Tra tutte le opzioni di energia pulita in via di sviluppo, è il biocarburante a base di alghe che ricorda molto da vicino la composizione del petrolio greggio che viene pompato da sotto il fondo del mare. Gran parte di ciò che conosciamo come petrolio, dopo tutto, si è formato proprio da questi microrganismi, attraverso una conversione naturale facilitata dal calore che ha avuto luogo nel corso di milioni di anni.
Ora, i ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti a Richland, Washington, hanno scoperto un modo non solo di replicarsi, ma di accelerare questo processo di "cottura" al punto da trasformare una piccola miscela di alghe e acqua una specie di petrolio greggio in meno di un'ora. Oltre ad essere prontamente in grado di essere raffinato in gas combustibili come carburanti a reazione, benzina o diesel, la tecnologia proprietaria genera anche, come sottoprodotto, elementi chimici e minerali che possono essere utilizzati per produrre elettricità, gas naturale e persino fertilizzanti per, forse, crescere ancora più alghe. Potrebbe anche aiutare a inaugurare le alghe come alternativa praticabile; un'analisi ha dimostrato che l'implementazione di questa tecnica su una scala più ampia può consentire alle aziende di vendere commercialmente biocarburanti per un minimo di due dollari al gallone.
"Quando si tratta di questo, gli americani non sono come gli europei che tendono a preoccuparsi di più di ridurre la propria impronta di carbonio", afferma l'investigatore capo Douglas C. Elliott, che ha studiato carburanti alternativi per 40 anni. "La forza trainante per l'adozione di qualsiasi tipo di carburante è in definitiva se è economico come la benzina che stiamo usando ora".
Gli scienziati sono stati a lungo incuriositi dall'elenco dei vantaggi intrinseci che le alghe vantano rispetto ad altre fonti energetiche. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, ad esempio, stima che aumentare la produzione di combustibile di alghe per soddisfare il consumo quotidiano di petrolio del paese occuperebbe circa 15.000 miglia quadrate di terra, circa le dimensioni di un piccolo stato come il Maryland. In confronto, sostituire solo la fornitura di diesel prodotto con biodiesel da semi di soia richiederebbe di mettere da parte metà della massa terrestre della nazione.
Oltre al potenziale per rese molto più elevate, il carburante delle alghe è ancora più pulito del petrolio, poiché le piante marine divorano l'anidride carbonica dall'atmosfera. A livello agricolo, le alghe prosperano in una vasta gamma di habitat, dai territori oceanici all'ambiente delle acque reflue. Non è pericoloso come il combustibile nucleare ed è biodegradabile, a differenza dei pannelli solari e di altri interventi meccanici. Inoltre non compete con le forniture alimentari e, di nuovo, è abbastanza simile alla benzina che può essere raffinata allo stesso modo utilizzando le strutture esistenti.
"L'etanolo dal mais deve essere miscelato con gas e olio vegetale modificato per l'uso con il diesel", afferma Elliott. "Ma quello che stiamo facendo qui nella conversione delle alghe è più di una via diretta che non richiede particolari manipolazioni o miscele. "
Oppure, come afferma Juergen Polle del Brooklyn College, ricercatore di alghe: "Non possiamo pilotare aerei con etanolo. Abbiamo bisogno di petrolio", dice a CBS News .
Ma mentre l'infrastruttura per la produzione di etanolo a base di mais si è espansa nella misura in cui la maggior parte delle auto su strada funzionano con miscele di benzina costituite dal 10 percento di biocarburanti, lo sviluppo in corso del carburante alle alghe è progredito in modo così glaciale dalla scintilla iniziale di interesse gli anni '80. Gli esperti del settore attribuiscono questo languido alla mancanza di un metodo fattibile per la produzione di carburante alle alghe fino a 10 dollari al gallone, secondo un rapporto del New York Times . Tuttavia, la promessa di olio di alghe è stata abbastanza allettante che ExxonMobil, nel 2009, ha arruolato l'esperienza del laboratorio di sintesi genetica di Craig Venter, famoso in tutto il mondo, per fabbricare un ceppo genetico di alghe ricche di lipidi, come mezzo per compensare le spese di coltivazione e trasformare la sostanza in una risorsa commercialmente attraente. Tuttavia, nonostante abbia investito $ 600 milioni in uno sforzo considerevolmente ambizioso, il progetto è stato afflitto da "limiti tecnici", costringendo la società a riconoscere all'inizio dell'anno che il carburante delle alghe è "probabilmente più lontano" di 25 anni dal diventare mainstream.
Il sistema di liquefazione idrotermale sviluppato dal team di Elliott non è una novità. In effetti, gli scienziati hanno armeggiato con la tecnologia durante una crisi energetica durante gli anni '70 come un modo per gassificare varie forme di biomassa come il legno, abbandonandola alla fine un decennio dopo quando il prezzo della benzina è tornato a livelli più ragionevoli. La versione costruita in laboratorio di PNNL è, tuttavia, "relativamente più recente" e progettata semplicemente per dimostrare come la sostituzione di pratiche ad alto costo come l'essiccazione delle alghe prima della miscelazione di sostanze chimiche con un approccio semplificato rende l'intero processo molto più conveniente in tutte le fasi. Elliott spiega, ad esempio, che la maggior parte delle spese viene spesa per allevare alghe, che viene coltivata in quello che viene chiamato un sistema a stagno aperto, simile agli ambienti naturali, o in condizioni ben controllate che si trovano nei sistemi a circuito chiuso. Il sistema a laghetto aperto non è troppo costoso da gestire, ma tende a produrre colture più contaminate e inutilizzabili, mentre gli ambienti artificiali, dove le alghe vengono coltivate in contenitori trasparenti chiusi e alimentati con zucchero, sono costosi da mantenere.
"Le persone hanno un'idea leggermente inesatta del fatto che è possibile coltivare alghe ovunque solo perché la troveranno crescere in luoghi come la loro piscina, ma la raccolta di alghe di qualità su larga scala è in realtà molto impegnativa", afferma Elliott. “La bellezza del nostro sistema è che puoi inserire praticamente qualsiasi tipo di alga, anche ceppi misti. Puoi crescere il più possibile, qualsiasi sforzo, anche i tipi di lipidi più bassi e possiamo trasformarlo in grezzo. "
Il giornalista energetico di Forbes Christopher Helman ha una buona descrizione di come funziona questa particolare tecnica di liquefazione idrotermale:
"Si inizia con una fonte di alghe mescolata con acqua. La soluzione ideale è il 20% di alghe in peso. Quindi lo si invia continuamente in un lungo tubo che trattiene le alghe a 660 gradi Fahrenheit e 3.000 psi per 30 minuti mentre si mescola Il tempo in questa pentola a pressione rompe le alghe (o altre materie prime) e le trasforma in olio.Dato 100 libbre di materia prima di alghe, il sistema produrrà 53 libbre di "bio-olio" secondo gli studi PNNL. L'olio è chimicamente molto simile al greggio leggero e dolce, con una complessa miscela di composti leggeri e pesanti, aromatici, fenolici, eterociclici e alcani nella gamma da C15 a C22 ".
Far funzionare ciò che è essenzialmente una pentola a pressione estrema a temperature e stress così costanti richiede una buona quantità di energia, anche se Elliott sottolinea che hanno costruito il loro sistema con funzionalità di recupero del calore per massimizzare il calore facendolo rientrare nel processo, che dovrebbe comportare un significativo guadagno netto di energia nel complesso. Come bonus, la conseguente reazione chimica lascia dietro di sé una litania di composti, come idrogeno, ossigeno e anidride carbonica, che possono essere usati per formare gas naturale, mentre i minerali rimanenti come azoto, fosforo e potassio funzionano bene come fertilizzanti.
"È un modo di imitare ciò che accade naturalmente per un periodo di tempo insondabile", aggiunge. "Lo stiamo facendo molto, molto più velocemente."
Il team di Elliott ha concesso in licenza la tecnologia alla startup con sede nello Utah Genifuel Corporation, che spera di basarsi sulla ricerca e infine implementarla in un quadro commerciale più ampio. Suggerisce che la tecnologia dovrebbe essere ridimensionata per convertire circa 608 tonnellate di alghe secche in greggio al giorno per essere finanziariamente sostenibile.
"È una sfida formidabile, realizzare un biocarburante che sia competitivo in termini di costi con i carburanti a base di petrolio consolidati", ha dichiarato il presidente della Genifuel James Oyler in una nota. "Questo è un enorme passo nella giusta direzione."
