3D打印珊瑚,新型生物反应器可促进微藻生物燃料的生产| 地平线杂志


光合藻类-利用光来生长的微小藻类-提供了传统化石燃料的替代品。 每个细胞产生的少量脂质可以被收获以生产用于运输业的生物燃料。

当前,有两种主要的藻类生长设计:通过室外人工“池塘”或通过封闭的“光生物反应器”(通常是透明管或袋)进行。

两者都有问题。 尽管开放式池塘的大小足以满足工业生产的需要,但很难控制池塘的温度,水很容易感染有害细菌。

室内光生物反应器降低了这两种风险,但是很少有设计可用于工业生产。 在这两种类型中,光合作用微藻随着它们的生长而开始阻挡光。

英国剑桥大学海洋科学家丹尼尔·王普拉瑟尔特博士(Daniel Wangpraseurt)说:“通常你所拥有的东西表面的光线太多,而当你进入更深的地方时光线却太少。”他正在研究如何最好地种植微藻。

有效生产生物燃料首先要找到生长微藻的最佳方法。 Wangpraseurt博士说:“我们要做的是使用能产生大量脂质的菌株,然后将其转化为生物柴油。” 生物反应器中菌株生长的越好,生物燃料的产量就越高。

“你所拥有的常常是文化表面的光线太多,而当你深入的时候光线太少。”

英国剑桥大学的Daniel Wangpraseurt博士

珊瑚礁

Wangpraseurt博士及其BioMIC-FUEL项目从微藻类在热带珊瑚礁上的生长方式中汲取了灵感。 通过重建珊瑚结构,他和他的团队希望为生物燃料生产创造最佳条件。

正如Wangpraseurt博士所解释的那样,这些珊瑚具有独特的结构,可以使光合作用藻类在竞争激烈的空间和光线环境中繁衍生息。 例如,珊瑚骨骼是由碳酸钙制成的,它使珊瑚能够以可以到达在其上生长的致密微藻的方式散射光。

下一步是创建一种3D打印技术,该技术可以复制珊瑚的形状,包括其独特的光散射化学结构。 这涉及与在人工器官研究中“打印”细胞方面具有专业知识的生物工程师合作。

研究如何重建肝脏组织的研究人员能够为Wangpraseurt博士的团队提供有关如何重建珊瑚表面细小结构和细节的建议。 设计了一种富含营养物质和化学物质的“生物墨水”,以帮助微藻在3D组织构造中良好生长。

Wangpraseurt博士说:“鸡尾酒中有很多不同的东西,我们称之为生物墨水-最耗时的方面之一是调整这种生物墨水以有益于藻类的生长。”

这使他们能够创造出与天然珊瑚具有相似强度,柔软度和光散射特性的人造结构。 找到正确的混合物后,Wangpraseurt博士和他的同事们能够生长出密度高达天然珊瑚中微藻100倍的微藻。

Wangpraseurt博士说,目前正在努力优化技术并扩大规模,以便企业可以使用它。

珊瑚Stylophora pistillata的骨骼结构(左)反映在3D打印材料中(右)。 图片来源-Wangpraseurt博士

目前,寻找室内生物反应器的企业仍然没有什么选择-该技术仍然遇到诸如控制反应器中的光和营养以及将污染风险降至最低的问题。

以色列小型公司Brevel研发大型光生物反应器的公司Brevel的首席执行官Yonatan Golan表示:“过去,公司试图解决这个问题,但并未提出大规模解决方案。”

正如戈兰(Golan)解释的那样,在反应堆中加灯会增加多余的壁ni,使有害细菌繁殖并污染反应堆。 可以在反应器中安装额外的清洁元件,尽管这会在生物反应器内造成阴影,从而减少了微藻的光量。

Brevel的生物反应器设计使用专利的照明和清洁技术来照亮内部的光生物反应器,同时降低细菌感染的风险。 新的照明技术意味着在不加热细菌混合物的情况下,反应器中的光可以更小,更亮。 数字图像分析和在线监控意味着Brevel光生物反应器也比工业上可用的其他光生物反应器更加自动化。

他们的结果已经很有希望。 他们能够将光藻类的生长成本降低90%,并产生比最先进的室外光生物反应器高200倍的产量。

大型生物反应器(左)和较小实验室规模的生物反应器(右)。 图片来源-Yonatan Golan,Brevel

三文鱼

生物反应器的应用范围不仅限于生物燃料。 在养鱼场种植的鲑鱼没有在野外看到的粉红色。 作为补偿,鲑鱼养殖者在饲料中添加了一种称为虾青素的人造色素,使养殖鲑鱼肉具有粉红色的色调。

正如戈兰(Golan)解释的那样,这种合成色素是由石化产品制成的,研究人员指出,尽管可以安全地在养殖鱼类中食用,但这种色素尚不被批准直接被人食用。 这种颜料占鲑鱼最终价格的10%。

放大后的Brevel生物反应器可以以相同的有机价格和与合成版本相同的价格生产相同的颜料。 事实证明,有机颜料可以直接食用,天然抗氧化剂含量更高。 戈兰补充说,随着时间的流逝,它的价格可能会下降。 该公司还在寻找营养和化妆品行业的产品。

明年,戈兰希望建立第一个光生物反应器工厂,并雇用更多的工程师。 他认为微藻类还具有可持续的商业意义。

他说:“实际上,我们可以从高价值的产品(营养和化妆品)中获利,而剩下的蛋白质和脂质则是生物质。” 这些可能是针对蛋白质市场的,或者有可能从中生产生物燃料。

本文中的研究由欧盟资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。



This article – ” 3D打印珊瑚,新型生物反应器可促进微藻生物燃料的生产| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research & Innovation magazine

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