藻类营养循环是一个三赢

氮和磷营养培养藻类生物燃料的最大的成本。桑迪亚分子生物学家托德·莱恩和Ryan Davis已经证明了他们能回收大约三分之二的重要营养物质,并旨在提高回收率接近100%。

回收氮和磷酸盐的好处,远远超出成本。而氮可以通过昂贵的人工固氮过程使用天然气和大气氮、磷是有限的自然资源,可以在高浓度有毒。

“我们有一个有限的世界上磷酸,但是在高需求作为肥料。一半的磷酸盐的形式进入我们的作物肥料在墨西哥湾,导致缺氧区,”莱恩说。更好的被称为“死亡地带”,缺氧区地区的低氧浓度,杀死或赶出海洋生物。

经济模型表明,只有10%的液体运输燃料替换为algal-derived燃料,虽然有利于环境在许多方面,可以双化肥消费,这反过来,将推高食品价格。

但回收磷酸盐意味着每个人都赢了:algal-derived生物燃料生产商,农民和环境。”由一批回收磷酸盐的海藻,我们省钱,不再与农业争夺不可再生资源和保持这些磷酸盐的环境,”莱恩说。

莱恩和戴维斯正在考虑其他应用程序闭环藻类营养循环的方法。

“我们的方法可以用来去农业径流中的磷酸盐索尔顿湖之前到达,”戴维斯说。化肥进入咸水海,加州最大的湖,导致威胁鱼类和其他野生动物的死区。“那些营养,否则进一步导致死区可以用来种植藻类生物燃料的故意和其他biobased大宗商品。”

渗透压休克释放磷酸盐的关键

莱恩和戴维斯找到了养分回收方法适用于很多不同的海藻原料,甚至混合原料。因为海藻有更多比任何其他生物遗传多样性,许多方法开发在过去没有普遍的工作。

研究人员使用一个相当简单的过程,渗透冲击,解放从种植藻类磷酸。“我们冲击用淡水藻类控制某些条件时pH值和温度。这就会影响细胞的内部结构,释放出天然的酶,”莱恩解释说。“这些酶消耗细胞和快速释放磷酸盐。”

下一步是将发酵氮,主要以氨基酸的形式,为氨。磷酸盐和氨然后重组,在镁的帮助下,在大量的藻类生物量形成鸟粪石,固体盐。

2014年,桑迪亚团队证明了方法和20周连续回收和重用的磷酸盐和养分。他们能够携带超过60 - 80%的批次的营养。

“每两周,我们回收的营养和美联储他们回到第二批藻类,”戴维斯说。“过程比我们预期的要好,因为我们看到增强增长与回收养分。我们不是很确定这件事情发生的原因。它可以从微量金属在磷酸。”

脂质提取使养分的循环

藻类营养循环的研究项目的一部分由美国能源部资助的生物能源技术办公室,能源效率和可再生能源计划的一部分。桑迪亚团队的合作伙伴包括德州农工大学生态农业研究,海洋藻类菌株生长,和德州OpenAlgae专利方法溶解藻细胞和恢复藻脂质不使用溶剂。恢复藻油可以变成燃料。

“我们OpenAlgae的脂质提取非常感兴趣,因为它不使用溶剂,生物质是留在本地构象与我们的过程,效果很好,”莱恩说。

OpenAlgae的方法受试者藻类细胞高能电磁脉冲,细胞壁破裂,导致细胞破裂,释放脂质。在这个中断状态,藻类细胞更容易渗透冲击。

养分循环过程也释放更多的化合物可以转化为燃料。“有很多蛋白质吸收氮的生物量和。当我们释放出氨气,我们也捕捉碳可以转化为燃料,”戴维斯说。

更好、更容易的养分的循环

莱恩和戴维斯正在进一步完善他们的方法回收更多的营养物质,包括与加州大学的詹姆斯·廖合作,洛杉矶,基因优化其发酵菌株增加产量和提取不同燃料产品。廖的代谢工程和合成生物学实验室和部门的主席化学和生物分子工程和生物工程的部门。

这个项目的另一个方面是一个反应堆的发展系统捕获氨作为生物质发酵释放磷酸盐。目前,分别执行这些步骤。

“我们的目标是一个锅的系统,”戴维斯说。“这将扩大我们的方法的临界点。我们增长了2升的藻类提供测试。下一步是增长3000升调。“今年晚些时候,桑迪亚将打开三个1000 - l跑道台,浅人工池塘藻类栽培。

水池边处理是另一个目标。单个模块结合脂质提取和养分循环可以单独生物质转化为营养和燃料在栽培设施。

对磷酸淘金

巷,戴维斯认为他们的方法可以帮助环境如果应用于农业径流。

养分循环就像淘金,或者在这种情况下,磷酸盐——任何地方fertilizer-laden农业径流进入水体。莱恩说,关键是集中径流进入水体前和稀释。

“我们的方法不能解决现有的死区,”莱恩说。“但它可以阻止他们成长。具有讽刺意味的是,这些营养物质是如此的有价值的植物生长,但损害时流入广大的水域。艾萨克·阿西莫夫曾称为磷酸盐”生活的瓶颈。“我们的目标是结束,瓶颈。”