San hô in 3D, lò phản ứng sinh học Tăng cường sản xuất vi tảo cho nhiên liệu sinh học

Ngày tạo: 30/11/2020 3:19:21 CH

Sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng, vi tảo quang hợp có thể được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như nhiên liệu sinh học và mỹ phẩm. Nhưng tảo phát triển trong lò phản ứng sẽ chặn ánh sáng mà chúng ăn. Các thiết kế lò phản ứng mới có thể giải quyết vấn đề này và giúp ngành công nghiệp phát triển.

Tảo quang hợp - loại tảo nhỏ sử dụng ánh sáng để phát triển - cung cấp một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch truyền thống. Một lượng nhỏ lipid mà mỗi tế bào tạo ra có thể được thu hoạch để sản xuất nhiên liệu sinh học cho ngành vận tải. Hiện nay, có hai thiết kế chính để nuôi tảo: thông qua một 'ao' nhân tạo ngoài trời hoặc thông qua một 'máy phản ứng quang học' kín - thường là một ống hoặc túi trong suốt. Để biết thêm thông tin, hãy xem báo cáo của IDTechEx về In 3D và Sản xuất Phụ gia 2020-2030: COVID Edition.

Cả hai đều có vấn đề của họ. Mặc dù ao mở có thể đủ lớn để sản xuất công nghiệp, nhưng rất khó kiểm soát nhiệt độ của ao và nước có thể dễ dàng bị nhiễm vi khuẩn không mong muốn. Một bộ phản ứng quang điện trong nhà làm giảm cả hai rủi ro này, nhưng ít thiết kế có thể được sử dụng cho sản xuất công nghiệp. Trong cả hai loại, vi tảo quang hợp bắt đầu cản ánh sáng khi chúng lớn lên.

Tiến sĩ Daniel Wangpraseurt, một nhà khoa học hàng hải tại Đại học Cambridge ở Anh, người đang nghiên cứu cách tốt nhất để phát triển vi tảo, cho biết: 'Thường những gì bạn có là quá nhiều ánh sáng ở bề mặt nuôi và quá ít ánh sáng khi bạn đi sâu hơn. Sản xuất nhiên liệu sinh học hiệu quả bắt đầu bằng việc tìm ra cách tốt nhất có thể để nuôi vi tảo. Tiến sĩ Wangpraseurt cho biết: “Những gì chúng tôi muốn làm là sử dụng một chủng tạo ra nhiều chất béo, sau đó có thể chuyển đổi thành dầu diesel sinh học. Một chủng vi khuẩn có thể phát triển trong lò phản ứng sinh học càng tốt thì năng suất nhiên liệu sinh học càng lớn.

Đá ngầm san hô

Tiến sĩ Wangpraseurt và dự án BioMIC-FUEL của ông đã lấy cảm hứng từ cách vi tảo phát triển trên các rạn san hô nhiệt đới. Bằng cách tái tạo các cấu trúc san hô, ông và nhóm của mình hy vọng sẽ tái tạo những điều kiện tốt nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học. Như Tiến sĩ Wangpraseurt giải thích, những loài san hô này có cấu trúc độc đáo cho phép tảo quang hợp phát triển mạnh trong môi trường có nhiều cạnh tranh về không gian và ánh sáng. Ví dụ, bộ xương san hô được làm từ canxi cacbonat, cho phép san hô tán xạ ánh sáng theo cách mà nó có thể tiếp cận các vi tảo dày đặc đang phát triển trên đó.

Bước tiếp theo là tạo ra một kỹ thuật in 3D có thể tái tạo hình dạng của san hô, bao gồm cả cấu trúc hóa học tán xạ ánh sáng độc đáo của chúng. Điều này liên quan đến việc hợp tác với các nhà kỹ thuật sinh học có chuyên môn về 'in' tế bào trong nghiên cứu nội tạng nhân tạo. Các nhà nghiên cứu đang điều tra cách tái tạo mô gan đã có thể tư vấn cho nhóm của Tiến sĩ Wangpraseurt về cách tái tạo các cấu trúc và chi tiết tốt được tìm thấy trên bề mặt san hô. Một loại 'mực sinh học' chứa đầy chất dinh dưỡng và hóa chất được thiết kế để giúp vi tảo phát triển tốt trong cấu trúc mô 3D.

Tiến sĩ Wangpraseurt cho biết: “Có rất nhiều thứ khác nhau kết thúc trong loại cocktail này mà chúng tôi gọi là mực sinh học - một trong những khía cạnh tốn thời gian nhất là điều chỉnh loại mực sinh học này để có lợi cho sự phát triển của tảo”.

Điều này cho phép họ tạo ra các cấu trúc nhân tạo có độ bền, độ mềm và chất lượng tán xạ ánh sáng tương tự như san hô tự nhiên. Sau khi tìm ra hỗn hợp phù hợp, Tiến sĩ Wangpraseurt và các đồng nghiệp đã có thể phát triển vi tảo với mật độ dày gấp 100 lần so với những loài được tìm thấy trong san hô tự nhiên. Tiến sĩ Wangpraseurt nói rằng công việc đang được tiến hành để tối ưu hóa công nghệ và mở rộng quy mô để các doanh nghiệp có thể sử dụng nó.

Ánh sáng

Hiện tại, các doanh nghiệp đang tìm kiếm một lò phản ứng sinh học trong nhà vẫn còn rất ít lựa chọn - công nghệ này vẫn gặp phải các vấn đề như kiểm soát ánh sáng và chất dinh dưỡng trong lò phản ứng và giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm.

Yonatan Golan, Giám đốc điều hành của Brevel, một công ty nhỏ có trụ sở tại Israel, cho biết: 'Các công ty trước đây đã cố gắng giải quyết vấn đề này và đã đi đến một số giải pháp, nhưng không phải là điều gì đó ở quy mô lớn.

Như Golan giải thích, việc thêm đèn vào lò phản ứng sẽ tạo ra thêm các hốc cho vi khuẩn không mong muốn phát triển và gây ô nhiễm cho lò phản ứng. Các yếu tố làm sạch bổ sung có thể được lắp đặt trong lò phản ứng, mặc dù điều này sau đó gây ra bóng bên trong lò phản ứng sinh học, làm giảm lượng ánh sáng cho vi tảo.

Thiết kế lò phản ứng sinh học của Brevel sử dụng kỹ thuật chiếu sáng và làm sạch đã được cấp bằng sáng chế để chiếu sáng lò phản ứng quang bên trong đồng thời giảm nguy cơ lây nhiễm vi khuẩn. Các kỹ thuật chiếu sáng mới có nghĩa là ánh sáng trong lò phản ứng có thể vừa nhỏ hơn vừa sáng hơn mà không làm hỗn hợp vi khuẩn nóng lên. Phân tích hình ảnh kỹ thuật số và giám sát trực tuyến có nghĩa là máy phản ứng quang học Brevel cũng tự động hơn so với các máy phản ứng quang học khác có sẵn trong ngành.

Kết quả của họ đã hứa hẹn. Họ có thể giảm 90% chi phí nuôi tảo quang và tạo ra năng suất cao gấp 200 lần so với các máy phản ứng quang học ngoài trời hiện đại.

Cá hồi
Lò phản ứng sinh học có các ứng dụng ngoài nhiên liệu sinh học. Cá hồi nuôi trong trại cá không có màu hồng như trong tự nhiên. Để bù lại, những người nuôi cá hồi thêm một sắc tố nhân tạo gọi là astaxanthin vào thức ăn để làm cho thịt cá hồi nuôi có màu hơi hồng. Như Golan giải thích, chất màu tổng hợp này được làm từ chất hóa dầu, mà các nhà nghiên cứu lưu ý rằng không được phép tiêu thụ trực tiếp bởi người dân, mặc dù cá nuôi vẫn an toàn. Sắc tố này chiếm 10% giá thành cuối cùng của cá hồi.

Lò phản ứng sinh học Brevel được mở rộng quy mô có thể tạo ra cùng một loại chất màu này ở mức giá hữu cơ giống nhau và ở cùng mức giá với phiên bản tổng hợp. Bột màu làm bằng hữu cơ cũng được chứng minh là an toàn khi ăn trực tiếp và có hàm lượng chất chống oxy hóa cao hơn một cách tự nhiên. Golan cho biết thêm, giá của nó có thể sẽ giảm khi thời gian trôi qua. Công ty cũng đang nghiên cứu sản xuất các sản phẩm cho ngành dinh dưỡng và mỹ phẩm. Năm tới, Golan hy vọng sẽ xây dựng nhà máy photobioreactor đầu tiên và thuê thêm kỹ sư. Ông tin rằng vi tảo cũng có ý nghĩa kinh doanh bền vững.

Nguồn: 3dprintingprogress

Tags: artec eva artec scanner artec 3d scanner artec spider artec eva 3d scanner artec 3d scanner price artec eva price artec eva scanner artec spider scanner artec eva 3d artec eva 3d scanner price artec 3d spider artec spider 3d scanner price máy quét artec máy quét 3d cầm tay máy quét 3D máy scan mini artec máy scan artec máy scan cầm tay máy scan 3d