Tweet
كيف يمكن للوقود الحيوي الطحلبي تغيير عالمنا كمصدر بديل للطاقة؟
تم اقتراح الوقود الحيوي من الطحالب - والذي يشير إلى تحويل الطاقة التي تنتجها الكائنات الحية الشبيهة بالنباتات الضوئية إلى وقود حيوي - كمصدر بديل للطاقة منذ أوائل الخمسينيات من القرن الماضي.
اكتسبت الفكرة زخمًا خلال أزمة الطاقة في السبعينيات - والتي انتهى بها الأمر في الواقع إلى تحفيز المزيد من النمو في تسويق تكنولوجيا الطاقة الشمسية - وحتى في الثمانينيات والتسعينيات من القرن الماضي بدعم برنامج الأنواع المائية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (ASP).
خصص برنامج الأنواع المائية حوالي 25 مليون دولار للبحوث بهدف إنتاج الزيت من الطحالب الدقيقة من عام 1978 إلى عام 1996 ، واختبار آلاف الأنواع المختلفة على مغذياتها ، وتركيزات ثاني أكسيد الكربون ، وأي تحديات هندسية يمكن أن تأتي من الطحالب المنتجة بكميات كبيرة لهذا الغرض. من الوقود. ولكن بحلول منتصف التسعينيات ، وبسبب مجموعة من الحواجز المالية وظهور النفط الرخيص ، تم إنهاء البرنامج.
في السنوات الأخيرة ، أدى الطلب العالمي على الوقود والمخاوف البيئية وخطر "ذروة النفط" إلى تنشيط الاهتمام بالوقود الحيوي القائم على الطحالب في كل من الولايات المتحدة وحول العالم.
إعادة إحياء الوقود الحيوي من الطحالب والنكسات اللاحقة
تم الترويج له كإجابة للتأثيرات المالية والبيئية السلبية لإنتاج النفط التقليدي ، فقد كان لتطوير الوقود الحيوي للطحالب مبالغ كبيرة من الأموال المستثمرة من قبل الشركات الكبيرة.
واجهت هذه الشركات قدرًا لا بأس به من القيود بمجرد أن حان الوقت للاحتفاظ بالإنتاجية على نطاق واسع ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التكاليف المرتفعة لتوفير ما يكفي من الضوء والمغذيات للحفاظ على صحة المزارع. إلى جانب انخفاض آخر في أسعار النفط ، اختارت معظم الشركات تقليص خسائرها وتوقف أبحاث الوقود الحيوي عن الطحالب.
اليوم ، يدعم مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية تقنيات إنتاج الوقود الحيوي. على وجه التحديد ، يقوم برنامج Advanced Algal Systems بإجراء البحث والتطوير لخفض التكاليف المرتبطة بإنتاج الوقود الحيوي من الطحالب.
حتى الآن ، طور المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ التابع للبرنامج عملية لتحويل الطحالب إلى زيت خام حيوي في دقائق معدودة فقط ، بينما حقق الباحثون المشاركون في معهد سكريبس لعلوم المحيطات اختراقات في الهندسة الأيضية للطحالب لتحسين إنتاجية تخزين الطاقة جزيئات الدهون المستخدمة في إنتاج الوقود الحيوي.
على الرغم من أن الشركات الكبرى مثل ****l و Chevron قد استثمرت سابقًا في أبحاث وتطوير الوقود الحيوي للطحالب ، فقد توقفت جميعها تقريبًا (باستثناء ExxonMobil) عن متابعتها بنشاط في السنوات الأخيرة.
ما مدى كفاءة الوقود الحيوي الطحالب؟
أظهرت الدراسات التي اختبرت نسبًا مختلفة من وقود الديزل التقليدي الممزوج بوقود الديزل الحيوي الطحالب أن خليط 30٪ من الوقود الحيوي أكثر كفاءة قليلاً مقارنة بوقود الديزل.
في دراسة نُشرت عام 2017 في مجلة Renewable and Sustainable Energy Reviews ، لم يُظهر غاز عادم المحرك (أكسيد النيتروجين) فرقًا كبيرًا بين أنواع الوقود ، على الرغم من تقليل أول أكسيد الكربون بنسبة 10٪ عند استخدام الوقود الحيوي الطحالب.
يمكن استخدام الوقود الحيوي من الطحالب بواسطة معظم سيارات الديزل دون تغييرات كبيرة في المحركات أو البنية التحتية - تكمن المشكلة في القدرة على إنتاج وقود الديزل الحيوي الطحالب على نطاق تجاري.
إيجابيات وسلبيات الطحالب للوقود الحيوي
تعد الطحالب موردًا سريع النمو وسهل الزراعة ومتجددًا ، كما أن لها استخدامات متعددة خارج الوقود الحيوي. يمكن استخدام الهيدروكربونات من الكتلة الحيوية للطحالب في أنواع مختلفة من المنتجات مثل الأسمدة والمنظفات الصناعية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام البروتينات المزروعة لتغذية الإنسان والحيوان.
ربما الأهم من ذلك أن الطحالب تمتص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.
من ناحية أخرى ، لا يزال البحث ناقصًا عندما يتعلق الأمر بالوقود الحيوي للطحالب ، وهناك بعض المخاوف بشأن تعرض الإنسان للسموم المشتقة من الطحالب والمواد المسببة للحساسية والمواد المسرطنة من الكائنات المعدلة وراثيًا ، نظرًا لأن الطحالب يتم تعديلها وراثيًا بشكل عام.
كما أن الطحالب لديها طلب كبير على المياه ، وغالبًا ما تتطلب الأسمدة ، ويمكن أن يكون لها تكاليف باهظة.
ومع ذلك ، فإن العديد من العوائق التي تمنع الطحالب من الوقود الحيوي من التيار الرئيسي يتم تناولها من قبل كبار العقول والباحثين. على سبيل المثال ، يعمل الكيميائيون من جامعة ميونيخ التقنية حاليًا على طرق لزراعة الطحالب باستخدام المياه المالحة بدلاً من المياه العذبة. وبالمثل ، يدرس باحثون من جامعة كاليفورنيا ريفرسايد طرقًا لزراعة الطحالب لإنتاج الوقود الحيوي باستخدام الكهرباء المولدة من الطاقة الشمسية.
كيفية استخلاص الزيت من الطحالب
ليس من المستغرب أن توجد طرق عديدة لإزالة الدهون أو الزيوت من جدران خلايا الطحالب. ولكن قد تتفاجأ عندما تعلم أن أيا منها ليس من أساليب اهتزاز الأرض. على سبيل المثال ، هل سمعت يومًا عن معصرة زيتون؟ إحدى طرق استخلاص الزيت من الطحالب تشبه إلى حد كبير التقنية المستخدمة في معصرة الزيت. هذه هي الطريقة الأبسط والأكثر شيوعًا لاستخراج الزيت من الطحالب وتنتج حوالي 75٪ من إجمالي الزيت المتاح من نبات الطحالب.
طريقة أخرى شائعة هي طريقة المذيبات الهكسان.
عند الجمع بين هذه الخطوة ، يمكن أن تنتج ما يصل إلى 95٪ من الزيت المتاح من الطحالب.
يستخدم عملية من خطوتين.
الأول هو استخدام طريقة عصر الزيت. ثم ، بدلاً من التوقف عند هذا الحد ، يتم خلط بقايا الطحالب مع الهكسان ، وتصفيتها وتنظيفها لإزالة كل آثار المادة الكيميائية الموجودة في الزيت.
عند استخدامها بشكل أقل ، يمكن لطريقة المائع فوق الحرج أن تستخرج ما يصل إلى 100٪ من الزيت المتاح من الطحالب. يتم ضغط ثاني أكسيد الكربون وتسخينه لتغيير تركيبته إلى سائل وغاز. ثم يتم خلطها مع الطحالب التي تتحول بالكامل إلى زيت. على الرغم من أنه يمكن أن ينتج 100٪ من الزيت المتاح ، إلا أن الإمداد الوفير من الطحالب ، بالإضافة إلى المعدات الإضافية والعمل المطلوب ، يجعل هذا أحد أقل الخيارات شيوعًا.
نظام زراعة الطحالب التي يتم حصادها لإنتاج الإيثانول والديزل الحيوي.
يعتبر إنتاج الزيت من الطحالب بهذه الطريقة أكثر كفاءة من زراعة محاصيل الزيوت النباتية التقليدية مثل زيت بذور اللفت.
زراعة الطحالب لإنتاج وقود الديزل الحيوي
تعتبر الطرق المستخدمة لتعزيز نمو الطحالب بطريقة معينة لإنتاج معظم النفط أكثر تنوعًا من عمليات الاستخراج. على عكس طرق الاستخراج العالمية عمليًا ، فإن زراعة الطحالب لإنتاج وقود الديزل الحيوي تختلف اختلافًا كبيرًا في العملية والطريقة المستخدمة. من الممكن تحديد ثلاث طرق أساسية لزراعة الطحالب ، وقد عمل مصنعو وقود الديزل الحيوي بجد لتعديل هذه العمليات لتخصيص عملية النمو وإتقانها.
زراعة البركة المفتوحة
تعتبر الزراعة في البركة المفتوحة واحدة من أسهل العمليات التي يمكن فهمها ، وهي أيضًا الطريقة الأكثر طبيعية لزراعة الطحالب لإنتاج وقود الديزل الحيوي. كما يوحي اسمها ، تُزرع الطحالب في البرك المفتوحة بهذه الطريقة ، لا سيما في الأجزاء الدافئة والمشمسة جدًا من الكرة الأرضية ، على أمل زيادة الإنتاج إلى الحد الأقصى. على الرغم من أن هذا هو أبسط أشكال الإنتاج ، إلا أن له عيوبًا خطيرة ، مثل احتمالية التلوث العالية نسبيًا. لتحقيق أقصى قدر من إنتاج الطحالب بهذه الطريقة ، يجب التحكم في درجة حرارة الماء ، الأمر الذي قد يكون صعبًا للغاية. تعتمد هذه الطريقة أيضًا على الطقس أكثر من غيرها ، وهو أمر آخر مستحيل التحكم فيه.
النمو العمودي
طريقة أخرى لزراعة الطحالب هي النمو العمودي أو نظام الإنتاج ذي الحلقة المغلقة. جاءت هذه العملية عندما سعت شركات الوقود الحيوي إلى إنتاج الطحالب بشكل أسرع وأكثر كفاءة مما يمكن أن تفعله مع نمو البركة. يضع النمو العمودي الطحالب في أكياس بلاستيكية شفافة ، تكون مكدسة عالياً ومغطاة للحماية من العناصر. تسمح هذه الأكياس بالتعرض لأشعة الشمس من اتجاهات متعددة. الضوء الإضافي ليس بالأمر الهين ، حيث تسمح الحقيبة البلاستيكية الشفافة بالتعرض الكافي لزيادة معدلات الإنتاج. من الواضح أنه كلما زاد إنتاج الطحالب ، زادت كمية الزيت المراد استخراجه. بالإضافة إلى ذلك ، على عكس طريقة البركة المفتوحة التي تعرض الطحالب للتلوث ، فإن طريقة النمو الرأسي تعزل الطحالب عنها.
مصانع المفاعلات الحيوية ذات الخزانات المغلقة
الطريقة الثالثة للاستخراج التي تستخدمها شركات وقود الديزل الحيوي هي محطات المفاعلات الحيوية ذات الخزان المغلق ، وهي طريقة لزراعة الطحالب بالداخل مما يزيد من مستويات إنتاج الزيت المرتفعة بالفعل. يتم بناء النباتات الداخلية باستخدام براميل مستديرة كبيرة يمكنها أن تنمو الطحالب في ظل ظروف شبه مثالية. يمكن التلاعب بالطحالب لتنمو بأقصى مستوياتها في هذه البراميل ، حتى إلى نقطة الحصاد اليومية. ومن المفهوم أن هذه الطريقة ينتج عنها مخرجات عالية جدًا من الطحالب والنفط لوقود الديزل الحيوي. تقوم بعض الشركات ببناء مصانع مفاعلات حيوية مغلقة بالقرب من محطات الطاقة لإعادة تدوير ثاني أكسيد الكربون الإضافي بدلاً من تلويث الهواء.
يواصل مصنعو وقود الديزل الحيوي صقل عمليات الحاوية المغلقة والأحواض المغلقة ، مع تطوير البعض للتنوع المعروف باسم التخمير. تزرع هذه التقنية الطحالب التي "تأكل" السكر في أوعية مغلقة لتحفيز النمو. يعتبر التخمير جذابًا للمزارعين لأنه يوفر تحكمًا كاملاً في البيئة. ميزة أخرى هي أنها لا تعتمد على الطقس أو الظروف المناخية المماثلة لتكون قابلة للحياة. ومع ذلك ، فإن هذه العملية دفعت الباحثين إلى التفكير في طرق مستدامة للحصول على ما يكفي من السكر لتعظيم إنتاج الطحالب.
How Algae Biofuel Could Change Our World as an Alternative Energy Source
