Программа по водным видам - Aquatic Species Program

Программа по водным видам - это исследовательская программа в Соединенных Штатах, начатая в 1978 году президентом Джимми Картером и финансируемая Министерством энергетики США , которое на протяжении почти двух десятилетий занималось изучением производства энергии с использованием водорослей . Первоначально финансирование Программы водных видов было направлено на разработку возобновляемого топлива для транспорта. Позже программа сосредоточилась на производстве биодизеля из водорослей. Программа исследований была прекращена в 1996 году. Исследовательский персонал собрал свою работу и выводы в отчете за 1998 год.

История

Примерно в 1978 году администрация Картера объединила всю федеральную энергетическую деятельность при поддержке недавно созданного Министерства энергетики США (DOE). Министерство энергетики инициировало исследования по использованию растительной жизни в качестве источника топлива для транспорта. Программа по водным видам (ASP) была небольшим исследовательским усилием, направленным на изучение использования водных растений в качестве источников энергии. Хотя его история восходит к 1978 году, большая часть исследований с 1978 по 1982 год была сосредоточена на использовании водорослей для производства водорода . Программа сместила акцент на другие виды топлива для транспорта, в частности биодизель, начиная с начала 1980-х годов. В 1995 году Министерство энергетики приняло решение прекратить финансирование исследований водорослей в рамках программы «Биотопливо». Департамент решил сосредоточить свои усилия на одной или двух ключевых областях, крупнейшей из которых является разработка биоэтанола . Программа по водным видам завершилась в 1996 году.

Группы водорослей

Микроводоросли - это микроскопические организмы, которые могут расти посредством фотосинтеза . Многие группы быстро растут и более продуктивны, чем наземные растения и макроводоросли (морские водоросли). Размножение микроводорослей происходит в основном путем вегетативного ( бесполого ) деления клеток, хотя половое размножение может происходить у многих видов при соответствующих условиях роста. Микроводоросли эффективны для производства топлива, и они способны принимать ненужную (с нулевым потреблением энергии) форму углерода ( CO
2) и преобразование его в жидкую форму энергии с высокой плотностью (натуральное масло).

Существует несколько основных групп микроводорослей , которые различаются пигментным составом, биохимическими составляющими, ультраструктурой и жизненным циклом. Пять групп имели первостепенное значение для ASP: диатомовые водоросли (класс Bacillariophyceae), зеленые водоросли (класс Chlorophyceae), золотисто-коричневые водоросли (класс Chrysophyceae), prymnesiophytes (класс Prymnesiophyceae ) и эустигматофиты (класс Eustigmatophyceae ). Сине-зеленые водоросли , или цианобактерии (класс Cyanophyceae), также были представлены в некоторых из коллекций.

Исследовать

Одним из побочных преимуществ было улавливание отходов CO.
2от угольных электростанций. Исследователи были озабочены поиском видов водорослей с высоким содержанием липидов, и в ходе своих поисков они собрали более 3000 североамериканских видов. Затем работа была сосредоточена на увеличении содержания липидов в них за счет сокращения поступления основных питательных веществ , таких как азот и кремний .

Другой ключевой целью исследования была проверка системы открытых водоемов для массового производства , в результате чего были созданы системы водоемов площадью 1000 квадратных метров (11000 квадратных футов) в Розуэлле , штат Нью-Мексико . При достижении желаемого урожая в 50 граммов (1,8 унции) водорослей с квадратного метра в день было обнаружено, что низкие температуры снижают урожайность.

Выводы

Исследование добычи нефти в клетках

Основным направлением программы было производство биодизеля из водорослей с высоким содержанием липидов, выращиваемых в прудах, с использованием отходов CO.
2от угольных электростанций. Липиды, на которые они ссылаются, - это еще одно название триглицеридов или ТАГ, которые являются основной формой хранения натуральных масел. Программа рассматривала дефицит питательных веществ в водорослях, потому что они хотели изучить липидный триггер. Гипотеза заключалась в том, что, когда водоросли испытывают нехватку питательных веществ, производство масла в клетках увеличивается, поэтому это может повлиять на общую продуктивность. Однако исследование показало, что во время дефицита питательных веществ скорость производства масла ниже. Более высокий уровень масла в клетках более чем компенсируется более низкой скоростью роста клеток.

Ацетил-КоА карбоксилаза

Ацетил-КоА-карбоксилаза ( АССаза ) - это фермент, который катализирует ключевой метаболический этап синтеза масел в водорослях. Программа была первой, кто выделил этот фермент из диатомовых водорослей . Исследователи открыли систему трансформации диатомовых водорослей. Они хотели знать, приведет ли повышение уровня активности АССазы в клетках к увеличению производства масла. Однако увеличения добычи нефти не произошло.

Открытые пруды

Программа изучала возможность крупномасштабного выращивания водорослей в открытых водоемах. Они провели исследования в Калифорнии , Гавайях , Нью-Мексико и обнаружили, что долгосрочное и надежное производство водорослей возможно. Испытания в Розуэлле, штат Нью-Мексико, доказали, что открытые водоемы могут работать с чрезвычайно высокой эффективностью по CO.
2утилизация. Тщательный контроль pH и других физических условий введения CO.
2в пруды допускается использование более 90%. Согласно отчетам, однодневное производство в течение одного года составило 50 граммов (1,8 унции) водорослей на квадратный метр в день, что является долгосрочной целью. Низкие температуры отрицательно сказались на производстве.

Расходы

Затраты на окружающую среду и общество были значительно ниже, чем затраты на производство обычного топлива.

Доступность ресурсов

ASP оценил соответствующий климат, землю и доступность ресурсов. Они обнаружили, что водоросли могут обеспечить несколько квадратов биодизеля, намного больше, чем могут дать существующие масличные культуры. Системы микроводорослей используют меньше воды, чем традиционные масличные культуры. Земля - ​​это не ограничение. 200 000 гектаров (490 000 акров) могут производить один квадратик топлива. Таким образом, ограниченность ресурсов не является аргументом против технологии.

Финансирование

В расцвете сил программа имела годовое финансирование до 2–2,75 миллиона долларов. После периода бума 1984 и 1985 годов финансирование быстро упало до минимума в 250 000 долларов в 1991 году. Общая стоимость программы по водным видам составила 25,05 миллиона долларов за двадцатилетний срок ее существования.

В отчете о завершении программы за июль 1998 г. сделан вывод о том, что даже при самых оптимистичных показателях урожайности липидов производство биодизеля из водорослей станет рентабельным только в том случае, если цены на бензин-дизель вырастут вдвое по сравнению с уровнями 1998 года. Несмотря на высокую волатильность, цены на нефть обычно в три или более раз превышают среднюю цену 1998 года в постоянных долларах.

Будущее

Реинвестировании американской экономики и (ARRA) является крупнейшим увеличение научных исследований , финансирование в истории США. Миллиарды долларов идут на энергетические исследования, разработки и внедрение в настоящее время и будут продолжаться. В январе 2010 года министр энергетики США Стивен Чу объявил о выделении государством 80 миллионов долларов на исследования и разработки в области биотоплива. Основная часть финансирования пошла на исследования и разработки водорослей, а остальное - на инфраструктуру этанола.

Однако прогнозы будущих затрат на нефть - это подвижная цель. Министерство энергетики ожидает, что затраты на нефть останутся относительно неизменными в течение следующих 20 лет. Биодизель из водорослей по сравнению с ним стоит дорого и, возможно, не сможет конкурировать с такими дешевыми ценами на нефть.

Последствия

Ученые Национальной лаборатории возобновляемой энергии выделили около 3000 видов водорослей. Пятьдесят один сорт был охарактеризован как потенциально ценный штамм, но осталось менее половины из них.

Несколько сотен штаммов хранились в Гавайском университете , который в течение многих лет каждые два месяца переносил, «пассировал» их в новые пробирки, богатые питательными веществами. Когда в 2004 году закончился грант Национального научного фонда , поддерживать коллекцию стало непрактично.

Обзор, опубликованный ранее в этом году, показал, что более половины генетического наследия было потеряно. 23 из 51 штамма, которые были тщательно изучены в ходе программы, выживают. Потери для остальных водорослей были еще хуже.

«Поистине кровавый позор состоит в том, что из этих 3000 штаммов в Гавайском университете осталось от 100 до 150 штаммов», - сказал Аль Дарзинс, возглавляющий программу исследования возрождающегося водорослевого биотоплива в Национальной лаборатории возобновляемой энергии.

Департамент энергетики

Во время правления администрации Картера в середине 1970-х годов все подразделения, связанные с энергетикой, были объединены в рамках недавно сформированного Министерства энергетики.

Иерархия между Министерством энергетики и Программой по водным видам была следующей:

  • DOE
  • Помощник госсекретаря по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии
  • Управление транспортных технологий
  • Управление развития топлива
  • Программа биотоплива
  • Программа по водным видам

Смотрите также

использованная литература