Growth Performance and Estimated CO 2 Fixation of Chlorella sp. in Flat Panel and Tubular Photobioreactors under Tropical Outdoor Conditions in Thailand
تُظهر هذه الدراسة أنه في ظل الظروف الاستوائية الخارجية في تايلاند، تفرض بيئة الاستزراع تأثيراً أكبر بكثير على أداء النمو وتثبيت ثاني أكسيد الكربون لـ Chlorella sp. في المفاعلات الحيوية الضوئية مقارنة بالاختيار بين الأشكال الهندسية للوح المسطح أو الأنبوبي.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يبحث العالم عن طرق لسحب ثاني أكسيد الكربون من الهواء، وهو غاز يحبس الحرارة ويزيد من دفء الكوكب. وتتضمن إحدى الأفكار الواعدة استخدام نباتات دقيقة وحيدة الخلية تسمى الطحالب الدقيقة. تعمل هذه الكائنات الحية مثل الألواح الشمسية المجهرية؛ فهي تشرب ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون لتنمو، محولةً هذا الغاز إلى مادة نباتية صلبة. وقد أملاً العلماء منذ فترة طويلة في تسخير هذه العملية الطبيعية عبر بناء حاويات زجاجية خاصة، تُعرف باسم المفاعلات الحيوية الضوئية، والتي تحتوي على الطحالب وتعرضها لأشعة الشمس. والهدف هو إنشاء أنظمة يمكن تثبيتها على جوانب المباني، لتحويل جدران المدن إلى مرشحات حية تنقي الهواء مع إنتاج كتلة حيوية مفيدة. ومع ذلك، فإن معظم ما نعرفه عن كيفية عمل هذه الأنظمة يأتي من نماذج حاسوبية أو تجارب أُجريت في مناخات معتدلة، حيث يكون الطقس معتدلاً ويمكن التنبؤ به. ولا يزال من غير الواضح كيف ستعمل هذه الآلات الحية في الظروف الحارة والرطبة والمشمسة في المناطق الاستوائية، حيث يمكن للحرارة الشديدة والطقس المتقلب أن تضغط على الخلايا الرقيقة.
ولمعرفة ذلك، أقام باحثون في جامعة تشيانغ ماي في تايلاند اختباراً واقعياً على سطح مبنى. فقد قاموا بزراعة سلالة معينة من الطحالب الخضراء، وهي Chlorella sp.، في نوعين مختلفين من الحاويات الزجاجية: أحدهما على شكل لوح مسطح، يشبه لوح زجاج نافذة كبيرة، والآخر على شكل أنبوب رأسي طويل. وقد أجروا هذه التجارب جنباً إلى جنب في بيئتين مختلفتين تماماً. ففي إحدى المجموعات، وضعت الحاويات داخل غرفة مكيفة حيث تم الحفاظ على درجة حرارة ثابتة، وكانت الأضواء تتبع جدولاً زمنياً صارماً. أما في المجموعة الأخرى، فقد تُرِكت حاويات متطابقة في الخارج على سطح مكشوف، معرضة لقوة الشمس الاستوائية، والمطر، والرياح، والارتفاع والانخفاض الطبيعي في درجات الحرارة اليومية. أراد الفريق معرفة ما إذا كان شكل الحاوية أهم من البيئة، وما إذا كانت الطحالب ستتمكن من البقاء والازدهار في الظروف القاسية وغير المنضبطة في الهواء الطلق.
كانت النتائج واضحة ومفاجئة. فقد تبين أن البيئة التي نمت فيها الطحالب كانت أكثر أهمية بكثير من شكل الحاوية. فالطحالب التي بقيت داخل الغرفة الباردة والمتحكم بها نمت بشكل أسرع وأنتجت مادة نباتية أكبر بكثير من نظيراتها التي تُرِكت تحت الشمس. ففي الإعداد الداخلي، تكاثرت الطحالب بمعدل سمح لها بإنتاج ما بين 0.075 و0.079 جرام من الكتلة الحيوية لكل لتر من الماء يومياً. أما في الخارج، فقد انخفض هذا الرقم بشكل حاد ليصل إلى ما بين 0.019 و0.023 جرام لكل لتر يومياً. وكان الفرق أكثر وضوحاً عند النظر إلى كمية ثاني أكسيد الكربون التي يمكن للطحالب التقاطها؛ حيث أزالت المزارع الداخلية حوالي 0.15 جرام من ثاني أكسيد الكربون لكل لتر يومياً، بينما تمكنت المزارع الخارجية من إزالة حوالي 0.03 جرام فقط. وهذا يعني أن الطحالب الخارجية كانت تلتقط أقل من ربع كمية الكربون التي التقطتها الطحالب الداخلية، رغم وصولها إلى نفس النوع من الماء ونفس الإمداد من غاز ثاني أكسيد الكربون.
كما اكتشف الباحثون أن التصميم المحدد للحاوية لم يمنح أي مجموعة ميزة واض clearly. فلم يكن هناك فرق ذو دلالة إحصائية بين نمو الطحالب أو قدرتها على التقاط الكربون سواء كانت في اللوح المسطح أو الأنبوب. ففي الغرفة المتحكم بها، كان أداء الحاوية الأنبوبية أفضل قليلاً من الناحية النظرية، لكن الفرق كان صغيراً جداً بحيث لا يُعتبر نجاحاً حقيقياً. وفي الخارج، كان اللوح المسطح يؤدي بشكل أفضل قليلاً من الأنبوب، ولكن مرة أخرى، لم تكن الفجوة كبيرة بما يكفي لإثبات تفوق أحد التصميمين. لقد أظهرت البيانات أن الطبيعة غير المتوقعة للطقس الخارجي كانت العامل المهيمن. فقد شهدت المزارع الخارجية دورات يومية ترتفع فيها درجة حرارة الماء داخل الحاويات لتصل إلى ما بين 40 و42 درجة مئوية خلال النهار، وهي درجة حرارة أعلى بكثير من الـ 20 درجة مئوية الثابتة في الداخل. ومن المرجح أن هذه الحرارة الشديدة، مقترنة بتغير ضوء الشمس والرطوبة، قد أجهدت الطحالب، مما أدى إلى إبطاء نموها وتقليل قدرتها على تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى خلايا جديدة.
تسلط هذه الدراسة الضوء على تحدٍ حاسم لأي شخص يأمل في بناء هذه المرشحات الحية للمباني في المدن. وبينما تبدو فكرة ربط مفاعلات الطحالب بناطحات السحاب جذابة، إلا أن البيئة الطبيعية في المناخات الاستوائية تمثل عقبة أكبر بكثير من التصميم الهندسي للمفاعل نفسه. فقد وجد الباحثون أنه بدون إدارة دقيقة لدرجة الحرارة والضوء، لا يمكن للطحالب أن تؤدي بنفس الكفاءة التي تؤديها في بيئة متحكم بها. ولا تشير الدراسة إلى أن الألواح المسطحة أو الأنابيب عديمة الفائدة، لكنها تشير أيضاً إلى أن مجرد اختيار شكل على آخر لن يحل مشكلة ضعف الأداء في الطقس الحار. بدلاً من ذلك، ستحتاج الأنظمة المستقبلية إلى التركيز بشدة على إبقاء الطحالب باردة ومستقرة، ربما من خلال التظليل أو تحسين دوران المياه، قبل أن يصبح شكل الحاوية عاملاً حاسماً. وإلى أن يتم حل هذه التحديات البيئية، ستظل إمكانات هذه الأنظمة في تنقية الهواء في المدن الاستوائية محدودة بفعل الشمس ذاتها التي تمدها بالطاقة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.