Biologie

3D-geprinte koralen kunnen de toekomst van bio-energie zijn

3D-geprinte koralen kunnen de toekomst van bio-energie zijn

Door de opwarming van de aarde, waardoor de zeetemperaturen stijgen, sterven de koraalriffen over de hele wereld. De delicate riffen zijn bijzonder gevoelig voor zelfs kleine veranderingen in de gemiddelde temperatuur en het zoutgehalte, en als ze afsterven, kan dit ook een ramp betekenen voor de vele mariene organismen die de riffen hun thuis noemen. Dit heeft ertoe geleid dat onderzoekers verschillende oplossingen hebben bedacht, en een van de meest veelbelovende is het printen van 3D-vervangende riffen.

Hoewel 3D-geprint koraal het levende koraal niet kan terugbrengen, kan het wel helpen om een ​​aantal van de ecosystemen die de riffen gebruiken nieuw leven in te blazen. Maar het belangrijkste gebruik ervan zou kunnen zijn bij de groei van mariene biobrandstoffen.

Het belang van koralen

Koralen vormen een belangrijk onderdeel van een aantal tropische mariene ecosystemen. Zonder hun aanwezigheid gaan de voedselketens in deze systemen kapot. Bepaalde soorten microalgen leven bijvoorbeeld in een symbiotische relatie met koralen. De koralen zorgen voor een oppervlakte waar de microalgen kunnen groeien, en in ruil daarvoor produceren de algen voedsel voor het koraal.

GERELATEERD: ZEVEN KOELE BIOBRANDSTOF GEWASSEN DIE WE GEBRUIKEN VOOR DE PRODUCTIE VAN BRANDSTOF

Deze microalg is toevallig ook een energierijke biobrandstof.

Dit heeft dr. Daniel Wangpraseurt, van de universiteit van Cambridge, geïnspireerd om een ​​kunstmatige koraalstructuur te ontwikkelen waarop de algen kunnen groeien, zodat ze kunnen worden geoogst om biobrandstof te maken.

"Koralen zijn zeer efficiënt in het verzamelen en gebruiken van licht. In ons laboratorium zoeken we naar methoden om deze strategieën uit de natuur na te bootsen voor commerciële toepassingen.

Dr. Wangpraseurt's mede-onderzoeker, Dr. Silvia Vignolini, had het volgende te zeggen over het project:

"We hebben een kunstmatig koraalweefsel en -skelet ontwikkeld met een combinatie van polymeergels en hydrogels gedoteerd met cellulose-nanomaterialen om de optische eigenschappen van levende koralen na te bootsen. Cellulose is een overvloedig biopolymeer; het is uitstekend in het verstrooien van licht en we hebben het gebruikt om de levering te optimaliseren. van licht in fotosynthetische algen. "

Beide onderzoekers proberen het groeipotentieel van de zogenaamde microalgen te maximaliserenMarinichlorella kaistiae.Deze specifieke alg produceert vetzuren die ongelooflijk energierijk zijn. De algen groeien verderPocilloporidae koralen, dus het team heeft deze koralen in 3D gescand om een ​​blauwdruk te ontwikkelen voor de 3D-geprinte koraalvormen.

De ontwikkeling van kunstmatige koralen

In meer precieze bewoordingen, de komvormige vorm van het koraal verzamelt en focust licht in gebieden waar de algen groeien. In het bijzonder is het koraal efficiënt in het focussen van de blauwe en oranje golflengten van licht die de algen nodig hebben voor fotosynthese.

"Door de microhabitat van de gastheer te kopiëren, kunnen we onze 3D bioprinted koralen ook gebruiken als modelsysteem voor de symbiose van koraal en algen, die dringend nodig is om de afbraak van de symbiose tijdens de achteruitgang van koraalriffen te begrijpen," zei Wangpraseurt. "Er zijn veel verschillende toepassingen voor onze nieuwe technologie.

We hebben onlangs een bedrijf opgericht, mantaz genaamd, dat op koraal geïnspireerde lichtoogstbenaderingen gebruikt om algen te kweken voor bioproducten in ontwikkelingslanden. We hopen dat onze techniek schaalbaar zal zijn, zodat het een reële impact kan hebben op de biosector van algen en uiteindelijk de uitstoot van broeikasgassen kan verminderen die verantwoordelijk zijn voor de dood van koraalriffen. "

Zoals opgemerkt door Dr. Wangpraseurt, is algengroei niet alleen goed voor de productie van biobrandstoffen, het is ook een grote verbruiker van broeikasgassen. Het vinden van een manier om de algenproductie op te schalen, zou een enorm koolstoffilter voor de omliggende gebieden kunnen creëren.

Een van de grootste problemen waarmee de onderzoekers werden geconfronteerd, is dat de Marinichlorella, de microalgen, sterven tijdens het overbrengen van ze van hun gastheercultuur naar de kunstmatige koralen. Door een unieke bioprinttechniek konden de onderzoekers de algen tijdens het productieproces zelf op het oppervlak van het nieuwe nepkoraal planten.

Een ander voordeel van het kunstmatige koraal is dat ze een beter kweekoppervlak bieden voor de algen dan het echte koraal. De onderzoekers waren in staat de kunstmatige koraalvormen te ontwerpen om efficiënter licht op te vangen, waardoor de algen een fotonrijke omgeving krijgen om te groeien.

GERELATEERD: EEN UITLEG VAN BIOMASSA VOORBEHANDELING VAN PLANTEN NAAR BIOBRANDSTOFFEN

In vergelijking met het natuurlijke koraal laten de nieuwe koraalstructuren de microalgen groeien 100 keer sneller en op een dichtere mat dan in enig ander gebied waar ze zijn gekweekt, zowel in het laboratorium als op zee.

Het grootste probleem voor het team op dit moment is schaalbaarheid. Voor iedereen die bekend is met het proces van additive manufacturing, realiseert u zich waarschijnlijk dat dit niet het beste systeem voor massaproductie is. In dit geval heeft het team echter geen andere optie om zijn kunstmatig koraal te produceren. Ze hopen dat nieuwe innovaties op het gebied van additive manufacturing hen zullen helpen hun productieproces verder te versnellen.

Hun onderzoek is gepubliceerd in Nature Communications.


Bekijk de video: Leven we in een hologram? BUITENAARDS (Juli- 2021).