Эффективный метод сбора биомассы водорослей без центрифугирования
Учёные из Университета Цукубы представили новый метод сбора энергии и органических молекул из водорослей с использованием нанопористого графена и пористых графеновых пен. Система позволяет испарять воду с высокой скоростью без необходимости центрифугирования или прессования и является многоразовой. Эта разработка имеет большой потенциал для производства более чистых, дешёвых и эффективных биотоплив, витаминов и химических веществ.
Биомасса водорослей — перспективное направление в борьбе с изменением климата, поскольку эти фотосинтезирующие микроорганизмы преобразуют солнечный свет в энергоёмкие биомолекулы. При промышленном выращивании и сборе эти молекулы можно превратить в широкий спектр важных соединений: биотопливо, лекарства, омега-3 добавки и другие ценные биопродукты. Водоросли также поглощают CO2 в процессе роста, поэтому переход с ископаемого топлива на биотопливо может значительно сократить чистые выбросы парниковых газов. Однако культуры микроводорослей в основном состоят из воды с низким содержанием твёрдых веществ (0.05–1.0 мас.%), и сбор органического материала методами твёрдо-жидкостного разделения обычно требует многоступенчатой дегидратации.
Новый метод удаления воды из биомассы водорослей, представленный учёными, не повреждает хрупкие целевые соединения. В отличие от прежних методов, основанных на механическом центрифугировании или прессовании, этот подход использует солнечное излучение и многоразовые наноструктурированные материалы-носители. Иерархически структурированные нанопористый графен и пористые графеновые пены создают микроскопические каналы, которые вытягивают воду из глубины образца.
Этот новый материал защищает биомассу от перегрева, одновременно эффективно улавливая солнечную энергию для испарения воды. «Нам был нужен материал, который поглощает свет, обладает низкой удельной теплоёмкостью и теплопроводностью, но при этом остаётся гидрофильным, пористым и имеет большую площадь поверхности, — говорит первый автор, профессор Ёсиказу Ито. — К счастью, азот-легированный наноструктурированный графен обладает всеми этими качествами».
«Чем энергоэффективнее мы сможем сделать процесс дегидратации, тем больше сохраним экологических преимуществ от использования биомассы изначально», — отмечает старший автор работы доктор Андреас Исдепски.