Optimization of Parachlorella kessleri growth under different environmental conditions for lipid production

In de zoektocht naar materialen die de planeet geen kwaad doen, richten wetenschappers zich op de microscopische wereld van algen. Deze kleine, eencellige planten gebruiken zonlicht om te groeien, en doen daarmee in staat om oliën en plastics te produceren die er op een dag de petroleumgebaseerde producten kunnen vervangen die onze stortplaatsen en oceanen vervuilen. De uitdaging ligt in het vinden van het juiste soort alg en de perfecte omgeving om ze snel te laten groeien en de meest nuttige stoffen te produceren. Het is een kwestie van het afstemmen van de omstandigheden — zoals de zuurgraad van het water, de warmte van de lucht, de lengte van de dag en de hoeveelheid koolstofdioxide die beschikbaar is — vergelijkbaar met een tuinier die een kas aanpast om de beste oogst van een specifiek gewas te ontlokken. Wanneer deze factoren correct in balans zijn, kunnen de algen een fabriek worden voor duurzame energie en biologisch afbreekbare plastics.

Een team onderzoekers in India richtte zich onlangs op een specifieke stam groene alg genaamd Parachlorella kessleri, die zij ontdekten in de Yamuna-rivier in Delhi. Ze wilden zien of deze lokale variëteit kon worden gestimuleerd om hoge hoeveelheden lipiden te produceren, wat vetten zijn die worden gebruikt om biobrandstof te maken, en polyhydroxyalkanoaten, of PHA's, wat biologisch afbreekbare plastics zijn. Om het beste recept voor groei te vinden, isoleerden de wetenschappers de algen uit het rivierwater en reinigden ze deze van alle bacteriën. Vervolgens kweekten ze de algen in glazen kolven, waarbij ze zorgvuldig één voor één de omstandigheden veranderden om te zien hoe de minuscule cellen reageerden. Ze testten verschillende niveaus van zuurgraad, temperaturen variërend van koel tot heet, verschillende cycli van licht en duisternis, en verschillende concentraties koolstofdioxidegas die door het water werden geblubberd.

De experimenten onthulden een duidelijke set omstandigheden waarin de algen gedijden. De cellen groeiden het best wanneer het water licht alkalisch was, met een pH van 8, en op een comfortabele temperatuur van 25 graden Celsius werd gehouden. Ze gaven ook de voorkeur aan een dag die langer is dan de nacht, specifiek een cyclus van 16 uur licht gevolgd door 8 uur duisternis, en ze groeiden het meest krachtig wanneer de lucht boven hen 2 procent koolstofdioxide bevatte. Onder deze specifieke omstandigheden bereikten de algen hun maximale grootte na 16 dagen. In deze optimale omgeving ontdekten de onderzoekers dat de algen niet alleen goed groeiden, maar ook energie en bouwstenen voor plastics opsloegen. De gedroogde cellen bevatten 17 procent lipiden en 11 procent PHA naar gewicht. Dit betekent dat wetenschappers uit een enkele batch algen die onder deze omstandigheden is gekweekt, potentieel zowel brandstof als plastic materialen kunnen oogsten.

Deze ontdekking is significant omdat dit de eerste keer is dat dit specifieke type alg, gevonden in de Yamuna-rivier, is bestudeerd en geoptimaliseerd voor de productie van zowel deze twee waardevolle materialen tegelijkertijd. Terwijl andere studies hebben gekeken naar hoe men algen kan kweken voor één doel, laat dit werk zien dat dezelfde batch cellen een dubbel doel kan dienen, wat het proces van het creëren van duurzame producten efficiënter en minder duur kan maken. De onderzoekers merkten op dat de algen in staat waren om een breed scala aan omstandigheden te verwerken, maar de specifieële combinatie van pH, temperatuur, licht en koolstofdioxide die zij identificeerden, produceerde de hoogste opbrengst. De studie bevestigt dat deze inheemse stam het potentieel heeft om te worden gebruikt in grootschalige operaties, zoals bioraffinaderijen, waar het kan helpen bij het creëren van een circulaire economie door afval en zonlicht om te zetten in nuttige goederen. Het werk legt een fundament voor toekomstige stappen, waaronder het testen van de algen in grotere, meer gecontroleerde tanks om te zien of deze resultaten standhouden op een industriële schaal.