Inteligența artificială prezice potențialul algelor ca sursă alternativă de energie

Oamenii de știință din Texas A&M AgriLife Research folosesc inteligența artificială pentru a stabili un nou record mondial pentru producerea de alge ca sursă de încredere și economică de biocombustibil care poate fi folosită ca sursă alternativă de combustibil pentru avioanele cu reacție și alte nevoi de transport. Joshua Yuan, Ph.D., om de știință AgriLife Research, profesor și președinte de Biologie Sintetică și Produse Regenerabile în Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Plant Pathology and Microbiology, conduce proiectul de cercetare.

Descoperirile echipei au fost publicate în ianuarie în Nature Communications. Cercetările în curs de desfășurare sunt finanțate de Biroul pentru Energie Fosilă al Departamentului de Energie al SUA. Lucrarea este, de asemenea, finanțată de un cadou de la Dr. John ’90 și Sally ’92 Hood, care sa întâlnit recent cu Yuan pentru a discuta despre programul său de cercetare a biocombustibililor. Cadoul este gestionat de Texas A&M Foundation. Echipa de proiect include Bin Long, un student absolvent de la Departamentul de Patologie a plantelor și Microbiologie; Bart Fischer, Ph.D., co-director al Centrului de Politică Agricolă și Alimentară din Texas A&M și al Departamentului de Economie Agricolă din Texas A&M; Henry Bryant, Ph.D., Departamentul de Economie Agricolă; și Yining Zeng, Ph.D., om de știință al Departamentului de Energie al Laboratorului Național de Energie Regenerabilă din SUA.

„Comercializarea biocombustibilului de alge a fost împiedicată de randamentul relativ scăzut și costul ridicat de recoltare”, a spus Yuan. „Pătrunderea limitată a luminii și dinamica slabă de cultivare au contribuit ambele la randamentul scăzut”. Depășirea acestor provocări ar putea permite biocombustibililor de alge viabile să reducă emisiile de carbon, să atenueze schimbările climatice, să atenueze dependența de petrol și să transforme bioeconomia, a spus Yuan. Yuan a reușit anterior să găsească metode de transformare a miriștilor de porumb, ierburilor și mesquite în materiale biodegradabile, ușoare și bioplastice. Cel mai recent proiect al său utilizează un model de învățare avansat de inteligență artificială brevetat pentru a prezice penetrarea luminii algelor, creșterea și densitatea optimă. Modelul de predicție permite recoltarea continuă de alge sintetice folosind hidroponie pentru a menține creșterea rapidă la densitatea optimă pentru a permite cea mai bună disponibilitate a luminii. Metoda pe care Yuan și echipa au realizat-o cu succes într-un experiment în aer liber este de 43,3 grame pe metru pătrat pe zi de productivitate a biomasei, ceea ce ar fi un record mondial. Cel mai recent interval țintă DOE este de 25 de grame pe metru pătrat pe zi.

Biocombustibilul din alge este considerat una dintre soluțiile finale pentru energia regenerabilă, dar comercializarea acestuia este împiedicată de limitările de creștere cauzate de umbrirea reciprocă și costurile ridicate de recoltare. „Depășim aceste provocări prin avansarea învățării automate pentru a informa proiectarea unei culturi semi-continue de alge (SAC) pentru a susține creșterea optimă a celulelor și a minimiza umbrirea reciprocă”, a spus el. Yuan a spus că folosește o strategie de sedimentare bazată pe agregare, concepută pentru a obține o recoltare a biomasei la costuri reduse și un SAC economic. „Sedimentarea pe bază de agregare este realizată prin proiectarea unei tulpini de alge albastre-verzi cu creștere rapidă, Synechococcus elongatus UTEX2973, pentru a produce limonen, care crește hidrofobicitatea suprafeței celulelor cianobacteriene și permite agregarea și sedimentarea eficientă a celulelor”, a spus el.

Extinderea SAC cu un sistem de iaz în aer liber realizează un randament de biomasă de 43,3 grame pe metru pătrat pe zi, scăzând prețul minim de vânzare a biomasei la aproximativ 281 USD pe tonă, potrivit articolului din jurnal. În comparație, materia primă standard la preț redus pentru biomasa din etanol este porumbul, care este în prezent de aproximativ 6 USD per bushel sau 260 USD pe tonă. Cu toate acestea, procesul lui Yuan nu necesită un pre-tratament costisitor înainte de fermentare. Porumbul trebuie măcinat, iar piureul trebuie gătit înainte de fermentare. „Algele ca sursă de combustibil regenerabil au fost un subiect fierbinte în urmă cu un deceniu”, a spus Fischer. „Ca urmare, există mult scepticism. Am fost chiar sceptic. Cu toate acestea, munca pe care o face Joshua este incredibil de inovatoare. Am fost încântați să colaborăm în acest proiect. La nivelurile de productivitate pe care le obțin – și având în vedere costul scăzut recolta pe care o permite tulpina — arată multe promițători.” Yuan a spus, în ciuda potențialului semnificativ și a eforturilor extinse, comercializarea biocombustibilului algelor a fost împiedicată de pătrunderea limitată a razelor solare, dinamica slabă a culturii, randamentul relativ scăzut și absența unor metode de recoltare industrială rentabile. „S-a dovedit că această tehnologie este accesibilă și ajută la propulsarea algelor ca o adevărată formă alternativă de energie”, a spus el. Sursa: techxplore.com