Hidrogen dari Ganggang

Beautiful Smile from Miss Anne

Ganggang yang dimodifikasi secara genetik bisa menjadi produsen yang efisien hidrogen dan biofuel.

Reaktor biohydrogen menggunakan metode pemisahan air Photobiological yang dilakukan dalam fotobioreaktor tertutup didasarkan pada produksi hidrogen dengan ganggang.   

Algae menghasilkan hidrogen dalam kondisi tertentu. Pada tahun 2000 ditemukan bahwa jika C. reinhardtii ganggang kekurangan belerang mereka akan beralih dari produksi oksigen, seperti dalam fotosintesis normal, untuk produksi hidrogen

Daya Algae: Sementara ganggang hijau secara teratur menyerap sebagian besar cahaya jatuh pada mereka (kanan), ganggang direkayasa untuk memiliki klorofil kurang membiarkan beberapa cahaya melalui (kiri).  

Ketika tumbuh dalam jumlah besar, bioreaktor terbuka dalam budaya padat, ganggang klorofil-kekurangan akan membiarkan sinar matahari menembus ke lapisan lebih dalam ganggang dan dengan demikian memanfaatkan sinar matahari lebih efisien.

Anastasios Melis, University of California, Berkeley
Ganggang adalah sumber biofuel yang menjanjikan: selain mudah tumbuh dan menangani, beberapa varietas yang kaya minyak yang sama dengan yang dihasilkan oleh kedelai. Alga juga memproduksi bahan bakar lain: hidrogen.

Mereka membuat sejumlah kecil hidrogen secara alami selama fotosintesis, namun Anastasios Melis, tanaman-dan-mikroba profesor biologi di University of California, Berkeley, percaya bahwa versi rekayasa genetika dari organisme hijau kecil memiliki kesempatan baik menjadi sumber yang layak untuk hidrogen.

Melis telah menciptakan alga mutan yang membuat lebih baik menggunakan sinar matahari daripada sepupu alami mereka lakukan. Hal ini bisa meningkatkan hidrogen yang menghasilkan ganggang dengan faktor tiga. Hal ini juga akan meningkatkan produksi ganggang minyak untuk biofuel.

Temuan baru akan menjadi penting dalam memaksimalkan produksi hidrogen dalam skala besar, bioreaktor komersial.

Dalam laboratorium, Melis mengatakan, "[kita membuat] low-density budaya dan memiliki botol tipis sehingga cahaya yang menembus dari semua sisi." Karena itu, sel-sel menggunakan semua cahaya yang jatuh pada mereka.

Namun dalam bioreaktor komersial, di mana budaya alga padat akan tersebar di kolam terbuka di bawah sinar matahari, lapisan atas dari ganggang menyerap semua sinar matahari tetapi hanya dapat menggunakan sebagian kecil dari itu.

Melis dan rekan-rekannya sedang merancang ganggang yang memiliki klorofil kurang sehingga mereka menyerap sinar matahari kurang.

Itu berarti lebih banyak cahaya menembus ke lapisan lebih dalam ganggang, dan akhirnya, sel-sel lebih banyak menggunakan cahaya matahari untuk membuat hidrogen.

Para peneliti memanipulasi gen yang mengontrol jumlah klorofil di kloroplas ganggang, organ sel yang merupakan pusat untuk fotosintesis.

Setiap kloroplas alami memiliki 600 molekul klorofil.

Sejauh ini, para peneliti telah mengurangi jumlah ini dengan setengah. Mereka berencana untuk mengurangi ukuran lebih lanjut, untuk 130 molekul klorofil.

Pada saat itu, budaya padat ganggang dalam bioreaktor besar akan membuat tiga kali hidrogen sebanyak yang mereka buat sekarang, kata Melis.

"Jika Anda dapat meningkatkan produktivitas dengan cara menipis keluar [klorofil], itu akan mempengaruhi setiap produk yang Anda buat," kata Rolf Mehlhorn, seorang teknolog energi di Lawrence Berkeley National Laboratory.

Algae yang menggunakan sinar matahari lebih efektif akan menghasilkan lebih banyak minyak, katanya.

Startups seperti Solix Biofuels, yang berbasis di Fort Collins, CO, dan Livefuels, berbasis di Menlo Park, CA, mencoba untuk mengekstrak minyak dari ganggang, minyak dapat disempurnakan untuk membuat bahan bakar diesel dan jet.

Proses ini masih setidaknya lima tahun dari yang digunakan untuk generasi hidrogen. Peneliti pertama akan harus meningkatkan kapasitas ganggang untuk menghasilkan hidrogen.

Selama fotosintesis normal, ganggang fokus pada menggunakan energi matahari untuk mengubah karbon dioksida dan air menjadi glukosa, melepaskan oksigen dalam proses. Hanya sekitar 3 sampai 5 persen dari fotosintesis menyebabkan hidrogen.

Melis memperkirakan bahwa, jika seluruh kapasitas fotosintesis ganggang dapat diarahkan produksi hidrogen, 80 kg hidrogen bisa diproduksi secara komersial per hektar per hari.

Switching 100 persen dari fotosintesis ganggang untuk hidrogen tidak mungkin menjadi mungkin.

"Aturan praktis adalah, jika kita membawa bahwa sampai 50 persen, itu akan ekonomis," kata Melis. Dengan kapasitas 50 persen, satu hektar bisa menghasilkan ganggang 40 kg hidrogen per hari.

Itu akan membawa biaya produksi hidrogen $ 2,80 per kilogram. Pada harga ini, hidrogen bisa bersaing dengan bensin, karena satu kilogram hidrogen setara energi untuk satu galon bensin.

Pada tahun 2000, Melis, bekerja sama dengan peneliti di Laboratorium Energi Terbarukan Nasional (NREL), menemukan bahwa ganggang mencabut nutrisi belerang memaksa sel untuk membuat hidrogen lebih.

Para peneliti hanya mampu mencabut ganggang belerang selama beberapa hari pada satu waktu, tapi selama waktu itu, sekitar 10 persen dari kapasitas fotosintesis ganggang pergi ke arah membuat hidrogen.

Para peneliti di NREL sedang membuat kemajuan dalam meningkatkan efisiensi produksi hidrogen, menurut ketua peneliti Michael Seibert.

Mereka sekarang dapat memaksa ganggang untuk menghasilkan hidrogen selama tiga bulan, sebagai lawan hanya beberapa hari.

Seibert berharap bahwa ganggang Melis itu klorofil-dipangkas akan berguna ketika proses tersebut dipindahkan ke bioreaktor besar.

Sampai para peneliti NREL menguji alga mutan, meskipun, ia mengatakan bahwa hal itu mungkin terlalu dini untuk mengatakan.

Sekian, Terima kasih telah membacanya!

Sumber:  Prachi Patel