生物多样性提高了藻类生物燃料系统的稳定性

根据密歇根大学研究人员联邦政府资助的户外研究结果,多种多样的物种改善了藻类生物燃料系统的稳定性和燃料油产量,以及它们对外来者入侵的抵抗力。

在第一次大规模的对照实验中,密歇根大学的科学家们在位于Pinckney附近的密歇根大学ES乔治保护区的80个人工池塘中种植了淡水藻类的各种组合,以测试生物多样性可以提高藻类生物燃料系统在该领域的性能的广泛认识。

 

总体而言,研究人员发现,藻类物种的多种混合物(称为多种文化)在更高水平上比任何单一物种发挥更多关键功能 – 它们在多任务处理方面表现更好。但令人惊讶的是,研究人员还发现,与最具生产力的单一物种或单一栽培相比,多种文化不会产生更多的藻类,称为生物质。

 

“结果是可持续生物燃料系统设计的关键,因为它们表明虽然单一栽培可能是最大化短期藻类生产的最佳选择,但多种文化可以在更长的时间内提供更稳定的作物,”该研究的主要作者Casey说。戈德温,密歇根大学环境与可持续发展学院的博士后研究员。

 

该团队的研究结果计划于6月18日在Global Change Biology-Bioenergy期刊上发表。

 

正在研究藻类衍生的生物原油作为化石燃料的潜在可再生能源替代品。因为它们生长迅速并且可以转化为生物油,所以藻类有可能从比玉米等作物更少的表面积产生更多的燃料。但是,在大型室外养殖池塘中种植大量这些微观水生植物所涉及的技术挑战已经减缓了商业规模种植的进程。

 

在外 – 远离实验室的受控条件 – 藻类生物燃料培养系统必须在波动的天气条件下,燃料就绪藻类保持稳定,稳定的生长,由疾病和害虫引起的人口崩溃的威胁和入侵受到藻类的滋扰。

 

几十年的生态研究表明,含有丰富物种的植物和动物群落平均比不太多样化的群落更具生产力,面对环境波动更稳定,对病虫害更具抵抗力。

 

但藻类多种文化能够胜过单一栽培的观点从未在大规模的田间条件下进行过严格的测试。在美国国家科学基金会和密歇根大学能源研究所的资助下,UM生态学家Bradley Cardinale及其同事开始使用两部分研究来测试这一假设。

 

第一阶段涉及在UM安娜堡校区Dana大楼地下室的180个水族箱式水池中种植六种北美湖藻类的各种组合。所有六种物种通常用于生物燃料系统。

 

第二阶段涉及对四种最有希望的藻类物种和物种混合物进行实地测试,将它们放在室外的1,300英亩UM储备中的290加仑牛罐中。这项工作于2016年夏季完成,并导致即将发布的全球变化生物学 – 生物能源论文。

 

在该研究的两个阶段,密歇根大学工程学院的同事们采用了一种称为水热液化的技术,将藻类转化为可燃油或生物油,可以对其进行精制,制成生物柴油等运输燃料。

 

“首先,我们在实验室中评估了藻类的不同组合,然后我们将最好的藻类带到大自然中,在那里它们暴露于波动的天气条件,害虫,疾病以及困扰藻类燃料研究工作的所有其他因素。 40年,“戈德温说。

 

在对10周ES George Reserve研究中收集的藻类样本进行分析时,研究人员比较了单一栽培和多种养殖一次完成多项工作的能力:种植大量藻类生物质,产生高质量的生物原油,保持稳定通过时间,抵制人口崩溃和抵御不受欢迎的藻类入侵。

 

他们的分析表明,多种文化的使用显着延迟了不需要的藻类的入侵; 两种和四种多文化中的生物原油产量显着高于单一栽培; 随着时间的推移,不同种类的藻类更稳定。

 

虽然单一文化往往擅长一两个工作岗位,但多元文化比任何一种单一文化都更多地完成了更多的工作,这种特性称为多功能性。

 

但与此同时,多种文化产生的生物量低于表现最佳的单一栽培。多种文化的使用对藻类生产突然急剧下降的程度和时间没有显着影响,称为人口崩溃。

 

“我们的研究结果表明,在种植藻类生物燃料时存在一个基本的权衡,”密歇根大学环境与可持续发展学院教授卡迪纳勒说。

 

“你可以种植能够产生大量生物质但不稳定并产生较少生物原油的单种作物。或者,如果你愿意放弃一些产量,你可以使用物种的混合物来生产更稳定的生物燃料系统。时间,对害虫种类的抵抗力更强,产生更多的生物原油。“

 

除Godwin和Cardinale之外,全球变化生物学论文的作者是UM的Aubrey Lashaway和David Hietala,以及宾夕法尼亚州立大学的Phillip Savage。

 

同一研究小组的成员发表了其他近期的论文,这些论文研究了藻类生物燃料系统多样性的好处,以最大限度地减少肥料使用,回收废物和改善生物原油的化学性质。

 

“总的来说,这些结果表明,应用生态学原理如何有助于设计下一代可再生燃料系统,”戈德温说。

2 评论s

  1. Dylan Shu - 2019 年 9 月 1 日

    论文的原文链接可以发一下吗,谢谢

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