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Idrogeno dalle alghe
Le alghe sono una promettente fonte di biocarburanti: oltre ad essere facili da coltivare e maneggiare, alcune varietà sono ricche di olio simile a quello prodotto dai semi di soia. Le alghe producono anche un altro combustibile: l'idrogeno. Producono naturalmente una piccola quantità di idrogeno durante la fotosintesi, ma Anastasios Melis , un professore di biologia vegetale e microbica presso l'Università della California, Berkeley, ritiene che le versioni geneticamente modificate dei minuscoli organismi verdi abbiano buone possibilità di essere una valida fonte di idrogeno.
Potere delle alghe: Mentre le normali alghe verdi assorbono la maggior parte della luce che cade su di esse (a destra), le alghe progettate per avere meno clorofilla lasciano passare un po' di luce (a sinistra). Se coltivate in grandi bioreattori aperti in colture dense, le alghe carenti di clorofilla consentiranno alla luce solare di penetrare negli strati di alghe più profondi e quindi di utilizzare la luce solare in modo più efficiente.
Melis ha creato alghe mutanti che fanno un uso migliore della luce solare rispetto ai loro cugini naturali. Ciò potrebbe aumentare l'idrogeno prodotto dalle alghe di un fattore tre. Aumenterebbe anche la produzione delle alghe di petrolio per i biocarburanti.
La nuova scoperta sarà importante per massimizzare la produzione di idrogeno in bioreattori commerciali su larga scala. In un laboratorio, dice Melis, [facciamo] colture a bassa densità e abbiamo bottiglie sottili in modo che la luce penetri da tutti i lati. Per questo motivo, le cellule usano tutta la luce che cade su di esse. Ma in un bioreattore commerciale, dove le dense colture di alghe verrebbero sparse in stagni aperti sotto il sole, gli strati superiori delle alghe assorbono tutta la luce solare ma possono usarne solo una frazione.
Melis e i suoi colleghi stanno progettando alghe che hanno meno clorofilla in modo che assorbano meno luce solare. Ciò significa che più luce penetra negli strati di alghe più profondi e, alla fine, più cellule usano la luce solare per produrre idrogeno.
I ricercatori manipolano i geni che controllano la quantità di clorofilla nei cloroplasti delle alghe, gli organi cellulari che sono i centri della fotosintesi. Ogni cloroplasto ha naturalmente 600 molecole di clorofilla. Finora, i ricercatori hanno ridotto questo numero della metà. Hanno in programma di ridurre ulteriormente le dimensioni, a 130 molecole di clorofilla. A quel punto, colture dense di alghe in grandi bioreattori produrrebbero tre volte più idrogeno di quanto producono ora, dice Melis.
Se puoi aumentare la produttività diradando la [clorofilla], influirà su qualsiasi prodotto che realizzi, dice Rolf Mehlhorn , un tecnologo energetico presso il Lawrence Berkeley National Laboratory. Le alghe che usano la luce solare in modo più efficace produrrebbero più petrolio, dice. Startup come Solix Biofuels, con sede a Fort Collins, CO, e LiveFuels, con sede a Menlo Park, CA, stanno cercando di estrarre petrolio dalle alghe; l'olio può essere raffinato per produrre diesel e carburante per aerei.
Il processo è ancora di almeno cinque anni dall'essere utilizzato per la generazione di idrogeno. I ricercatori dovranno prima aumentare la capacità delle alghe di produrre idrogeno. Durante la normale fotosintesi, le alghe si concentrano sull'utilizzo dell'energia del sole per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in glucosio, rilasciando ossigeno nel processo. Solo circa il 3-5 percento della fotosintesi porta all'idrogeno. Melis stima che, se l'intera capacità della fotosintesi delle alghe potesse essere indirizzata verso la produzione di idrogeno, si potrebbero produrre commercialmente 80 chilogrammi di idrogeno per acro al giorno.
Il passaggio del 100% della fotosintesi delle alghe all'idrogeno potrebbe non essere possibile. La regola generale è che, se lo portiamo al 50 percento, sarebbe economicamente fattibile, dice Melis. Con una capacità del 50 percento, un acro di alghe potrebbe produrre 40 chilogrammi di idrogeno al giorno. Ciò porterebbe il costo di produzione dell'idrogeno a 2,80 dollari al chilogrammo. A questo prezzo, l'idrogeno potrebbe competere con la benzina, poiché un chilogrammo di idrogeno equivale in energia a un gallone di benzina.
Nel 2000, Melis, lavorando con i ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL), ha scoperto che privare le alghe di nutrienti solforati costringeva le cellule a produrre più idrogeno. I ricercatori sono stati in grado di privare le alghe di zolfo solo per pochi giorni alla volta, ma durante quel periodo circa il 10% della capacità fotosintetica delle alghe è stata utilizzata per produrre idrogeno.
I ricercatori del NREL stanno facendo progressi nell'aumento dell'efficienza nella produzione di idrogeno, secondo il ricercatore capo Michael Seibert . Ora possono costringere le alghe a generare idrogeno per un massimo di tre mesi, invece di pochi giorni. Seibert si aspetta che le alghe tagliate con clorofilla di Melis saranno utili quando il processo verrà trasferito a grandi bioreattori. Fino a quando i ricercatori del NREL non testeranno le alghe mutanti, tuttavia, afferma che potrebbe essere troppo presto per dirlo.