عرض كتاب التكنولوجيا الحيوية نحو الطاقة الخضراء” الجزء الثاني”

عرض كتاب التكنولوجيا الحيوية نحو الطاقة الخضراء” الجزء الثاني”

مصر:إيهاب محمد زايــــد


صدر هذا العام 2023
الفصل الثامن:
أقطاب المواد النانوية الحيوية المصممة خصيصًا لتوليد الطاقة الحيوية
في العقد الماضي ، ساهمت التطورات الكبيرة في هندسة المواد في زيادة كبيرة في أداء خلايا الوقود البيولوجية الأنزيمية والميكروبية. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من الابتكار لتحقيق وعد خلايا الوقود البيولوجية بالكامل. إن إدراج مواد ذات مساحة سطح عالية لزيادة تحميل المحفز الحيوي و DET ، والمواد اللازمة لتحسين تثبيت الإنزيم وتثبيته ، وتصنيع أبنية المواد الهرمية لتصميم القطب الكهربائي المتقدم هي مجرد عدد قليل من الاختراقات الهندسية للمواد. هناك حاجة للبحث في تصميم المواد لتحسين واجهة النانو الحيوية ، بحيث يمكن استخدام المحفزات الحيوية بشكل أكثر فعالية ، وفي تصنيع الهياكل التي تسهل DET بحيث يمكن إنشاء أقطاب كهربائية عالية الكثافة مع استقرار طويل المدى . ثانيًا ، يلزم إجراء نقلة نوعية في إنشاء مواد غشاء التبادل الأيوني لبناء مواد غشائية مصممة خصيصًا لخلايا الوقود البيولوجية بدلاً من خلايا الوقود القياسية في ظروف شديدة الحموضة أو شديدة القلوية عادةً.
الفصل التاسع:
التحديات والنطاق المستقبلي لتكنولوجيا النانو الحيوية في تحليل الوقود الحيوي الطحالب ودورة الحياة
في البداية افاق المستقبل
أصبح تطبيق تكنولوجيا النانو في مجال التكنولوجيا الحيوية لتحسين إنتاج الوقود الحيوي أحد الأصول الاقتصادية ذات الأهمية المتزايدة ، لا سيما في قطاع الطاقة. مع نمو الطلب على الطاقة ، وخاصة باستخدام العمليات الصديقة للبيئة ، من المتوقع أن يحظى الإنتاج العالمي للوقود الحيوي بمزيد من الاهتمام أكثر من أي وقت مضى. إن تطوير طحالب معدلة وراثيا قادرة على التكاثر بسرعة أكبر أمر حتمي. ومع ذلك ، يجب وضع بروتوكول تجديد فعال قبل الشروع في دراسات التحول الجيني. يمكن أيضًا النظر في التحسين والإمداد المستمر بالمغذيات في نمو الطحالب ؛ إن تمكين البيئات والمواقف التي من شأنها تحسين تكاثر الطحالب من شأنه أن يساعد في تحسين إنتاج الوقود الحيوي. نظرًا لأن الطحالب الدقيقة حساسة جدًا لبيئات التلوث البيئي المخصصة لزراعة الطحالب ، يمكن رصدها باستخدام وسائل التكنولوجيا الحيوية قبل الإنتاج. بعض أهم المنتجات التي يحتاج إليها إنتاج الوقود الحيوي هي الكربوهيدرات المستخرجة والدهون.

معلومة تهمك

يجب استخدام الجسيمات الحيوية المركبة لتحسين الاستخراج السريع. يخضع الإدخال الناجح للجينات الأجنبية في الخلايا النباتية بشكل أساسي إلى عاملين ، وهما تحسين ظروف زراعة الخلايا / الأنسجة النباتية المستهدفة وإجراء التحول. في إنتاج الطحالب ، لا يتوفر سوى عدد قليل من التقارير المتعلقة بالتحول والتطور الجيني لأن الناس يدخلون للتو إلى الحقل ، ولكن بالنسبة للجسيمات النانوية ، فقد تم توثيق الجسيمات النانوية المعدلة وراثيًا. هناك حاجة إلى مزيد من المدخلات لإنشاء طحالب محورة جينيا فعالة من شأنها تحسين توريد المنتجات اللازمة لإنتاج الوقود الحيوي. يمكن للتحسين الحكيم للجسيمات النانوية لإنتاج الوقود الحيوي من الطحالب الدقيقة أن يجلب المزيد من الفوائد للبشرية في جميع أنحاء العالم ويقلل من التلوث البيئي من خلال استخدام الوقود الأحفوري.
و الاستنتاج
في الوقت الذي يتزايد فيه الطلب العالمي على الطاقة ، يبتعد الناس عن المنتجات البترولية ، خاصة بسبب مخاطرها الكبيرة على الإنسان والبيئة. من المتوقع أن تزداد كمية الوقود المستهلكة عالميًا وكذلك الطلب بسرعة ، كما أن استخدام الطاقة الأحفورية يسبب مشاكل كبيرة وآثارًا ضارة على البيئة على الأرض. جلبت أزمة الطاقة العالمية الحالية اهتمامًا كبيرًا لهذه المشكلة. تعتبر مصادر الطاقة المتجددة حاسمة في حل قضية الطاقة العالمية. يعد الوقود الحيوي مثالًا ممتازًا للطاقة المتجددة التي يمكن إنتاجها باستخدام الكائنات البيولوجية ويمكن أن تقلل الاعتماد على الوقود الأحفوري. تم استخدام العديد من مصادر الوقود الحيوي سابقًا ؛ ومع ذلك ، فإن استخدام الطحالب ككتلة حيوية في إنتاج الوقود الحيوي يعتبر الأكثر فعالية وطبيعيًا وصديقًا للبيئة. على الرغم من أهمية التمثيل الضوئي في زيادة الكتلة الحيوية للطحالب لإنتاج الوقود الحيوي ، فإن إنتاج الوقود الحيوي من هذه الطحالب يأتي مع تحديات مختلفة مثل عدم تنظيم جدار الخلية الطحلبية لإطلاق الكربوهيدرات والدهون اللازمة للإنتاج. تم استخدام تطبيق الجسيمات النانوية لتحسين تخليق الوقود الحيوي من الطحالب. أظهرت جزيئات الفضة النانوية إمكانية زيادة إنتاج الوقود الحيوي في العالم. في المستقبل ، يمكن استخدام استراتيجيات التحسين الوراثي لتحسين دورة حياة الطحالب ، لتحقيق تكاثر أكبر للطحالب لتخليق الوقود الحيوي. يعتبر تطبيق علم الوراثة في تخليق NP عملاقًا مستقبليًا لإنتاج الوقود الحيوي.
الفصل العاشر:
المحاكاة الحيوية والقوالب الحيوية للمواد الطبيعية نهج للتنمية المستدامة باستخدام التكنولوجيا الحيوية
لا توفر المواد الطبيعية بشكل فعال إمدادًا متجددًا من المواد والطاقة فحسب ، بل قد تعمل أيضًا كقوالب مباشرة أو كاقتراح لتوسيع المواد الجديدة ذات الأهمية التقنية. كما تخبرنا الدراسة العلمية لفئات المواد الجديدة عن تطور العمليات المستوحاة من الطبيعة وتصنيفاتها والأساليب المستوحاة من الطبيعة وكذلك المواد المستوحاة من الطبيعة. كما يقترح أنواعًا مختلفة من المكاسب مثل المكسب الكهربائي ، والمكاسب البيولوجية ، والمكاسب الميكانيكية ، ومكاسب الاستدامة لأساليب التصنيع المستدامة في التكنولوجيا الحيوية. ناقش هذا الفصل دراسات الحالة المتعلقة بالطبيعة التي تفتح آفاقًا للتطورات الجديدة مثل السيارات الإلكترونية ، وتوربينات الرياح ، ومواد البناء ذاتية التنظيف ، وظاهرة الكراهية للماء ، وقطار شينكانسن ، ومصادر الطاقة والطاقة الشمسية. يقترح الفصل أيضًا كيف يمكن استخدام أنماط قاطرة مختلفة للأنواع في تطوير مركبات جديدة ذات تصميم مريح. كما أن الدراسة المتعلقة بالسلوك الحسي للنباتات تفتح آفاقًا لتطوير أجهزة استشعار ومحولات طاقة جديدة تستخدم في التطبيقات الهندسية. دور التكنولوجيا الحيوية في تطوير المستشعرات مفيد أيضًا للآلات الذكية المستقبلية ذات الميزات الخاصة. أخيرًا ، تفتح الدراسة المتعلقة بالمحاكاة الحيوية ومواد القوالب الحيوية قناة لعلماء المواد وكذلك علماء التقنية الحيوية للعمل من أجل النمو المستدام والفوائد المجتمعية.
الفصل الحادي عشر:
التكنولوجيا الحيوية والتآزر الميكروبي في توليد الهيدروجين الحيوي ومعالجة مياه الصرف الصحي
الهيدروجين الحيوي هو وقود حيوي مستدام ومتجدد ونظيف. تم العثور على تدخل الجسيمات النانوية لتعزيز تخليق الهيدروجين البيولوجي باستخدام الثقافة البكتيرية المختلطة أو الثقافة المختلطة. ويرجع ذلك إلى زيادة الخصائص التحفيزية للإنزيمات أو انخفاض طور اللوغاريتمات للبكتيريا. سوف يفسر إنتاج الهيدروجين المرتفع أو معدل إنتاج الهيدروجين المرتفع تعزيز إنتاج الهيدروجين الحيوي باستخدام الجسيمات النانوية. كما تم استخدام تقنية النانو في معالجة مياه الصرف الصحي لما لها من إمكانات عالية. تمت إزالة الملوثات الضارة مثل أيونات المعادن السامة والمواد العضوية وغير العضوية من الماء بكفاءة أكبر باستخدام نهج التكنولوجيا النانوية بسبب مساحة السطح الكبيرة للجسيمات النانوية إلى نسبة الحجم. تؤدي مساحة السطح العالية إلى نسبة الحجم إلى ظهور خصائص مثل قدرة الامتصاص العالية وقدرات التفاعل والتفاعل العالية. تمنح تقنية النانو والكائنات الدقيقة المدمجة معًا مزيدًا من الدفعة لمعالجة مياه الصرف الصحي كونها أكثر اقتصادية وصديقة للبيئة واستدامة. الميكروبات مثل الطحالب والطحالب الزائفة هي صديقة للبيئة وتوجد في مياه الصرف الصحي ويمكن استخدامها لإنتاج الكتلة الحيوية من الطحالب الدقيقة والتي يمكن استخدامها مع تدخل تكنولوجيا النانو لتوليد الوقود الحيوي مثل الديزل الحيوي والهيدروجين الحيوي. يمكن استخدامها أيضًا في إنتاج موارد مفيدة أخرى مثل البلاستيك الحيوي من مياه الصرف الصحي. بالإضافة إلى تنقية المياه ، تساعد الطحالب الدقيقة أيضًا في استخدام المغذيات وبالتالي تعزيز نهج التكرير الحيوي ، بسبب عدم تمكن الميكروبات الأخرى من النمو.
الفصل الثاني عشر:
التكنولوجيا الحيوية في نظام توليد الطاقة القائم على الغاز الحيوي باستخدام الكتلة الحيوية اليجنوسيليلوز
يشمل هذا الفصل التوصيات المستقبلية
• هناك حاجة لدراسة كفاءة المواد النانوية المختلفة في عملية المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية الليجنوسليلوزية وبالتالي إنتاجية إنتاج الغاز الحيوي.
• بصرف النظر عن تطبيق تقنية النانو في المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية ليجنوسيليلوز التي تؤدي إلى توليد الطاقة الحيوية ، فإن بعض المجالات مثل عدم الحركة عن طريق الربط التساهمي ، الذي يمنع ترشيح الإنزيمات ، يجب دراستها جنبًا إلى جنب مع دراسة تفاعل الليباز مع الناقل للاستفادة الكاملة من الكتلة الحيوية في توليد الطاقة الحيوية.
• يجب استكشاف تفاعلات الميكروويف للتفاعلات الكيميائية لتقليل مدة التفاعل الكيميائي لتقليل استخدام الطاقة.
• هناك حاجة لتطوير نظام تحفيزي قائم على النانو لمعالجة مجموعة واسعة من الكتل الحيوية لإنتاج الطاقة الحيوية.
ونستنتج من هذا
أدت المصادر المستنفدة والطلب المتزايد على الوقود الأحفوري إلى تحويل تركيز علماء البيئة نحو مصادر الطاقة المتجددة مثل الغاز الحيوي. يتم استكشاف خيار إنتاج الطاقة الحيوية الرخيصة والوفرة من الكتلة الحيوية ليجنوسيليلوز في الوقت الحاضر. كانت طرق المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية ليجنوسيليلوز باهظة الثمن ولها عيوب معينة ، ولكن من خلال تطبيق تقنية النانو ، تزداد فعالية طريقة المعالجة المسبقة ، مع مزايا الاسترداد السهل ، والفعالية من حيث التكلفة ، وتجديد الإنزيمات المعطلة. لقد تم ملاحظة وإثبات من خلال عدد من الدراسات أن التكنولوجيا الحيوية النانوية تلعب دورًا مهمًا في عملية المعالجة المسبقة للكتلة الحيوية ليجنو سليلوز ، مما يزيد بشكل كبير من إنتاج الغاز الحيوي.
الفصل الثالث عشر:
تقنية النانو الحيوية في تحويل النفايات إلى طاقة في نهج الاقتصاد الدائري من أجل استدامة أفضل
في هذا الفصل ، تمت مناقشة تطبيق التكنولوجيا النانوية الحيوية في قطاعات الطاقة والبيئة وعلوم الحياة وتغليف المواد الغذائية والطب الحيوي ، حيث تم التركيز على تحويل الكتلة الحيوية إلى منتجات ذات قيمة مضافة. يهدف المؤلف إلى دراسة استخدام مصادر الطاقة الخضراء والنظيفة من تكنولوجيا النانو الحيوية التي تعد شرطًا مسبقًا للتنمية المستدامة. كما تمت مناقشة دراسة الاقتصاد الدائري ، بما في ذلك تطبيق قاعدة 4R. سيساعدنا استخدام الطاقة الخضراء واستراتيجيات الاقتصاد الدائري على تطوير بيئة مستدامة للأجيال القادمة.
الفصل الرابع عشر:
تحسين إنتاج الهيدروجين الحيوي من خلال تطبيق تقنية النانو الميكروبية
تم توضيح تطبيق تقنية النانو للتوليد الذكي والناجح للهيدروجين الحيوي والوقود الحيوي ذي الصلة في الدراسة. لقد ارتفع الطلب على مصادر الطاقة المتجددة في العقود الأخيرة ، مما استلزم بناء مرافق أحدث وأفضل لتلبية ذلك. قد نستنتج أيضًا أن استخدام أنظمة توصيل الجسيمات النانوية يعد علامة فارقة في إنتاج موارد الطاقة. لقد جذبت تقنية النانو اهتمام الباحثين نظرًا لمزاياها العديدة ، بما في ذلك مساحة السطح العالية المتاحة ، والقدرة على خدمة أغراض متعددة ، والاستقرار في البيئات الصعبة ، والتلاعب السريع والفعال في المواد ، وزيادة التفاعل ، وما إلى ذلك. أدى الجمع بين الميكروبات والإنزيمات مع تكنولوجيا النانو إلى اتباع نهج أكثر ملاءمة للبيئة للتحكم في مياه الصرف الصناعي وإنتاج الوقود الحيوي. يمكن أن يؤدي استخدام الكائنات الحية الدقيقة إلى تقليل الخطر المرتبط بالجسيمات النانوية المتولدة كيميائيًا. البقايا المتبقية إما متوافقة حيويًا أو منفصلة بسهولة باستخدام طرق الترشيح / الترسيب الأساسية. إن تسويق هذه القدرات التكنولوجية النانوية هو العقبة الأكبر. حتى الآن ، تم تسويق 1٪ فقط من ميزات تكنولوجيا النانو هذه. نتيجة لذلك ، ستستخدم الشركات إجراءات تقنية النانو هذه البسيطة والفعالة بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع كنقطة انطلاق. وهذا يحتاج إلى دعم وتأكيد مستمرين من الأكاديميين ، فضلاً عن التمويل الحكومي ، من أجل تنمية إمكانات تكنولوجيا النانو للتصنيع المستدام والفعال من حيث التكلفة في الصناعة. مطلوب بحث أساسي وتطبيقي طويل المدى في هذا المجال ، ولكن إذا نجح ، فسوف ينتج عنه حل طويل الأمد لتوليد الهيدروجين المستدام. إن فهم الآليات الطبيعية والقواعد الجينية التي تحكم توليد H2 أمر بالغ الأهمية. في المفاعلات الحيوية الأكبر ، يمكن استخدام الهندسة الأيضية والجينية لإظهار العملية. بديل آخر هو استخدام التمثيل الضوئي الاصطناعي لتكرار المرحلتين.
الفصل الخامس عشر:
دراسات الحالة نظرة ثاقبة على موارد الطاقة الخضراء والبنية التحتية والاقتصادات ومخططات الطاقة والاستدامة في الهند
و الخلاصة:الهند هي أحد المنتجين الرئيسيين للطاقة المتجددة في العالم. تبلغ الطاقة الشمسية المقدرة للبلاد 18 جيجاواط وقدرة طاقة الرياح 31 جيجاواط. وقد ساعد ذلك الهند في الحصول على حصة تزيد عن 5٪ في مزيج الطاقة العالمي. مع هذا ، أصبحت الهند دولة رائدة في تطوير موارد الطاقة الخضراء والبنى التحتية والاقتصادات وخطط الطاقة والاستدامة (وكالة الطاقة المتجددة).تستمر القصة أدناه حيث تواجه الهند الكثير من التحديات عندما يتعلق الأمر بالموارد المتجددة لتوليد الطاقة. وتشمل هذه:
• نقص مرافق التخزين واسعة النطاق لتوليد الطاقة المتجددة
• نقص البنية التحتية الضرورية مثل خطوط النقل الشبكي
• نقص الحوافز المالية للتحول من مصادر الوقود المعتمدة على الفحم إلى مصادر الطاقة المتجددة.

عرض كتاب التكنولوجيا الحيوية نحو الطاقة الخضراء" الجزء الثاني"

تنبيه هام، المنشور يعبر عن رأي الكاتب ويتحمل مسؤوليته، دون ادنى مسؤولية علي الجريدة

تنبيه

احصل على تحديثات في الوقت الفعلي مباشرة على جهازك ، اشترك الآن.

معلومة تهمك

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

%d مدونون معجبون بهذه: