Von allen in der Entwicklung befindlichen Optionen für saubere Energie ähnelt Biokraftstoff auf Algenbasis am ehesten der Zusammensetzung des Rohöls, das unter dem Meeresboden abgepumpt wird. Ein Großteil dessen, was wir als Erdöl kennen, wurde schließlich aus genau diesen Mikroorganismen durch eine natürliche, wärmeunterstützte Umwandlung gebildet, die sich im Laufe von Millionen von Jahren abspielte.
Jetzt haben Forscher des Pacific Northwest National Laboratory des US-Energieministeriums in Richland, Washington, einen Weg gefunden, um diesen "Koch" -Prozess nicht nur zu replizieren, sondern zu beschleunigen, bis aus einer kleinen Mischung von Algen und Wasser eine Mischung wird eine Art Rohöl in weniger als einer Stunde. Die firmeneigene Technologie ist nicht nur leicht zu brennbaren Gasen wie Düsentreibstoff, Benzin oder Diesel zu raffinieren, sondern erzeugt auch chemische Elemente und Mineralien, die zur Erzeugung von Strom, Erdgas und sogar Dünger verwendet werden können, um möglicherweise zu wachsen noch mehr algen. Es könnte auch helfen, Algen als lebensfähige Alternative einzuleiten; Eine Analyse hat gezeigt, dass die Implementierung dieser Technik in größerem Maßstab es Unternehmen ermöglichen kann, Biokraftstoff für nur zwei Dollar pro Gallone im Handel zu verkaufen.
"Wenn es darum geht, sind Amerikaner keine Europäer, denen es mehr darum geht, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern", sagt der leitende Ermittler Douglas C. Elliott, der seit 40 Jahren nach alternativen Kraftstoffen forscht. "Die treibende Kraft bei der Einführung jeglichen Kraftstoffs ist letztendlich, ob er so billig ist wie das Benzin, das wir jetzt verwenden."
Wissenschaftler sind schon seit langem von der Liste der Vorteile fasziniert, die Algen gegenüber anderen Energiequellen bieten. Das US-Energieministerium schätzt beispielsweise, dass eine Erhöhung der Algentreibstoffproduktion, um den täglichen Ölverbrauch des Landes zu decken, etwa 15.000 Quadratkilometer Land in Anspruch nehmen würde, was in etwa der Größe eines kleinen Staates wie Maryland entspricht. Im Vergleich dazu müsste die Hälfte der Landmasse des Landes zur Seite gelegt werden, um nur die Versorgung mit Biodiesel aus Sojabohnen zu ersetzen.
Neben dem Potenzial für viel höhere Erträge ist Algenbrennstoff immer noch sauberer als Erdöl, da die Meerespflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. In der Landwirtschaft gedeihen Algen in einer Vielzahl von Lebensräumen, vom Meeresgebiet bis zum Abwasser. Es ist nicht gefährlich wie Kernbrennstoff und im Gegensatz zu Sonnenkollektoren und anderen mechanischen Eingriffen biologisch abbaubar. Es konkurriert auch nicht mit Nahrungsmitteln und ist ähnlich genug wie Benzin, dass es mit den vorhandenen Einrichtungen genauso veredelt werden kann.
„Ethanol aus Mais muss mit Gas und modifiziertem Pflanzenöl gemischt werden, damit Diesel verwendet werden kann“, sagt Elliott. „Was wir hier bei der Umwandlung von Algen machen, ist eher ein direkter Weg, der keine besondere Behandlung oder Mischung erfordert. "
Oder, wie es der Algenforscher Jürgen Polle vom Brooklyn College formuliert: "Wir können keine Flugzeuge mit Ethanol fliegen. Wir brauchen Öl", sagt er gegenüber CBS News .
Während die Infrastruktur für die Ethanolherstellung auf Maisbasis so erweitert wurde, dass die meisten Autos auf der Straße mit Benzinmischungen betrieben werden, die zu 10 Prozent aus Biokraftstoffen bestehen, hat sich die kontinuierliche Entwicklung des Algentreibstoffs seit dem ersten Funken des Interesses an extrem beschleunigt die 1980er Jahre. Branchenexperten führen dies auf das Fehlen einer praktikablen Methode zur Herstellung von Algentreibstoff mit einer Menge von bis zu 10 US-Dollar pro Gallone zurück, so ein Bericht in der New York Times . Das Versprechen von Algenöl war jedoch so verlockend, dass ExxonMobil im Jahr 2009 das Know-how des weltberühmten Bioingenieurs Craig Venter in sein Labor für synthetische Genomik einbezog, um einen genetischen Stamm von lipidreichen Algen herzustellen und so die Kosten für die Kultivierung und Veredelung zu kompensieren Verarbeitung des Stoffes zu einer wirtschaftlich attraktiven Ressource. Trotz der Investition von 600 Millionen US-Dollar in ein sehr ehrgeiziges Unterfangen war das Projekt mit "technischen Einschränkungen" behaftet, die das Unternehmen gezwungen haben, zu Beginn dieses Jahres zuzugeben, dass Algenbrennstoff "wahrscheinlich weiter" als 25 Jahre vom Mainstream entfernt ist.
Das von Elliotts Team entwickelte hydrothermale Verflüssigungssystem ist nichts Neues. Tatsächlich bastelten Wissenschaftler in den 1970er Jahren an der Technologie, um verschiedene Arten von Biomasse wie Holz zu vergasen, und gaben sie schließlich ein Jahrzehnt später auf, als der Benzinpreis wieder vernünftiger wurde. Die von PNNL im Labor erstellte Version ist jedoch "relativ neu" und soll lediglich demonstrieren, wie durch das Ersetzen kostenintensiver Verfahren wie das Trocknen der Algen vor dem Einmischen von Chemikalien durch einen optimierten Ansatz der gesamte Prozess über alle Phasen hinweg kostengünstiger wird. Elliott erklärt zum Beispiel, dass der Großteil der Ausgaben für die Aufzucht von Algen aufgewendet wird, die entweder in einem so genannten offenen Teichsystem, ähnlich wie in natürlichen Umgebungen, oder unter kontrollierten Bedingungen in geschlossenen Kreisläufen gezüchtet werden. Das System mit offenem Teich ist nicht zu teuer für den Betrieb, liefert jedoch tendenziell mehr kontaminierte und unbrauchbare Ernten, während künstliche Umgebungen, in denen Algen in klaren geschlossenen Behältern gezüchtet und mit Zucker gefüttert werden, teuer in der Wartung sind.
"Die Leute haben die etwas ungenaue Vorstellung, dass man überall Algen züchten kann, nur weil sie sie an Orten wie ihrem Schwimmbad finden, aber die Ernte von Algen mit Kraftstoffqualität in großem Maßstab ist tatsächlich eine große Herausforderung", sagt Elliott. „Das Schöne an unserem System ist, dass Sie fast jede Art von Algen hineinstecken können, auch gemischte Sorten. Sie können so viel wie möglich anbauen, jede Sorte, sogar niedrigere Lipidtypen, und wir können daraus Rohöl machen. "
Der Forbes- Energieberichterstatter Christopher Helman hat eine gute Beschreibung der Funktionsweise dieser speziellen hydrothermalen Verflüssigungstechnik:
"Sie beginnen mit einer Algenquelle, die mit Wasser vermischt ist. Die ideale Lösung besteht aus 20 Gew .-% Algen. Dann senden Sie sie kontinuierlich in ein langes Rohr, in dem die Algen 30 Minuten lang unter Rühren bei 660 Grad Fahrenheit und 3.000 psi gehalten werden Die Zeit in diesem Schnellkochtopf zerlegt die Algen (oder andere Rohstoffe) und wandelt sie in Öl um.Wenn 100 Pfund Algen-Ausgangsmaterial gegeben werden, wird das System nach den PNNL-Studien 53 Pfund "Bioöl" liefern. Das Öl ist chemisch sehr ähnlich zu leichtem, süßem Rohöl mit einer komplexen Mischung aus leichten und schweren Verbindungen, Aromaten, Phenolen, Heterocyclen und Alkanen im C15- bis C22-Bereich. "
Der Betrieb eines Hochdruckkochtopfs bei einer so konstanten hohen Temperatur und Belastung erfordert eine angemessene Menge an Strom. Elliott weist jedoch darauf hin, dass das System mit Wärmerückgewinnungsfunktionen ausgestattet ist, um die Wärme zu maximieren, indem es in den Prozess zurückgeführt wird. was insgesamt zu einem deutlichen Nettoenergiegewinn führen dürfte. Als Bonus hinterlässt die anschließende chemische Reaktion eine Vielzahl von Verbindungen wie Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid, die zur Bildung von Erdgas verwendet werden können, während verbleibende Mineralien wie Stickstoff, Phosphor und Kalium als Düngemittel gut funktionieren.
"Es ist eine Möglichkeit, das nachzuahmen, was auf natürliche Weise über einen unergründlichen Zeitraum geschieht", fügt er hinzu. "Wir machen es einfach viel, viel schneller."
Elliotts Team hat die Technologie an das in Utah ansässige Start-up Genifuel Corporation lizenziert, das darauf aufbauen und sie schließlich in einem größeren kommerziellen Rahmen implementieren möchte. Er schlägt vor, dass die Technologie skaliert werden müsste, um ungefähr 608 Tonnen Trockenalgen pro Tag in Rohöl umzuwandeln, um finanziell nachhaltig zu sein.
"Es ist eine gewaltige Herausforderung, einen Biokraftstoff herzustellen, der mit etablierten Kraftstoffen auf Erdölbasis kostengünstig ist", sagte James Oyler, Präsident von Genifuel, in einer Erklärung. "Dies ist ein großer Schritt in die richtige Richtung."
