منذ عدة سنوات، تم إجراء الأبحاث والتجارب الطحالب الدقيقة لاستخدامها في تصنيع الوقود الحيوي. وتستند هذه الأبحاث إلى حقيقة أن الطحالب الدقيقة تتمتع بالعديد من المزايا مقارنة بالمواد الخام التقليدية الأخرى، مثل محاصيل الخضروات أو النفايات الزراعية. حاليًا، تُستخدم هذه الطحالب الدقيقة لأغراض مختلفة، كما هو الحال في الصناعات الدوائية أو الغذائية، ولكن يبدو أن إمكاناتها كمصدر للطاقة واعدة جدًا.
الطحالب الدقيقة هي كائنات دقيقة أحادية الخلية ذاتية التغذية ولديها القدرة على توليد الطاقة من خلالها البناء الضوئي وتوليف جزيئاتها الحيوية من مركبات بسيطة مثل ماء y ثاني أكسيد الكربون (CO2). وهذا يجعل الطحالب الدقيقة أداة رئيسية ليس فقط لإنتاج الوقود الحيوي، ولكن أيضًا لتقليل غازات الدفيئة، لأنها تمتص ثاني أكسيد الكربون أثناء نموها.
ما هي الطحالب الدقيقة وكيف تعمل؟
الطحالب الدقيقة هي كائنات حية أحادية الخلية تقوم بالتمثيل الضوئي وتتواجد في مجموعة واسعة من البيئات المائية. هناك حوالي 30.000 نوع معروف، على الرغم من أن 50 منها فقط تمت دراستها بشكل متعمق وأقل من 10% منها تستخدم تجاريًا. وهذا يترك مجالًا هائلاً للبحث للعثور على الأنواع ذات الخصائص الفعالة لإنتاج الوقود الحيوي.
علاوة على ذلك، تتمتع الطحالب الدقيقة بدورة نمو سريعة للغاية. في حين أن النباتات الأرضية يمكن أن تستغرق أشهرًا لتتطور، فإن بعض أنواع الطحالب الدقيقة يمكن أن تضاعف كتلتها في غضون ساعات. وهذا يوفر ميزة تنافسية عندما يتعلق الأمر بإنتاج كميات كبيرة من الكتلة الحيوية في مساحات صغيرة وفي وقت أقصر، مما يؤدي بدوره إلى زيادة ربحية استخدامها.
مزايا الطحالب الدقيقة في إنتاج الوقود الحيوي
- الوفرة والتنوع على الكوكب: الطحالب الدقيقة وفيرة للغاية ومتنوعة. إن قدرتهم على التكيف مع أنواع مختلفة من البيئات، سواء المائية أو الأرضية، تمنحهم مرونة كبيرة للزراعة في مختلف الظروف. علاوة على ذلك، فإن مجموعتها الواسعة من الأنواع تسمح باختيار الأنواع الأكثر ملاءمة لكل نوع من أنواع الوقود الحيوي.
- أعلى أداء: تعد الطحالب الدقيقة أكثر إنتاجية من حيث الكتلة الحيوية من المحاصيل التقليدية المستخدمة للوقود الحيوي، مثل الذرة أو فول الصويا. فهي تنتج ما يصل إلى 100 مرة أكثر من الكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة، وهو ما يترجم إلى كمية أكبر من الوقود الحيوي لكل هكتار.
- لا تتنافس مع المحاصيل الغذائية: على عكس المصادر النباتية الأخرى للوقود الحيوي، لا تحتاج الطحالب الدقيقة إلى أراضي زراعية خصبة لتنمو. ويمكن أن تنمو في مياه الصرف الصحي أو المياه المالحة أو حتى في الأراضي غير المناسبة للزراعة، مما يقلل من تأثيرها على الأمن الغذائي.
- استخدام ثاني أكسيد الكربون وانخفاض التأثير البيئي: تستهلك الطحالب الدقيقة كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون أثناء نموها. وهذا لا يفيد عملية التمثيل الضوئي فحسب، بل يساعد أيضًا في تقليل تركيز هذا الغاز في الغلاف الجوي، مما يساهم في مكافحة تغير المناخ.
- إنتاج مركبات متعددة: الطحالب الدقيقة قادرة على إنتاج الدهون للديزل الحيوي، والكربوهيدرات للإيثانول الحيوي، والبروتينات التي يمكن استخدامها كغذاء أو مكمل. كما يمكن الحصول على المنتجات الثانوية التي لها تطبيقات في الصناعات الدوائية ومستحضرات التجميل من كتلتها الحيوية.
إنتاج الوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة
هناك أنواع مختلفة من الوقود الحيوي التي يمكن إنتاجها من الطحالب الدقيقة، ولكل منها خصائص معينة تجعلها مثالية لأنواع مختلفة من الاستخدامات. من بين أنواع الوقود الحيوي الأكثر شيوعًا وقود الديزل الحيوي، و البيوإيثانول، و الغاز الحيوي و الهيدروجين الحيوي. ويتم الحصول على كل نوع من أنواع الوقود هذه من مكونات مختلفة من الطحالب الدقيقة، مثل الدهون والكربوهيدرات.
وقود الديزل الحيوي من الطحالب الدقيقة
El وقود الديزل الحيوي إنه أحد أشهر أنواع الوقود الحيوي ويتم الحصول عليه بشكل أساسي من الدهون (الدهون) التي تخزنها الطحالب الدقيقة بداخلها. ولإنتاجه، يتم استخلاص الدهون من خلايا الطحالب ثم تخضع بعد ذلك لعملية كيميائية تعرف باسم استرةوالتي تحولها إلى استرات الميثيل، المكون الرئيسي للديزل الحيوي.
عملية الاستخلاص باهظة الثمن، لكن البحث في تقنيات استخلاص الدهون الجديدة وتطوير الطحالب الدقيقة الغنية بالأحماض الدهنية يتقدم بسرعة. علاوة على ذلك، تم تحقيق بعض التقدم في معالجة الكتلة الحيوية للطحالب الوقود الحيوي سمحت بكفاءة أكبر في الحصول على وقود الديزل الحيوي، وذلك بشكل رئيسي من خلال تقنيات مثل التسييل الحراري المائي (HTL)الذي يعالج الكتلة الحيوية الرطبة عند الضغط العالي ودرجة الحرارة.
الإيثانول الحيوي من الطحالب الدقيقة
El البيوإيثانول يتم الحصول عليه من خلال تخمير الكربوهيدرات المخزنة في الطحالب الدقيقة. بعد المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية لفصل السكريات، يتم استخدام الخمائر والبكتيريا لتحويل تلك الكربوهيدرات إلى إيثانول. وعلى الرغم من أن العملية مشابهة لتلك المستخدمة في الذرة أو قصب السكر، إلا أن الطحالب الدقيقة تتمتع بميزة أنها لا تتطلب مساحات كبيرة من الأراضي أو الأسمدة، وأنها لا تتنافس مع المحاصيل المخصصة للاستهلاك البشري.
الغاز الحيوي من الطحالب الدقيقة
El الغاز الحيوي وهو نوع آخر من أنواع الوقود الحيوي التي يمكن إنتاجها باستخدام الطحالب الدقيقة. من خلال عملية الهضم اللاهوائي، تتحلل الكربوهيدرات والدهون الموجودة في الطحالب في غياب الأكسجين لتوليد الميثان وثاني أكسيد الكربون. ويمكن استخدام هذا الغاز الحيوي بنفس طريقة استخدام الغاز الطبيعي، مما يسمح بتوليد الكهرباء أو استخدامه في أنظمة التدفئة.
الوقود الحيوي في الصناعة والنقل
وبالإضافة إلى إنتاج الكهرباء من الغاز الحيوي، فإن الوقود الحيوي الذي يتم الحصول عليه من الطحالب الدقيقة له تطبيقات رئيسية في قطاعات مثل النقل والطيران. في الوقت الحالي، تتم دراسة وقود الديزل الحيوي المنتج من الطحالب الدقيقة كبديل صالح للوقود في الطيران التجاري، وهو أحد أصعب القطاعات لإزالة الكربون. هو الكيروسين الحيوي يمكن أن يكون المستمدة من الطحالب الدقيقة حلاً قابلاً للتطبيق لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في هذا القطاع.
تتم أيضًا دراسة التطبيقات في إنتاج البوليمر الحيوي، وهي عبارة عن مواد بلاستيكية قابلة للتحلل الحيوي يتم إنشاؤها من منتجات ثانوية مثل الجلسرين التي يتم الحصول عليها أثناء عملية تحويل الدهون. وهذا يمكن أن يضيف قيمة اقتصادية إضافية لإنتاج الطحالب الدقيقة، مما يجعلها أكثر قدرة على المنافسة مع المواد الخام الأخرى المستخدمة في الوقود الحيوي.
لا تزال تكاليف الإنتاج تشكل العقبة الرئيسية أمام التسويق التجاري الشامل للوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة، ولكن التقدم العلمي والتكنولوجي يشير إلى مستقبل واعد لهذه الصناعة. ومع تحسن كفاءة عملية الزراعة والاستخراج، وإتقان تقنيات تكرير الوقود الحيوي، ليس هناك شك في أن الطحالب الدقيقة سوف تضع نفسها كأحد المصادر الرئيسية للطاقة المتجددة في العالم.
باختصار، لا تبشر الطحالب الدقيقة بالوعد فيما يتعلق بإنتاج الوقود الحيوي فحسب، بل تقدم أيضًا حلاً مستدامًا للتخفيف من مشاكل الطاقة والبيئة في مجتمعنا. إن قدرتها على التكيف مع البيئات المختلفة وأدائها الإنتاجي العالي وقدرتها على امتصاص ثاني أكسيد الكربون تجعل من الطحالب الدقيقة خيارًا ممتازًا في البحث عن بدائل طاقة نظيفة وقابلة للحياة.