Yosunlardan bioyoqilg'i

Alg yoqilg'isini tijoratlashtirish muammolari

Yuqori o'sish sur'atlari, oqilona o'sish zichligi va yuqori yog' miqdori suv o'tlarini bioyoqilg'iga aylantirish uchun katta sarmoya kiritish uchun sabablar sifatida keltirilgan. Biroq, suv o'tlari neftni qoplash va natijada CO ₂ chiqishini kamaytirish uchun iqtisodiy jihatdan foydali platforma sifatida etuk bo'lishi uchun bu suv o'tlarini qanday va qaerda etishtirishdan tortib, neft qazib olish va yoqilg'ini qayta ishlashni yaxshilashgacha bo'lgan bir qator to'siqlarni engish kerak. Yosun bioyoqilg'i ishlab chiqarish zanjiri tasvirlangan3-rasmva asosiy muammolarga shtammni izolyatsiya qilish, ozuqa manbalari va ulardan foydalanish, ishlab chiqarishni boshqarish, o'rim-yig'im, qo'shimcha mahsulotlarni ishlab chiqish, yoqilg'i qazib olish, tozalash va qoldiq biomassadan foydalanish kiradi.

3-rasm
Yosun bioyoqilg'i ishlab chiqarish zanjiri

Yosunlarning o'sishi va yig'im-terimini yanada samarali qilish

Yaxshilangan muhandislik suv o'tlari bioyoqilg'i ishlab chiqarishga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Ushbu yaxshilanishlar ozuqa moddalarining aylanishi va yorug'lik ta'sirining samarali strategiyalarini o'z ichiga oladi va boshqa joylarda ko'rib chiqilgan [ 27 , 28 ]. Muxtasar qilib aytganda, muhandislar uchun keng miqyosda joylashtirish uchun etarlicha arzon bo'lgan fotobioreaktorlarni (PBR) loyihalashda yoki muhandislar va biologlar uchun arzon ochiq tizimlarda samarali o'sadigan turlarni yaratish uchun kuchlarni birlashtirishda jiddiy qiyinchiliklar mavjud [ 29 ].]. PBRlar ochiq tizimlarga nisbatan afzalliklarga ega, chunki ular aksenik madaniyatlarni saqlashni osonlashtiradi va ko'proq nazorat qilinadigan o'sish muhitini saqlab turishi mumkin, bu esa mahsuldorlikning oshishiga olib kelishi mumkin; biroq, o'z ichiga olgan tizimlar gaz almashinuvidagi samaradorlik va qo'shimcha sovutish talabi bilan shubhalanadi [ 28 ]. Kontaminatsiyani kamaytirish va mahsuldorlikni oshirishning afzalliklariga qaramay, PBRlar ochiq hovuz tizimlari bilan raqobatbardosh bo'ladimi yoki yo'qmi aniq emas. Amaldagi o'sish strategiyasidan qat'i nazar, suv o'tlarini o'stirish, yig'ish va ulardan moy olish uchun mavjud texnologiyalarni sezilarli darajada yaxshilash kerak va muhandislik yutuqlarini ishlab chiqarish shtammlarini yaxshilash uchun muvofiqlashtirilgan harakatlar talab etiladi.

Neft qazib olish va quyi oqimlarni qayta ishlashni yaxshilash

Neft qazib olish - bu muhandislik tomonidan eng oson hal qilinadigan yana bir muammo. Yosunlardan neft olishning uchta asosiy strategiyasi mavjud: neft pressi/ekspeller, geksan ekstraksiyasi va o'ta kritik CO ₂ suyuqligining ekstraktsiyasi [ 30 ]. Bu texnologiyalarning barchasi muvaffaqiyatli namoyish etilgan, ammo neft qazib olish uchun zarur bo'lgan uskunalar yoki energiya jihatidan nisbatan qimmat. Yaxshiyamki, ularning barchasi muhandislik yaxshilanishlariga mos keladi. Qazib olingandan so'ng, xom suv o'tlari yog'i kimyoviy jihatdan qazib olinadigan yoqilg'i moyiga o'xshashligi sababli, suv o'tlari yog'ini foydali suyuq yoqilg'iga aylantirish bilan bog'liq muhandislik muammolari neft kompaniyalari tomonidan yaxshi boshqariladigan muammolarga o'xshaydi, ammo benzin ishlab chiqarishni yaxshilash uchun yaxshilangan katalizatorlar kerak bo'ladi. bio-moy [31 ]. Ushbu o'xshashliklar tufayli, suv o'tlari ishlab chiqaruvchi kompaniyalar va yirik neft kompaniyalari o'rtasidagi hamkorlik ehtimoli bor deb taxmin qilish oqilona ko'rinadi, chunki bu kompaniyalar quyi oqimdagi qayta ishlash samaradorligini oshirishda katta tajribaga ega.

Yerdan foydalanish

Amaldagi o'sish strategiyasi va neft qazib olish samaradorligidan qat'i nazar, foydali qazilma yoqilg'isini almashtirish uchun zarur bo'lgan amalga oshirish ko'lami juda muhimdir. 2008 yilda birgina AQSh kuniga 19 497 950 barrel neft talab qilgan [ 32 ]]. Yosunlar yoki boshqa bioyoqilg'i xom ashyosi uchun bu raqamga ta'sir qilish uchun katta maydon ishlab chiqarish ob'ektlariga ajratilishi kerak, hisob-kitoblarga ko'ra, AQShning neftga bo'lgan talabini qondirish uchun 30 million akr kerak bo'ladi. Katta hajmdagi akvakulturaga qanday erishish mumkinligi haqida turli xil modellar taqdim etilgan. Erdagi strategiyalar ham, dengiz strategiyalari ham talab qilinishi mumkin bo'lsa-da, ushbu maqolada biz quruqlikdagi akvakulturaga e'tibor qaratamiz, chunki dengiz strategiyalari hozirda mutlaqo noma'lum va bugungi kunda qo'llaniladiganidan sezilarli darajada farq qiladigan muhandislikni talab qilishi mumkin. Er usti modellari hozirda oziq-ovqat qishloq xo'jaligi uchun foydalanilmayotgan va ma'lum bo'lgan ekologik yoki boshqa muhim iqtisodiy foydaga ega bo'lgan yerlardan foydalanadi.

Suvdan foydalanish

Suv alglarning ko'payishini cheklovchi asosiy omil hisoblanadi. Suv o'tlari o'sishini haydab bo'lmaydigan erlarga kengaytirish uchun suv kerak bo'ladi; Yaxshiyamki, bu hududlarning ko'pchiligi ostida katta ishqorli yoki sho'r suv havzalari mavjud bo'lib, ular ko'plab suv o'tlari turlarining o'sishi uchun mos bo'lgan ichimlik bo'lmagan suvning muhim manbasini ta'minlaydi. Ajablanarlisi shundaki, ochiq suv havzalarida o'stirilgan suv o'tlari bug'lanishda yo'qolgan suvni to'ldirish uchun paxta yoki bug'doynikiga o'xshash, ammo makkajo'xorinikidan kamroq maydon birligiga suv talabiga ega (biologik yoqilg'i ishlab chiqarishda ishlatiladigan quruqlikdagi o'simliklarning suvga bo'lgan ehtiyojini ko'rib chiqish uchun) qarang [ 33]). Suv o'tlarining keng tarqalishini ko'rib chiqayotganda, kelajakda "suv va yoqilg'i" bahsiga yo'l qo'ymaslik uchun suvdan foydalanishni hisobga olish juda muhimdir. Katta gidroksidi zahiralari mavjud bo'lsa-da, suv yosunlari bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun asosiy muammo bo'lib qoladi va sanoat kengayib borayotgani sababli diqqat bilan ko'rib chiqilishi kerak.

Oziqlanish muammosi

Yosunlar samarali o'sishi uchun ozuqa moddalari, yorug'lik, suv va uglerod manbai, ko'pincha CO _{2 ni talab qiladi.} Ko'pgina suv o'tlari uchun zarur bo'lgan asosiy oziq moddalar fosfor, azot, temir va oltingugurtni o'z ichiga oladi. Ko'pincha, suv o'tlari o'sishi uchun zarur bo'lgan ozuqa moddalariga bo'lgan ehtiyoj e'tiborga olinmaydi, chunki suv o'tlari o'z muhitida mavjud bo'lganda bu ozuqa moddalarini sekvestrlashda juda samaralidir [ 34 , 35 ]. Oziq moddalar yuki va suv o'tlari o'sishidagi o'zgarishlar ko'llar va qirg'oqbo'yi mintaqalarining evtrofikatsiyasi nuqtai nazaridan keng miqyosda o'rganilgan, ammo keng miqyosli akvakulturada unumdorlik jihatidan unchalik katta emas [ 36 , 37 ]]. Agar quruqlikdagi qishloq xo'jaligi suv o'tlari akvakulturasining ba'zi muammolari uchun namuna bo'lsa, unda keng ko'lamli suv o'tlari o'sishi uchun etarli miqdorda ozuqa moddalarini ta'minlash muhim muammo hisoblanadi. Mikro va makro ozuqaviy qo'shimchalar yoki o'g'itlar hozirgi er usti qishloq xo'jaligi sanoatida [ 38 ] sezilarli xarajatlarni tashkil qiladi va bioyoqilg'i bundan mustasno bo'lishi kutilmaydi. Dunyo miqyosida o'g'itlardan foydalanish ortib bormoqda. Afsuski, ko'plab o'g'it komponentlari qazib olinadigan yoqilg'idan ishlab chiqariladi yoki qazib olinadi va shuning uchun ular qayta tiklanmaydi [ 39-42 ]]. O'simliklarga o'xshash suv o'tlari qishloq xo'jaligi o'g'itlarining asosiy tarkibiy qismlari bo'lgan fosfor, azot va kaliy manbalarini talab qiladi va keng miqyosli akvakultura bu allaqachon cheklangan zaxiralarga ta'sir qiladi. Bundan tashqari, ko'plab alg turlarining optimal o'sishi xelatli temir va oltingugurtni talab qiladi.
Fosfor suv o'tlarining umumiy biomassasining 1% dan bir oz kamroq qismini tashkil qiladi va suv o'tlarining o'sishini ta'minlash uchun muhitda taxminan 0,03-0,06% talab qilinadi. AQShda qishloq xo'jaligida qo'llaniladigan o'g'itlar cheklangan ta'minot tufayli fosfatning optimal konsentratsiyasidan kamroq. Hozirgi vaqtda AQShdan har yili 40 million tonnadan kam fosfat qazib olinadi va bu kondan maksimal fosfat ishlab chiqarish 1980-yillarning oxirida eng yuqori cho'qqiga chiqdi. Agar alg bioyoqilg'i AQShda neftni to'liq almashtirsa, har yili qo'shimcha 53 million tonna fosfat sotib olinishi kerak. AQShda fosfatning umumiy miqdori taxminan 2,8 milliard tonnani tashkil etishini hisobga olsak, bu muhim muammo. Bu fosfatni suv o'tlari havzalariga qayta ishlash yoki kon ishlab chiqarishni sezilarli darajada oshirishdan boshqa bir nechta variantni qoldiradi,
Azot, fosfordan farqli o'laroq, etkazib berish bilan cheklanmaydi, lekin ko'pincha o'simlik va suv o'tlarining o'sishini cheklovchi makroelement hisoblanadi. Yosunlar ozuqa manbai sifatida foydalanish uchun azotning ammiak, nitratlar va shunga o'xshash molekulalarga biriktirilishini talab qiladi [ 43 ]. Ba'zi bakteriyalar, masalan, rizobiya, o'z azotini tuzatish qobiliyatiga ega, ba'zilari esa er usti o'simliklari bilan simbiotik aloqalar hosil qiladi, bu esa o'simliklarni oqsil va nuklein kislotasi sintezini ta'minlash uchun ushbu muhim ozuqa bilan ta'minlaydi [ 42 , 44 ]. Ayrim siyanobakteriyalar ham azotni fiksatsiya qilish qobiliyatiga ega, shu bilan birga hozirgi kunga qadar aniqlangan deyarli barcha suv o'tlari turlari ekzogen qattiq azot manbasini talab qiladi va ko'pchilik ammiakni afzal ko'radi, chunki u nitrat yoki nitritga qaraganda kamroq energiya talab qiladi [ 45 ].]. Ruxsat etilgan azotning arzon manbasini ta'minlash suv o'tlari bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun muhim bo'ladi va azotni fiksatsiya qiluvchi siyanobakteriyalardan ushbu azot bilan ta'minlash uchun foydalanish imkoniyati bu xarajatlarni minimallashtirishga yordam beradi [ 46 ].
Ochiq okeanlarda temir suv o'tlari o'sishi uchun asosiy cheklovchi ozuqa moddasi bo'lib, ochiq okeanlarga ekzogen temir qo'shilishi bilan suv o'tlarining gullab-yashnashi bilan ko'rsatilgan [ 47 ]. Qizig'i shundaki, alglarning gullashini qo'zg'atish uchun temir qo'shilishi CO 2 ni ajratish strategiyasi sifatida ko'rib chiqilgan va sinovdan _o'tgan [ 47-49 ] . Biologik jihatdan temir barcha ma'lum fotosintetik organizmlarda, jumladan Chlamydomonas reinhardtii da elektron tashish uchun zarurdir va odatda turli fotosintetik oqsillardagi temir-oltingugurt klasterlarida topiladi [ 50 ]]. Temir oksidlangan shaklda qabul qilish uchun maqbul emas va ko'pchilik suv o'tlari xelatli temirni afzal ko'radi. Yaxshiyamki, temirni osongina olish mumkin va boshqa ko'plab zarur oziq moddalarga qaraganda ko'proq mavjud.
Oltingugurt, elektron tashish zanjiridagi asosiy rolidan tashqari, oqsil sintezi va lipidlar almashinuvi uchun ham talab qilinadi. Oltingugurt tanqisligi suv o'tlarining zichligi va o'sishini cheklashi ko'rsatilgan [ 51 ]. Shunday qilib, oltingugurt alglarning optimal o'sishi uchun muhim bo'lishi mumkin va eng yaxshi iqtisodiy daromad olish uchun ommaviy axborot vositalariga qo'shiladigan oltingugurtning maqbul miqdorini aniqlash uchun xarajat/foyda tahlilini ko'rib chiqish kerak bo'ladi.
Alg bioyoqilg'i ishlab chiqarishni mazmunli darajaga ko'tarish oqibatlarini ko'rib chiqayotganda, yuqorida aytib o'tilgan ozuqa moddalarini, shuningdek kaliy va kamida to'qqizta boshqa mikro va makro-elementlarni sotib olishni e'tibordan chetda qoldirmaslik kerak [ 52 ].]. Oziq moddalarning ko'pchiligi ozuqa moddalariga boy chiqindi suv yoki qishloq xo'jaligi oqimini suv o'tlari o'sishi bilan birlashtirish, suvni qayta ishlashni tartibga solish va iqtisodiy yoqilg'i ishlab chiqarishni optimallashtirish orqali to'ldirilishi mumkin. Bu strategiyalar qandaydir miqyosda hayotiy ko'rinadi; biroq muqobil imkoniyatlarni ham ishlab chiqish kerak. Oxir oqibat, usullarning kombinatsiyasi talab qilinishi mumkin va, ehtimol, yosunlarga asoslangan bioyoqilg'i uchun mikro va makro-elementlarni qayta ishlash ishlab chiqilishi kerak, bu esa hozirgi qazilma yoqilg'idan foydalanishga ta'sir qiladi. Suv o'tlari havzalarida ozuqa moddalarini qayta ishlashning eng istiqbolli usullaridan biri bu anaerob hazm qilishdan foydalanishdir [ 53 ]]. Ushbu bakterial jarayon metan gazini ishlab chiqaradi, shu bilan birga ozuqa moddalarining ko'p qismini o'ldirish mumkin bo'lgan bakterial atala va alg o'g'itlari uchun ishlatiladigan aralashmada saqlaydi. Metan gazi hozirda yuqori qiymatli tovar emas, lekin suv o'tlari fermalarini boshqarish uchun energiya bilan ta'minlashga yordam beradi va arzon anaerob hazm qilish suv o'tlarida yuqori qiymatli oqsillarning ayrim turlarini ishlab chiqarishga to'sqinlik qiladi. Shuning uchun samarali anaerob hazm qilish va yuqori qiymatli qo'shma mahsulotlar o'rtasida muvozanatga erishish kerak.4-rasm.

4-rasm