Program gatunków wodnych

Program dla gatunków wodnych był programem badawczym w Stanach Zjednoczonych zainicjowanym w 1978 roku przez prezydenta Jimmy'ego Cartera i był finansowany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych , który przez prawie dwie dekady zajmował się produkcją energii z wykorzystaniem alg . Początkowo finansowanie Programu Gatunków Wodnych miało na celu opracowanie paliwa odnawialnego dla transportu. Później program koncentrował się na produkcji biodiesla z alg. Program badawczy został przerwany w 1996 roku. Pracownicy naukowi zebrali swoją pracę i wnioski w raporcie z 1998 roku.

Historia

Około 1978 r. administracja Cartera skonsolidowała wszystkie federalne działania energetyczne przy wsparciu nowo utworzonego Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE). DOE zainicjowało badania nad wykorzystaniem życia roślinnego jako źródła paliw transportowych. Program dla gatunków wodnych (ASP) był niewielkim wysiłkiem badawczym mającym na celu przyjrzenie się wykorzystaniu roślin wodnych jako źródeł energii. Chociaż jego historia sięga 1978 roku, większość badań prowadzonych w latach 1978-1982 koncentrowała się na wykorzystaniu alg do produkcji wodoru . Program przeniósł nacisk na inne paliwa transportowe, w szczególności biodiesel, począwszy od wczesnych lat 80-tych. W 1995 roku DOE podjął decyzję o wyeliminowaniu finansowania badań nad algami w ramach Programu Biopaliwa. Departament zdecydował się skoncentrować na jednym lub dwóch kluczowych obszarach, z których największym jest rozwój bioetanolu . Program dotyczący gatunków wodnych zakończył się w 1996 roku.

Grupy alg

Mikroalgi to mikroskopijne organizmy, które mogą rosnąć w procesie fotosyntezy . Wiele grup rośnie szybko i jest bardziej produktywnych niż rośliny lądowe i makroalgi (wodorosty). Rozmnażanie mikroglonów odbywa się głównie poprzez wegetatywny ( bezpłciowy ) podział komórek, chociaż rozmnażanie płciowe może zachodzić u wielu gatunków w odpowiednich warunkach wzrostu. Mikroalgi są wydajne w produkcji paliwa i są w stanie przyjąć odpadową (zeroenergetyczną) formę węgla ( CO
2 ) i przekształcić ją w ciekłą formę energii o dużej gęstości (naturalny olej).

Istnieje kilka głównych grup mikroalg , które różnią się składem pigmentu, składnikami biochemicznymi, ultrastrukturą i cyklem życia. Główne znaczenie dla ASP miało pięć grup: okrzemki (Klasa Bacillariophyceae), zielenice (Klasa Chlorophyceae), algi złotobrązowe (Klasa Chrysophyceae), prymnezjofity (Klasa Prymnesiophyceae ) i eustigmatofity (Klasa Eustigmatophyceae ). W niektórych kolekcjach reprezentowane były również sinice ( Klasa Cyanophyceae ) .

Badania

Jedną z korzyści ubocznych była sekwestracja odpadowego CO
2 z elektrowni węglowych. Naukowcom zależało na znalezieniu gatunków alg o dużej zawartości lipidów, zbierając w swoich poszukiwaniach ponad 3000 gatunków z Ameryki Północnej. Prace koncentrowały się następnie na zwiększeniu lipidów poprzez zmniejszenie podaży kluczowych składników odżywczych , takich jak azot i krzem .

Innym kluczowym celem badawczym było zatwierdzenie systemu otwartych stawów do masowej produkcji , co zaowocowało utworzeniem systemów stawów o powierzchni 1000 metrów kwadratowych (11 000 stóp kwadratowych) w Roswell w Nowym Meksyku . Chociaż osiągnięto pożądane plony 50 gramów (1,8 uncji) glonów na metr kwadratowy dziennie, stwierdzono, że niskie temperatury utrudniają plony.

Wyniki

Badania produkcji oleju w komórkach

Głównym celem programu była produkcja biodiesla z alg o wysokiej zawartości lipidów hodowanych w stawach, z wykorzystaniem odpadowego CO
2 z elektrowni węglowych . Lipidy, o których mowa, to inna nazwa triglicerydów lub TAG, które są podstawową formą przechowywania naturalnych olejów. W programie przyjrzano się niedoborom składników odżywczych w algach, ponieważ chcieli zbadać czynnik wyzwalający lipidy. Hipoteza była taka, że ​​kiedy glony są pozbawione składników odżywczych, produkcja oleju w komórkach wzrasta, co może mieć wpływ na ogólną produktywność. Jednak badanie wykazało, że podczas niedoboru składników odżywczych tempo produkcji oleju jest niższe. Wyższe poziomy oleju w komórkach są więcej niż równoważone niższym tempem wzrostu komórek.

Karboksylaza acetylo-CoA

Karboksylaza acetylo-CoA ( ACCaza ) jest enzymem, który katalizuje kluczowy etap metaboliczny w syntezie olejów w algach. Program był pierwszym, który wyizolował ten enzym z okrzemki . Naukowcy odkryli system transformacji okrzemek. Chcieli wiedzieć, czy zwiększenie poziomu aktywności ACCazy w komórkach doprowadzi do większej produkcji oleju. Nie nastąpił jednak wzrost wydobycia ropy.

Otwarte stawy

W ramach programu zbadano możliwość produkcji alg na dużą skalę w otwartych stawach. Przeprowadzili badania w Kalifornii , na Hawajach , w Nowym Meksyku i odkryli, że możliwa jest długoterminowa, niezawodna produkcja alg. Testy w Roswell w stanie Nowy Meksyk dowiodły, że zewnętrzne stawy mogą być eksploatowane z niezwykle wysoką wydajnością wykorzystania CO
2 . Dokładna kontrola pH i innych warunków fizycznych wprowadzania CO
2 do stawów pozwoliła na ponad 90% wykorzystanie. Jednodniowa produkcja zgłoszona w ciągu jednego roku wyniosła aż 50 gramów (1,8 uncji) glonów na metr kwadratowy dziennie, co jest celem długoterminowym. Niskie temperatury negatywnie wpłynęły na produkcję.

Koszt

Koszty były znacznie niższe niż koszty produkcji paliw konwencjonalnych dla środowiska i społeczeństwa.

Dostępność zasobów

ASP ocenił odpowiedni klimat, grunty i dostępność zasobów. Odkryli, że algi mogą dostarczyć kilka quadów biodiesla (jeden quad to 290 terawatogodzin ), znacznie więcej niż mogą zapewnić istniejące uprawy nasion oleistych . Systemy mikroglonów zużywają mniej wody niż tradycyjne rośliny oleiste. Teren nie jest ograniczeniem. 200 000 hektarów (490 000 akrów) mogłoby wyprodukować jeden quad paliwa. Zatem ograniczenia zasobów nie są argumentem przeciwko technologii.

Finansowanie

W szczytowym okresie program miał do 2–2,75 miliona dolarów rocznego finansowania. Po latach boomu 1984 i 1985 finansowanie gwałtownie spadło do najniższego poziomu 250 000 USD w 1991 r. Całkowity koszt Programu Gatunków Wodnych wyniósł 25,05 miliona USD w ciągu dwudziestu lat.

W raporcie zamykającym program z lipca 1998 r. stwierdzono, że nawet przy najbardziej optymistycznych plonach lipidów produkcja biodiesla z alg byłaby opłacalna tylko wtedy, gdyby ceny petrodiesla wzrosły dwukrotnie w stosunku do poziomu z 1998 r. Chociaż ceny ropy naftowej są bardzo zmienne, są zazwyczaj trzy lub więcej razy wyższe niż średnia cena z 1998 r. wyrażona w dolarach stałych.

Przyszły

American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) to największy wzrost finansowania badań naukowych w historii Stanów Zjednoczonych. Miliardy dolarów są obecnie przeznaczane na badania, rozwój i wdrażanie energii i będą kontynuowane. Sekretarz ds. Energii USA, Steven Chu, ogłosił w styczniu 2010 r. 80 milionów dolarów rządowych funduszy na badania i rozwój biopaliw. Większość funduszy została przeznaczona na badania i rozwój alg, a reszta na infrastrukturę etanolu.

Jednak prognozy dotyczące przyszłych kosztów ropy naftowej są ruchomym celem. DOE spodziewa się, że koszty ropy naftowej pozostaną na względnie stałym poziomie przez następne 20 lat. Biodiesel z alg jest w porównaniu z nim drogi i może nie być w stanie konkurować z tak tanimi cenami ropy naftowej.

Następstwa

z National Renewable Energy Laboratory wyizolowali około 3000 gatunków glonów. Pięćdziesiąt jeden odmian zostało scharakteryzowanych jako potencjalne szczepy o wysokiej wartości, ale mniej niż połowa z nich pozostaje.

Kilkaset szczepów było przechowywanych na Uniwersytecie Hawajskim , który przez lata, co dwa miesiące, przenosił je, „pasażował” do nowych, bogatych w składniki odżywcze probówek. Kiedy National Science Foundation , utrzymanie kolekcji stało się niepraktyczne.

Recenzja opublikowana na początku tego roku wykazała, że ​​ponad połowa dziedzictwa genetycznego została utracona. 23 z 51 szczepów, które były szeroko badane podczas programu, przetrwało. Straty w pozostałych kulturach alg były jeszcze większe.

„Naprawdę krwawy wstyd polega na tym, że z tych 3000 na Uniwersytecie Hawajskim pozostaje może od 100 do 150 szczepów” – powiedział Al Darzins, który kieruje odradzającym się programem badawczym biopaliw z alg w National Renewable Energy Laboratory.

Departament Energii

Podczas administracji Cartera w połowie lat siedemdziesiątych wszystkie biura związane z energią zostały połączone w ramach nowo utworzonego Departamentu Energii.

Hierarchia między DOE a programem dotyczącym gatunków wodnych była następująca:

  • ŁANIA
  • Asystent Sekretarza Efektywności Energetycznej i Energii Odnawialnej
  • Biuro Technologii Transportu
  • Biuro Rozwoju Paliw
  • Program biopaliw
  • Program gatunków wodnych

Zobacz też

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Aquatic_Species_Program&oldid=1130936735 ”