บุคคลหนึ่งในสหรัฐอเมริกาใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง
เทียบเท่ากับ 100 วัตต์จากอาหาร แต่ต้องใช้เว็บสล็อตมากกว่าร้อยเท่าเพื่อรักษาวิถีชีวิตของพวกเขา เชื้อเพลิงฟอสซิลไม่สามารถให้พลังงานได้มากขนาดนี้สำหรับทุกคนบนโลกใบนี้ และเราต้องลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงเหล่านี้เพื่อจัดการกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ในการประสบความสำเร็จ เราต้องการแหล่งพลังงานที่เป็นกลางและยั่งยืน เราจะหาหรือผลิตเชื้อเพลิงเหล่านี้ได้อย่างไร?
จุลินทรีย์ตามที่นักจุลชีววิทยาและนักชีวเคมีที่มีส่วนร่วมในพลังงานชีวภาพมีคำตอบ บรรณาธิการ Judy Wall, Caroline Harwood และ Arnold Demain ได้รวบรวมบทที่น่าประทับใจ 31 บท ซึ่งกล่าวถึงโอกาสและความท้าทายของการใช้จุลินทรีย์ในการผลิตไฟฟ้าชีวภาพ เพื่อช่วยในการกู้คืนน้ำมันหรือเพื่อผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ รวมถึงเอทานอล เมทานอล มีเทน และไฮโดรเจน
พลังงานชีวภาพให้ข้อมูลทางเทคนิคมากมาย แต่ละบทมีบทนำที่เข้าถึงได้และผู้แต่งแต่ละคนวางตำแหน่งเชื้อเพลิงที่พวกเขาชื่นชอบภายในบริบทที่กว้างขึ้นของการผลิตและการใช้พลังงาน Nancy Nichols และเพื่อนร่วมงานของเธอสังเกตว่าในปี 2008 สหรัฐอเมริกาจะผลิตเอธานอลเชื้อเพลิง 30 พันล้านลิตร ซึ่งส่วนใหญ่มาจากข้าวโพด (ข้าวโพด) ในปี 2549 ประมาณ 20% ของข้าวโพดในสหรัฐอเมริกาถูกใช้เพื่อผลิตเอทานอล ซึ่งคิดเป็นมากกว่า 2% ของเชื้อเพลิงเหลวทั้งหมดที่ใช้ในการขนส่ง Z. Lewis Liu และเพื่อนร่วมงานกล่าวว่าหากข้าวโพดที่ปลูกในสหรัฐอเมริกาทั้งหมดถูกนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิง ความต้องการเชื้อเพลิงของสหรัฐฯ ในปัจจุบันเพียง 15% เท่านั้นที่จะเป็นที่พอใจ ตัวเลขเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเราต้องการมากกว่าเอทานอลจากข้าวโพดเพื่อเติมเชื้อเพลิงให้กับรถยนต์ของเรา
การหาแหล่งเชื้อเพลิงชีวภาพใหม่ เช่น สาหร่ายที่ผลิตก๊าซไฮโดรเจน อาจช่วยแก้ปัญหาวิกฤตด้านพลังงานได้ เครดิต: บริการถ่ายภาพ, เชลล์ อินเตอร์เนชั่นแนล
การใช้แหล่งอาหารเป็นเชื้อเพลิงยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่ บางทีเมื่อสะท้อนถึงสิ่งนี้ มีเพียงหนึ่งในสิบสองบทของไบโอเอธานอลที่กล่าวถึงการใช้พืชอาหารโดยตรง บทอื่นๆ มุ่งเน้นไปที่ความท้าทายที่แท้จริง: การเปลี่ยนเซลลูโลสซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักของผนังเซลล์พืชให้เป็นเอทานอล จุลินทรีย์สามารถย่อยสลายเซลลูโลสเพื่อผลิตน้ำตาลได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ในระหว่างกระบวนการ พวกมันก็กินน้ำตาลเช่นกัน การสูญเสียนี้สามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้เอ็นไซม์แทนจุลินทรีย์ แต่เอ็นไซม์มีราคาแพงในการผลิต หลังจากสร้างเอธานอลโดยการหมักน้ำตาลแล้ว จำเป็นต้องมีกระบวนการที่ใช้พลังงานมากอีกขั้นตอนหนึ่งเพื่อขจัดผลพลอยได้จากน้ำ
เชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นก๊าซ เช่น ไฮโดรเจนและมีเทน
ผลิตจากวัสดุที่หลากหลายโดยใช้เทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่ ก๊าซไฮโดรเจนและกรดไขมันระเหยง่าย เช่น กรดอะซิติก สามารถผลิตได้จากเซลลูโลสโดยการหมัก จากข้อมูลของ Ann Wilkie แหล่งชีวมวลส่วนใหญ่สามารถผลิตไบโอมีเทนได้หลังจากเตรียมการอย่างจำกัด เช่น การทำให้แห้งหรือการหั่นย่อย จุลินทรีย์บางชนิดสามารถเปลี่ยนกรดอะซิติกเป็นก๊าซมีเทน และก๊าซมีเทนหรือไฮโดรเจนสามารถเปลี่ยนเป็นเมทานอลได้ ไฮโดรเจนและมีเทนไม่ละลายน้ำสูง จึงสามารถกู้คืนจากน้ำได้ง่ายกว่าเอทานอล ในหนึ่งในเจ็ดบทเกี่ยวกับก๊าซมีเทนและเมทานอล บากุล เดฟ เตือนเราว่าเชื้อเพลิงคาร์บอนเดี่ยว เช่น เมทานอล ขาดพันธะคาร์บอน-คาร์บอน ดังนั้นจึงไม่ทิ้งสารตกค้างระหว่างการเผาไหม้
การเผาไหม้ของก๊าซไฮโดรเจนนั้นดีกว่ามีเทนเพราะผลิตได้เพียงน้ำเท่านั้น มีสามบทที่อุทิศให้กับการผลิตไฮโดรเจนโดยการสังเคราะห์ด้วยแสงในสาหร่ายหรือแบคทีเรีย แต่ไม่มีใครอธิบายการใช้การหมักหรือเซลล์อิเล็กโทรไลซิสของจุลินทรีย์เพื่อสร้างไฮโดรเจน จากคำกล่าวของ Marc Rousset และ Laurent Cournac เอนไซม์ไฮโดรเจนเนสที่กระตุ้นทั้งการผลิตและการใช้ไฮโดรเจนมีโอกาสที่ดีเยี่ยมในการจับพลังงานโดยตรงจากแสงแดด แทนที่จะผ่านชีวมวล โดยการแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน แต่ความไวของเอนไซม์เหล่านี้ต่อออกซิเจนจะต้องลดลง Caroline Harwood อธิบายการใช้ทั้งเซลล์ของแบคทีเรียที่ไม่ใช่กำมะถันสีม่วงเพื่อสร้างไฮโดรเจนโดยไม่แยกน้ำ เธอตั้งข้อสังเกตว่าเซลล์เหล่านี้สามารถตรึงไว้ในแผ่นยางบาง ๆ เพื่อสร้างแผงได้ หากสมบูรณ์แบบ วิธีการที่ยอดเยี่ยมนี้สามารถผลิตไฮโดรเจนได้โดยการใช้ตัวสะสมพลังงานแสงอาทิตย์
แนวทางการใช้พลังงานชีวภาพที่ฉันชอบคือการใช้แบคทีเรียเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าโดยตรงในเซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์ Geobacter บางสายพันธุ์อาจให้พลังงานแก่สิ่งเหล่านี้ แต่ Peter Aelterman และเพื่อนร่วมงานของเขาอธิบายว่าแบคทีเรียหลายชนิดจะปล่อยอิเล็กตรอนไปยังอิเล็กโทรดและสามารถให้กระแสไฟฟ้าที่เป็นประโยชน์ได้ เหตุใดแบคทีเรียหลายชนิดจึงสามารถถ่ายโอนอิเล็กตรอนได้ทั้งสองทิศทางผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกของพวกมัน ยังคงเป็นปริศนาที่ควรค่าแก่การตรวจสอบเพิ่มเติม ในอนาคตอันใกล้ เซลล์เชื้อเพลิงจุลินทรีย์สามารถควบคุมพลังงานจากน้ำเสียได้โดยการแทนที่เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่ใช้พลังงานมากซึ่งใช้ในระบบบำบัดแบบเดิมด้วยเซลล์ที่ผลิตไฟฟ้าชีวภาพหรือไฮโดรเจนชีวภาพ
สิ่งที่ขาดหายไปจากพลังงานชีวภาพคือการอภิปรายถึงผลกระทบทางสังคมและการเมืองของเศรษฐกิจเชื้อเพลิงชีวภาพที่ใช้จุลินทรีย์เป็นฐาน ตัวอย่างเช่น การปลูกสาหร่ายหรือพืชผลบางชนิดเพื่อการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพต้องการน้ำปริมาณมหาศาล สารอาหารที่หลั่งออกมาต่างกันเว็บสล็อต
