Lors de la culture d'algues dans des étangs extérieurs en tant que biocarburant de nouvelle génération, un mélange naturellement diversifié d'espèces aidera à réduire les risques de mauvaises récoltes, selon une étude financée par le gouvernement fédéral par des chercheurs de l'Université du Michigan.

Le pétrole biobrut dérivé d'algues est à l'étude en tant qu'alternative potentielle d'énergie renouvelable aux combustibles fossiles. L'écologiste U-M Bradley Cardinale et ses collègues ont découvert que la culture de plusieurs espèces d'algues dans 180 réservoirs ressemblant à des aquariums aidait à stabiliser la production de biobrut et rendait le système plus fiable et efficace.

Alors que l'expérience a été menée à l'intérieur, ses résultats sont pertinents pour la culture en extérieur, dit Cardinale, co-auteur d'un article publié en ligne récemment dans la revue Sciences et technologies de l'environnement .

« Ces résultats sont importants car l'un de nos plus grands défis pour rendre le biocarburant d'algues abordable est d'améliorer l'efficacité des étangs de croissance en plein air et de prévenir les accidents qui ruinent les cultures, " il a dit.

« Les entreprises dépensent de grosses sommes d'argent pour mettre en place ces étangs à plusieurs reprises. Si la diversité des espèces augmente l'efficacité tout en réduisant les risques d'accident, cela réduit aussi les coûts, " dit Cardinale, professeur à l'U-M School of Natural Resources and Environment et directeur du CILER, l'Institut coopératif de recherche sur la limnologie et les écosystèmes.

Étonnamment, les chercheurs ont également découvert que la culture d'un mélange d'espèces d'algues n'augmentait pas la production de biobrut par rapport aux espèces cultivées seules en monoculture. En réalité, la concurrence entre les espèces faisait souvent que les mélanges produisaient moins de biobrut que chaque espèce individuellement.

Cette découverte contraste avec des décennies de recherche écologique montrant que les communautés contenant des ensembles plus divers de plantes et d'animaux sont, en moyenne, plus productif et plus efficace dans l'utilisation des ressources. En raison de ce travail préalable, les chercheurs d'algues U-M avaient émis l'hypothèse qu'un mélange d'espèces d'algues serait plus productif qu'une seule espèce. Mais ce n'était pas le cas.

"Nos résultats suggèrent qu'il existe un compromis fondamental lors de la culture de biocarburant à base d'algues, " dit Anita Narwani, un ancien chercheur postdoctoral U-M à l'École des ressources naturelles et de l'environnement et auteur principal de l'étude.

« Vous pouvez cultiver des cultures monospécifiques qui produisent des rendements élevés mais présentent un risque élevé de mauvaise récolte. Ou vous pouvez utiliser des mélanges d'espèces qui produisent des rendements inférieurs mais sont beaucoup moins susceptibles de s'effondrer et sont plus durables dans le temps. »

Le travail U-M a été financé par un 2 millions de dollars, subvention de quatre ans de la National Science Foundation. Attribué en juillet 2013, la subvention a payé pour une étude en deux parties pour identifier et tester des groupes naturellement divers d'algues vertes qui peuvent être cultivées ensemble pour créer un haut rendement, système écologiquement durable et rentable pour produire des biocarburants de nouvelle génération.

La première phase de l'étude consistait à cultiver diverses combinaisons de six espèces d'algues lacustres d'Amérique du Nord dans 180 réservoirs ressemblant à des aquariums dans un laboratoire au sous-sol du bâtiment Dana d'U-M, siège de l'École des ressources naturelles et de l'environnement.

Chaque réservoir de 10 litres (2,2 gallons) contenait l'un ou l'autre, deux, quatre ou six espèces d'algues. La moitié des réservoirs ont reçu une température constante de 71,6 degrés Fahrenheit (22 C). L'autre moitié a été affectée à un traitement à température variable pour simuler les conditions extérieures. La température a fluctué entre 62,6 et 80,6 F (17 et 27 C) à des intervalles hebdomadaires.

L'expérience a duré sept semaines et a montré que les mélanges d'espèces d'algues étaient, en moyenne, plus stable et fiable face aux fluctuations de température.

La deuxième phase du projet financé par la NSF consistait à tester sur le terrain les espèces d'algues et les mélanges d'espèces les plus prometteurs en les cultivant à l'extérieur dans 80 réservoirs de bétail en fibre de verre à l'E.S. de l'université. Réserve George, un 1, Station biologique de 300 acres près de Pinckney, Mich. Ce travail a été mené à l'été 2016, et les résultats sont en cours d'analyse.

Dans les deux phases de l'étude, des collègues du Collège d'ingénierie de l'U-M ont utilisé une technique appelée liquéfaction hydrothermale pour mesurer la quantité et la qualité des huiles combustibles, ou biobrut, produites par les différentes combinaisons d'algues. Ils comparent également la capacité des systèmes monospécifiques et multispécifiques à réutiliser et recycler les déchets pour une croissance supplémentaire.

Approvisionnement limité en combustibles fossiles, La demande mondiale croissante d'énergie et l'augmentation des niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone piégeant la chaleur ont récemment amené les biocarburants dérivés d'algues au premier plan des programmes de recherche sur les énergies renouvelables.

Cependant, un certain nombre d'obstacles doivent être surmontés pour rendre la production à l'échelle industrielle de pétrole biobrut algal réalisable et économiquement compétitive par rapport au pétrole brut à base de combustibles fossiles. Lorsqu'il est cultivé dans de grands étangs extérieurs, les algues souffrent d'instabilités de culture dues aux variations d'ensoleillement et de température, ainsi que les perturbations causées par les parasites, maladies et autres envahisseurs indésirables.

Les Sciences et technologies de l'environnement papier, "Pouvoir du plancton :effets de la biodiversité algale sur la production et la stabilité du biobrut, " a été publié en ligne le 9 novembre. Le premier auteur Narwani est maintenant à l'Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques. Les autres auteurs, en plus de Cardinale, sont Aubrey Lashaway de l'École des ressources naturelles et de l'environnement, David Hietala du département U-M de génie chimique, et ancien membre de la faculté d'ingénierie U-M Phillip Savage, maintenant à l'Université d'État de Pennsylvanie.

La même équipe de recherche, avec l'ajout du chercheur postdoctoral SNRE Casey Godwin, avait un autre article de la même étude publié en ligne le 29 novembre dans Bioresource Technology. Il a montré que lorsque les engrais utilisés pour faire pousser des algues sont recyclés dans des réservoirs contenant une seule espèce d'algues, ces monocultures échouent souvent à se développer - ou même à mourir - lorsqu'elles essaient de recycler et de réutiliser leur propre engrais usé.

En revanche, les mélanges d'algues non seulement survivent sur les engrais usés, mais prospèrent en recyclant leurs propres nutriments, faisant souvent augmenter considérablement plus de biomasse en réutilisant le même engrais encore et encore.

"Il est important de pouvoir recycler les nutriments parce que les engrais sont chers et parce que les nutriments inutilisés sont la principale source de pollution des cours d'eau, lacs et océans, " Godwin a déclaré. "Notre étude montre que divers mélanges d'algues peuvent réduire l'utilisation d'engrais et recycler les nutriments d'une manière qui produit plus de biobrut."