Algal biobrændstofproduktion er hverken miljømæssigt eller kommercielt bæredygtig

Moderne biobrændstoffer er blevet udråbt som et grønnere alternativ til benzin og diesel siden begyndelsen af ​​1900'erne. Det virker som en god idé på papir, og de virker - men deres brug og produktion kommer ikke uden problemer.

Den første generation af biobrændstoffer - hovedsageligt ethanol fremstillet af planteafgrøder - og anden generation, stammer fra plante- og animalsk affaldsstrømme, begge havde miljøforkæmpere og andre bekymret over konkurrencen om jord og næringsstoffer mellem produktion af biobrændstoffer og fødevareproduktion.

Det var med meget håb, og hype, at produktionen af ​​tredje generation af biobrændstoffer blev startet. I modsætning til deres forgængere, disse biobrændstoffer stammer fra alger, og så i teorien ville mad vs brændstof-dilemmaet for afgrødebaserede biobrændstoffer blive løst.

Fossil fyringsolie og gas stammer i vid udstrækning fra gamle alger, så konceptet her er at replikere essensen af ​​skabelsen af ​​fossile brændstoffer, omend accelereret og optimeret med moderne kemiteknik. Det blev hævdet, at brug af alger ville være meget mere effektivt end at skabe biobrændstoffer fra terrestriske planter, og at teknologien ville gøre brug af jord af dårlig kvalitet, der ikke kunne dyrke andre afgrøder.

Millioner af dollars, euro og andre valutaer er blevet brugt på at få algens vidunder til at fungere. Mange af pengene har været rettet til at forfine ingeniørprocessen, elektrisk belysning af afgrøden - som vokser i en flydende suspension - høster og dræner den. Løsningen på optimering blev primært set som teknologisk ikke-biologisk, skønt artvalg og vækstbetingelser også blev anerkendt som vigtige faktorer.

Fugtig squib

Imidlertid, det viser sig, at hypen er blevet placeret forkert. Vores forskning har fundet ud af, at produktionen af ​​biobrændstoffer til alger hverken er kommercielt eller miljømæssigt bæredygtig. De opnåelige produktionsniveauer er en brøkdel af dem, der blev hævdet. Mængden af ​​biobrændstof, der produceres ved langvarig aldekultur i systemer i pilotskala, er faktisk ikke så forskellig fra landbaserede plantes mængder:omkring 5, 000 til 10, 000 liter pr. Hektar om året.

Faktisk, produktionstakten fra alger, der vokser i de enorme damme, der kræves for virkelig massiv produktion, er, for et givet areal, ligner den, der ses i de mest produktive områder af havet. Det beløber sig til omkring 4 g kulstof fra CO₂, der er fastgjort til biomasse pr. Kvadratmeter hver dag.

Så hvad er problemet? Hvorfor er algebiobrændstoffer ikke så gode, som man havde håbet? Helt enkelt, det er biologi.

Drømmen er brudt ikke af fejl i teknik, men ved biokemiens ineffektivitet. Simuleringer af mikroalgal biobrændstofproduktion viser, at for at nærme sig de 10% af EU -transportbrændstoffer, der forventes at blive leveret af biobrændstoffer, damme tre gange arealet i Belgien ville være nødvendigt. Og for at algerne i disse damme kan producere biobrændstof, det ville kræve gødning svarende til 50% af det nuværende samlede årlige behov for afgrøder i EU. Ironisk, sådanne damme skulle også være placeret i nærheden af ​​tung industri, der producerer CO₂ for at tilvejebringe det niveau, som mikroalger kræver til fotosyntese.

Problemer med skala

Problemet med tredje generations biobrændstoffer har altid været at opskalere produktionshastighederne målt i små kulturkolber til vækst i tusinder af kubikmeter i størrelse. I de større kulturer, algernes biomassetæthed - nødvendig for at gøre kulturen og høstprocesserne økonomiske - besejrer ønskede væksthastigheder, fordi organismerne skygger for lys fra hinanden. Det betyder, at de ikke får det nødvendige sollys til at fotosyntese og producere de kulstofrige forbindelser, der er nødvendige for at gøre biobrændstoffet hurtigt nok.

Der har også været misforståelser af, hvordan algerne reagerer på deres miljø. Vigtigere, de vitale kulstofrige forbindelser akkumuleres kun virkelig i celler, der er kvælstofbegrænsede og vokser langsomt. Tidlige produktionsestimater antog et højt kulstofrigt indhold i hurtigt voksende celler, men det har ikke vist sig at være tilfældet.

Kunne vi ikke genetisk modificere en løsning på den iboende biologiske ineffektivitet? Måske, men skal vi virkelig manipulere med faktorer, der er så grundlæggende for livet på Jorden og risikerer at generere ustoppelige skadelige alger, der kan ødelægge fiskeri og ødelægge drikkevandstilførslerne? Selvom vi skabte de perfekte alger til produktion af biobrændstoffer, behovet for al den gødning og CO₂ ville forblive.

I sidste ende har offentligheden betalt for denne mislykkede vision - men deres penge er ikke spildt. Hvis der er én ting, som mennesker har brug for mere end brændstof, er det mad - og dette arbejde kan hjælpe os med at forstå, hvordan vi bedre dyrker mikroalger for at understøtte opdræt af fisk og skaldyr, og producere kosttilskud, som omega-3. Massemikroalgalproduktion kan også skabe mad, der indeholder omega -fedtsyrer til opdrættede fisk, for eksempel, hvilket betyder, at vi ikke længere skulle fiske i floder og oceaner for at lave fiskemel til dem.

Fremtiden for massemikroalgal dyrkning er stadig bogstaveligt og metaforisk grøn, det hviler bare ikke på produktion af biobrændstoffer.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.