Poiché i combustibili fossili emettono sostanze inquinanti dannose sia per l'ambiente che per la salute pubblica, i ricercatori stanno diligentemente esplorando alternative più sostenibili. Una di queste alternative sono i biocarburanti.

I biocarburanti sono fonti di energia rinnovabile create utilizzando piante come il mais o la gramigna che possono essere coltivate come colture annuali o perenni. Un'altra fonte utilizzata per creare biocarburante sono le alghe, sia microalghe unicellulari che macroalghe come le alghe. Sebbene i biocarburanti algali siano un'alternativa più sostenibile ai combustibili fossili, rimane spazio per migliorare la produzione delle alghe utilizzate per crearli.

Ken Reardon, il professore Jud e Pat Harper di ingegneria chimica e biologica, sta conducendo un progetto da 2,1 milioni di dollari che mira ad aumentare la resa delle alghe migliorando l'utilizzo dell'anidride carbonica. Il progetto triennale fa parte di uno sforzo guidato dall'Ufficio per l'efficienza energetica e le energie rinnovabili del Dipartimento dell'Energia per migliorare la competitività dei costi e la sostenibilità ambientale dei combustibili e dei prodotti a base di microalghe. Un team di cinque docenti della Colorado State University e tre ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) collaboreranno per raggiungere gli obiettivi del progetto:1) migliorare l'erogazione di CO2 alle alghe e 2) aumentare il consumo di CO2 da parte delle alghe.

Il progetto è anche una partnership con due aziende. New Belgium Brewing fornirà CO2 dai loro processi di fermentazione, e Qualitas Salute, un'azienda che produce nutraceutici omega-3 da alghe, aiuterà a testare la migliore tecnologia di erogazione di CO2 nel loro sito di coltivazione a Imperial, Texas.

Consegna:portare CO2 alle alghe

Per scopi di coltivazione di massa, le microalghe sono generalmente coltivate in grandi, stagni poco profondi che consentono alla luce di penetrare nell'acqua fino alle cellule delle alghe. come piante, le alghe richiedono luce solare, CO2, e nutrienti per crescere. Per fornire CO2, l'aria è sparsa, o spinto attraverso piccoli fori in un tubo, nel fondo dello stagno. Utilizzando questo metodo di consegna, gran parte della CO2 bolle in superficie e viene sprecata, piuttosto che essere usato dalle alghe.

Per migliorare la consegna della CO2 alla coltura di microalghe, Reardon lavorerà con Travis Bailey, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica, e il partner NREL Deanne Sammond per progettare una membrana polimerica contenente un enzima che convertirà la CO2 in bicarbonato solubile in acqua, che le alghe possono utilizzare per crescere. Questa membrana trasferirà la CO2 nell'acqua in modo molto più efficace rispetto allo sparging.

David Dandy, docente presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica, svilupperà un modello computazionale che predice quando e dove nello stagno le alghe cresceranno più velocemente, permettendo al bicarbonato di essere mirato a quelle posizioni. Per evitare un'eccessiva erogazione del bicarbonato, un sistema di monitoraggio laser ideato da un partner NREL rileverà quando c'è troppa CO2 sulla superficie del laghetto.

"Avremo la capacità di fornire più bicarbonato di quanto sia attualmente possibile, " ha detto Reardon. "Vogliamo essere certi di mettere il bicarbonato dove e quando le alghe ne avranno più bisogno."

Assorbimento:consumo di CO2

Una volta perfezionato il metodo di consegna, le alghe verranno modificate per poter stare al passo con l'aumento del bicarbonato. Il team sta sfruttando due approcci per migliorare le alghe. Il primo sarà condotto da Graham Peers, professore associato presso il Dipartimento di Biologia, che ingegnerizzeranno geneticamente le alghe per assorbire e metabolizzare il bicarbonato più velocemente di quanto farebbero normalmente. Il partner del NREL Lieve Laurens utilizzerà un approccio di selezione naturale che prevede la selezione di ceppi geneticamente superiori poiché le alghe sono marroni in ambienti ricchi di bicarbonato.

"Stiamo provando due approcci, quindi siamo sicuri di avere almeno una modifica riuscita, " ha detto Reardon. "Ogni versione potrebbe essere utilizzata anche per applicazioni diverse."

Mentre l'approccio dei pari si traduce in un organismo geneticamente modificato (OGM), Laurens no. Alcune aziende preferiscono utilizzare alghe prive di OGM nei loro prodotti, quindi la creazione di queste due opzioni consente applicazioni più diverse.

Quantificare il successo

Sta a Jason Quinn valutare se i miglioramenti di consegna e assorbimento siano efficaci o meno. professore a contratto presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica, e il partner NREL Ryan Davis. Utilizzando una valutazione del ciclo di vita per misurare la sostenibilità ambientale del processo e un'analisi tecnico-economica per stimare i costi, Quinn e Davis determineranno se il team è riuscito a migliorare la competitività dei costi attraverso i miglioramenti nell'utilizzo della CO2.

"Sono fiducioso che saremo in grado di aumentare la produttività di un sistema che produrrà più biomassa, " ha detto Reardon. "E sono convinto che supereremo il nostro obiettivo per un migliore utilizzo della CO2".