ระบบใหม่ที่มีแนวโน้มสามารถแปลงสาหร่ายสีน้ำตาลเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพได้เปิดแหล่งพลังงานใหม่ที่เป็นไปได้ซึ่งสามารถช่วยแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นน้ำมันเบนซินนักวิทยาศาสตร์รายงานในวันนี้ (19 มกราคม)
ความลับ: แบคทีเรียที่ได้รับการออกแบบทางพันธุกรรมเพื่อทำลายน้ำตาลที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ก่อนหน้านี้ในสาหร่ายทะเลเรียกว่าอัลจิเนต
นักวิจัยที่พัฒนาระบบใหม่นี้ใช้เพื่อสร้างเอทานอลซึ่งเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพที่เพิ่มเข้ามาในน้ำมันเบนซิน อย่างไรก็ตามมันมีศักยภาพที่จะผลิตไม่เพียง แต่เอทานอล แต่เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพอื่น ๆ พวกเขาและคนอื่น ๆ กล่าว
ระบบใหม่เป็นเหมือนแพลตฟอร์มเลโก้ Yasuo Yoshikuni นักวิจัยการศึกษาและหัวหน้าเจ้าหน้าที่วิทยาศาสตร์และผู้ร่วมก่อตั้งที่ Bio Architecture Lab ในแคลิฟอร์เนียกล่าว ด้วยการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบในกระบวนการระบบที่ใช้จุลินทรีย์เดียวกันสามารถใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย Yoshikuni กล่าว
ตัวอย่างเช่นระบบสามารถใช้ในการเปลี่ยนสาหร่ายเป็นแหล่งกำเนิด (เรียกอีกอย่างว่าวัตถุดิบ) สำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพอื่น ๆ ซึ่งอาจรวมถึงบิวทานอล-แอลกอฮอล์เช่นเอทานอลที่ผสมเป็นก๊าซ-หรือสารเคมีที่ใช้ในไบโอดีเซลซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับดีเซล -10 วิธีในการเพิ่มพลังในอนาคต-
“ มันเปิดศักยภาพใหม่มากมายสำหรับวัตถุดิบเชื้อเพลิงชีวภาพ” ทอมริชาร์ดผู้อำนวยการสถาบันพลังงานและสิ่งแวดล้อมที่มหาวิทยาลัยรัฐเพนซิลเวเนียกล่าว
ยังมีคำถามสองข้อตามที่ริชาร์ดซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาซึ่งตีพิมพ์ในฉบับวันพรุ่งนี้ (20 มกราคม) วารสารวิทยาศาสตร์: เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจที่จะใช้สาหร่ายทะเลเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพหรือไม่? และมันน่าดึงดูดสิ่งแวดล้อมหรือไม่?
“ เราไม่ทราบคำตอบของคำถามทั้งสองสิ่งที่บทความนี้แสดงให้เห็นว่ามันเป็นไปได้ทางเทคนิคซึ่งเป็นขั้นตอนแรกที่ยอดเยี่ยม” ริชาร์ดกล่าว "และฉันคิดว่าในทั้งสองกรณีมีเหตุผลที่จะคิดว่ามีภาพที่ดี"
ทำไมต้องเป็นสาหร่าย?
ตอนนี้สาหร่ายเข้าร่วมกลุ่มของพืช - จากข้าวโพดไปจนถึงสาหร่ายเดี่ยว- ที่ให้ทางเลือกที่ยั่วเย้าและผลิตในประเทศสำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิล ในสหรัฐอเมริกาเอทานอลที่ทำจากข้าวโพดจะถูกเพิ่มเข้าไปในน้ำมันเบนซิน ในบราซิลรถยนต์ได้รับพลังงานส่วนใหญ่บางครั้งก็สมบูรณ์โดยเอทานอลที่ทำจากอ้อย
แต่การเปลี่ยนข้าวโพดและอ้อยให้เป็นเชื้อเพลิงอาจเป็นปัญหาเนื่องจากทั้งคู่เป็นพืชอาหาร แม้แต่แหล่งเชื้อเพลิงชีวภาพที่มีศักยภาพอื่น ๆ เช่น Switchgrass ก็สามารถแข่งขันเพื่อที่ดินในโลกที่มีประชากรเติบโตและแสวงหาอาหารที่ใช้ทรัพยากรมากขึ้น -เหตุการณ์สำคัญของประชากร 7 (พันล้าน)-
“ นี่เป็นหนึ่งในการโต้วาทีที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับเชื้อเพลิงชีวภาพ: มีพื้นที่เกษตรกรรมเพียงพอที่จะผลิตอาหารที่เราต้องการในสังคมและยังผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจำนวนมาก” ริชาร์ดกล่าว
สาหร่ายแตกต่างกัน มันไม่ได้แข่งขันกับการทำฟาร์ม
“ มีชีวมวลจำนวนมากในมหาสมุทรและจนถึงขณะนี้ผู้คนยังไม่ได้พบวิธีที่จะใช้ประโยชน์จากมันอย่างมาก” คริสซอเมอร์วิลล์ผู้อำนวยการสถาบันพลังงานชีวภาพกล่าวซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษากล่าว
สาหร่าย -แหล่งโภชนาการที่ไม่ได้ใช้ประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอเมริกาเหนือ - มีน้ำตาลสูงซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพส่วนใหญ่ สาหร่ายยังขาดลิกนินซึ่งเป็นสารประกอบที่ทำให้ผนังเซลล์แข็งตัวในพืชบกและจะต้องกำจัดออกก่อนที่พืชดังกล่าวจะกลายเป็นเชื้อเพลิง
ถึงกระนั้นจนถึงตอนนี้สาหร่ายก็มีศักยภาพ จำกัด ในฐานะวัตถุดิบสำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพเนื่องจากหนึ่งในน้ำตาลหลักของอัลจิเนตไม่สามารถสลายได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพในระดับอุตสาหกรรม
บั๊ก
จุลินทรีย์ทางทะเลมีความสามารถในการทำลายอัลจิเนตขนส่งผลิตภัณฑ์และเผาผลาญพวกเขาดังนั้นทีมของโยชิคุนิเป็นคนแรกที่ค้นพบรายละเอียดว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร จากนั้นพวกเขาก็ออกแบบจุลินทรีย์ที่เป็นมิตรกับอุตสาหกรรมอื่น ๆอีโคไลหากต้องการทำสิ่งที่คล้ายกันโดยการคายเอทานอลออกมาในตอนท้ายของกระบวนการหลายขั้นตอน ขั้นตอนสุดท้ายของขั้นตอนสามารถถูกแทนที่เพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพอื่น ๆ หรือแม้กระทั่งสารเคมีเช่นพลาสติกและการสร้างพอลิเมอร์
ระบบนี้ยังใช้ประโยชน์จากน้ำตาลอื่น ๆ ในสาหร่ายทะเล Mannitol และ Glucan ตั้งแต่อีโคไลมีความสามารถในการทำลาย Mannitol แล้วและเอนไซม์ที่มีอยู่ทั่วไปสามารถทำลายกลูแคนได้อย่างง่ายดายในรูปแบบกลูโคสที่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น
ระบบนี้สามารถใช้ในสาหร่ายสีน้ำตาลใด ๆ (สาหร่ายทะเลก็มีสีเขียวและสีแดง) ทีมงานของโยชิคุนิใช้ Kombu, Kelp ใช้ในอาหารเอเชียตะวันออก
การปลูกฝังสาหร่ายทะเลตามแนวชายฝั่งสามเปอร์เซ็นต์ของโลกที่ซึ่งสาหร่ายทะเลเติบโตขึ้นแล้วสามารถผลิตเอทานอลได้ 60 พันล้านแกลลอนตาม Dan Trunfio ประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ Bal
ทั้ง Richard และ Somerville กล่าวว่าการผลิตเอทานอลจากสาหร่ายโดยใช้ระบบจุลินทรีย์ของพวกเขาน่าจะต้องทำงานมากขึ้นเพื่อให้คุ้มค่าในระดับอุตสาหกรรม
BAL ซึ่งเป็นการทดสอบวิธีการเพาะปลูกที่ฟาร์มสาหร่ายนักบินสี่แห่งนอกชายฝั่งชิลีกำลังดำเนินการเชิงพาณิชย์กระบวนการผลิตเอทานอลและสารเคมีทดแทน ข้อได้เปรียบของสาหร่ายมีปริมาณน้ำตาลสูงและขาดลิกนินทำให้เป็นแหล่งที่ทำงานได้สำหรับเชื้อเพลิงชีวภาพจากมุมมองค่าใช้จ่ายเขากล่าว
มองไปข้างหน้า
นอกจากนี้ยังมีคำถามด้านสิ่งแวดล้อม
ความท้าทายอย่างหนึ่งน่าจะเป็นความต้องการสารอาหารของสาหร่ายทะเลเช่นไนโตรเจนและฟอสฟอรัสซึ่งไม่อุดมสมบูรณ์ตามธรรมชาติในมหาสมุทร Somerville กล่าว “ และโดยทั่วไปแล้วมันเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาที่จะปฏิสนธิมหาสมุทร” เขากล่าว
น้ำท่าที่เต็มไปด้วยสารอาหารสร้างขึ้นโซนตายด้วยปริมาณออกซิเจนต่ำเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในอ่าวเม็กซิโกที่แม่น้ำมิสซิสซิปปีมอบปุ๋ยการเกษตร
อย่างไรก็ตาม Trunfio แย้งว่าความต้องการของสาหร่ายรับสารอาหารสร้างโอกาสโดยสังเกตว่าฟาร์มสาหร่ายทะเลของ Bal ตั้งอยู่ใกล้กับฟาร์มปลาแซลมอนดังนั้นสาหร่ายทะเลสามารถใช้ขยะปลาแซลมอนเป็นปุ๋ย
โดยรวมแล้ว Somerville ระมัดระวังเกี่ยวกับผลกระทบของระบบจุลินทรีย์ใหม่
“ สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงทุกอย่างหรือไม่” ซอเมอร์วิลล์กล่าว “ มันเป็นจุดเริ่มต้นของการเปิดพื้นที่ใหม่มันต้องการการสอบสวนเพิ่มเติมมากมายพูดอย่างกว้างขวางเพื่อดูว่าโอกาสที่แท้จริงคืออะไร”
คุณสามารถติดตามได้LiveScience อาวุโสนักเขียน Wynne Parry บน Twitter@wynne_parry-ติดตาม LiveScience สำหรับข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุดและการค้นพบบน Twitter@livescienceและต่อไปFacebook-
