Sandia National Laboratories testar om en av Kaliforniens största och mest förorenade sjöar kan förvandlas till en av dess mest produktiva och lönsamma. Södra Kaliforniens 350 kvadratkilometer stora Salton Sea har väldokumenterade problem relaterade till förhöjda nivåer av kväve och fosfor från avrinning från jordbruket. Alger trivs på dessa element - ett faktum som orsakar miljöproblem men som också kan vara en lösning på dessa problem.

Sandia har för avsikt att utnyttja algernas förkärlek för produktiv tillväxt för att rensa upp dessa föroreningar och stoppa skadliga algblomningar samtidigt som de skapar en förnybar, inhemsk bränslekälla. Alger kan enkelt omvandlas till bränslen och kemikalier med en Sandia Labs-patenterad jäsningsprocess.

Department of Energy's Bioenergy Technology Office (BETO) uppskattar att USA kan producera minst 1 miljard ton råmaterial för biobränslen varje år, och att göra det skulle ha positiv social, ekonomiska och miljömässiga effekter. Det beloppet motsvarar cirka 30 procent av vårt lands behov av bränslen som inte skulle behöva importeras. Bland dessa råvaror, alger är unika genom att de växer exponentiellt:med andra ord, under rätt förutsättningar, fördubblas varje dag.

BETO finansierar Sandias Salton Sea Biomass Remediation, eller SABRE, Projekt eftersom det kommer att hjälpa till att avgöra om alger kan vara en livskraftig del av lösningen på vår nations behov av olika energikällor.

Efter bara några månader, Sandia biokemist Ryan Davis är entusiastisk över utsikterna. "De tidiga resultaten vi redan får från Saltonhavet verkar vara överlägsna resultat från liknande algsystem. Det är verkligen lovande."

Testar effektiviteten hos ett nyare algodlingssystem

När statliga och lokala tjänstemän samlades vid en biflod till Saltonhavet en ljus, varm morgon i slutet av maj, det var för att markera kickoffen av projektets andra fas. Under den första fasen, Sandia samarbetade med Texas A&M AgriLife Research för att testa om en nyare metod att odla alger kan vara lika produktiv som en äldre, mer etablerad metod.

Traditionellt, företag odlar enskilda arter av alger i löpbanor – strukturer som vagt liknar små racerbanor eller gigantiska badkar. Raceways producerar alger som är väl lämpade för att göra högvärdiga näringsprodukter som spirulina eller betakaroten, samt andra näringsämnen. Raceways erbjuder också odlarna mycket kontroll. Men det finns några nackdelar. De är generellt mycket underhållsrika, kräver utbildade tekniker, dyra gödselmedel, koldioxid och vatten av hög kvalitet.

Dessutom, uppskattningsvis 30 procent av produktionen på algadlingar kan gå förlorad varje år på grund av skadedjursrelaterade dammkrascher. Sandia forskar just nu för att minimera krascher, inklusive testning av stammar av alger för resistens mot olika rovdjur och sjukdomar, och lära sig att upptäcka tecknen på en nära förestående dammkrasch.

Den nyare odlingsmetoden kallas ett "Algal Turf Scrubber" flödessystem, används för att odla en samling inhemska alger. För det otränade ögat, systemet ser ut som en fristående regnränna. Det gurglar tyst medan vattnet pulserar i vågor över ett sluttande flöde. Algerna konsumerar näringsämnena, och rent vatten kommer ut från den nedre änden.

Systemet arbetar med solcellsdrivna pumpar, kräver nästan inget underhåll, med undantag för periodisk algskörd som kan göras med vanlig jordbruksutrustning. Sandia designade det förnybara kraftpumpsystemet som ger vatten till flödet. Tekniken och komponenterna i flowayen har utvecklats av ett företag som heter HydroMentia Technologies LLC.

Baserat på tidiga resultat av testerna i Texas, grässkrubber kan producera en mängd alger som är jämförbar med löpbanor. Och de passar perfekt för platser med tunnland av billiga fastigheter, näringsrikt vatten (inget behov av ytterligare gödselmedel) och massor av sol, som Saltonhavet.

Den typ av grässystem som testas för SABRE-projektet har andra fördelar. Det är växande alger som är inhemska i området, så det är naturligt mer motståndskraftigt mot attacker från lokala patogener och rovdjur. Algernas tjocka konsistens lämpar sig också för enkel skörd.

En av kritikerna mot alger som biobränslekälla är att de använder för mycket vatten. Davis håller inte med om denna kritik. "Det finns vatten och sedan finns det vatten, ", sa han. "Vi har visat att vi kan odla alger i grässkrubbersystem med vatten fullt av otäcka komponenter. Och den trivs fortfarande." Med andra ord, det finns inte mycket som kan göras med detta vatten förrän föroreningarna har tagits bort.

Odla alger för att kontrollera vilda, okontrollerad algtillväxt

Algblomningar kan bli så stora att de syns från yttre rymden, som fallet är i Lake Okeechobee, Lake Erie, Chesapeake Bay och Mexikanska golfen. Blomningar är inte direkt giftiga för fisk, men under vissa förhållanden kan de bli skadliga för havs- och människoliv. När blommor dör, sönderfallsprocessen kan lämna vattenvägar med "döda zoner, " områden med låg syrehalt som får fiskar att kvävas. Vid förtäring, vissa skadliga alger kan också orsaka influensaliknande symtom hos människor och dödsfall hos husdjur, enligt kongressens vittnesmål.

Algblomning förekommer även i Saltonhavet. Davis förklarar att havet är ackumuleringspunkten för allt avrinnande vatten från jordbruket från ett av de största jordbruksområdena i USA. Kväve, Fosfor och andra grundämnen från gödningsmedel avsätts kontinuerligt i havet. Närvaron av dessa element matar algblomning, med negativa konsekvenser som kan kaskadera genom hela ekosystemet.

Tusentals kvävda, Döda fiskar är synliga vid stranden av Saltonhavet varje år. Lukten har inte gjort något positivt för företagen i området, enligt en studie som utarbetats av Tourism Economics för Palm Springs Convention &Visitors Bureau. Dessutom, studier tyder på att fåglarnas död i området kan vara relaterad till stammar av alger som producerar gifter.

"Utsläpp av obehandlade kemikalier i öppna vattenvägar har breda ekologiska effekter, " sa Davis.

Ironiskt, odling av alger kan eliminera de skadliga effekterna av okontrollerad naturlig algtillväxt. Vatten från en av de tre stora bifloderna till Saltonhavet rinner in i den 900 fot långa SABRE Project turfscrubbern. Alger som växer inuti skrubbersystemet matar på och tar bort kemikalierna i vattnet när det passerar igenom. När vattnet passerar från systemet tillbaka in i bifloden, Sandias team hoppas att de element som startar algblomning kommer att ha tagits bort i betydande mängder.

Skulle SABRE-projektet visa sig framgångsrikt, det skulle kunna ge en modell för sanering av algblomningar i hela landet. Det finns förhoppningar om att Imperial Valley också skulle gynnas. Genom att täcka tusentals hektar torr, vikande Saltonhavets strandlinjer med alggrödor, Grässkurning kan minska utbredda luftföroreningar från giftigt damm. Algraffinaderier kan också ge nya ekonomiska möjligheter.

Sandia samarbetade med Imperial Irrigation District för att hjälpa till att få igång SABRE-projektet. "En förespråkare för förnybar energi och en förespråkare för Saltonhavet, distriktet tror att projekt som detta har potential att göra en meningsfull skillnad, " sa distriktets specialist för mediakommunikation, Marion Champion. "Vi är mycket hoppfulla att det här projektet kommer att ge bra, ren förnybar energi samtidigt som det ger en naturlig och säker process för att avlägsna kemikalier, skydda områdets vilda djur för kommande generationer."