عملية جديدة لحصاد الكتلة الحيوية الخالية من التلف

مقال بقلم أماندا جاسي

طور باحثون في جامعة تسوكوبا باليابان عملية جديدة خالية من التلف لإزالة المياه من الكتلة الحيوية للطحالب. يمكن أن تساعد هذه العملية على إنتاج منتجات حيوية أرخص وأكثر كفاءة وصديقة للبيئة.

تشتمل الكتلة الحيوية للطحالب على كائنات حية ضوئية تعمل على تحويل الطاقة الضوئية من الشمس إلى جزيئات حيوية غنية بالطاقة. يمكن زراعة الكتلة الحيوية وحصدها على نطاق صناعي ، ويمكن استخدام الجزيئات لإنتاج مجموعة واسعة من المنتجات ، مثل الوقود الحيوي - والتي يمكن أن تساعد في تقليل غازات الدفيئة - المستحضرات الصيدلانية والأسمدة وغيرها من المنتجات الحيوية القيمة.

عادة ، تتكون الثقافات الدقيقة في المقام الأول من الماء وتحتوي على نسبة صلبة منخفضة (0.05-1 ٪ بالوزن) ، ولكن لإنتاج المنتجات المشتقة من الكتلة الحيوية ، يجب أن يكون المحتوى المائي أقل من 10 ٪ بالوزن. يتطلب حصاد المواد العضوية عادة عدة دورات لنزح المياه. ومع ذلك ، فإن طرق نزح المياه التقليدية التي تعتمد على تبخر الماء عن طريق التسخين أو الطرد المركزي أو الضغط الميكانيكي يمكن أن تلحق الضرر بخلايا الطحالب ، مما يقلل من المحصول.

طور الفريق في تسوكوبا طريقة قادرة على إزالة المياه من الكتلة الحيوية للطحالب دون إتلاف المركبات التي سيتم حصادها. تستخدم العملية مولد بخار غرافين متعدد الوظائف هرمي لتحقيق إزالة المياه. يتكون المولد من ورقة واحدة من الجرافين ذو النيتروجين (N-doped) ذو النيتروجين والذي يوضع فوق ورقة من رغوة الجرافين N-doped.

تقوم طبقة الجرافين المتناهية الصغر بسحب الماء إلى الأعلى واستخدام الحرارة من الشمس لتحويله إلى بخار. طبقة رغوة الجرافين لديها أيضًا قدرة على ضخ المياه. حجم المسام الصغير للطبقة النانوية يمنع الطحالب من السفر ، ويمنع التعرض للطبقة العليا. يتم حبس الحرارة في الطبقة العليا مما يمنع الطحالب من الغليان. توفر رغوة الجرافين بشكل تعاوني الدعم الميكانيكي وتمنع تشوه الكتلة الحيوية للطحالب.

بالنسبة لنزح المياه ، يتم وضع الهيكل أعلى الكتلة الحيوية المعلقة ويعتمد التبخر على ضوء الشمس. استخدام الطاقة الشمسية يجعل هذا النهج أكثر ملاءمة للبيئة من التقنيات الحالية ، التي تعتمد على الوقود الأحفوري. أثناء عملية نزح المياه يتم إنشاء الماء النقي. وفقًا لـ Isdepsky Andreas ، الباحث في Tsukuba ، يمكن استمرار عملية نزح المياه حتى تتم إزالة جميع المياه.

في التجارب ، حقق مولد بخار الجرافين ذي التسلسل الهرمي معدل تبخر عالي للمياه (1.54 م -2 س -1) وكفاءة تحويل طاقة عالية (82.2٪) لتحويل الطاقة الشمسية إلى بخار.

بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا لإيتو يوشيكازو ، أستاذ مشارك في تسوكوبا ، وجد الباحثون أن الهيكل يحمي ملاط ​​الطحالب تحت إضاءة الشمس الشمسية 1-2 مما يترك + 99٪ من صبغة الطحالب غير تالفة. عادةً ما تُعرَّف الشمس بأنها الكثافة الاسمية الكاملة لأشعة الشمس في يوم ساطع وواضح على الأرض ، حيث تبلغ مساحتها 1000 واط -2. ووجد الباحثون أيضًا أن البنية قابلة لإعادة الاستخدام ، واحتفظت بأدائها بعد الغسيل.

قال يوشيكازو: "يمكن استخدام تقنيتنا في تسريع حصاد الكتلة الحيوية وتوليد المياه النقية."

توفر الطريقة التي تم إنشاؤها في تسوكوبا طريقة فعالة من حيث التكلفة ومتجددة لإزالة المياه النقية من الكتلة الحيوية الحساسة للحرارة. باستخدام التقنية الجديدة ، يمكن استخدام أي أنواع من المواد الحيوية الرطبة كمحميات مائية.

يعمل الباحثون في تسوكوبا حاليًا على مواصلة تطوير التكنولوجيا ، أي الطاقة الشمسية التي لا تزال تتيح تبخر الماء من الكتلة الحيوية المعلقة وجمع المياه ، وطريقة الإنتاج الضخم لمواد الجرافين.

النظم المستدامة المتقدمة: http://doi.org/c9cs