Les scientifiques de Texas A&M AgriLife Research utilisent l’intelligence artificielle pour établir un nouveau record mondial de production d’algues en tant que source fiable et économique de biocarburant pouvant être utilisé comme source de carburant alternative pour les avions à réaction et d’autres besoins de transport.
Joshua Yuan, Ph.D., chercheur d’AgriLife, professeur et titulaire de la chaire de biologie synthétique et de produits renouvelables au Texas A&M College of Agriculture and Life Sciences Department of Plant Pathology and Microbiology, dirige le projet de recherche. L’équipe du projet comprend Bin Long, un étudiant diplômé du Département de pathologie végétale et de microbiologie; Bart Fischer, Ph.D., codirecteur du Texas A&M Agricultural and Food Policy Center et du Texas A&M Department of Agricultural Economics ; Henry Bryant, Ph.D., Département d’économie agricole ; et Yining Zeng, Ph.D., chercheur au Département américain de l’Énergie National Renewable Energy Laboratory.
Résoudre les limites des algues en tant que biocarburant
« La commercialisation du biocarburant algal a été entravée par le rendement relativement faible et le coût de récolte élevé », a déclaré Yuan. « La pénétration limitée de la lumière et la mauvaise dynamique de culture ont toutes deux contribué au faible rendement. »
Surmonter ces défis pourrait permettre aux biocarburants algaux viables de réduire les émissions de carbone, d’atténuer le changement climatique, d’atténuer la dépendance au pétrole et de transformer la bioéconomie, a déclaré Yuan.
Yuan a déjà réussi à trouver des méthodes pour convertir le chaume de maïs, les herbes et le mesquite en matériaux biodégradables et légers et en bioplastiques. Son dernier projet utilise un modèle d’apprentissage avancé d’intelligence artificielle breveté pour prédire la pénétration de la lumière, la croissance et la densité optimale des algues. Le modèle de prédiction permet une récolte continue d’algues synthétiques en utilisant la culture hydroponique pour maintenir la croissance rapide à la densité optimale pour permettre une meilleure disponibilité de la lumière.
Les scientifiques de Texas A&M AgriLife Research utilisent l’intelligence artificielle pour produire des algues comme source fiable et économique de biocarburant. Cette illustration représente l’intégration de la culture d’algues semi-continues (SAC) et de la sédimentation basée sur l’agrégation (ABS) basée sur l’apprentissage automatique pour la production de biocarburants. (Illustration : Texas A&M AgriLife Research)
La méthode que Yuan et son équipe ont réussi à atteindre dans une expérience en plein air est de 43,3 grammes par mètre carré par jour de productivité de la biomasse, ce qui serait un record mondial. La dernière plage cible du DOE est de 25 grammes par mètre carré par jour.
« Les algues peuvent être utilisées comme source d’énergie alternative pour de nombreuses industries, y compris les biocarburants et le carburéacteur », a déclaré Yuan. « Les algues sont une bonne source de carburant alternative pour cette industrie. C’est une matière première alternative pour la raffinerie de bioéthanol sans avoir besoin de prétraitement. C’est moins cher que le charbon ou le gaz naturel. Cela fournit également un moyen plus efficace de capturer et d’utiliser le carbone.
Yuan a déclaré que les algues peuvent également être utilisées comme source d’alimentation animale. AgriLife Research a déjà étudié les algues comme source de protéines pour le bétail.
Les algues comme énergie renouvelable
Le biocarburant à base d’algues est considéré comme l’une des solutions ultimes pour les énergies renouvelables, mais sa commercialisation est entravée par les limitations de croissance causées par l’ombrage mutuel et les coûts de récolte élevés.
« Nous surmontons ces défis en faisant progresser l’apprentissage automatique pour éclairer la conception d’une culture d’algues semi-continue (SAC) afin de maintenir une croissance cellulaire optimale et de minimiser l’ombrage mutuel », a-t-il déclaré.
Yuan a déclaré qu’il utilisait une stratégie de sédimentation basée sur l’agrégation conçue pour obtenir une récolte de biomasse à faible coût et un SAC économique.
« La sédimentation basée sur l’agrégation est obtenue en concevant une souche d’algue bleu-vert à croissance rapide, Synechococcus elongatus UTEX2973, pour produire du limonène, qui augmente l’hydrophobicité de la surface cellulaire des cyanobactéries et permet une agrégation et une sédimentation efficaces des cellules », a-t-il déclaré.
Faire des algues une énergie économique
La mise à l’échelle du SAC avec un système d’étang extérieur permet d’obtenir un rendement de biomasse de 43,3 grammes par mètre carré par jour, ramenant le prix de vente minimum de la biomasse à environ 281 dollars la tonne, selon l’article de journal. En comparaison, la matière première standard à faible coût pour la biomasse dans l’éthanol est le maïs, qui coûte actuellement environ 6 $ le boisseau ou 260 $ la tonne. Cependant, le procédé de Yuan ne nécessite pas de prétraitement coûteux avant la fermentation. Le maïs doit être moulu et la purée doit être cuite avant la fermentation.
« Les algues en tant que source de carburant renouvelable étaient un sujet brûlant il y a dix ans », a déclaré Fischer. « En conséquence, il y a beaucoup de scepticisme. J’étais même sceptique. Cependant, le travail que Joshua fait est incroyablement innovant. Nous étions ravis de nous associer à ce projet. Aux niveaux de productivité qu’ils obtiennent – et compte tenu du faible coût de récolte que la variété permet – elle est très prometteuse. »
Yuan a déclaré que malgré un potentiel important et des efforts considérables, la commercialisation du biocarburant algal a été entravée par une pénétration limitée de la lumière du soleil, une mauvaise dynamique de culture, un rendement relativement faible et l’absence de méthodes de récolte industrielles rentables.
« Cette technologie s’est avérée abordable et aide à propulser les algues comme une véritable forme d’énergie alternative », a-t-il déclaré.
Les conclusions de l’équipe ont été publiées en janvier dans Communication Nature. Les recherches en cours sont financées par le Bureau de l’énergie fossile du Département américain de l’énergie. Le travail est également financé par un don du Dr John ’90 et Sally ’92 Hood, qui ont récemment rencontré Yuan pour discuter de son programme de recherche sur les biocarburants. Le don est géré par la Texas A&M Foundation.
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