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Der grünste grüne Kraftstoff

2020

Machen Sie einen Blick in die Solix-Labors und sehen Sie in unserer Fotogalerie und in unserem Video, wie sich Algenöl aus nächster Nähe entwickelt

"Hier ist es!" Sagt Jim Sears mit der Begeisterung eines Reiseleiters. Ich höre auf, meine Füße stecken in sechs Zoll frischem Puder vor dem Kraftwerk Old Fort Collins, aber die Erfindung vor uns erregt nicht gerade Ehrfurcht. Zwei parallel verlaufende Bahnen mit einer Länge von jeweils etwa 60 Fuß ragen aus dem Schnee heraus wie die Zwillingsläufer eines riesigen Schlittens mit Aufkantung. An einem Ende befindet sich eine waschmaschinengroße Schachtel mit Zifferblättern und leeren Displays. Nichts bewegt sich, nichts leuchtet, nichts summt. Die Zukunft der alternativen Energie liegt still vor mir. Dies ist, was Benzin obsolet machen wird?

Sears kichert über meine Verwirrung. „Im Moment, erklärt er, ist nichts wirklich eingerichtet.“ Die Taschen sind nicht angeschlossen. Wir wollen das Gerät nicht beschädigen, indem wir es im Schnee liegen lassen. "Meine Augen schweifen zu dem einzigen Farbfleck in der gesamten Kristallszene: Ein breiter Acrylbehälter an der Seite, der aussieht wie ein Aquarium, in dem man gären kann Das Wasser im Innern ist grün wie Algen und so undurchsichtig, dass es fast milchig ist. Ich fahre mit dem Finger über das Dach und putze den Schnee ab. „Was ist hier drin?", frage ich. Sears mustert den Tank liebevoll erster Schritt, sagt er. "Hier beginnen die Algen zu wachsen."

Kleine Riesen

Algen scheinen ein seltsamer Anwärter auf den Mantel des nächsten großen Treibstoffs der Welt zu sein, aber die grüne Goop hat mehrere Qualitäten zu ihren Gunsten. Algen, die aus einfachen Wasserorganismen bestehen, die durch Photosynthese Lichtenergie einfangen, produzieren Pflanzenöl. Pflanzenöl kann wiederum in Biodiesel umgewandelt werden, mit dem fast jeder Dieselmotor angetrieben werden kann. (Derzeit sind 13 Millionen von ihnen auf amerikanischen Straßen unterwegs, eine Zahl, die voraussichtlich im nächsten Jahrzehnt ansteigen wird.)

Algen haben einige wichtige Vorteile gegenüber anderen Ölpflanzen wie Raps und Sojabohnen. Es kann in fast jedem geschlossenen Raum angebaut werden, es vermehrt sich wie Gangbuster und es erfordert nur sehr wenige Eingaben, um zu gedeihen - hauptsächlich nur Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid. "Da Algen ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen aufweisen, können sie Nährstoffe sehr schnell aufnehmen", sagt Sears.

Der Beweis ist in den Zahlen. Jährlich würden etwa 140 Milliarden Gallonen Biodiesel benötigt, um alle auf Erdöl basierenden Kraftstoffe in den USA zu ersetzen. Um diese Menge mit Sojabohnen zu produzieren, wären fast drei Milliarden Morgen fruchtbares Land erforderlich, und mehr als eine Milliarde Morgen, um sie mit Raps zu produzieren . Leider gibt es im ganzen Land nur 434 Millionen Morgen Ackerland, und wir möchten wahrscheinlich einen Teil davon für den Anbau von Nahrungsmitteln reservieren. Aufgrund ihrer Fähigkeit, sich auf kleinstem Raum nahezu viral zu vermehren, könnten Algen ihre Arbeit auf nur 95 Millionen Morgen Land verrichten. Außerdem braucht es keinen fruchtbaren Boden, um zu gedeihen. Es wächst in Teichen, Säcken oder Tanks, die sich genauso einfach in der Wüste oder neben einem Kohlendioxid speienden Kraftwerk aufstellen lassen wie im Brotkorb des Landes.

Sears behauptet, dass diese Effizienz es dem von ihm gegründeten Unternehmen Solix Biofuels ermöglichen wird, Biodiesel auf Algenbasis herzustellen, der ungefähr so ​​viel kostet wie Benzin. Aber wie jedes Start-up, das im Nachölzeitalter versucht, eine Nische zu erobern, muss Solix um Antworten kämpfen, bevor es etwas verkaufen kann: Welche Algenarten produzieren das meiste Öl? Wie kann man es am besten anbauen? Und nicht zuletzt, wie extrahiert man das Öl aus den Algen, sobald es gewachsen ist? Die Forschung und Debatte bei Solix ist so heftig, dass bereits ein Opfer gefordert wurde - mein Führer, Jim Sears.

Ein Neustart

Sears, ein Ingenieur, der zum Erfinder wurde, begann im Jahr 2004 mit der Entwicklung seiner Algentechnologie. Die Ereignisse, die ihn zu seinem Vorhaben inspirierten, reichten jedoch bis zu dem Zeitpunkt zurück, als die USA mit einer Energiekrise konfrontiert waren. 1978 gründete Präsident Carter das Aquatic Species Program (ASP), eine Forschungsinitiative mit dem Ziel, Biodiesel aus Algen als saubere, selbst angebaute Alternative zu Benzin zu entwickeln. Doch etwa zwei Jahrzehnte und 25 Millionen Dollar später hatte das Team keine nennenswerte Menge Öl aus Algen gewonnen, und 1996 stoppte die Clinton-Administration das Programm. Dennoch hofften die Forscher, dass ihre Arbeit nicht umsonst sein würde. "Die Direktoren waren fest davon überzeugt, dass wir eine detaillierte Zusammenfassung unserer Aktivitäten zur Verfügung stellen, da sie wussten, dass in Zukunft jemand daran interessiert sein würde, sagt John Sheehan, ein ehemaliger ASP-Projektwissenschaftler. Sheehan und seine Kollegen erstellten einen 328-seitigen Bericht über ihre Arbeit informiert und auf eine Website des Energieministeriums hochgeladen.

Zu dieser Zeit arbeitete Sears an einer ganzen Reihe von Projekten in seiner Garage, darunter ein "Buckelmeter" für Rinder, um den Bauern mitzuteilen, wann sich ihre Tiere paarten. Er hatte in den 1980er Jahren als Ingenieur bei der Marine gearbeitet und unter anderem Sonargeräte entwickelt, mit denen SEAL-Taucher Teile des Space-Shuttle-Wracks Challenger finden konnten. Während dieser Zeit machte er einen unvergesslichen Nachttauchgang vor der Küste Floridas. Während er Wasser betrat, trieben Ströme phosphoreszierender Algen an ihm vorbei und zeichneten Lichtspuren in der Dunkelheit, so weit er sehen konnte.

Zwei Jahrzehnte später erlebte Sears auf der Suche nach einem neuen Projekt diesen einmaligen Tauchgang erneut. Er fragte sich, ob solche Algen genug Energie erzeugen könnten, um die Treibstoffkrise zu lösen. Eine kleine Online-Recherche ergab den ASP-Bericht.

Es war eine Offenbarung. Sears beschäftigte sich wochenlang mit der "Algenbibel", wie er sie jetzt nennt, und war entschlossen, den Grund für die Kluft zwischen dem Potenzial des Programms und den Ergebnissen zu finden. "Ich fing an zu überlegen, warum nicht? Fahren wir alle mit Algenbrennstoff in unseren Tanks herum? '"Er bemerkte, dass ASP-Forscher versucht hatten, die einzigartigen ölproduzierenden Algen in offenen Teichen zu züchten, die weitaus billiger zu warten waren als geschlossene Systeme wie ein versiegeltes Aquarium. Aber wilde Algen drangen schnell in diese offenen Teiche ein und übernahmen und konkurrierten mit ihren fettleibigen Kollegen.

Die Lösung von Sears wurde von den bescheidensten Küchengeräten inspiriert, der Ziploc-Tasche. Er erkannte, dass durchsichtige Plastiksäcke genug Licht einlassen würden, um das Gedeihen der Algen zu fördern und gleichzeitig das Eindringen unerwünschter Arten zu verhindern. Der Kern seiner Innovation ist sein Entwurf für einen Algenreaktor in Originalgröße. Zwei 350 Fuß lange parallele Schienen, die ungefähr einen Meter voneinander entfernt sind, halten die Taschen an Ort und Stelle. Speziell angefertigte Walzen drücken sie gelegentlich wie Zahnpastatuben aus und zirkulieren in der Alge. eine Strömung gibt ihnen die zeitweise Sonneneinstrahlung, die sie brauchen, um zu gedeihen. Sobald die Algen gewachsen sind, gewinnt eine Raffinerie ihr Öl und wandelt es in Biodiesel um.

Sears versuchte seine Idee an Risikokapitalgeber zu verkaufen und fand sie bestenfalls skeptisch. Um seine Glaubwürdigkeit zu stärken, wandte sich Sears an Bryan Willson, den Direktor des Labors für Motoren und Energieumwandlung der Colorado State University. Das erste Mal, als Sears das im umgebauten Kraftwerk Old Fort Collins untergebrachte Labor besuchte, wusste er, dass er einen verwandten Geist gefunden hatte. Als sie sich zusammen setzten, um die Algenbibel zu lesen, produzierten sie, wie Sears sich erinnert, jeweils ihre eigene, abgenutzte Ausgabe. "Ich hatte Tonnen von gelben Stickies an meinen und er hatte Tonnen von gelben Stickies an seinen." Sears überzeugte Willson (zusammen mit seiner Schar von Doktoranden), sich dem Projekt anzuschließen und sich seiner jungen Firma anzuschließen.

Geld, Macht, Politik

Heutzutage stellt niemand die Notwendigkeit in Frage, schnell tragfähige Alternativen zu Erdöl zu entwickeln. Die US-amerikanische Fahrzeugflotte pumpt jedes Jahr 1, 3 Milliarden Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre, und wir zahlen ausländischen Regierungen und Unternehmen 820 Millionen US-Dollar pro Tag für das dafür benötigte Öl. Während die Gaspreise steigen und sich die Öffentlichkeit zunehmend an die unangenehmen Realitäten der globalen Erwärmung gewöhnt, beginnen selbst Politiker, die sich einmal zurückgehalten haben, Maßnahmen zu ergreifen. In seiner Rede zur Lage der Union im Januar kündigte Präsident Bush seinen "Twenty in Ten" -Plan an, mit dem der amerikanische Benzinverbrauch in den nächsten 10 Jahren um 20 Prozent gesenkt werden soll. Der Plan legt verbindliche Standards fest, um die Produktion von erneuerbaren Kraftstoffen bis 2017 auf 35 Milliarden Gallonen pro Jahr zu steigern.

Bei sich ändernden politischen Gezeiten riechen Anleger Geld im Wasser. Niemand weiß mit Sicherheit, ob Ethanol, Plug-in-Hybride, Biokraftstoffe oder keines der oben genannten Faktoren für die Einsparung alternativer Kraftstoffe ausschlaggebend sind. Deshalb setzen Risikokapitalgeber auf alles. Es ist eine gute Zeit, um in Algen zu sein. Starke Köpfe wie Craig Venter, der große Unterstützer von Biotech, Bob Metcalfe von Polaris Venture Partners, und Steve Jurvetson von Draper Fisher Jurvetson haben Millionen Dollar an Startkapital an eine Reihe von Unternehmen verteilt, die im Grünen Schlamm wachsen, darunter GreenFuel, Aurora Biofuels und Solazyme. Doug Henston, der frühere Investmentbanker und Immobilienmanager, den Sears 2006 als Chief Operating Officer von Solix an Bord geholt hat, hat kürzlich eine Finanzierung in Höhe von 2 Mio. USD von Bohemian Investments erhalten.

Ein Vorteil von Algen-Start-ups gegenüber anderen Unternehmen mit alternativen Brennstoffen besteht darin, dass sie durch die Zufuhr von Kohlendioxid aus Kraftwerken zu den Algen auch Energieversorgungsunternehmen beim Umgang mit ihren Emissionen unterstützen können. Die Europäische Union reguliert bereits die Kohlendioxidemissionen, und derzeit werden im US-Senat vier Gesetze geprüft, die ähnliche Beschränkungen auferlegen würden. Ein weiteres Start-up, GreenFuel, das am Massachusetts Institute of Technology gegründet wurde, hat CO2 aus einem Kraftwerk zum Züchten seiner Algen verwendet. „Unser Experiment war ein Erfolg, sagt Ray Hobbs, ein leitender beratender Ingenieur bei Arizona Public Service, einem der Energieversorgungspartner von GreenFuel.“ Bisher haben wir nur eine sehr geringe Menge Kraftstoff produziert - wir wollten das Konzept nur verifizieren -, aber wir wissen jetzt, dass dies machbar ist. "

Letztendlich hängt der Erfolg von Algen-Biodiesel wie bei jedem anderen alternativen Kraftstoff davon ab, ob der Marktpreis für fossile Brennstoffe die Umweltkosten widerspiegelt. "Das wirkliche Unbekannte ist, wie sieht die Zukunft von Kohlenstoff aus?" Sheehan sagt. "Wird es auf dem Markt Kosten verursachen?" Martin Tobias, Risikokapitalgeber bei Ignition Partners, geht direkter darauf ein, wie wichtig die CO2-Regulierung ist. "Der Erfolg dieser Branche wird vom Ölpreis abhängen, sagt er. Wenn das Öl wieder auf 20 Dollar pro Barrel sinkt, wird der ganze Wind aus den Segeln dieser Unternehmen kommen."

Wählen Sie eine Art, eine beliebige Art

Wenn Sie einen Schaufelladen von Ben & Jerry's und eine Münchner Bierhalle in einen Mixer werfen, erhalten Sie eine ziemlich genaue Annäherung an die New Belgium Brewery in Fort Collins. Auf dem Parkplatz gibt es mehr Cruiser-Bikes als Autos. Helle Farben und Batik sind für Mitarbeiter und Kunden gleichermaßen unverzichtbar. Unser Server begrüßt uns über dem Lärm und bietet uns Verkostungsformulare an, mit denen wir kostenlose Proben anfordern können - vorausgesetzt, wir füllen auch einen Abschnitt "Persönlicher Ausdruck" aus, in dem Fragen wie "Wenn du in einer Band sein könntest, welcher würdest du beitreten?" und welches instrument würdest du spielen? " (Sears 'Antworten: die Beatles, Leadgitarre.)

New Belgium ist einer der beliebtesten Orte für Sears, an denen er sich nach einer 80-stündigen Arbeitswoche entspannen kann. Daher hat er beschlossen, die Brauerei als wichtigen Bestandteil von Solix 'Zukunftsplänen an Bord zu holen. Wie bei einem Kohlekraftwerk ist Kohlendioxid ein reichliches Nebenprodukt des Brauprozesses. Mit der Ausnahme, dass das CO2 von New Belgium im Gegensatz zu einem Versorger nahezu rein ist und sich perfekt für die Injektion in den Testreaktor eignet, den Solix auf einer leeren Fläche von New Belgium bauen will. Wenn alles wie geplant verläuft, wird New Belgium im nächsten Jahr damit beginnen, Gas direkt in die Plastiktüten einzuspeisen und die Fettalgen zu nähren, während sie sich vermehren. Es ist ein Testbed, ein Proof of Concept für die Partnerschaften, die Solix mit Kraftwerken aushandelt.

Der Schlüssel zum Projekt liegt in der Auswahl der richtigen Algensorte. Es gibt Tausende von Algentypen, die möglicherweise die richtige Art von Pflanzenöl produzieren könnten, und es gibt Zeiten, in denen Amy Boczon, Absolventin der CSU für Biologie, das Gefühl hat, sie alle ausprobiert zu haben. Zurück in Solix 'Labor im Kraftwerk Old Fort Collins schwingt sie eine Kühlschranktür auf, um Reagenzgläser zu enthüllen, die wie Sechserpacks eingepfercht sind. Sears, Henston, Willson und ich schauen sie uns an. Jedes Röhrchen in der Reihe hat einen etwas anderen Grünton und enthält eine bestimmte Algenart, die Solix auf ihr Potenzial zur Fettproduktion hin untersucht.

Boczons Aufgabe ist es, die Umgebung der Algen zu manipulieren, um die Menge an Öl, die sie produziert, zu maximieren. "Sie müssen [es] denken, meine Güte, werde ich eine Zeit durchmachen, in der ich keinen bestimmten Nährstoff haben werde? ' Sie erklärt, aber die Umstellung der Algen auf den Ölproduktionsmodus durch Entfernen von Nährstoffen wie Stickstoff kann auch ihr Wachstum verlangsamen und ihre Gesundheit gefährden. Der Trick besteht darin, die Zellen an ihrem Höhepunkt zu ernten, nachdem sie ihre maximalen Ölvorräte erreicht haben, aber bevor sie untergehen zu überbeanspruchen.

Ich komme zur Sache. "Also, wie viel Treibstoff haben Sie bisher produziert?"

Jeder sieht aus
schiefen sich gegenseitig an, als hätte ich eine unausgesprochene Verhaltensregel verletzt. Mark Machacek, ein weiterer Solix-Mitarbeiter, verlässt für einen Moment den Raum und kommt mit einem Erlenmeyerkolben zurück. Wenn er es ans Licht hält, kann ich nur eine Spur bräunlicher Flüssigkeit erkennen, wie die letzten Tropfen Whisky am Boden eines Bechers. "Das ist es, was er sagt. Das ist alles, was wir haben."

Es ist nicht einfach, grün zu sein

Der ölverschmierte Becher ist eine lebhafte Erinnerung an die Herausforderungen, denen sich Start-ups wie Solix stellen müssen. "Algenbrennstoff ist wirklich in der F & E-Phase, und eine andere Darstellung an dieser Stelle wäre ein Fehler, sagt Jeff Probst, CEO von BlueSun Biodiesel in Westminster, Colorado. BlueSun hat Interesse an der Verwendung von Algen als Ausgangsmaterial bekundet, aber nur wenn Solix es in ausreichenden Mengen produzieren kann.

Theoretisch sollte die Herstellung von Kraftstoff aus Algen einfach sein. Die Regierungswissenschaftler, die das Programm für aquatische Arten durchführten, haben bewiesen, dass es möglich ist, eine ganze Reihe von Grünpflanzen anzubauen und Chemikalien hinzuzufügen, um das Öl zu extrahieren und mindestens eine kleine Menge Kraftstoff herzustellen. "Dies ist keine kalte Fusion - es ist nicht so, dass niemand dies getan hat, bevor Willson darauf hingewiesen hat. Aber die Nachahmung und Verbesserung der 20-jährigen Ergebnisse ist gar nicht so einfach. Unter den Dutzenden von jungen Algen-Biodiesel-Start-ups." Nur einer, Aquaflow in Neuseeland, hat es geschafft, genug Kraftstoff zu produzieren, um einen Automotor anzutreiben.

Diese Verzögerung spiegelt die einzigartigen Schwierigkeiten bei der Entwicklung eines biologischen Systems wider. Jeder Reaktor, in dem Algen gezüchtet werden, ist für sich genommen eine Miniatur-Biosphäre, die auf dem gleichen Netzwerk von Abhängigkeiten aufgebaut ist wie ein natürliches Ökosystem. Ändern Sie ein Element, und Sie können andere in Unordnung bringen. "Algen sind ein heiliger Gral, weil sie so schnell wachsen können", sagt Cary Bullock, CEO von GreenFuel. Wenn es zu viel oder zu wenig gibt, wird der Ertrag nicht ausreichen. "Die Algen auf Herkuleswachstumsraten anzuspornen, schafft seine eigenen Probleme. Die sich schnell vermehrenden Zellen dezimieren die Kohlendioxidversorgung, die sie verwenden Sie machen Essen und blockieren in großer Zahl das Licht, das sie zum Überleben brauchen.

Laut Sears können diese Probleme mit Computersystemen behoben werden, die die Wachstumsraten begrenzen, indem die Menge der Nährstoffe, die dem Tank zugesetzt werden, genau gesteuert wird. Solche Verfeinerungen tragen jedoch zu den Kapitalkosten bei, was die bloße Wirtschaftsphilosophie gefährdet, die Algentreibstoffunternehmen verfolgen müssen, um ein Produkt wettbewerbsfähig mit Dieselkraftstoff auf Erdölbasis zu machen.

Nach der Ernte stellt sich ein weiteres Rätsel: wie man das Öl rausholt. Algen sind nicht faserig genug, um dem Kaltpressen standzuhalten, der Standardmethode zum Extrahieren von Fett aus Pflanzenmaterial. Die Aufbereitung der aus den Beuteln geleiteten grünen Aufschlämmung durch Zugabe von Chemikalien wie Methanol oder Hexan ist die naheliegendste Alternative - ein effizientes und relativ billiges Mittel zum Entfernen von Öl. Einige Beobachter sind jedoch besorgt über die möglichen unbeabsichtigten Folgen der Operation. "Es gibt verschiedene Systeme, die sich wahrscheinlich auf die Land- und Wassernutzung auswirken, und wenn sich etwas löst, gibt es eine ganze Reihe möglicher Auswirkungen, " sagt Dan Kammen, Direktor der University of California im Renewable and Appropriate Energy Laboratory von Berkeley.

Sears kann auch die anderen Variablen nicht berücksichtigen, die zur Bestimmung des Schicksals von Solix beitragen. Wird der Gesetzgeber es für angebracht halten, Algenbrennstoff auf Kosten anderer etablierter Alternativen wie Ethanol zu subventionieren? Werden US-Autohersteller jemals Autos herstellen, die mit Biodiesel fahren können? "Die Tests, die bisher durchgeführt wurden, zeigen, dass Probst einiges verspricht, aber es ist noch nicht in der Phase, in der die Erwartungen der Menschen gestärkt werden sollen." Es ist ein langer Weg von ein paar Tropfen am Boden eines Kolbens bis zur Stromversorgung Amerikas.

Versteckte Verluste

Sears hat aus erster Hand gelernt, wie sich diese Herausforderungen auf mehr als das Endergebnis auswirken können. Im vergangenen November wählten Willson, Henston und ein Vertreter des Investors Bohemian Investments Sears zum CEO, da sie nicht an die Einzelheiten des ursprünglichen Reaktordesigns von Sears gebunden sein wollten. Henston übernahm den Status eines CEO und die Kontrolle über die zukünftigen Forschungspläne des Unternehmens, und Sears verlor den sicheren Überblick über den Bau des von ihm ursprünglich konzipierten Beutelsackreaktors.

"Jim ist ein Visionär, sagt Willson, aber ich habe keine emotionale Bindung an seine Pläne." Die klare Implikation ist, dass Sears möglicherweise Änderungen an seinem ursprünglichen Design blockiert hat, auch wenn gezeigt wurde, dass sie den Wachstumsprozess verbessern. (Obwohl Sears plant, eine Geschäftsbeziehung mit Solix aufrechtzuerhalten, ist er dabei, ein separates Unternehmen zu gründen, um seinen ursprünglichen, unverfälschten Traum zu verwirklichen.) Im Laufe dieses Jahres wird Solix einen neuen Prototyp-Entwurf testen, der keine Rollen- welche die Gefahr des Abnutzens der Plastiktüten darstellen - um die Algen zu bewegen; Stattdessen sorgen Blasen, die durch die grüne Aufschlämmung sickern, dafür, dass die Mischung ausreichend gerührt wird. Darüber hinaus reflektieren neue dreieckige Fächer in den Taschen die Sonnenstrahlen, beleuchten die Algen aus verschiedenen Richtungen und steigern im Idealfall die Kraftstoffausbeute.

Es war ein langes Jahr für Sears, aber er weiß, dass die Zukunft von Solix - wie die Zukunft von Algen-Biodiesel insgesamt - von so viel mehr abhängt, als jeder Mensch vorhersehen kann. „Wer weiß, dass er mit charakteristischem Gleichmut sagt, sein allgegenwärtiges Lächeln spielt um seine Lippen." Dass ich als CEO rausgeworfen werde, könnte sich als großartige Sache für das Unternehmen herausstellen. "

Wenn Elizabeth Svoboda einer Band beitreten könnte, würde sie sich They Might Be Giants anschließen.
Sie würde die Kuhglocke spielen.

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