Crédito: Domínio Público CC0

Os cientistas da Texas A&M AgriLife Research estão usando inteligência artificial para estabelecer um novo recorde mundial na produção de algas como fonte confiável e econômica de biocombustível que pode ser usado como fonte alternativa de combustível para aeronaves a jato e outras necessidades de transporte.

Joshua Yuan, Ph.D., cientista de pesquisa da AgriLife, professor e presidente de Biologia Sintética e Produtos Renováveis ​​no Departamento de Fitopatologia e Microbiologia da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida do Texas A&M, está liderando o projeto de pesquisa.

As descobertas da equipe foram publicadas em janeiro na Nature Communications . A pesquisa em andamento é financiada pelo Departamento de Energia Fossil Energy Office dos EUA. O trabalho também está sendo financiado por um presente do Dr. John ’90 e Sally ’92 Hood, que recentemente se encontraram com Yuan para discutir seu programa de pesquisa em biocombustíveis. A doação é administrada pela Texas A&M Foundation.

A equipe do projeto inclui Bin Long, um estudante de pós-graduação do Departamento de Fitopatologia e Microbiologia; Bart Fischer, Ph.D., co-diretor do Texas A&M Agricultural and Food Policy Center e Texas A&M Department of Agricultural Economics; Henry Bryant, Ph.D., Departamento de Economia Agrícola; e Yining Zeng, Ph.D., cientista da equipe do Laboratório Nacional de Energia Renovável do Departamento de Energia dos EUA.

Resolvendo as limitações das algas como biocombustível

“A comercialização do biocombustível de algas foi prejudicada pelo rendimento relativamente baixo e alto custo de colheita”, disse Yuan. “A penetração de luz limitada e a fraca dinâmica de cultivo contribuíram para o baixo rendimento.”

Superar esses desafios pode permitir que biocombustíveis de algas viáveis ​​reduzam as emissões de carbono, mitiguem as mudanças climáticas, aliviem a dependência do petróleo e transformem a bioeconomia, disse Yuan.

Yuan já foi bem sucedido em encontrar métodos para converter palha de milho, gramíneas e algaroba em materiais biodegradáveis ​​e leves e bioplásticos. Seu último projeto utiliza um modelo de aprendizado avançado de inteligência artificial patenteado para prever a penetração de luz de algas, crescimento e densidade ideal. O modelo de previsão permite a colheita contínua de algas sintéticas usando hidroponia para manter o rápido crescimento na densidade ideal para permitir a melhor disponibilidade de luz.

O método que Yuan e sua equipe conseguiram com sucesso em um experimento ao ar livre é de 43,3 gramas por metro quadrado por dia de produtividade de biomassa, o que seria um recorde mundial. A última faixa alvo do DOE é de 25 gramas por metro quadrado por dia.

“As algas podem ser usadas como fonte de energia alternativa para muitas indústrias, incluindo biocombustíveis e como combustível de aviação”, disse Yuan. “As algas são uma boa fonte alternativa de combustível para esta indústria. É uma matéria-prima alternativa para a refinaria de bioetanol sem a necessidade de pré-tratamento. Seu custo é menor do que o carvão ou o gás natural. Também proporciona uma forma mais eficiente de captura e utilização de carbono.”

Yuan disse que as algas também podem ser usadas como fonte de alimentação animal. A AgriLife Research já investigou algas como fonte de proteína animal.

Algas como energia renovável

O biocombustível de algas é considerado uma das soluções definitivas para energia renovável, mas sua comercialização é dificultada por limitações de crescimento causadas pelo sombreamento mútuo e altos custos de colheita.

“Superamos esses desafios avançando o aprendizado de máquina para informar o projeto de um cultivo semi-contínuo de algas (SAC) para sustentar o crescimento celular ideal e minimizar o sombreamento mútuo”, disse ele.

Yuan disse que está usando uma estratégia de sedimentação baseada em agregação projetada para obter colheita de biomassa de baixo custo e SAC econômico.

“A sedimentação baseada em agregação é alcançada pela engenharia de uma cepa de algas verde-azuladas de rápido crescimento, Synechococcus elongatus UTEX2973, para produzir limoneno, que aumenta a hidrofobicidade da superfície celular das cianobactérias e permite agregação e sedimentação celular eficientes”, disse ele.

Fazendo a energia econômica das algas

A ampliação do SAC com um sistema de lagoa ao ar livre atinge um rendimento de biomassa de 43,3 gramas por metro quadrado por dia, reduzindo o preço mínimo de venda de biomassa para aproximadamente US$ 281 por tonelada, de acordo com o artigo do jornal. Em comparação, a matéria-prima de baixo custo padrão para biomassa em etanol é o milho, que atualmente custa aproximadamente US$ 6 por alqueire ou US$ 260 por tonelada. No entanto, o processo de Yuan não exige pré-tratamento caro antes da fermentação. O milho deve ser moído e o purê deve ser cozido antes da fermentação.

“Algas como fonte renovável de combustível era um tema quente há uma década”, disse Fischer. “Como resultado, há muito ceticismo. Eu estava até cético. No entanto, o trabalho que Joshua está fazendo é incrivelmente inovador. Estávamos entusiasmados em fazer parceria neste projeto. Nos níveis de produtividade que eles obtêm – e considerando o baixo custo colheita que a cepa permite – mostra muita promessa.”

Yuan disse que, apesar do potencial significativo e dos esforços extensivos, a comercialização do biocombustível de algas foi prejudicada pela penetração limitada da luz solar, fraca dinâmica de cultivo, rendimento relativamente baixo e ausência de métodos de colheita industriais econômicos.

“Esta tecnologia provou ser acessível e ajuda a impulsionar as algas como uma verdadeira forma alternativa de energia”, disse ele.

Fonte: https://techxplore.com/news/2022-03-artificial-intelligence-algae-potential-alternative.html

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