Ученые исследуют водоросли как потенциальный источник энергии и пищи
Ученые из Университета Рутгерса–Нью-Брансуик изучают потенциал превращения вида морских водорослей в источник энергии и пищи.
Исследователи из Rutgers Climate and Energy Institute работают над преобразованием естественно обильных, возобновляемых материалов в такие продукты, как биотопливо, корма для животных и биохимикаты. Команда Рутгерса — один из пяти центров в США, выбранных для этого масштабного исследовательского проекта.
Руководят проектом Шишир Чундават (главный исследователь, доцент), Дебашиш Бхаттачарья (заслуженный профессор) и Сагар Кхаре (профессор).
Команда создает виртуальный исследовательский центр sargassum BioRefinery (SaBRe). Им будет совместно руководить Хосе Авалос (Принстонский университет, ведущий исследователь), Чундават (Рутгерс) и Лоретта Роберсон (Морская биологическая лаборатория).
Энергия, корма и химикаты из водорослей: как этого достичь?
Цель — конвертировать вид бурых водорослей, саргассум, в ценные продукты: биотопливо (например, этанол), корма для животных и различные промышленные химикаты.
Необходимо определить, как, когда и где собирать эти водоросли в Атлантическом океане, а также усовершенствовать процесс извлечения органических и неорганических компонентов.
- Органические компоненты будут преобразованы в биогаз, биотопливо и корма.
- Из неорганических остатков будут выделены редкоземельные элементы, важные для производства аккумуляторов электромобилей.
Какую проблему решает это исследование?
Саргассум образует ежегодно крупнейшее в мире цветение макроскопических водорослей — "Большой Атлантический пояс саргассума". На пике он протягивается на 5000 миль от Западной Африки до Мексиканского залива.
Стремительное потепление климата и сток сельскохозяйственных удобрений катализируют его рост, создавая серьезные экологические проблемы для прибрежных сообществ (Мексиканский залив, Пуэрто-Рико, Флорида, Карибские острова, Южная Америка, Западная Африка).
Водоросли образуют неприглядные и дурно пахнущие завалы на пляжах, переполняют местные свалки. При разложении микроорганизмы выделяют вредный газ, который опасен для людей и негативно влияет на туризм.
Вопрос в том, можно ли удалить этот материал (возможно, даже до того, как он выбросится на берег) и превратить его в полезные продукты, преобразовав кризис в возможность для устойчивого развития.
В SaBRe планируют разработать процессы биопереработки саргассума, интегрирующие различные технологии конверсии. Биоочистки аналогичны нефтехимическим, но используют возобновляемую биомассу вместо материалов на основе ископаемого топлива.
Происхождение идеи
Идея продуктивного использования водорослей существует с древних времен. Например, ламинария была частью рациона человека со среднего каменного века.
Несколько стран, особенно в Азии, за последние несколько сотен лет разработали передовые методы выращивания и сбора специализированных видов водорослей для пищи. В современной химической промышленности водоросли также используются для выделения высокоценных химикатов.
Полный потенциал водорослей как сырья для промышленных процессов еще не раскрыт.
Роль и задачи исследователей
- Дебашиш Бхаттачарья изучает биологию саргассума и его микробиом. Его команда ищет новые микробные гены, связанные с естественным разложением водорослей в океане и на пляжах, сотрудничая с исследователями SaBRe.
- Шишир Чундават надеется охарактеризовать новые гены и обнаружить передовые ферменты для промышленного преобразования саргассума в простые сахара. Он будет сотрудничать с Сагаром Кхаре для инженерии улучшенных ферментов.
- Сагар Кхаре усовершенствует процесс деконструкции, делая идентифицированные ферменты лучше и стабильнее с помощью инструментов искусственного интеллекта и машинного обучения для дизайна белков.
В Рутгерсе будет создана уникальная биофабрика для скрининга нативных и сконструированных белков.
Цели и перспективы
Цель — научиться устойчиво конвертировать саргассум в разнообразные продукты с помощью коммерчески значимых процессов. Учитывая масштабы цветения водорослей из-за изменения климата, этот ресурс, вероятно, будет обильным источником сырья на многие годы вперед.
У проекта SaBRe пятилетний срок, в течение которого оптимистично надеются создать испытательный полигон для снижения рисков использования саргассума. Однако до того, как биоочистки на основе водорослей станут коммерческой реальностью, вероятно, пройдет десять или более лет.