استخراج الطاقة النظيفة من الطحالب يوفر كميات كبيرة من المياه ويحقق نتائج مذهلة
موضوعات مقترحة
د. جمال الباروطي: الهيدروجين الأخضر قادر على خفض انبعاثات الكربون العالمية بنحو 12 %
د. هناء حسين: مئات الفوائد للطحالب منها تقليل خطر الإصابة بالسرطان ونوبات الربو
د. علا الأرضي: قيمته التجارية عالية.. ويستخدم كمادة خام فى التطبيقات الصناعية والدوائية
يظل الهيدروجين الأخضر محور اهتمام الدولة المصرية فى هذه المرحلة بقدر ما يمثله من أهمية اقتصادية وبيئية ضمن مصادر الطاقة النظيفة، إذ عكف علماء المركز القومى للبحوث على دراسات وأبحاث علمية توصلت لاستخراج الهيدروجين الأخضر من الطحالب، وهو ما أكدته الدكتورة هناء حسين عبد الباقي، أستاذ ورئيس قسم الكيمياء العضوية بالمركز القومى للبحوث.
وقالت: «أدى الاستهلاك السريع للطاقة الى استنزاف الوقود الأحفوري، مما أدى إلى البحث عن موارد الطاقة البديلة، ويعتبر غاز الهيدروجين الوقود المثالى نظرًا لأنه وقود خالٍ من الكربون فإن استخدامه كمصدر للطاقة سيساعد فى تقليل الملوثات البيئية مثل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، ويستخدم عاز الهيدروجين الحيوى كوقود للطائرات والمركبات.
وتضيف قائلة إن من الحلول المحتملة استخدام الكتلة الحيوية مثل الطحالب كمصدر للطاقة الحيوية لإنتاج الهيدروجين الحيوي، يتميز غاز الهيدروجين بأنه وقود نظيف إذ أن احتراقه ينتج عنه بخار الماء وحراره لذا فهو غير ملوِّث للبيئة على الإطلاق. بجانب أنه أكثر كفاءة إذ إن الطاقة التى ينتجها كيلوجرام واحد من الوقود الهيدروجينى النظيف تساوى الطاقة الناتجة عن 2.8 كيلوجرام من وقود الجازولين الأحفورى الملوِّث للبيئة. وأيضا يتميز بأنخفاض طاقة اشتعاله اى يسهل تداوله ونقلة دون اشتعال وارتفاع درجة حرارة اللهب الناتج عنه ارتفاع حرارة الاحتراق قد تمكن الهيدروجين ان يكون بمثابة وقود. وجد أن احتراق واحد جرام من غاز الهيدروجين يوفر 30000 كالورى بالمقارنة باحتراق واحد من البنزين يعطى فقط 11000 كالوري. ومن طرق إنتاج غاز الهيدروجين: التحليل الكهربائى للماء ينتج هيدروجين وأكسجين. واعادة التكوين من بخار غاز الميثان، وهذين طريقتين تحتاج الى استهلاك طاقة كبيره فى الإنتاج مما يزيد من تكلفة إنتاجة ويصبح غير منافس فى السعر للوقود الاحفوري والطرق البيولوجية (الهيدروجين الحيوي) مثل استخدام الطحالب. وفيها يتم انشطار جزئ الماء الى هيدروحين واكسجين عن طريق طاقة الشمس من خلال تفاعل البناء الضوئى كما يحدث فى النباتات. وجد انه فى عملية البناء الضوئى فى النباتات العادية.
طحالب سبيرولينا
أما فى حالة الطحالب وجد ان انواع من الطحالب مثل الطحالب الخضراء من جنس « البيئات المصرية وكذلك الطحالب بعض انواع من الخضراء المزرقة مثل سبيرولينا تستطيع إنتاج الهيدروجين عن طريق تحليل الماء بوجود الضوء ليتكون الأكسجين والهيدروجين. تتميز هذه الانواع من الطحالب بوجود إنزيمات الهيدروجيناز المسئول عن إنتاج غاز الهيدروجين الحيوى والجدير بالذكر أن هذه الكائنات الدقيقة وحيدة الخلية النظامين من انظمة البناء الضوئى فهى تقوم بالبناء الضوئى مثل النباتات اى تنتج الأكسجين وذلك فى الظروف الهوائية وعند غياب الأكسجين فى الظروف اللاهوائى ينشط إنزيم الهيدروجينياز الحساس لوجود اى اثار من الأكسجين وينتج غاز الهيدروجين، والإنتاج التجارى للوقود الحيوى من الطحالب الدقيقة لديه الكثير من التحديات. حيث لا يزال غير اقتصادى بسبب انخفاض تركيز الكتلة الحيوية وارتفاع تكاليف الإنتاج. وعموما هو البديل القادم للوقود الأحفورى القابل للاستنفاد وغير الآمن على البيئة. وتعتبر الكتلة الحيوية الطحلبية مادة خام لإنتاج الوقود الحيوي.
علماء القومى للبحوث
وقد تنبه علماء المركز القومى للبحوث الى أهمية الهيدروحين الحيوى منذ عشرات السنين وتم العديد من الدراسات والمشاريع الممولة من الجهات المانحة الدولية والمحلية لإنتاجه بكل الطرق للوصول الى الطريقة المثلى والاقتصادية للإنتاج فقد عكف فريق الأستاذ الدكتور عبدالفتاح حمد والأستاذ الدكتور علا الأرضي على إنتاجه من خلال استغلال المخلفات العضوية بوجود انواع مختلفة من البكتريا بواسطة التخمر البكترى كما عمل فريق اخر على إنتاجه من خلال التحليل الكهربائى للماء.
أما عن إنتاجه من الطحالب فقد عكف عليه فريق من د. هناء عبدالباقى بالتعاون مع د. عبدالفتاح حمد ود. علا الأرضي ود. جمال الباروطى الأستاذ بجامعة القاهره وبعض التلاميذ لإنتاج الهيدروجين الحيوى من الطحالب من خلال عدة مشروعات خلال السنوات العشر الماضية للتغلب على تحديات الإنتاج وهى ضعف الإنتاج، وتم باختيار انسب سلالات الطحالب المنتجة مثل كلاميدوموناس وسبيرولينا والانابينا والسندزمس والكلوريلا المعزولة من البيئات المصرية، لإنتاج غاز الهيدروجين بواسطة الطحالب التى يمكنها استخدام الطاقة الشمسية لإحداث تحليل ضوئى للماء، فى هذه الدراسة تم فصل والتعرف على الطحالب الخضراء والخضراء المزرقة المصرية المنتجة لغاز الهيدروجين تحت ظروف معينة تعمل على زيادة الإنتاج.
وأظهرت هذه السلالة أعلى قدرة لإنتاج هيدروجين 6.25 ملى لتر للساعة. وأيضا قد تم تصميم مفاعل ضوئى لإنتاج الهيدروجين من الكتلة الحيوية الطحلبية. لزيادة إنتاج هذه السلالات من عاز الهيدروجين وتهدف الدراسات الى التحكم الدقيق فى زراعة الطحالب واختيار سلالات الطحالب المناسبه وأيضا الظروف المناسبة لنموها من تركيب البيئات التى تنمو فيها سلالات الطحالب وأيضا الكثافة الضوئية المعرض لها المفاعل الضوئى التى تنمو بها سلالات الطحالب. وكانت احسن سلالة لإنتاج الهيدروجين هى الكلاميدوموناس وفقد ينتج اللتر منها حوالى 920 ملى ( 920ملى لكل لتر طحالب) ولتعظيم الاستفادة من الكتلة الحيوية للطحالب والتقليل من تكلفة إنتاج غاز الهيدروجين حتى يكون سعره منافسا للوقود الاحفوري.
استخلاص الزيوت
وأشارت الدكتورة هناء حسين إلى أنه يتم استخدام الكتلة الحيوية للطحالب بعد استنفاد إنتاج الهيدروجين منها فى استخلاص الزيوت منها حيث تحتوى على نسبة عالية من الزيوت الصالحة لإنتاج الديزل الحيوي.
وأضافت قائلة: يعكف الفريق البحثى على تطوير السلالات المنتجة لغاز الهيدروجين عن طريق استخدام طروق التكنولوجيا الحيوية فى إنتاج سلالات تنتج إنزيم الهيدروجينيز يكون غير حساس لاى اثار من الأكسجين بحيث يسهل زراعة الطحالب وتقليل تكلفة المفاعل الضوئى الذى تنمو فيه سلالات الطحالب المنتجة. وتصميم مفاعل ضوئى على المستوى النصف صناعى لإنتاج الهيدروجين وتطوير طرق تخزين عاز الهيدروجين المنتج.
وهو أيضا وقود صديق للبيئة ولاينتج عن احتراقه اى ملوثات كما فى استخدام الوقود الاحفورى حيث لا ينتج الديزل الحيوى عند احتراقه مثل عنصر الكبريت والغازات النيتروجينية وهى NOX , SOX وأيضا يمكن استخدامه كوقود للسيارات مخلوط مع الوقود الاحفورى بنسبة 20 % دون تغير اى من اجزاء ماكينات هذه السيارات.
وما تبقى من بقايا خلايا الطحالب فى إنتاج الأسمدة الحيوية حيث ان الاسمدة الحيوية المحتوية على الطحالب تستخدم فى الزراعات العضوية حيث تحتوى الطحالب على هرمونات نباتية التى تعمل على زيادة إنتاجية المحاصيل وأيضا تعمل على زيادة تحمل النباتات لظروف الاجهاد الملحى وظروف الجفاف.
أقراص الإضافات الغذائية
وحول أهمية الطحالب وفوائدها أضافت الدكتورة هناء حسين قائلة: أثبتت الدراسة أنه تحتوى الطحالب على مدى واسع من المركبات التى لها أهمية فى تغذية الانسان والحيونات والاحياء المائية او استخدام مركبات الطحالب التى لها أهمية من الناحية الصحية كاضافات غذائية وفى عمل اقراص او كبسولات. تعتبر الطحالب مصدرا هام للمركبات التى تستخدم كاضافات غذائية حيث تحتوى على العديد من المركبات التى لها أهمية حيوية للصحة العامة ومن هذه المركبات الاحماض الدهنية عديدة عدم التشبع (منشطات للنمو) والكاروتيندات والصبغات مثل الفيكوسيانين (كمضادات للاكسدة والسرطان والالتهابات وزيادة نشاط النظام المناعي) والسكرات العديدة الكبرتية (مضادات للفيروسات) والاستيرولات (مضادات للميكروبات). كما تقوم هذه المركبات بحماية خلايا الكبد والكلى من اكسدة الليبيدات التى تؤدى الالتهابات وتؤدى الى الحماية من تلف خلايا الكبد والكلي.
ولمركبات الطحالب دورا هاما فى تحسين الصحة العامة للانسان ولذلك ظهرت أهمية استخدام الطحالب كمصدر طبيعى ورخيص لهذه المركبات الهامة حيويا.
استزراع الطحالب
ويمكن استزراع الطحالب فى المناطق التى لاتصلح للزراعة التقليدية مثل الاراضى الصحراوية والبحيرات الداخلية والاراضى الملحية بتكلفة بسيطة لإنتاج مواد ذات أهمية اقتصادية.
ولم تتوقف فوائد الطحالب عند استخراج الهيدروجين الأخضر صديق للبيئة بل تعددت الفوائد منها انها تقلل خطر الإصابة بتصلب الشرايين؛ لاحتوائها على الاحماض الدهنية الاوميجا 3و 6. وتحمى من حصول قصور فى أداء الغدة الدرقية لاحتوائها على اليود وتعالج تضخمها.
وتحمى الأجنة من التخلف العقلى وقصور النمو. بالاضافة إلى أنها تعالج فقدان الذاكرة والتلف العصبي. وتمد الجسم بالطاقة، وتخلصه من الكسل والخمول. وكذاك تحد من تراكم الدهون فى الجسم، وبالتالى تكافح البدانة وزيادة الوزن وتخفف الوزن بشكل فعال. فضلت عن تحسن أداء الجهاز الهضمى، وتليّن حركة المعدة والأمعاء، وتعزز الإنزيمات الهاضمة، وامتصاص المواد الغذائية، وتسريع عملية التمثيل الغذائى وتحمى جدار المعدة. وتنظم مستوى السكر فى الدم؛ لاحتوائها على الفيكوسيانين.
بجانب أنها تمنع تكوين جلطات الدم، وتقلل خطر الإصابة بالسكتات الدماغية، وانسداد الشرايين، وفشل القلب. وتطهر الجسم، وتخلصه من السموم، وتسهل إفراز النفايات السامة، والمعادن الثقيلة؛ كالرصاص، والزئبق.
كما تعزز أداء الجهاز المناعي، وقدرة الجسم على مقاومة الأمراض؛ كنزلات البرد، والإنفلونزا، والعدوى الفيروسية. وتحافظ على مستويات قليلة من الكولسترول، والدهون الثلاثية فى الجسم. وتعالج مشاكل الرؤية المصاحبة للتقدم فى العمروالعشى الليلي.
كما تفيد فى علاج الطفح الجلدى والجروح. وتقلل خطر الإصابة بمرض السرطان وتقلل حدوث نوبات الربو. وتعالج أمراض الكبد وتخفف التوتر النفسي، وتحسن الحالة المزاجية، وتعالج اضطرابات النوم، ومن فوائد الطحالب للبشرة أنها تحمى البشرة من أشعة الشمس الضارة، كما تحافظ على ترطيبها ونضارتها، وتقاوم تشكل التجاعيد؛ لأنها تحتوى على مواد تُبطئ الشيخوخة وعلامات تقدم السن.
وتحافظ الطحالب على توازن البشرة ونعومتها، وتحمى من سرطان الجلد الذى يتكون نتيجة التعرض للأشعة فوق البنفسجية، وتحمى من حدوث تصبغات للجلد. وتكافح طحالب الانتفاخ حول العين. الى جانب أنها تعمل على شدّ الجلد ويتم استخدام الكثير من الكريمات والماسكات التى تحتوى على الطحالب حيث تعمل كمضادّات للشيخوخة وتحارب ضعف طبقات الجلد وتعمل على شدّ البشرة بسبب احتوائها على الكثير من المعادن التى تساعد فى ذلك.
إلى جانب أن هناك العديد من الفوائد التى تكمن وراء استخدام الطحالب على الشعر، منها تغذى بصيلات الشعر لاحتوائها على نسبة عالية من المعادن. وتحسن صحة الشعر، وتحافظ عليه، وتمنحه البريق واللمعان، والمنظر الحيوي. كما تزيد قوة الشعر، وتقلل تساقطه، وبالتالى تعزز كثافته. وتزيد سمكه وتغلف الجذور، لذلك تستخدم فى العديد من كريمات وشامبوهات العناية بالشعر. كما تنظف فروة الرأس، وتخلصها من الإفرازات. وتحمى الشعر من التلف والجفاف.
وأضافت الدراسة التى توصل إليها فريق المركز القومى للبحوث الى فوائد الطحالب خاصة بالزراعة إذ أكدت رئيس قسم الكيمياء العضوية أن الزراعة المستدامة هى مميزة عن الزراعة التقليدية لقدرتها على تحقيق الطلب على الغذاء من خلال استخدام الموارد البيئية دون التأثير سلبا على البيئة. ويمكن استخدام الاسمدة الحيوية التى تدخل فى تركيبها بعض مركبات الطحالب اما كأسمدة ورقية واما ارضية فى هذه الحالة تتم التحسين الخصائص الفيزيائية والكيميائية للتربة فى مما يؤدى الى بيئة مناسبة للمحصول ومفيدة فى استعادة مغذيات التربة عن طريق بعض المركبات الموجودة فى الطحالب.. لديهم القدرة على اتاحة بعض العناصر الغير قابلة للذوبان مثل الفوسفات غير العضوي. لزيادة قيمة التغذية والعائد من النباتات المحاصيل.
منظمات النمو
تحتوى الطحالب على منظمات النمو مثل السيتوكينين والاندول اسيتيك اسيد والاندول بيوترك اسيد وهى تؤدى الى تأخير دخول النبات فى الشيخوخة ومنع تساقط الاوراق والإزهار والثمارومنع الاصفرار لتأثيره الموجب على البروتين والاحتفاظ بمادة الكلوروفيل ومنع تحللها وتشجيعه لانقسام الخلايا وتشجيع نمو الجذور، وزيادة مدة تخزين بعض المحاصيل الورقية مثل الخس والبقدونس وقد وجد انه ينقص من معدل تنفس بعض المحاصيل الورقية فيساعد بذلك على تخزينها. تحتوى على منشطات النمو مثل السكرات الاوليجو وحمض الالجنيك اسيد والمانيتول فهى من المواد المحسنة للتربة عن طريق زيادة السعة التبادلية لها فى حالة الإضافة للتربة.
وتشجع زيادة الاعداد للبكتيريا النشطة فى التربة مما يحسن من كفاءة الامتصاص. ووجد أن الرش بمستخلصات الطحالب يحسن من كفاءة عملية التمثيل الغذائى داخل الورقة عن طريق زيادة كفاءة عملية البناء الضوئي. حيث تحسن المناعة الداخلية بخلايا النبات عن طريق زيادة مستوى الإنزيمات الداخلية المسئولة عن تكوين مركبات المناعة (الفيتواليكسينات) ويطلق عليها المناعة المستحدثة.
الصناعات الدوائية
من جانبها قالت الدكتورة علا الأرضي أستاذ الهندسة الكيميائية المركز القومى للبحوث: يعد الهيدروجين ذو قيمة تجارية عالية. يمكن استخدامه كمادة خام فى مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية مثل الصناعات الدوائية وكذلك كمصادر طاقة نظيفة لخلايا الوقود يتم إجراء التخمر فى الظلام عن طريق الكائنات الحية الدقيقة المنتجة للتخمر الهيدروجين مع تثبيط إنتاج الميثان. تحتوى النفايات السائلة بعد الخطوة الأولى من التخمير اللاهوائى متعدد الخطوات على كميات ملحوظة من الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة والتى يمكن استخدامها لإنتاج الهيدروجين عن طريق التخمير الضوئى باستخدام سلالات ميكروبية مناسبة. أيضا يمكن استخدام خلايا الوقود الميكروبية لإنتاج الكهرباء مباشرة.
خفض انبعاثات الكربون
ويضيف الدكتور جمال الباروطى أستاذ الكيمياء الحيوية جامعة القاهرة قائلا: أصبح الهيدروجين النظيف فى بؤرة اهتمام مصر والعالم مع الضرورة المُلحّة التى تفرضها أزمة تغيرات المناخية كمصدر من مصادر الطاقة المتجدد المنخفضة التكلفة.
ويعتبر الهيدروجين الأخضر قادر على الإسهام فى خفض انبعاثات الكربون العالمية بنحو 10 الى 12 % بحلول عام 2050و أنه سيكون لاعبًا رئيسًا فى تحول قطاع الطاقة بحسب وكالة الطاقة الدولية. أن حصة الهيدروجين ومشتقاته من الاستهلاك النهائى للطاقة قد تصل إلى 12% بحلول منتصف بحلول عام 2050وفقًا لسيناريو خفض درجة الحرارة 1.5 درجة مئوية الخاصة بوكالة الطاقة الدولية وتحقيق الحياد الكربونى بحلول اما عن مجلس الهيدروجين العالمى يرى أن هذا الوقود سيمثّل 22% من الاستخدام النهائى للطاقة.