من ميكروبات زيتية، ويُستخدم كبديل متجدد هام لإنتاج الديزل والبترول.
- آخر دراسة أجراها ديميرباس وتشير الدراسات إلى أن الطحالب الدقيقة فقط هي التي تمتلك القدرة على إنتاج وقود حيوي متجدد يمكنه تلبية احتياجات النقل العالمية.
ما هي الطحالب الدقيقة؟
إنها أصغر نباتات العالم، بلا جذور ولا أوراق، وتُنتج أكثر من نصف الأكسجين الذي نتنفسه. كما أنها غنية بالمركبات النشطة بيولوجيًا.
خصائص الطحالب الدقيقة
- عموما، الطحالب هي تم تصنيفها إلى مجموعتين وهي حقيقية النواة وبدائية النواة. الطحالب الدقيقة هي أقدم الأنواع الحية.
- هم لديها آليات التمثيل الضوئي مشابهة لتلك الموجودة في النباتات الأخرى المصنوعة من الكلوروفيل.
- يتم زراعة الطحالب الدقيقة كمعلق مائي ولديها قدرة أكبر على الوصول إلى الماء والمواد المغذية وثاني أكسيد الكربون.
- العوامل التي تحدد تصنيفها هي أنواع الصبغة، والتركيب الكيميائي، ومكونات جدار الخلية، والسمات المورفولوجية.
- لديهم القدرة على تثبيت ثاني أكسيد الكربون للعديد من المصادر مثل أملاح الكربونات القابلة للذوبان، والغلاف الجوي، وغازات النفايات الصناعية.
أنواع الطحالب الدقيقة
- يستطيعون عضوية التغذية إذا استخدموا المركبات العضوية للتنمية.
- ذاتي التغذية، إذا كانوا يحصلون على الكربون من المركبات غير العضوية.
- وهم يتميزون بأنهم ذاتية التغذية الضوئية عندما يستخدمون الضوء كمصدر للطاقة.
- على نحو مماثل، الطحالب الدقيقة المختلطة التغذية هي البناء الضوئي لأنها تدمج التغذية الذاتية والتغذية غيرية التغذية عبر عملية التمثيل الضوئي.
تحديات استخدام الطحالب الدقيقة لتوليد الوقود الحيوي
رغم أن استخدام الطحالب لإنتاج الوقود الحيوي مفيد، إلا أن تكاليف معالجته مرتفعة. كما أن قدرته التنافسية منخفضة، مما يُمثل عائقًا رئيسيًا أمام تسويقه على نطاق واسع.
- إن إنشاء صناعات إنتاج الوقود الحيوي من خلال الطحالب وضمان القدرة التنافسية من حيث التكلفة هو التحدي الرئيسي.
- وفقا ل دراسة جونز ومايفيلدبحلول عام 2030، سيتم تلبية حوالي 6% من إجمالي الطلب على الطاقة من خلال الوقود الحيوي.
- وفقاً لبعض الباحثين، تحتوي الطحالب الدقيقة المستخدمة في إنتاج الوقود الحيوي على كميات كبيرة من الدهون. توضح الجداول التالية هذه البيانات.
وفقا لبحث، يمكن للمحار العملاق أن يجعل الطاقة الشمسية أكثر كفاءة.
خطوة متضمنة في إنتاج الوقود الحيوي الطحالب الدقيقة
هذا يتضمن خطوتان رئيسيتان والتي تتضمن إجراءات فرعية مختلفة.
زراعة الطحالب
يمكن أن يستمر نمو الطحالب من يوم إلى عشرة أيام، مما يسمح بحصادها عدة مرات. يمكن لهذه الكائنات الدقيقة أن تنمو حتى في الأراضي الجافة والقاحلة. علاوة على ذلك، بعض أنواع يمكن أن تنمو الطحالب بمعدل أعلى من المحاصيل الغذائية بمقدار 20 إلى 30 مرةتناقش هذه الدراسة زراعة البرك المفتوحة باعتبارها الطريقة الأكثر شيوعًا.
بركة مفتوحة للزراعة
من الضروري اختيار التقنية المناسبة لزراعة وحصاد الكتلة الحيوية الطحلبية. نظرًا للصعوبات الاقتصادية، تُعدّ البرك المفتوحة على نطاق صناعي الخيار الوحيد حاليًا نظرًا لتصميمها البسيط. وهي عمومًا... تم تطويرها على شكل بركة أو مضمار سباق ومن خلال الانتشار يتم جمع ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوييتم تصنيف النظام إلى 3 أنواع: البركة الدائرية، وبركة المسار، والنظام المفتوح غير المتحرك.
القيود
هذه الطريقة تؤدي إلى خسائر المياه بسبب التبخر، كما أن إنتاجها من الكتلة الحيوية منخفض. بعض أنواع الطحالب المعرضة للخطر غير قادرة على النمو في هذه البيئة. طريقة الزراعة في البرك المفتوحة مثالية فقط للأماكن ذات أشعة الشمس الوفيرة وسهولة الوصول إلى المياه، وخاصة على طول الساحل.
نظام الزراعة المغلقة
نظرًا لأن النظام المفتوح يعاني من قيود الموارد، فقد تم تطوير أنظمة PBRs المغلقة. هناك لا يوجد تفاعل مباشر بين البيئة ووسائل الإعلام الثقافيةويؤدي ذلك إلى توفير بيئة أكثر اتساقًا وموثوقية نسبيًا لزراعة الطحالب وحصادها.
يُنتج النظام المغلق منتجات قيّمة ومواد كيميائية دقيقة تُستخدم في تطبيقات متعددة. تُصنع منها المستحضرات الصيدلانية الحيوية، ومستحضرات التجميل، والوقود الحيوي، ومكملات الصحة البشرية. ومن طرق الزراعة المغلقة: اللوحة المسطحة، والأنبوب الرأسي، والأنبوب الأفقي، والخزان المُحرّك.
القيود
هذه النظام مكلف بعض الشيء حيث يتضمن نهجًا لمعلمات العملية، وإحكام الهواء، ونقل الكتلة. أنظمة الإضاءة تتطلب كمية كبيرة من الطاقة مما يجعل هذا النظام غير فعال. وأصبح تسويقه تجاريًا صعبًا بسبب محدوديته.
نهج الإضافات النانوية لزراعة الطحالب الدقيقة بسرعة
بعض الباحثين مؤخرا إضافات النانو المطبقة في مراحل مختلفة من زراعة الطحالب الدقيقةوكان تركيزهم منصبا على تعزيز كفاءة تطوير الكتلة الحيوية والمنتجات الثانوية.
- يمكن أن تكون المواد النانوية مثل الأنابيب النانوية والألياف النانوية المغلفة بالإنزيمات يستخدم للتثبيتتتمتع بعض هياكل الكربون مثل أنابيب الكربون النانوية وأكسيد الجرافين بالقدرة على توفير الاستقرار والنشاط للإنزيمات.
- علاوة على ذلك، تم استخدام الجسيمات النانوية أيضًا لـ زيادة إنتاج الوقود الحيوي والكتلة الحيوية.
- وفقًا للباحثين، من الممكن تعزيز الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة عن طريق 20-30٪ مع تطبيق الجسيمات النانوية.
- تم استخدام مصابيح LED القائمة على زرنيخيد الألومنيوم والغاليوم لتوسيع نطاق زراعة الطحالب، وبالتالي تحقيق إنتاج أعلى للكتلة الحيوية.
- كما يتم استخدام الألياف البصرية أثناء تربية الطحالب لتحسين كفاءة النمو كما أنها توفر تكاليف الإضاءة.
الوقود الحيوي في قطاع النقل
الوقود الحيوي مهم هنا لأنه يُسهم في تلبية الطلب المتزايد عليه. فهو بدائل أفضل من الوقود الأحفوري، وهو صديق للبيئة أيضًا، إذ يُنتج انبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكربون. وهذا بدوره يُقلل من انبعاثات غازات الدفيئة، ويُسهّل مكافحة تغير المناخ. أما البنزين المُستخرج من رواسب الطحالب القديمة، فهو مصدر محدود، ويزداد سعره، وربما ينفد.
A دراسة الدول تُعدّ الطحالب الدقيقة مصادر قيّمة للوقود الحيوي. فهي تُراكم وتُركّب كميات كبيرة من الدهون المحايدة، وهو أمرٌ مُفيد. علاوةً على ذلك، تُوفّر الطحالب الدقيقة إنتاجًا مُستمرًا على مدار العام، وتضمن إنتاجًا زيتيًا فعّالًا لكل منطقة مزروعة مُقارنةً بمحاصيل البذور الزيتية.
اقترح بحث يُظهر الميلانين من حبر الحبار إمكاناته كمورد مستدام للكتلة الحيوية.
أهمية الطحالب في إنتاج الوقود الحيوي: جوانب من دراسات مختلفة
لقد أجريت العديد من الدراسات التي تشهد على مزايا الطحالب الدقيقة مقارنة بالنباتات الأرضية الأخرى.
دراسة # 1
دراسة جونز ومايفيلد اقترح الباحثون إمكانية استخدام الطحالب الدقيقة لإنتاج أنواع مختلفة من الوقود الحيوي. على سبيل المثال، إنتاج الميثان عن طريق الهضم الهوائي من زيت الطحالب الدقيقة الناتج عن الهيدروجين الحيوي.
دراسة # 2
استخدم بينكوس ودارزينز تشير دراسة استقصائية إلى إمكانية استنساخ الطحالب الدقيقة، وهي كائنات وحيدة الخلية، بتقنيات عالية السرعة، وإنتاج سلالات سريعة التغير. وأظهرت الدراسة أن الطحالب الدقيقة صديقة للبيئة وسهلة النمو. علاوة على ذلك، يمكن لعملية زراعة الطحالب الدقيقة أن تقلل من تدفقات النفايات.
دراسة # 3
وفقا ل دراسة بيتمان وآخرونيمكن للطحالب الدقيقة أن تُوفر أعلى إنتاجية للكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة وطول. ولهذا السبب، حظيت باهتمام كبير في مجال توليد الطاقة المتجددة. فهي غنية بالزيت والنشا، ولا تتطلب أرضًا زراعية خاصة للزراعة أو مياهًا عذبة للبقاء. ويمكن زراعتها بسهولة باستخدام ثاني أكسيد الكربون ومياه الصرف الصحي.
دراسة # 4
وفقًا دراسة باتيل وآخرونتُفضّل الطحالب الدقيقة على الطحالب الكبيرة، لأن الأخيرة أقل مرونة وتوفر طريقة معالجة واحدة فقط. بينما تستخدم الطحالب الدقيقة ثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس لإنتاج الوقود الحيوي والأعلاف والأنشطة الحيوية عالية القيمة. يُذكر أن الطحالب الدقيقة تُمثل أكثر من 2% من تثبيت الكربون العالمي، حيث تُمثل الطحالب الدقيقة البحرية النسبة الأكبر من الإنتاجية.
دراسة # 5
آخر دراسة أجراها سينغ وأولسنتحتوي الكتلة الحيوية للطحالب الدقيقة على حوالي 50% من الكربون من حيث الوزن الجاف. تستطيع الطحالب إنتاج كميات كبيرة من الكتلة الحيوية في فترة زمنية قصيرة، وذلك لعدم احتواء أغصانها أو أوراقها أو جذورها على السليلوز. علاوة على ذلك، يُعدّ جمع الطحالب الدقيقة واستخلاصها وتحويلها إلى محفز نانوي أمرًا سهلاً، مما يُؤدي إلى إنتاج وقود حيوي فعال. بينما تحتوي الطحالب الكبيرة على دهون وهيدروكربونات وزيوت معقدة متنوعة، مما يجعل العملية معقدة.
وهنا نسخة مبسطة وموضحة من توقعات الطاقة العالمية 2024-2050.
خاتمة
تتميز الطحالب الدقيقة بمعدل نمو أفضل من المحاصيل الأرضية الأخرى، وتحتوي على نسبة عالية من الدهون، وتتكاثر بسرعة. من الواضح أنه لا توجد استراتيجية واحدة قادرة على توفير حل فعال. لذا، يلزم الجمع بين عدة عمليات لضمان الاعتماد على الوقود الحيوي لإنتاج الطاقةمن المهم ضمان فعالية الطحالب في معالجة الوقود الحيوي واستخلاص النفط. وبهذا، يتضح أن الوقود منخفض الكربون المستخرج من مياه الصرف الصحي والطحالب الدقيقة في مياه البحر هو الحل الأمثل والمستدام.
