Các nhà khoa học tại trường Đại học Michigan đã bước đầu chứng minh khái niệm cho nền tảng sản xuất nhiên liệu sinh học sử dụng hai loài tảo biển và nấm đất. Hệ thống này không chỉ làm giảm chi phí canh tác và thu hoạch mà còn tăng năng suất, các yếu tố hiện đang cản trở việc sử dụng phổ biến nhiên liệu sinh học.
Loài tảo Nannochloropsis oceanica và nấm Mortierella elongata đều sản sinh dầu để có thể chiết xuất cho con người sử dụng. Từ những loại dầu này, có thể sản xuất các sản phẩm như nhiên liệu sinh học để cấp năng lượng cho xe hơi hoặc axit béo omega-3 có lợi cho sức khỏe tim mạch.
Khi các nhà khoa học đặt hai sinh vật trong cùng một môi trường, tảo nhỏ bám vào nấm tạo thành các khối lớn mà mắt thường có thể nhìn thấy. Phương pháp tổng hợp này được gọi là keo tụ sinh học. Khi được thu hoạch cùng với nhau, các sinh vật này tạo ra nhiều dầu hơn là nếu chúng được nuôi trồng và thu hoạch riêng.
Zhi-Yan (Rock) Du, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã sử dụng các sinh vật tự nhiên có ái lực liên kết cao. Tảo sản sinh rất mạnh và nấm được chúng tôi sử dụng không độc hại với con người và cũng không ăn được. Đây là loại nấm đất rất phổ biến có thể tìm thấy ở sân sau nhà bạn".
Các lợi ích khác được các nhà nghiên cứu đề cập trong báo cáo:
• Hệ thống này bền vững vì không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nấm sinh trưởng trong nước thải hoặc chất thải thực phẩm, trong khi tảo phát triển trong nước biển.
• Chi phí thu hoạch sẽ rẻ hơn, vì khối lượng lớn tảo và nấm dễ dàng được thu hoạch bằng các công cụ đơn giản giống như một tấm lưới.
• Phương pháp này dễ được mở rộng, vì các sinh vật là các chủng hoang dã chưa bị biến đổi gen. Chúng không gây nguy cơ lây nhiễm cho bất kỳ môi trường nào mà chúng tiếp xúc.
Giải quyết các vấn đề cản trở sản xuất nhiên liệu sinh học
Keo tụ sinh học là một phương pháp tương đối mới. Các hệ thống nhiên liệu sinh học có xu hướng dựa vào một loài như tảo, nhưng chúng bị hạn chế bởi các vấn đề về năng suất và chi phí.
Hạn chế thứ nhất là các hệ thống chỉ dựa vào tảo cho năng suất dầu thấp.
Ông Du cho rằng: "Tảo có thể sản sinh khối lượng lớn dầu khi sự sinh trưởng của chúng bị cản trở bởi những áp lực môi trường như thiếu nitơ. Phương pháp phổ biến trong phòng thí nghiệm để tạo ra dầu từ tảo là nuôi cấy các tế bào có mật độ cao và sau đó, bỏ đói chúng bằng cách tách chúng khỏi chất dinh dưỡng bằng phương pháp ly tâm và một số phương pháp khác. Cách tiếp cận này bao gồm rất nhiều bước, thời gian và lao động và không thực tế cho sản xuất trên quy mô công nghiệp".
Cách tiếp cận mới này cung cấp cho tảo amoni, một nguồn nitơ mà tảo có thể nhanh chóng sử dụng để sinh trưởng. Tuy nhiên, nguồn cung cấp amoni được kiểm soát để tảo tạo ra mật độ tế bào tối đa và tự động gây ra hiện tượng thiếu nitơ. Chế độ ăn nitơ được theo dõi chặt chẽ, có thể làm tăng sản lượng dầu và giảm chi phí.
Vấn đề thứ hai là chi phí thu hoạch dầu cao, vì tảo rất nhỏ và khó thu gom. Chi phí thu hoạch có thể chiếm đến 50% chi phí sản xuất dầu. Nhờ phương pháp keo tụ sinh học, hỗn hợp nấm và tảo dễ dàng thu hoạch bằng các công cụ đơn giản và rẻ tiền.
Trong tương lai, các nhà khoa học mong muốn sản xuất nhiên liệu sinh học với số lượng lớn bằng hệ thống này. Nhóm nghiên cứu cũng hiểu rõ về cả bộ gen của hai sinh vật tảo và nấm và có thể sử dụng các công cụ kỹ thuật di truyền để cải tiến phương pháp này.
Loài tảo Nannochloropsis oceanica và nấm Mortierella elongata đều sản sinh dầu để có thể chiết xuất cho con người sử dụng. Từ những loại dầu này, có thể sản xuất các sản phẩm như nhiên liệu sinh học để cấp năng lượng cho xe hơi hoặc axit béo omega-3 có lợi cho sức khỏe tim mạch.
Khi các nhà khoa học đặt hai sinh vật trong cùng một môi trường, tảo nhỏ bám vào nấm tạo thành các khối lớn mà mắt thường có thể nhìn thấy. Phương pháp tổng hợp này được gọi là keo tụ sinh học. Khi được thu hoạch cùng với nhau, các sinh vật này tạo ra nhiều dầu hơn là nếu chúng được nuôi trồng và thu hoạch riêng.
Zhi-Yan (Rock) Du, tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi đã sử dụng các sinh vật tự nhiên có ái lực liên kết cao. Tảo sản sinh rất mạnh và nấm được chúng tôi sử dụng không độc hại với con người và cũng không ăn được. Đây là loại nấm đất rất phổ biến có thể tìm thấy ở sân sau nhà bạn".
Các lợi ích khác được các nhà nghiên cứu đề cập trong báo cáo:
• Hệ thống này bền vững vì không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Nấm sinh trưởng trong nước thải hoặc chất thải thực phẩm, trong khi tảo phát triển trong nước biển.
• Chi phí thu hoạch sẽ rẻ hơn, vì khối lượng lớn tảo và nấm dễ dàng được thu hoạch bằng các công cụ đơn giản giống như một tấm lưới.
• Phương pháp này dễ được mở rộng, vì các sinh vật là các chủng hoang dã chưa bị biến đổi gen. Chúng không gây nguy cơ lây nhiễm cho bất kỳ môi trường nào mà chúng tiếp xúc.
Giải quyết các vấn đề cản trở sản xuất nhiên liệu sinh học
Keo tụ sinh học là một phương pháp tương đối mới. Các hệ thống nhiên liệu sinh học có xu hướng dựa vào một loài như tảo, nhưng chúng bị hạn chế bởi các vấn đề về năng suất và chi phí.
Hạn chế thứ nhất là các hệ thống chỉ dựa vào tảo cho năng suất dầu thấp.
Ông Du cho rằng: "Tảo có thể sản sinh khối lượng lớn dầu khi sự sinh trưởng của chúng bị cản trở bởi những áp lực môi trường như thiếu nitơ. Phương pháp phổ biến trong phòng thí nghiệm để tạo ra dầu từ tảo là nuôi cấy các tế bào có mật độ cao và sau đó, bỏ đói chúng bằng cách tách chúng khỏi chất dinh dưỡng bằng phương pháp ly tâm và một số phương pháp khác. Cách tiếp cận này bao gồm rất nhiều bước, thời gian và lao động và không thực tế cho sản xuất trên quy mô công nghiệp".
Cách tiếp cận mới này cung cấp cho tảo amoni, một nguồn nitơ mà tảo có thể nhanh chóng sử dụng để sinh trưởng. Tuy nhiên, nguồn cung cấp amoni được kiểm soát để tảo tạo ra mật độ tế bào tối đa và tự động gây ra hiện tượng thiếu nitơ. Chế độ ăn nitơ được theo dõi chặt chẽ, có thể làm tăng sản lượng dầu và giảm chi phí.
Vấn đề thứ hai là chi phí thu hoạch dầu cao, vì tảo rất nhỏ và khó thu gom. Chi phí thu hoạch có thể chiếm đến 50% chi phí sản xuất dầu. Nhờ phương pháp keo tụ sinh học, hỗn hợp nấm và tảo dễ dàng thu hoạch bằng các công cụ đơn giản và rẻ tiền.
Trong tương lai, các nhà khoa học mong muốn sản xuất nhiên liệu sinh học với số lượng lớn bằng hệ thống này. Nhóm nghiên cứu cũng hiểu rõ về cả bộ gen của hai sinh vật tảo và nấm và có thể sử dụng các công cụ kỹ thuật di truyền để cải tiến phương pháp này.
Theo NASATI
Tin tức liên quan
Đăng nhập
