Clemens Posten Ako riasy zlacňujú energiu?
Hlavná navigácia
Skupina mikrorias je skutočným pokladom. V kozmetickom, potravinárskom a chemickom priemysle sa už používajú rôzne produkty látkovej výmeny. Zelené jednobunkové organizmy by v budúcnosti mali slúžiť aj ako regeneračný zdroj energie. Procesy, v ktorých sa suroviny na bionaftu získavajú, sú však pre veľké priemyselné aplikácie stále príliš neekonomické. Ako je možné optimalizovať bioreaktory a procesy zberu? Pracovná skupina pre bioprocesné inžinierstvo prof. Dr. Clemens Posten z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) vyvíja bioprocesy, ktoré zahŕňajú napríklad rôzne diéty alebo riedenie svetlom.
Mikroriasy sú jednobunkové organizmy, ktoré sú schopné premieňať slnečnú energiu na chemickú. Na základe fotosyntézy produkujú napríklad rôzne polysacharidy, bielkoviny a mastné kyseliny, ktoré sa už dnes používajú v potravinárskom priemysle ako prísady alebo sa používajú v akvakultúre ako krmivo pre ryby. A kozmetický priemysel tiež rád upadá na farebnú rozmanitosť metabolických produktov v bunke rias. V budúcnosti budú riasy slúžiť aj ako zdroj bionafty, pretože za určitých podmienok produkujú vysokoenergetické oleje - a to v množstve až 50 percent vlastnej bunkovej hmoty.
Riasa je udržateľným zdrojom energie, pretože odstraňuje zo vzduchu toľko CO2, koľko sa pri jeho použití opäť uvoľňuje. V budúcnosti by mohli existovať bioreaktory na obrovských plochách, v ktorých je možné pestovať riasy. „Táto vízia je realistická,“ hovorí profesor Dr. Clemens Posten, vedúci oddelenia inžinierstva bioprocesov na Inštitúte pre biologické a potravinárske technológie na Technologickom inštitúte v Karlsruhe (KIT). „Na ceste však ešte treba prekonať niektoré prekážky.“
Zrejme dokonalí dodávatelia energie
Riasy majú oproti rastlinným zdrojom energie veľké výhody. Dokážu premeniť až päť percent energie slnečného svetla, ktorú absorbujú, na chemickú energiu. Repka, kukurica a ďalšie. Obhospodarujte iba asi jedno percento. Jeden z dôvodov: iba malá časť rastlinného materiálu môže skutočne vykonávať fotosyntézu, musia byť zásobované štrukturálne prvky, ako sú stonky alebo výhonky, ktoré znižujú energetickú bilanciu. Druhou veľkou výhodou rias je skutočnosť, že sa nemusia pestovať pre poľnohospodárstvo. Nádoby, v ktorých sa pestujú, môžu stáť v mori alebo na neúrodnej pôde. Biotechnológia pre riasy tak ponúka východisko z takzvanej dilemy s platňami a tankami. V zásade je možné bionaftu získať bez toho, aby konkurovali potravinárskemu priemyslu o cenné výmery. Zdá sa teda, že riasy sú dokonalými dodávateľmi energie. Ale zatiaľ čo kozmetické a potravinárske spoločnosti pestujú riasy vo veľkom v nádržiach, energetický priemysel zaostáva. Prečo? „V konečnej súvahe sú procesy výroby bionafty z rias stále príliš drahé,“ hovorí Posten.
Výskumníci spoločnosti Clemens Posten sú procesní inžinieri. Zameriavajú sa menej na biologickú stránku biotechnológie rias ako na aspekt technického spracovania. Za akých podmienok rastú riasy najrýchlejšie? Ako zvýšite výťažnosť olejov, polysacharidov alebo iných zaujímavých látok? Ako znižujete energetický výdaj a tým aj náklady? Na zodpovedanie týchto otázok vedci postavili okolo Postu rôzne typy bioreaktorov, v ktorých môžu za kontrolovaných podmienok pestovať a zbierať riasy. V zásade sú bioreaktory nádrže, ktoré je možné plniť živným médiom a plynovať CO2. Pre pilotné testy má spoločnosť so sídlom v Karlsruhe k dispozícii štyri jednoduchšie nádrže s objemom od desať do tridsať litrov; vedci používajú šesť menších nádrží s vysoko kvalitným vybavením pozostávajúcich zo senzorov a LED žiaroviek na podrobné meranie a modelovanie rôznych fyziologických procesov.
Lepší svetelný výkon a prísna strava
V ktorých bodoch celkového procesu existuje potenciál na úspory? V prvom rade Posten a jeho tím testujú rýchlosť rastu a výťažnosť produktov rôznych prírodných alebo geneticky modifikovaných kmeňov rias, ktoré im boli poskytnuté partnermi pre spoluprácu, ako je biotechnológ rias Bielefeld Prof. Dr. Olaf Kruse bude sprístupnený. „Ktorý kmeň rastie najlepšie za akých svetelných podmienok a tiež produkuje najvyššie množstvo olejov alebo iných molekúl?“ Pýta sa doktorand Robert Dillschneider. Svoje zelené testovacie objekty kladie napríklad na diétu s obsahom dusíka alebo fosforu a snaží sa stimulovať produkciu olejov, pretože riasy majú tendenciu smerovať energiu slnečného žiarenia do konštrukcie energeticky bohatých látok, keď je možnosť produkcie bielkovín sťažená nedostatkom stavebných prvkov bielkovín. Ktoré intenzity svetla a vzory svetlo-tma sú optimálne? Aby lepšie porozumel výkonu svojich zelených kompaktov, Dillschneider meria aj rôzne fyziologické parametre. Na základe svojich zistení potom vyvinie matematické modely fyziologických procesov, ktoré následne umožnia predpovede správania rias za rôznych podmienok.
Integrované do výskumných sietí
Existuje veľa skrutiek, ktoré môžu výskumníci použiť na zníženie kapitálových nákladov na technológiu. Napríklad Dillschneider skúma aj rôzne procesy zberu. „Dajú sa náklady minimalizovať napríklad zavedením procesu semikontinuálneho zberu, pri ktorom sa časť buniek rias pravidelne odstráni a nahradí čerstvým živným médiom?“ Pýta sa. Posten a jeho pracovná skupina tiež testujú nákladovo efektívne materiály pre povrchy bioreaktorov alebo procesy zavádzania CO2. Dôležitým zdrojom nákladov je najmä splyňovanie bioreaktora. Ak sa napríklad počas priameho zavedenia vytvoria bubliny, stratí sa veľká časť pneumatickej energie. „V súčasnosti testujeme možnosť zavedenia CO2 do reaktora cez membrány,“ hovorí Posten. Ako to presne funguje, je zatiaľ tajomstvom, pretože na tento proces v súčasnosti čaká patentová prihláška.
Všetky projekty skupiny Posten Group sú integrované do národných a medzinárodných výskumných sietí. V rámci spolupráce s biológmi, výskumníkmi materiálov alebo priemyselnými partnermi z Nemecka a ďalších krajín EÚ sa vedci čoraz viac približujú k cieľu, aby sa riasy stali súčasťou budúceho kokteilu vyrobeného z udržateľných zdrojov energie. Aká je predpoveď v priebehu času? „Myslím si, že biotechnológia na báze rias by už mohla pokryť významné percento rozpočtu na energiu za šesť až osem rokov,“ hovorí Posten. Mimochodom, vyváženie nákladov na energiu z bioetanolu nie je dnes práve výhodné. Politici pomáhajú dotáciami. Riasy to pravdepodobne zvládnu bez finančnej injekcie.