وقود الطحالب هو وقود يعتمد على الدهون المستخلصة من الطحالب الدقيقة. يعتبر الوقود الحيوي “الجيل الثالث” من الوقود الحيوي الذي يحتمل أن يحل محل الوقود الحيوي “الجيل الأول” المثير للجدل ، الذي تم الحصول عليه من الزيوت النباتية للنباتات الأرضية. يعتبر وقود الطحالب أو الوقود الحيوي للطحالب أو زيت الأعشاب البحرية بديلاً للوقود الأحفوري السائل الذي يستخدم الطحالب كمصدر لزيوت الطاقة العالية. مثل الوقود الأحفوري ، تطلق وقود الطحالب ثاني أكسيد الكربون عند إحراقه ، ولكن على عكس الوقود الأحفوري ، فإن الوقود الذي يعتمد على الطحالب وغيره من أنواع الوقود الحيوي يطلق ثاني أكسيد الكربون فقط الذي تم إزالته مؤخرًا من الغلاف الجوي عن طريق التمثيل الضوئي مع نمو الطحالب أو النباتات.

أثارت أزمة الطاقة وأزمة الغذاء العالمية الاهتمام بنمو الطحالب لإنتاج وقود الديزل الحيوي وغيره من أنواع الوقود الحيوي على الأراضي غير المناسبة للزراعة التقليدية. بعض الخصائص الجذابة للوقود القائم على الطحالب هي أنه يمكن زراعتها بأقل تأثير ممكن على موارد المياه العذبة ، ويمكن إنتاجها باستخدام المياه المالحة ومياه الصرف الصحي ، وهي قابلة للتحلل البيولوجي وغير ضارة نسبيًا. في حالة حدوث تسرب في البيئة الطبيعية.

يعتبر الوقود الحيوي المنتج بالكامل من الطحالب طاقة من الجيل الثالث ، ولكن إنتاجه لم يصل بعد إلى نقطة.

الخصائص الرئيسية
الطحالب هي المكون الأول من الكيروجين ، والتي يتم استخراج النفط منها.

التمثيل الضوئي للطحالب الدقيقة
الدياتومات و Chlorophyta لهما عملية التمثيل الضوئي مماثلة لعملية النباتات العالية. وهم قادرون على إصلاح ، كما تفعل النباتات الأرضية ، CO2 بفضل إنزيم Rubisco (ريبوليوز فوسفات الكربوكسيلاز). تعتبر منتجات دورة كالفين بمثابة نقطة انطلاق لعملية التخليق الحيوي للسكريات أو الدهون. الإنزيم acetylcoenzyme يلعب carboxylase (ACCase) دورًا رئيسيًا ، خاصة في الدياتومات ، في المسار التوليفي للدهون الثلاثية أو triacylglycerols (TAG) ، وهي جزيئات تسعى للحصول على الوقود. أدى نقص السيليكا الناجم عن الدياتومات إلى زيادة تخليق الدهون ، وذلك فيما يتعلق بنشاط جين آكاس. تم عزل هذا الجين واستنساخه سعياً إلى زيادة التعبير عنه وبالتالي إنتاج النفط. يصاحب الإجهاد النيتروجيني في الطحالب الخضراء نفس التأثيرات.

عائدات
هناك أنواع مختلفة من العوائد.

إن إنتاجية الكتلة الحيوية تميز إنتاج المادة الحية ، وهذا المحصول هو أساس المقارنة لمصادر الوقود الحيوي (الحبوب ، الطحالب ، الأشجار ، إلخ). ويستخدم هذا المحصول بشكل خاص في تحليل استبدال الزيت بواسطة طاقة متجددة مكافئة (سائل ، مع القليل من التعديل في الأنظمة الحالية مثل المحركات).
كفاءة الطاقة تميز الناتج النهائي للطاقة ، بغض النظر عن شكلها (الوقود أو الكهرباء). إنه مؤشر مقارنة عالمي.

محصول الكتلة الحيوية
وفقا لبرنامج أبحاث شمش ، بتنسيق من INRIA ، يمكن لبعض الطحالب المجهرية أن تجمع حتى 50٪ من وزنها الجاف في الأحماض الدهنية. الطحالب الدقيقة التي تم اختبارها هي الدياتومات والكلوروفيسيا.

وفقا ل IFREMER ، “يقدر أن هناك ما بين 200،000 ومليون نوع من الطحالب في العالم. هذا التنوع البيولوجي ، استجابةً لقدرة استثنائية على التكيف ، يسمح بالحكم المسبق على الثراء النسبي في الجزيئات الأصلية والدهون (وقود الأنود). بالمقارنة مع أنواع النفط الأرضية ، فإن الطحالب المجهرية لها العديد من الخصائص المواتية لإنتاج الأحماض الدهنية التي يمكن استخدامها لإنتاج أنواع من وقود الألكرو.الأصول الرئيسية هي 10 أضعاف غلة الكتلة الحيوية ولا يوجد تعارض مع المياه العذبة والأراضي الزراعية. من 20000 إلى 60000 لتر من النفط لكل هكتار سنويًا مقابل 6000 ليتر لزيت النخيل ، أحد أفضل المحاصيل البرية. »

وفقا لما ذكره يوسف شيستي من جامعة ماسي في نيوزيلندا (معهد التكنولوجيا والهندسة) ، فإن محصول الدياتومات والكلوروفيا أعلى بكثير من نباتات الأرض مثل الاغتصاب لأنها كائنات حية وحيدة الخلية. يسمح نموها في التعليق في وسط مائي بتحسين الوصول إلى الموارد: الماء ، أو ثاني أكسيد الكربون ، أو المعادن. وفقا للعلماء في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، فإن الطحالب المجهرية قادرة على “تجميع 10 مرات إلى 100 زيت في الهكتار الواحد من نباتات النفط الأرضية المستخدمة في صنع الوقود الزراعي”.

يمكن تغطية الوقود اللازم للنقل البري في الولايات المتحدة من خلال إنتاج أنواع من الغاز على مساحة 90 ألف كيلومتر مربع ، أي ما يعادل إجمالي مساحة المجر. أداء مقارنة مع زيت النخيل ، والتي تتطلب نفس المساحة لبلد مثل باكستان. يعتقد أحد الباحثين الذي أجرى دراسة لوزارة الطاقة في الولايات المتحدة في الوقت نفسه أن الوقود المستخدم اليوم في الولايات المتحدة يمكن إنتاجه على مساحة سطح أصغر تعادل مساحة ولاية ماريلاند التي تبلغ مساحتها 27 091 كيلومتر مربع أو مربع. من 165 كم على الجانب. وبالمقارنة ، فإن الصحراء تمثل 9،400،000 كيلومتر مربع.

كفاءة الطاقة
يشير تقرير “Agrofuels and Environment” الذي نشرته وزارة البيئة في أواخر عام 2008 في فرنسا إلى أن كفاءة تحويل الطاقة الشمسية بواسطة الطحالب الدقيقة هي من رتبة W m2 ، أي أقل من طاقة الرياح بمقدار ضعفين إلى عشرة أضعاف. (بين 5 و 20 W M2) ، أو الطاقة الكهرومائية الجبلية (ما بين 10 و 50 W M2). الاستنتاج الذي خلص إليه هذا التقرير هو أن “الوقود الزراعي في المنطقة هو أقل المناطق إنتاجًا ، وهي محدودة في الواقع نتيجة لإنتاج التمثيل الضوئي المنخفض جدًا (& lt؛ 1٪). وسيبقى الجيل الثالث ، باستخدام الطحالب ، إلى حد كبير أقل فعالية من أي حلول “كهربائية” ، بما في ذلك استخدام الطاقة الشمسية ، “لذا لا يوجد لدى المبررات الزراعية أي مبرر من ذلك لتوفير وقود قابل للاستخدام لبدائل النقل للوقود الأحفوري”.

كلفة
تقديرات تكلفة الإنتاج الصناعي تختلف.

يقيّم الفريق العلمي الفرنسي شماش في يناير 2009 م 10 يورو لكل لتر تكلفة الإنتاج الصناعي من الغوكاربورانت.
تقدر شركة Seed Science Ltd الكندية تكلفة الإنتاج الصناعي في البلدان المتقدمة بما يتراوح بين 3.5 و 6.9 يورو لكل لتر (ما بين 4.5 و 9 دولارات).
ويقدر برنامج Biomass ، وزارة الطاقة الأمريكية ، تكلفة الإنتاج الصناعي بأكثر من 8 دولارات للغالون الواحد ، أو 1.80 يورو للتر ، في ضوء البيانات المعروفة في 2008.
تعلن شركة الجينول عن توزيع منخفض التكلفة قدره 1.30 دولار للجالون في عام 2015 18 ، أو 0.30 يورو للتر.

تأثير بيئي
وبالمقارنة مع محاصيل الوقود الحيوي الأرضية مثل الذرة وفول الصويا ، فإن إنتاج الطحالب الدقيقة يؤدي إلى بصمة أرضية أقل بكثير نتيجة لزيادة إنتاجية الزيت من الطحالب الدقيقة مقارنة بجميع المحاصيل الأخرى. كما يمكن زراعة الطحالب على أراضي هامشية عديمة الفائدة للمحاصيل العادية وبقيمة حفظ منخفضة ، ويمكنها استخدام المياه من طبقات المياه المالحة غير المفيدة في الزراعة أو الشرب. يمكن أن تنمو الطحالب أيضًا على سطح المحيط في أكياس أو شاشات عائمة. وهكذا يمكن أن توفر الطحالب المجهرية مصدراً للطاقة النظيفة ذات تأثير ضئيل على توفير الغذاء والماء الكافيين أو الحفاظ على التنوع البيولوجي. كما لا تتطلب زراعة الطحالب أي دعم خارجي للمبيدات الحشرية أو مبيدات الأعشاب ، مما يؤدي إلى إزالة أي مخاطر لتوليد تدفقات نفايات مبيدات الآفات المرتبطة بها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الوقود الحيوي الطحالب أقل سمية بكثير ، ويتحلل بسهولة أكبر بكثير من الوقود البترولي. ومع ذلك ، بسبب الطبيعة القابلة للاشتعال لأي وقود قابل للاشتعال ، هناك احتمال لبعض المخاطر البيئية إذا اشتعلت أو انسكبت ، كما قد يحدث في انحراف قطار أو تسرب خط أنابيب. يتم تقليل هذا الخطر مقارنة بالوقود الأحفوري ، وذلك بسبب القدرة على إنتاج الوقود الحيوي الطحلبي بطريقة محلية أكثر بكثير ، وبسبب انخفاض السمية بشكل عام ، ولكن الخطر لا يزال موجودًا على الرغم من ذلك. لذلك ، يجب معالجة الوقود الحيوي الطحلبي بطريقة مماثلة لوقود البترول في النقل والاستخدام ، مع وجود إجراءات أمان كافية في جميع الأوقات.

وقد حددت الدراسات أن استبدال الوقود الأحفوري بمصادر الطاقة المتجددة ، مثل الوقود الحيوي ، لديه القدرة على الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 80٪. يمكن للنظام القائم على الطحالب التقاط ما يقرب من 80٪ من ثاني أكسيد الكربون المنبعث من محطة توليد الكهرباء عندما يكون ضوء الشمس متاحًا. وبالرغم من أن ثاني أكسيد الكربون هذا سوف يتم إطلاقه فيما بعد في الغلاف الجوي عندما يتم حرق الوقود ، لكان هذا ثاني أكسيد الكربون يدخل إلى الغلاف الجوي بغض النظر. وبالتالي ، تكمن إمكانية خفض إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في منع إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الوقود الأحفوري. علاوة على ذلك ، مقارنة بالوقود مثل الديزل والبترول ، وحتى بالمقارنة مع مصادر أخرى للوقود الحيوي ، فإن إنتاج واحتراق الوقود الحيوي الطحلوي لا ينتج أي أكاسيد كبريتية أو أكاسيد نترية ، وينتج كمية مخفضة من أول أكسيد الكربون ، وهيدروكربونات غير محترقة ، ويقلل انبعاث الملوثات الضارة الأخرى. وبما أن المصادر النباتية الأرضية لإنتاج الوقود الحيوي لا تملك القدرة الإنتاجية لتلبية متطلبات الطاقة الحالية ، فقد يكون الطحالب المجهرية واحدة من الخيارات الوحيدة للتعامل مع الاستبدال الكامل للوقود الأحفوري.

كما يشمل إنتاج الطحالب الدقيقة القدرة على استخدام نفايات المياه المالحة أو تبديد تيارات ثاني أكسيد الكربون كمصدر للطاقة. هذا يفتح استراتيجية جديدة لإنتاج الوقود الحيوي بالتزامن مع معالجة مياه الصرف الصحي ، في حين أن تكون قادرة على إنتاج المياه النظيفة كمنتج ثانوي. عندما تستخدم في الطحالب المجهرية الدقيقة ، فإن الطحالب المجهرية تحصد كميات كبيرة من المركبات العضوية وكذلك ملوثات المعادن الثقيلة الممتصة من تيارات مياه الصرف التي يمكن تصريفها مباشرة في المياه السطحية والجوفية. علاوة على ذلك ، تسمح هذه العملية أيضًا باستعادة الفوسفور من النفايات ، وهو عنصر أساسي ولكنه شحيح في الطبيعة – يقدر احتياطيها بالنضوب في السنوات الخمسين الأخيرة. والاحتمال الآخر هو استخدام أنظمة إنتاج الطحالب لتنظيف التلوث من مصدر غير نقطي ، في نظام يعرف باسم جهاز تنقية العشب الطحلبي (ATS). وقد ثبت أن ذلك يحد من مستويات النيتروجين والفوسفور في الأنهار وغيرها من المسطحات المائية الكبيرة المتأثرة بالحدوث بالمغذيات ، ويجري بناء النظم التي ستكون قادرة على معالجة ما يصل إلى 110 ملايين لتر من الماء في اليوم. كما يمكن استخدام المنشطات الأمفيتامينية لمعالجة تلوث مصدر النقطة ، مثل مياه الصرف المذكورة أعلاه ، أو في معالجة مخلفات المواشي.

الزراعة المتعددة
لقد ركزت كل الأبحاث تقريباً في مجال الوقود الحيوي الطحلبي على استزراع أنواع مفردة ، أو أحادية ، من الطحالب المجهرية. ومع ذلك ، فقد أثبتت النظرية البيئية والدراسات التجريبية أن الزراعات النباتية والطحالب ، أي مجموعات من أنواع متعددة ، تميل إلى إنتاج غلة أكبر من الزراعات الأحادية. كما أظهرت التجارب أن المجتمعات الميكروبية المائية الأكثر تنوعًا تميل إلى أن تكون أكثر استقرارًا بمرور الوقت من المجتمعات الأقل تنوعًا. وجدت الدراسات الحديثة أن الثقافات المتعددة من الطحالب الدقيقة أنتجت غلات دهنية أعلى بكثير من الزراعات الأحادية. كما تميل الثقافات المتعددة إلى أن تكون أكثر مقاومة لتفشي الآفات والأمراض ، وكذلك الغزو من قبل النباتات أو الطحالب الأخرى. وبالتالي ، فإن زيادة الطحالب المجهرية في الاستزراع المختلط قد لا يؤدي فقط إلى زيادة الغلة واستقرار غلات الوقود الحيوي ، بل يقلل أيضًا من التأثير البيئي لقطاع الوقود الحيوي الطحالب.

الجدوى الاقتصادية
من الواضح أن هناك طلبًا على إنتاج الوقود الحيوي المستدام ، ولكن ما إذا كان استخدام وقود حيوي معين سيعتمد في نهاية المطاف على عدم الاستدامة ولكن على كفاءة التكلفة. لذلك ، يركز البحث على خفض تكلفة إنتاج الوقود الحيوي الطحلوي إلى الحد الذي يجعله قادراً على منافسة البترول التقليدي. وقد ذكر إنتاج العديد من المنتجات من الطحالب [كلمات ابن عرس] باعتبارها أهم عامل لجعل إنتاج الطحالب قابلة للحياة اقتصاديا. وهناك عوامل أخرى تتمثل في تحسين الطاقة الشمسية لفعالية تحويل الكتلة الحيوية (حاليا 3 ٪ ، ولكن 5 إلى 7 ٪ قابلة للتحقيق من الناحية النظرية) وجعل استخراج النفط من الطحالب أسهل.

في تقرير عام 2007 تم استخلاص صيغة لتقدير تكلفة زيت الطحالب لكي تكون بديلاً قابلاً للتطبيق لوقود الديزل:

ومع توفر التكنولوجيا الحالية ، يقدر أن تكلفة إنتاج الكتلة الحيوية الدقيقة هي 2.95 دولار / كجم بالنسبة للمفاعلين النفثائيين و 3.80 دولار للكيلوغرام الواحد في البرك المفتوحة. تفترض هذه التقديرات أن ثاني أكسيد الكربون متوفر بدون تكلفة. إذا زادت قدرة إنتاج الكتلة الحيوية السنوية إلى 10،000 طن ، فإن تكلفة الإنتاج لكل كيلوغرام تقلل إلى ما يقرب من 0.47 دولار و 0.60 دولار على التوالي. وبافتراض أن الكتلة الحيوية تحتوي على 30٪ من النفط بالوزن ، فإن تكلفة الكتلة الحيوية لتوفير لتر من النفط سوف تكون حوالي 1.40 دولار (5.30 دولار / جالون) و 1.81 دولار (6.85 دولار / جالون) بالنسبة إلى المفاعلات الحيوية الضوئية والمجاري المائية ، على التوالي. ويقدر النفط المسترد من الكتلة الحيوية الأقل تكلفة المنتجة في مفاعلات الطاقة الضوئية بتكلفة 2.80 دولار / ل ، على افتراض أن عملية الاستعادة تساهم بنسبة 50٪ في تكلفة النفط المسترد النهائي. إذا استطاعت مشاريع الطحالب الحالية تحقيق أهداف سعر إنتاج وقود الديزل الحيوي بأقل من دولار واحد للغالون الواحد ، فقد تحقق الولايات المتحدة هدفها المتمثل في استبدال ما يصل إلى 20٪ من وقود النقل بحلول عام 2020 باستخدام الوقود المستدام بيئياً واقتصادياً من إنتاج الطحالب.

في حين أن المشكلات التقنية ، مثل الحصاد ، تعالجها الصناعة بنجاح ، يعتبر العديد من منشآت الطحالب إلى الوقود الحيوي من العوائق الرئيسية التي تحول دون نجاح هذه التكنولوجيا. هناك عدد قليل فقط من الدراسات حول الجدوى الاقتصادية متاحة للجمهور ، ويجب أن تعتمد في كثير من الأحيان على البيانات القليلة (غالباً التقديرات الهندسية فقط) المتاحة في المجال العام. قام دميتروف بفحص المفاعل الحيوي الضوئي الخاص بـ GreenFuel وقدر أن نفط الطحالب سوف يكون منافسًا فقط بسعر النفط الذي يبلغ 800 دولار للبرميل. دراسة من ألابي وآخرون. تفحص المجاري المائية ، والمفاعلين النفطيين ، والتخمر اللاهوائي لصنع الوقود الحيوي من الطحالب ووجدوا أن المفاعلين الحيويين مكلفين للغاية لصنع الوقود الحيوي. قد تكون الممرات الهوائية فعالة من حيث التكلفة في المناخات الدافئة مع تكاليف العمالة المنخفضة للغاية ، وقد تصبح الخمائر فعالة من حيث التكلفة بعد تحسينات عملية كبيرة. ووجدت المجموعة أن تكلفة رأس المال وتكلفة العمالة والتكاليف التشغيلية (الأسمدة والكهرباء وما إلى ذلك) بحد ذاتها مرتفعة للغاية بالنسبة للوقود الحيوي للطحالب بحيث يكون قادرًا على المنافسة من حيث التكلفة مع الوقود التقليدي. تم العثور على نتائج مماثلة من قبل الآخرين ، مما يشير إلى أنه ما لم يتم العثور على طرق جديدة أرخص لتسخير الطحالب لإنتاج الوقود الحيوي ، فإن إمكاناتها التقنية الكبيرة قد لا يمكن الوصول إليها اقتصاديًا. في الآونة الأخيرة ، أظهر رودريجو إي تيكسيرا رد فعل جديد واقترح عملية لحصاد واستخراج المواد الخام اللازمة لإنتاج الوقود الحيوي والكيميائي الذي يتطلب جزءًا من الطاقة من الأساليب الحالية ، في حين استخراج جميع مكونات الخلية.

استخدام المنتجات الثانوية
يمكن استخدام العديد من المنتجات الثانوية التي يتم إنتاجها في معالجة الطحالب الدقيقة في تطبيقات مختلفة ، كثير منها لها تاريخ إنتاج أطول من الوقود الحيوي الطحلبي. وتشمل بعض المنتجات التي لا تستخدم في إنتاج الوقود الحيوي الأصباغ الطبيعية والصبغات ومضادات الأكسدة والمركبات الحيوية النشطة الأخرى ذات القيمة العالية. وقد وجدت هذه المواد الكيميائية والكتلة الحيوية الزائدة الاستخدام الكثيف في الصناعات الأخرى. على سبيل المثال ، وجدت الأصباغ والزيوت مكانًا في مستحضرات التجميل ، شائعًا كعوامل سماكة وملزمة للماء. تشمل الاكتشافات داخل صناعة المستحضرات الصيدلانية المضادات الحيوية ومضادات الفطريات المشتقة من الطحالب المجهرية ، فضلاً عن منتجات الصحة الطبيعية ، التي تزايدت شعبيتها على مدى العقود القليلة الماضية. على سبيل المثال تحتوي سبيرولينا على العديد من الدهون المتعددة غير المشبعة (أوميغا 3 و 6) ، والأحماض الأمينية ، والفيتامينات ، وكذلك الأصباغ التي قد تكون مفيدة ، مثل بيتا كاروتين والكلوروفيل.

مزايا

سهولة النمو
واحدة من المزايا الرئيسية لاستخدام الطحالب المجهرية كمادة وسيطة عند مقارنتها بالمحاصيل التقليدية هو أنه يمكن زراعتها بسهولة أكبر. يمكن زراعة الطحالب في الأراضي التي لا تعتبر مناسبة لنمو المحاصيل المستخدمة بانتظام. بالإضافة إلى ذلك ، فقد تبين أن مياه الصرف الصحي التي من شأنها أن تعوق نمو النبات عادةً تكون فعالة جدًا في نمو الطحالب. وبسبب هذا ، يمكن زراعة الطحالب دون استخدام الأراضي الصالحة للزراعة التي كانت ستستخدم لولا ذلك لإنتاج المحاصيل الغذائية ، ويمكن حجز الموارد الأفضل لإنتاج المحاصيل العادية. كما تتطلب الطحالب المجهرية موارد أقل للنمو ، وهناك حاجة إلى القليل من الاهتمام ، مما يسمح لنمو الطحالب وزراعتها بأن تكون عملية سلبية للغاية.

التأثير على الغذاء
كما تستخدم العديد من المواد الأولية التقليدية لوقود الديزل الحيوي ، مثل الذرة والنخيل ، كعلف للماشية في المزارع ، وكذلك مصدرًا قيّمًا للغذاء للبشر. وبسبب هذا ، فإن استخدامها كوقود حيوي يقلل من كمية الطعام المتاحة لكليهما ، مما يؤدي إلى زيادة التكلفة لكل من الغذاء والوقود المنتج. يمكن استخدام الطحالب كمصدر للديزل الحيوي لتخفيف هذه المشكلة في عدد من الطرق. أولاً ، لا تستخدم الطحالب كمصدر غذائي أولي للبشر ، بمعنى أنه يمكن استخدامها فقط للوقود ولن يكون هناك تأثير كبير في صناعة الأغذية. ثانياً ، يمكن استخدام العديد من مستخلصات النفايات الناتجة أثناء معالجة الطحالب للوقود الحيوي كعلف حيواني كافي. هذا هو وسيلة فعالة للحد من النفايات وبديل أرخص بكثير من الأعلاف التقليدية التي تعتمد على الذرة أو الحبوب.

الحد الأدنى من النفايات
كما تبين أن زيادة الطحالب كمصدر للوقود الحيوي لها فوائد بيئية عديدة ، وقد قدمت نفسها على أنها بديل أكثر ملاءمة للبيئة للوقود الحيوي الحالي. فهي قادرة على الاستفادة من المياه الجوفية والمياه الملوثة بالأسمدة والمغذيات الأخرى التي هي منتج ثانوي للزراعة كمصدر أساسي للمياه والمغذيات. وبسبب هذا ، فإنه يمنع هذه المياه الملوثة من الاختلاط بالبحيرات والأنهار التي تزودنا حاليًا بمياه الشرب. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأمونيا والنترات والفوسفات التي تجعل المياه غير آمنة في الواقع تعمل كمغذيات ممتازة للطحالب ، مما يعني أن هناك حاجة إلى موارد أقل لزراعة الطحالب. العديد من أنواع الطحالب المستخدمة في إنتاج الديزل الحيوي هي مثبّتات حيوية ممتازة ، بمعنى أنها قادرة على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي لاستخدامه كشكل من أشكال الطاقة لنفسها. ولهذا السبب ، فقد وجدوا استخدامًا في الصناعة كطريقة لمعالجة غازات المداخن والحد من انبعاثات غازات الدفيئة.

سلبيات

الجدوى التجارية
مازالت وقود الديزل الحيوي لا تزال تقنية جديدة إلى حد ما. على الرغم من حقيقة أن الأبحاث بدأت منذ أكثر من 30 عامًا ، فقد تم تعليقها في منتصف التسعينات ، ويرجع ذلك أساسًا إلى نقص التمويل وتكلفة نفطية منخفضة. على مدى السنوات القليلة الماضية ، لم يبد الوقود الحيوي الطحالب اهتمامًا كبيرًا. لم يكن حتى ذروة الغاز في أوائل 2000s أنه في النهاية تنشيط في البحث عن مصادر بديلة للوقود. في حين أن التكنولوجيا موجودة لحصاد وتحويل الطحالب إلى مصدر قابل للاستخدام من وقود الديزل الحيوي ، فإنه لم يتم تنفيذه بعد في نطاق واسع بما يكفي لدعم احتياجات الطاقة الحالية. وستكون هناك حاجة لإجراء المزيد من الأبحاث لجعل إنتاج أنواع الوقود الحيوي الطحوي أكثر كفاءة ، وفي هذه المرحلة ، يعمد أعضاء جماعات الضغط إلى منعهم من دعم الوقود الحيوي البديل ، مثل تلك المنتجة من الذرة والحبوب. في عام 2013 ، قال رئيس مجلس إدارة إكسون موبيل والرئيس التنفيذي ريكس تيلرسون أنه بعد أن تعهد في الأصل بإنفاق ما يصل إلى 600 مليون دولار على التطوير في مشروع مشترك مع جينوميك جريج فينتر ، فإن “الطحالب” ربما “أبعد” من “25 عاما” من الجدوى التجارية ، على الرغم من أن Solazyme و Sapphire Energy قد بدأت بالفعل مبيعات تجارية صغيرة في 2012 و 2013 ، على التوالي. بحلول عام 2017 ، تم التخلي عن معظم الجهود أو تغييرها إلى تطبيقات أخرى ، مع بقاء عدد قليل منها فقط.

المزيد
يختلف الديزل الحيوي الناتج عن معالجة الطحالب الدقيقة عن الأشكال الأخرى للديزل الحيوي في محتوى الدهون المتعددة غير المشبعة. تعرف الدهون المتعددة غير المشبعة بقدرتها على الاحتفاظ بالسيولة عند درجات حرارة منخفضة. في حين أن هذا قد يبدو ميزة في الإنتاج خلال درجات الحرارة الباردة في فصل الشتاء ، فإن الدهون المتعددة غير المشبعة تؤدي إلى استقرار أقل خلال درجات الحرارة الموسمية العادية.

ابحاث

المشاريع الحالية

الولايات المتحدة الامريكانية
يعد المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) هو المختبر الوطني الرئيسي لوزارة الطاقة الأمريكية للطاقة المتجددة للبحث والتطوير في مجال الطاقة وكفاءة الطاقة. يشارك هذا البرنامج في إنتاج الطاقات المتجددة وكفاءة الطاقة. ومن أكثر أقسامها الحالية برنامج الكتلة الحيوية الذي يشارك في توصيف الكتلة الحيوية ، وتقنيات تحويل الكيمياء الحيوية والحرارية الكيميائية بالاقتران مع هندسة وتحليل الكتلة الحيوية للعمليات. يهدف البرنامج إلى إنتاج تكنولوجيات فعالة من حيث التكلفة وفعالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة تدعم الاقتصادات الريفية ، وتقلل من اعتماد الأمم على النفط وتحسن جودة الهواء.

في معهد وودز هول الأوقيانوغرافي ومعهد المحيط الأوقيانوغرافي ، تحتوي مياه الصرف الصحي من المصادر المحلية والصناعية على مركبات عضوية غنية تستخدم في تسريع نمو الطحالب. يقوم قسم الهندسة البيولوجية والزراعية في جامعة جورجيا باستكشاف إنتاج الكتلة الحيوية الدقيقة باستخدام مياه الصرف الصناعي. قدمت Algaewheel ، ومقرها في انديانابوليس بولاية انديانا ، اقتراح لبناء منشأة في سيدار ليك ، إنديانا التي تستخدم الطحالب لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية ، وذلك باستخدام الحمأة الناتجة لإنتاج الوقود الحيوي. يتبع نهج مماثل من قبل Algae سيستمز ، وهي شركة مقرها في دافني ، ألاباما.

أنتجت شركة Sapphire Energy (سان دييغو) الخام الأخضر من الطحالب.

أنتجت سولازايم (جنوب سان فرانسيسكو ، كاليفورنيا) وقودًا مناسبًا لتشغيل الطائرات النفاثة من الطحالب.

وقد شاركت محطة البحوث البحرية في كيتش هاربور ، نوفا سكوتيا ، في زراعة الطحالب لمدة 50 عاما. وقد قدم المجلس القومي للبحوث (كندا) (NRC) والبرنامج الوطني للبراءات 5 ملايين دولار لتمويل هذا المشروع. وكان الهدف من هذا البرنامج هو بناء مصنع تجريبي لزراعة 000 50 لتر في مرفق ميناء كيتش. وقد شاركت المحطة في تقييم أفضل السبل لنمو الطحالب في الوقود الحيوي وتشارك في التحقيق في استخدام العديد من أنواع الطحالب في مناطق أمريكا الشمالية. تعاونت لجنة المصالحة الوطنية مع وزارة الطاقة الأمريكية والمختبر الوطني للطاقة المتجددة في كولورادو ومختبرات سانديا الوطنية في نيو مكسيكو.

أوروبا
تشمل الجامعات في المملكة المتحدة والتي تعمل على إنتاج النفط من الطحالب: جامعة مانشستر ، جامعة شيفيلد ، جامعة غلاسكو ، جامعة برايتون ، جامعة كامبريدج ، كلية لندن الجامعية ، إمبريال كوليدج لندن ، جامعة كرانفيلد وجامعة نيوكاسل. في إسبانيا ، هو أيضا ذو صلة بالبحث الذي قام به معهد CSIC’s Bioguímica Vegetal y Fotosíntesis (مجموعة التكنولوجيا الحيوية Microalgae ، إشبيلية).

جمعية الاتحاد الأوروبي للطحالب الحيوية (EABA) هي الاتحاد الأوروبي الذي يمثل كل من البحوث والصناعة في مجال تقنيات الطحالب ، ويضم حاليا 79 عضوا. يقع المقر الرئيسي للجمعية في فلورنسا ، إيطاليا. الهدف العام من EABA هو تعزيز التبادل المتبادل والتعاون في مجال إنتاج واستخدام الكتلة الحيوية ، بما في ذلك استخدامات الوقود الحيوي وجميع الاستخدامات الأخرى. ويهدف إلى خلق وتطوير والحفاظ على التضامن والروابط بين أعضائها وفي الدفاع عن مصالحهم على المستوى الأوروبي والدولي. هدفها الرئيسي هو العمل كمحفز لتعزيز التآزر بين العلماء والصناعيين وصناع القرار لتعزيز تطوير البحوث والتكنولوجيا والقدرات الصناعية في مجال الطحالب.

تقوم ابتكارات CMCL وجامعة كامبريدج بإجراء دراسة مفصلة لتصميم C-FAST (الوقود الكربوني السالب المشتق من الطحالب وتقنيات الطاقة الشمسية). ويتمثل الهدف الرئيسي في تصميم محطة تجريبية يمكن أن تثبت إنتاج أنواع الوقود الهيدروكربونية (بما في ذلك الديزل والبنزين) باعتبارها ناقلات طاقة الكربون السلبية والمواد الخام اللازمة لصناعة السلع الكيميائية. سيقدم هذا المشروع تقريرًا في يونيو 2013.

تخطط أوكرانيا لإنتاج الوقود الحيوي باستخدام نوع خاص من الطحالب.

يتألف مشروع مجموعة الطحالب التابع للمفوضية الأوروبية ، الممول من خلال البرنامج الإطاري السابع ، من ثلاثة مشاريع للوقود الحيوي للطحالب ، يتطلع كل منها إلى تصميم وبناء منشأة مختلفة للوقود الحيوي تغطي 10 هكتار من الأراضي. المشاريع هي BIOFAT ، All-Gas و InteSusAl.

ونظراً لأن العديد من أنواع الوقود والمواد الكيميائية يمكن إنتاجها من الطحالب ، فقد اقترح البحث في جدوى عمليات الإنتاج المختلفة (الاستخراج / الفصل التقليدي ، التميع الحراري المائي ، تغويز الهواء والتحلل الحراري) للتطبيق في معمل حيوي متكامل للطحالب.

الهند
قامت شركة Reliance Industries بالتعاون مع Algenol، USA بتكليف مشروع تجريبي لإنتاج الزيت الحيوي الطحلوي في عام 2014. وقد تم استزراع Spirulina وهو عبارة عن طحلب غني بمحتوى البروتينات في الهند. يستخدم الطحالب في الهند لمعالجة مياه الصرف الصحي في أحواض الأكسدة المفتوحة / الطبيعية وهذا يقلل من الطلب الأوكسجين البيولوجي (BOD) من مياه الصرف الصحي ، كما يوفر الكتلة الحيوية الطحالب التي يمكن تحويلها إلى وقود.

آخر
منظمة الطحالب العضوية (ABO) هي منظمة غير ربحية مهمتها هي “تعزيز تطوير أسواق تجارية قابلة للحياة للسلع المتجددة والمستدامة المشتقة من الطحالب”.

الجمعية الوطنية للطحالب (NAA) هي منظمة غير ربحية للباحثين عن الطحالب ، وشركات إنتاج الطحالب والمجتمع الاستثماري الذي يشتركون في هدف تسويق زيت الطحالب كمواد وسيطة بديلة لأسواق الوقود الحيوي. تمنح NAA أعضاءها منتدىًا لتقويم مختلف تقنيات الطحالب بكفاءة لفرص الشركة المحتملة المبكرة.

تمتلك شركة Pond Biofuels Inc. في أونتاريو ، كندا محطة تجريبية عاملة حيث تزرع الطحالب مباشرة من انبعاثات الدخان من مصنع أسمنت ، ويتم تجفيفها باستخدام حرارة النفايات. في مايو 2013 ، أعلنت Pond Biofuels عن شراكة مع المجلس القومي للبحوث في كندا وشركة Canadian Natural Resources Limited لبناء مصفاة بيولوجية طحينية على مستوى المظاهرات في أحد مواقع الرمال النفطية بالقرب من Bonnyville في ألبرتا.

أوشن نيوترشن كندا في هاليفاكس ، نوفا سكوتيا ، وجدت كندا سلالة جديدة من الطحالب التي تبدو قادرة على إنتاج النفط بمعدل 60 مرة أكبر من الأنواع الأخرى من الطحالب التي تستخدم لتوليد الوقود الحيوي.

تدعي شركة VG Energy ، وهي شركة تابعة لـ Genalics Genalics Incorporated ، أنها اكتشفت طريقة جديدة لزيادة إنتاج الدهون في الطحالب عن طريق تعطيل المسارات الأيضية التي من شأنها تحويل الطاقة الضوئي إلى إنتاج الكربوهيدرات. باستخدام هذه التقنيات ، تنص الشركة على أنه يمكن زيادة إنتاج الدهون عدة مرات ، مما يجعل من المحتمل أن يكون الوقود الحيوي الطحلاني منافسًا للتكلفة مع الوقود الأحفوري الحالي.

وقد تم تجريب إنتاج الطحالب من تصريف المياه الدافئة لمحطة الطاقة النووية من قبل باتريك سي كانجاس في محطة الطاقة النووية Peach Bottom ، المملوكة لشركة Exelon Corporation. وتستفيد هذه العملية من ارتفاع درجة حرارة المياه نسبيا للحفاظ على نمو الطحالب حتى خلال أشهر الشتاء.

تستخدم شركات مثل Sapphire Energy و Bio Solar Cells الهندسة الوراثية لجعل إنتاج وقود الطحالب أكثر كفاءة. ووفقًا لكلين لانكورست من شركة بيو سولار سيلز ، يمكن للهندسة الوراثية تحسين كفاءة وقود الطحالب بشكل كبير حيث يمكن تعديل الطحالب لبناء سلاسل كربون قصيرة بدلاً من سلاسل طويلة من الكربوهيدرات. كما تستخدم Sapphire Energy طفرات مستحثة كيميائياً لإنتاج الطحالب المناسبة للاستخدام كمحصول.

وتتطلع بعض المصالح التجارية إلى نظم زراعة طحلبية واسعة النطاق إلى ربط البنى التحتية القائمة ، مثل مصانع الأسمنت ، ومحطات توليد الطاقة بالفحم ، أو مرافق معالجة مياه الصرف الصحي. هذا النهج يغير النفايات إلى موارد لتوفير المواد الخام وثاني أكسيد الكربون والمغذيات ، للنظام.

تجري دراسة جدوى باستخدام الطحالب البحرية البحرية في مفاعل حيوي ضوئي بواسطة الاتحاد الدولي للبحوث حول الهوامش القارية في جامعة جاكوبس بريمن.

يعمل قسم العلوم البيئية في جامعة أتينيو دو مانيلا في الفلبين على إنتاج الوقود الحيوي من الأنواع المحلية من الطحالب.

الهندسة الوراثية
استخدمت طحالب الهندسة الوراثية لزيادة معدلات إنتاج الدهون أو معدلات نموها. يشمل البحث الحالي في الهندسة الوراثية إما إدخال أو إزالة الإنزيمات. في عام 2007 ، أوزوالد وآخرون. قدم سينزاس monoterpene من الريحان الحلو في الخميرة Saccharomyces ، سلالة من الخميرة. هذا سينزاس monoterpene خاص يسبب توليف دي نوفو من كميات كبيرة من geraniol ، في حين يفرز أيضا في المتوسط. Geraniol هو مكون أساسي في زيت الورد وزيت بالماروزا وزيت السترونيلا وكذلك الزيوت الأساسية ، مما يجعله مصدرا قابلا للتطبيق من triacylglycerides لإنتاج وقود الديزل الحيوي.

إن إنزيم بيروفوسفوريلاز (ADP-glucose pyrophosphorylase) هو عنصر حيوي في إنتاج النشا ، ولكن ليس له صلة بتخليق الدهون. نتج عن إزالة هذا الإنزيم في sta6 متحولة ، والتي أظهرت زيادة محتوى الدهون. بعد 18 ساعة من النمو في وسط نقص النيتروجين كان المتحولين sta6 في المتوسط ​​17 ng triacylglycerides / 1000 خلية ، مقارنة مع 10 نانوغرام / 1000 خلية في خلايا WT. كانت هذه الزيادة في إنتاج الدهون تعزى إلى إعادة توزيع الموارد داخل الخلايا ، حيث تحولت الطحالب الطاقة من إنتاج النشويات.

في عام 2013 ، استخدم الباحثون “إنقباضا” للأنزيمات الخافضة للدهون (الليباز متعدد الوظائف / فسفوليباز / أسيلترانسفيراز) لزيادة الدهون (الزيوت) دون المساس بالنمو. كما قدمت الدراسة عملية فرز فعالة. تحتوي سلالات ضربة قاضية مضادة للتعبير المعنونة 1A6 و 1 B1 على محتوى دهني أعلى بمقدار 2.4 و 3.3 أضعاف خلال النمو المتسارع ، و 4،1-3،2 أضعاف المحتوى الدهني بعد 40 ساعة من تجويع السليكون.

برامج التمويل
تم إنشاء العديد من برامج التمويل بهدف تعزيز استخدام الطاقة المتجددة. في كندا ، توفر مبادرة رأس المال الإيكولوجي للوقود الحيوي (ecoABC) 25 مليون دولار لكل مشروع لمساعدة المزارعين في بناء وتوسيع منشأة لإنتاج الوقود المتجدد. البرنامج لديه 186 مليون دولار وضعت جانبا لهذه المشاريع. كما طبق برنامج التنمية المستدامة (SDTC) 500 مليون دولار على مدى 8 سنوات للمساعدة في بناء الجيل التالي من الوقود المتجدد. بالإضافة إلى ذلك ، على مدى العامين الماضيين ، تم توفير 10 ملايين دولار لأبحاث وتحليلات الوقود المتجدد

في أوروبا ، يمثل برنامج الإطار السابع (FP7) الأداة الرئيسية لتمويل الأبحاث. وبالمثل ، فإن NER 300 هي بوابة غير رسمية مستقلة مخصصة لمشاريع تكامل الطاقة المتجددة والشبكات. ويتضمن برنامج آخر برنامج هورايزون 2020 الذي سيبدأ في الأول من يناير ، وسوف يجمع البرنامج الإطاري والتمويل الابتكاري والبحوث الأخرى من المفوضية الأوروبية في نظام تمويل متكامل جديد

يتناول برنامج تطوير ال Feedstock الأمريكي NBB إنتاج الطحالب في الأفق لتوسيع المواد المتاحة للديزل الحيوي بطريقة مستدامة.