Nhà máy sinh học vi tảo giảm thiểu CO2

Lò phản ứng quang sinh học

Theo GS Ramkrishna Sen từ Viện Công nghệ Ấn Độ (IIT), sự phát triển công nghệ sinh học có thể đóng vai trò quan trọng, giải quyết những thách thức toàn cầu hiện nay trong lĩnh vực năng lượng, môi trường và chăm sóc sức khỏe.

Cùng với đồng nghiệp, TS Ramalingam Dineshkumar từ Viện nghiên cứu Hóa học Muối và Biển trung ương đã thực hiện nghiên cứu, xác định liệu nhà máy tảo sinh học có thể sản xuất lipid, đáp ứng nhu cầu cho nhiên liệu sinh học và carotenoids cho những ứng dụng chăm sóc sức khỏe hay không, đồng thời giải quyết vấn để giảm thiểu khí CO2 trong môi trường.

Chu trình khép kín của công nghiệp sinh học dựa trên vi tảo.

Ý tưởng nhà máy sinh học sử dụng nguyên vật liệu vi tảo xuất phát từ việc tảo với các đặc tính thuận lợi được nuôi cấy với kết quả sinh khối được xử lý trong nhà máy sinh học thành các sản phẩm tiêu thụ. Ánh sáng mặt trời giúp nuôi cấy và phát triển tế bào tảo bằng carbon dioxide và chất dinh dưỡng. Dư lượng hữu cơ từ quá trình chế biến và tiêu thụ được tái chế thông qua quá trình phân hủy yếm khí tạo ra năng lượng và các yếu tố cần thiết cho quá trình canh tác tảo tiếp theo.  

Hiện nay, các sản phẩm và dược phẩm sinh hóa được sản xuất bằng lò phản ứng sinh học, nhưng sử dụng quy trình này để sản xuất nhiên liệu sinh học giá trị cao không có hiệu quả kinh tế.

Vì vậy, các nhà khoa học Sen và Dineshkumar đưa ra ý tưởng về lò phản ứng quang sinh học nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất nhiên liệu sinh học. Trong đó có giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế trong quá trình sản xuất lutein và lipid bằng cách tích hợp quy trình hoạt động xuôi và ngược dòng quy trình sản xuất nhằm giảm chi phí.

Vấn đề nghiên cứu cần tập trung vào sản xuất và thu được các carotenoit có giá trị cao như lutein, sử dụng cho những ứng dụng chăm sóc sức khỏe và lipid để sản xuất nhiên liệu sinh học, song song cùng với hiệu quả hấp thụ khí CO2.

Hấp thụ CO2 gấp 10-50 lần thực vật

Các nhà khoa học cho biết, lựa chọn nguyên liệu tiềm năng là vấn đề then chốt có thể tạo ra nhiều sản phẩm đồng thời trong sản xuất các sinh khối bền vững.

Vi tảo được coi là nguyên liệu sinh khối tiềm năng trong lĩnh vực sử dụng hiệu quả đất và nước, đồng thời có khả năng hấp thụ khí CO2 hiệu quả gấp 10 đến 50 lần so với thực vật, cung cấp năng lượng (đốt) trên mặt đất.

Nhưng sản xuất lutein và diesel sinh học bằng vi tảo có những khó khăn về công nghệ, đó là năng suất sản phẩm thấp và chi phí cao cho canh tác và chế biến sinh khối giai đoạn cuối.

Tiềm năng thương mại của các quá trình nhiệt hóa học của quy trình chế tạo sinh khối như khí hóa, nhiệt phân và thủy nhiệt hóa lỏng được chứng minh hiệu quả trong công nghiệp để sản xuất dầu sinh học và những sản phẩm có giá trị cao khác.

Nhưng những phương thức sản xuất này đòi hỏi nhiệt độ cao từ 400 - 600°C với áp suất cao từ 5 - 20MPa. Các điều kiện kỹ thuật khắt khe này đòi hỏi những quy trình sản xuất phải được nâng cấp theo cách tìm kiếm và phát triển những chất xúc tác hiệu quả nhằm giảm năng lượng cần thiết để có thể đưa vào công nghiệp dân dụng.

Hai nhà khoa học Sen và Dineshkumar cũng đề nghị phải tích hợp các quy trình sản xuất xuôi và ngược dòng nhằm giảm chi phí và năng lượng, cho phép sản xuất lutein và lipid có hiệu quả kinh tế. 

Phát triển các chủng vi tảo biến đổi, có khả năng sản xuất một lượng lớn lipit và carotenoids cũng có thể là một giải pháp phù hợp để phát triển nhà máy vi tảo sinh học có hiệu quả kinh tế cao.

Các nhà khoa học cho rằng, ngoài việc sản xuất caroten và lipid từ sinh khối tảo, nhà máy vi tảo sinh học cũng có thể sản xuất các sản phẩm giá trị cao khác như carbohydrate cho bioethanol (nhiên liệu sinh học), protein cho thức ăn chăn nuôi hoặc phân bón sinh học.