Parce que les combustibles fossiles émettent des polluants nocifs à la fois pour l'environnement et la santé publique, les chercheurs explorent avec diligence des alternatives plus durables. L'une de ces alternatives est les biocarburants.

Les biocarburants sont des sources d'énergie renouvelables créées à partir de plantes comme le maïs ou le panic raide qui peuvent être cultivées comme cultures annuelles ou pérennes. Les algues sont une autre source utilisée pour créer des biocarburants, à la fois des microalgues unicellulaires et des macroalgues telles que le varech. Bien que les biocarburants à base d'algues soient une alternative plus durable aux combustibles fossiles, il reste de la marge pour améliorer la production des algues utilisées pour les créer.

Ken Reardon, le professeur Jud et Pat Harper de génie chimique et biologique, dirige un projet de 2,1 millions de dollars qui vise à augmenter le rendement des algues en améliorant l'utilisation du dioxyde de carbone. Le projet de trois ans fait partie d'un effort mené par l'Office de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables du ministère de l'Énergie pour améliorer la compétitivité des coûts et la durabilité environnementale des carburants et produits à base de microalgues. Une équipe de cinq membres du corps professoral de la Colorado State University et de trois chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) collaboreront pour atteindre les objectifs du projet consistant à 1) améliorer l'apport de CO2 aux algues et 2) augmenter la consommation de CO2 par les algues.

Le projet est également un partenariat avec deux entreprises. New Belgium Brewing fournira du CO2 à partir de ses procédés de fermentation, et Qualitas Santé, une entreprise qui produit des nutraceutiques oméga-3 à partir d'algues, aidera à tester la technologie améliorée de livraison de CO2 sur leur site de culture à Imperial, Texas.

Livraison :apporter du CO2 aux algues

À des fins de culture de masse, les microalgues sont généralement cultivées dans de grandes, étangs peu profonds qui permettent à la lumière de pénétrer dans l'eau jusqu'aux cellules d'algues. Comme les plantes, les algues ont besoin de soleil, CO2, et des nutriments pour grandir. Pour fournir du CO2, l'air est aspergé, ou poussé à travers de petits trous dans un tube, au fond de l'étang. En utilisant ce mode de livraison, une grande partie du CO2 fait des bulles à la surface et est gaspillée, plutôt que d'être utilisé par les algues.

Pour améliorer la livraison du CO2 à la culture de microalgues, Reardon travaillera avec Travis Bailey, professeur agrégé au Département de génie chimique et biologique, et le partenaire du NREL, Deanne Sammond, pour concevoir une membrane polymère contenant une enzyme qui convertira le CO2 en bicarbonate soluble dans l'eau, que les algues peuvent utiliser pour se développer. Cette membrane transférera le CO2 dans l'eau beaucoup plus efficacement que le barbotage.

David Dandy, professeur au Département de génie chimique et biologique, développera un modèle informatique qui prédit quand et où dans l'étang les algues se développeront le plus rapidement, permettant au bicarbonate d'être ciblé sur ces emplacements. Pour éviter une livraison excessive de bicarbonate, un système de surveillance laser conçu par un partenaire du NREL détectera lorsqu'il y a trop de CO2 à la surface de l'étang.

"Nous aurons la capacité de livrer plus de bicarbonate qu'il n'est actuellement possible, " a déclaré Reardon. "Nous voulons être certains que nous mettons le bicarbonate où et quand les algues en auront le plus besoin."

Absorption : consommation de CO2

Une fois le mode de livraison mis au point, les algues seront modifiées pour pouvoir suivre l'augmentation du bicarbonate. L'équipe s'appuie sur deux approches pour améliorer les algues. Le premier sera dirigé par Graham Peers, professeur agrégé au Département de biologie, qui modifiera génétiquement les algues pour qu'elles absorbent et métabolisent le bicarbonate plus rapidement qu'elles ne le feraient normalement. Le partenaire du NREL, Lieve Laurens, utilisera une approche de sélection naturelle qui implique la sélection de souches génétiquement supérieures, car les algues sont brunes dans les environnements riches en bicarbonate.

"Nous essayons deux approches donc nous sommes sûrs d'avoir au moins une modification réussie, " a déclaré Reardon. " Chaque version pourrait également être utilisée pour différentes applications. "

Alors que l'approche de Peers aboutit à un organisme génétiquement modifié (OGM), Laurens ne le fait pas. Certaines entreprises préfèrent utiliser des algues sans OGM dans leurs produits, la création de ces deux options permet donc des applications plus diverses.

Quantifier le succès

Il appartient à Jason Quinn de mesurer si les améliorations de la livraison et de l'adoption sont efficaces, professeur adjoint au Département de génie mécanique, et partenaire du NREL Ryan Davis. En utilisant une évaluation du cycle de vie pour évaluer la durabilité environnementale du procédé et une analyse technico-économique pour estimer le coût, Quinn et Davis détermineront si l'équipe a réussi à améliorer la compétitivité des coûts grâce à ses améliorations de l'utilisation du CO2.

"Je suis convaincu que nous serons en mesure d'augmenter la productivité d'un système qui produira plus de biomasse, " a déclaré Reardon. " Et je suis convaincu que nous dépasserons notre objectif d'amélioration de l'utilisation du CO2.