Новая LED-технология позволяет детально исследовать продуктивность водорослей
Поскольку продовольственные культуры также используются для производства энергии, миллионам людей грозит голод. Водоросли могут стать альтернативой: для роста им нужен только солнечный свет, они процветают в соленой воде на бесплодных полях. Однако точное воспроизведение солнечного света в лаборатории — серьезная задача. В сотрудничестве с берлинским производителем светодиодов FUTURELED ученые из Технического университета Мюнхена разработали методологию моделирования любых световых условий.
Ученые оценивают, что существует более 50 000 видов водорослей и цианобактерий. Из них известно 5000. Но до сих пор лишь около десяти были использованы с коммерческим успехом. Тем не менее, поскольку водоросли так нетребовательны и растут даже в бассейнах с соленой водой на бесплодных полях, они могут помочь решить проблемы, связанные с использованием продовольственных культур для производства энергии.
«Водоросли растут намного быстрее, чем соевые бобы или кукуруза. Им не нужны ни плодородная почва, ни пестициды, и они дают десятикратно более высокий урожай с гектара в год», — говорит профессор Томас Брюк, директор Департамента промышленной биокатализы ТУМ.
Повышение продуктивности
При более детальном изучении конкретных видов водорослей ученые обнаружили множество перспективных продуктов. Многие водоросли производят промежуточные химические вещества и синтезируют белковую массу и жиры. Белковая масса может использоваться в качестве корма для скота, а жиры — преобразовываться в топливо.
Но даже в пределах одного вида способность производить определенные продукты сильно варьируется. «В наших исследованиях мы постоянно видим огромные различия в продуктивности, — говорит Томас Брюк. — Поэтому мы должны определить не только правильный вид, но и культивировать кандидатов с наивысшей продуктивностью».
В рамках своей работы исследователи в сотрудничестве с компанией FUTURELED GmbH разработали уникальную комбинацию световой и климатической симуляции для оптимизации выращивания водорослей. Система использует спектрально настроенные светодиоды для моделирования естественного спектра солнечного света.
Точное моделирование — надежные прогнозы
«Никто не может точно предсказать, будут ли водоросли из тропиков такими же продуктивными при немецких световых условиях, как в своей родной среде, — говорит Томас Брюк. — Так же как никто не знает, будут ли кандидаты, которые работают здесь, столь же успешны в световых условиях Сахары. Но теперь мы можем протестировать все это в нашей лаборатории».
Высокоэффективные светодиоды обеспечивают свет с длинами волн от 400 до 800 нанометров и интенсивностью излучения 1000 ватт на квадратный метр с распределением интенсивности, очень близко моделирующим естественный солнечный свет. Различные типы светодиодов можно контролировать индивидуально, что позволяет исследователям программировать конкретные спектры.
Превосходная LED-технология
Подобная установка была бы невозможна с использованием ламп накаливания или люминесцентных ламп. Лампы накаливания выделяют слишком много тепла, а люминесцентные лампы не могут воспроизвести полный спектр солнечного света с требуемой интенсивностью. Выборочное управление конкретными длинами волн невозможно в обоих этих вариантах.
Кроме того, спектральные полосы светодиодов были специально настроены на молекулярные переключатели, контролирующие рост водорослей. Если эти части спектра не воспроизведены должным образом, результаты могут быть значительно искажены.