Som det ses på den grå graf på figur 1 er mængden af fisk fanget i den vilde natur stoppet med at vokse, fordi vi allerede i dag har udnyttet de vilde fiskebestande fuldt ud, eller endda overfisket dem indtil udryddelse. Stigningen i produktionen af fisk kan altså kun ske inden for akvakultur (den blå graf). Landbaseret akvakultur er store bassiner eller tanke hvor man producerer ferskvandsfisk til supermarkederne. Man kan også udnytte havet til at producere fisk i store net, dette kaldes havbrug. Ifølge FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations) blev 50 % af den samlede mængde fisk, vi spiste i 2014 produceret i akvakulturer. Dermed er fiskeopdræt den hurtigst voksende animale fødevaresektor i verden.

Mængden af fisk produceret i akvakulturer er steget med 8 % per år de sidste 25 år. Udviklingen skulle gerne fortsætte i fremtiden, og det kræver derfor nye og innovative løsninger til produktionen af fisk.

De sidste par år har Roskilde Universitet i samarbejde med firmaerne AgroTech og AKVA Group forsket intenst i, hvordan man kan bruge levende vandlopper som foder i akvakulturer. De fleste fisk er nemlig helt vilde med levende vandlopper, især i de tidlige stadier af deres liv spiser de næsten udelukkende vandlopper. Et stort problem har førhen været, at fiskene i havbrug kun vil tage levende føde til sig (fx vandlopper), og helt op imod 70 % af fiskene dør, hvis de kun fodres med tørfoder. Ferskvandsfisk som laks er ørreder er undtagelser, da de gerne spiser tørfoder, og dette er faktisk en af grundende til at det er de fisk vi producerer flest af. Produktionen af fisk i saltvand har dog hårdt brug for levende vandlopper, da fiskene ofte ikke vil tage tørfoder til sig.

Helt konkret handler denne case om, hvordan man kan fodre vandlopper med mikroalger, hvis sammensætning af fedt og protein er optimal for vandlopperne. Dette sikres ved at undersøge, ved hvilke betingelser og ved hvor kraftigt lys mikroalgerne vokser bedst og producerer flest essentielle fedt- og aminosyrer. Derefter kan man fodre fiskelarverne i de specifikke akvakulturer med disse forbedrede vandlopper og dermed sikre, at fiskene får et højt indhold af fedt og protein, og flere fisk vil overleve. Det giver en større produktion, og det kan være med til at brødføde den voksende befolkning.

AKVA Group lancerede den 15. december 2015 verdens første vandloppeæg på dåse, under produktnavnet “Acartia”, som skal sendes og sælges til akvakulturer i hele verden. Rundt omkring i verden kan man udklække vandloppeæggene på stedet og dernæst bruge vandlopperne som føde direkte i produktionsanlægget eller i havet. Indtil videre ser denne nye fodermetode utrolig effektiv ud, og AKVA Group regner med, at produktet vil revolutionere måden, vi producerer fisk på i dag. Produktet “Acartia” og lignende innovative løsninger kan derfor gå hen og blive den savnede bæredygtige løsning, der får akvakulturer til at producere de ønskede mængder fisk til den voksende befolkning. Samtidig kan denne løsning være med til at redde de vilde bestande af fisk i naturen, der ellers ville blive overfisket og uddø.

Umættede fedtsyrer er karakteriseret ved, at de indeholder en eller flere dobbeltbindinger mellem kulstofatomerne. Umættede fedtsyrer kan vi ikke selv danne i kroppen, og vi skal derfor have dem tilført via kosten. De findes især i nødder, fed fisk, madolie og nogle alger. Umættede fedtsyrer er essentielle for menneskers overlevelse, fordi det sænker kolesterolniveauet i blodet.

Essentielle aminosyrer er livsnødvendige for vandlopperne, ligesom de er livsnødvendige for os mennesker. Essentielle aminosyrer kan organismer kun optage igennem føden. Aminosyrer indgår i proteinsyntesen og dermed opbygningen af cellerne i organismen. Uden de livsnødvendige aminosyrer kan vandlopperne ikke lave proteinsyntese og dermed ikke overleve. Proteiner er byggestenene i alle organismer, og de sørger for stort set alle processer i kroppen.

Kolesterol er et fedtstof, som sidder i cellemembranen. Cellemembranen er ligesom en mur, som kontrollerer, hvad der kommer ind og ud af cellen. Kolesterol påvirker, hvor flydende cellemembranen er, og dermed, hvor let stoffer kan komme ind og ud af cellen. Hvis kolesterolniveaet bliver for højt, bliver cellemembranen fast, og der kan ikke længere blive transporteret de livsvigtige forsyninger ind i cellerne og affaldsstoffer ud.

Derfor er det også vigtigt for vandlopperne, at de får de nødvendige umættede fedtsyrer, så det sænker kolesterolniveauet. Forskerne har fundet, at især de flerumættede fedtsyrer er essentielle for overlevelsen af vandlopperne, reducering af tiden fra larve til voksen, ægproduktionen og succesraten for klækningen.

Forskerne ved Roskilde Universitet har altså bevist, at det er muligt at optimere produktionen af R. salina således at indholdet af essentielle aminosyrer og flerumættede fedtsyrer bliver højere.

Forskerne fandt ud af, at den mest optimale dyrkningsmetode for at opnå et højt indhold af essentielle aminosyrer og flerumættede fedtsyrer er, hvis man dyrker R. salina ved en medium lysstyrke og ved mangel på næringsstoffer. Dette giver mikroalger en balanceret biokemisk sammensætning, som gør dem optimale som vandloppeføde. Fotosyntesen har altså en enorm effekt på, hvor stor en mængde fedt- og aminosyrer der bliver dannet i en alge, og derfor er det en utrolig spændende proces at beskæftige sig med for at optimere algerne som vandloppeføde

I 2006 oprettede Roskilde Universitet nemlig “The World Copepod Culture Database” i forsøget på at indsamle og dele viden om vandlopper til brug i akvakultur.

Når man skal finde den mest optimale vandloppe, er der flere ting, der forudsættes. Man skal først og fremmest vælge en art, som vokser hurtigt og har en lav dødelighed. Yderligere skal de enkelte vandlopper bestå af den ønskede biokemiske sammensætning af de aminosyrer og fedtsyrer, man ønsker i de opdrættede fisk. Det kan lade sig gøre ved at bruge mikroalger som fødekilde. Det er allerede lykkedes, men der er mange udfordringer i produktionen af vandlopper.

Et stort problem, man har oplevet i produktionen, er at vandlopperne ofte bliver slået ihjel af farlige bakterier. Man har derfor forsøgt at tilsætte mikroorganismer såsom bakterier, der fungerer som probiotika, til vandlopperne. Probiotika kan endda også i nogle tilfælde ændre på fedtsyrer-, aminosyrer- og vitaminsammensætningen i vandlopperne, hvilket giver en bedre stamme af vandlopper. Forskningen på dette område er meget begrænset, men måske vil vi i fremtiden benytte os mere af probiotika i produktionen af vandlopper.

Probiotika består typisk af en række bakterier, som har en gavnlig effekt for vores marve-tarm-kanal og derigennem også immunforsvaret. Vi får fx probiotika, når vi drikker yoghurt, som indeholder mælkesyrebakterier, der hjælper os imod de farlige bakterier. Læs mere om probiotika her! 

En anden stor udfordring ved brug af vandlopper i akvakulturer er, hvordan man bedst opbevarer og transporterer vandlopperne. Vandlopper er meget skrøbelige, og derfor har man undersøgt, om man kan transportere deres mere hårdføre æg i stedet for.

I naturen kan vandloppeæg faktisk overleve imellem 40-69 år liggende nede på havbunden.
Forskere har derfor forsøgt at udnytte denne egenskab, og det er lykkedes at opbevare æggene helt op til et år, hvis man opbevarer dem koldt. Sådan sikrer man æggene under transporten til alle lande i verden.

Nu hvor det er lykkedes at lave en effektiv opbevaring og transport af vandloppeæg, har man altså skabt en effektiv produktion, som starter med algerne og slutter med klækningen af vandloppeæggene ude ved de enkelte akvakulturer.

Fremtidens produktion af fisk

AKVA Group præsenterede 15. december 2015 deres nyeste produkt Acartia, som er vandloppeæg på dåse. AKVA Group mener, at Acartia er en optimal løsning for marine fiskefarmere, som gerne vil være en profitabel del af den blå revolution.

AKVA group Denmark A/S har udviklet et anlæg til produktion af vandlopper i kommerciel skala, så de nu kan eksportere vandloppeæg til hele verden. Acartia forventes derfor at revolutionere produktionen af fisk, som opdrættes både i saltvand og ferskvand.

Den blå revolution er startet med lanceringen af dette produkt, men i fremtiden har vi en endnu større viden om mikroalger, vandlopper og selve produktionen. Vi kan derfor producere endnu bedre vandloppeæg til akvakulturerne.

I og med at mere end 50 % af alle de fisk, vi spiser, kommer fra akvakulturer er markedet for Acartia enormt. AKVA Group estimerer en omsætning på ”Acartia” på 4,5 millioner kroner det første år og op imod 36 millioner kroner per år efter 8 år på markedet. Dette er det vigtigste skridt i retning mod en bæredygtig produktion i akvakulturer og et forsøg på at redde de sidste vilde fiskebestande fra total udryddelse.

Algebenzin fra spildevand

I alt har denne revolutionerende symbiose betydet, at man i 2010 havde reduceret den samlede CO₂-udledning, fra alle producenter som indgik i symbiosen, med 265.000 tons per år og det samlede vandforbrug med ca. 30 %. Der er ingen tvivl om, at disse symbioser, hvor vi genbruger spildevand og CO₂, er vejen frem imod en billigere og mere bæredygtig fremtid for virksomheder.

Det kan altså allerede nu lade sig gøre at lave en symbiose imellem alger og virksomheder i forbindelse med rensning af spildevand. Virksomhederne kan udnytte, at alger kan optage CO₂ og lagre nitrogen og fosfor i biomasse. Biomassen kan virksomhederne lave om til biobrændsel, gødning eller endda værdifulde stoffer såsom farvestoffer. Det er dog stadigvæk en stor udfordring at gå fra biomasse til værdifulde stoffer, mens biobrændsel er mere nærliggende og forholdsvis simpelt at oprense. I næste afsnit vil du blive klogere på 3. generations biobrændsel fra alger, og hvor tæt vi er på et biosamfund, hvor vi ikke længere er afhængige af olie og andre fossile brændstoffer.

Algebenzin

Jordens fossile brændstoffer blev dannet for mange millioner år siden og er i dag en ressource, vores samfund er dybt afhængig af. Prøv at forestille dig en verden uden biler, fly og maskiner i det hele taget. Som du måske har hørt i nyhederne, er olieprisen faldet fra midten af 2014 og den falder stadigvæk i 2016. Dette er en god nyhed for bilejere og alle os andre forbrugere, men denne tendens ser ikke ud til at vare ved. Eksperterne er meget uenige om, hvornår vi løber tør for olie, men uanset om det er om 15 eller 150 år, så bliver vi nødt til at finde alternative energiformer, før den dag kommer. Faktum er, at verdens befolkning bliver større og vi bliver mere velhavende. Det betyder et højere forbrug af olie, og på et tidspunkt når vi et punkt, hvor vi ikke længere vil kunne pumpe den efterspurgte mængde olie op af jorden. Det er her, biobrændsel kommer ind i billedet. Biobrændsler er en fælles betegnelse for brændsler, der er produceret fra biologisk materiale, og som er produceret inden for få år som eksempelvis; biogas, biodiesel, bioethanol og biohydrogen.

Ethanol bliver også kaldt for alkohol eller sprit, og du kender det fra det aktive stof i øl, vin og spiritus.

Biobrændsel kan erstatte olie som brændstof i de fleste motorer og maskiner uden ekstra tiltag. Lad os kigge på udviklingen af biobrændsel. Her snakker vi om forskellige generationer af biobrændsel.

Første generations biobrændsel fokuserer på afgrøder som majs og sukkerrør til produktion af ethanol og sojabønner og palmeolie til produktion af biodiesel. Her forarbejder man de forskellige afgrøder for at få oprenset olien eller alkoholen. Denne produktion kræver altså landbrugsarealer og fødevarer, som ellers kunne have været serveret på middagsbordet.

Anden generations biobrændsel fokuserer på produktionen af bioethanol, fra eksempelvis halm og kan dyrkes i store lukkede beholdere. Denne produktion bruger ikke nødvendigvis langbrugsareal eller afgrøder, som kunne bruges som fødevarer for mennesker. Man skal til gengæld benytte enzymer til processen, som er forholdsvis dyre at fremstille. Bioethanolen kender du måske fra benzinen i Danmark, hvor det siden 1. juli 2010 har været et lovkrav, at 5 % af benzinen skal være bioethanol.

Første og anden generations biobrændsel er et skridt på vejen i den rigtige retning, men vi har endnu ikke set de lovende produktionsmængder, man i sin tid havde håbet på pga. de høje produktionsomkostninger.

Tredje generations biobrændsel er brændstof produceret af alger, og det er på nuværende tidspunkt den mest lovende konkurrent til olien. Man kan nemlig få alger til at producere store mængder af olie. Der er stadigvæk praktiske hensyn, som gør at omkostningerne bliver for høje, men forskerne arbejder på at gøre produktionen billigere og mere effektiv.

Hvordan udvinder man biobrændsel fra algerne?

Der er mange forskellige metoder til udvinding af biobrændsel fra alger, men overordnet set starter man med at høste algerne, dernæst findeler man dem, og så er man klar til udvindingen af olien/alkoholen. De 4 hyppigst anvendte udvindingsmetoder er de følgende.

• Den simpleste metode er mekanisk ødelæggelse af algerne, hvor man bruger opløsningsmidler til at oprense biobrændsel fra de ødelagte algeceller.
• Ved enzymudvinding bruger man enzymer til at skade cellevæggen og udvinde biobrændsel. Enzymudvinding er dog dyrere end mekanisk ødelæggelse på nuværende tidspunkt.
• Et pludseligt fald i det osmotiske tryk kan også bruges til at frigøre cellekomponenter som biobrændsel.
• CO₂-udvinding fungerer, ved at CO₂ holdes på væskeform under tryk og bliver opvarmet til et punkt, hvor det har egenskaber som både gas og væske. CO₂ reagerer nu som opløsningsmiddel og udvinder biobrændsel.

Osmose beskriver, hvordan vand kan ”vandre” over en cellemembran fra en høj koncentration af vand til en lavere koncentration af vand. Det osmotiske tryk beskriver det tryk, vandet påvirker membranen med.

Efter udvindingen forarbejder man olien/alkoholen kemisk, så den kan benyttes i de maskiner man ønsker.

Kræftmedicin fra alger

Hvis vi kigger lidt nærmere på den overskudsenergi, som bliver dannet i fotosyntesen, vil vi opdage, at den bliver lagret i et protein, som kaldes ferredoxin (Fd). Fd fungerer som et batteri i algen, der optager al energien, der produceres i fotosyntesen fra sollyset. Det opladte batteri, kan nu bruges i de livsnødvendige reaktioner i algen, men der vil altid være noget overskudsenergi på batteriet, som algen ikke kan udnytte. Forskerne fra KU forsøger at overføre denne energi til en bestemt gruppe af enzymer, kaldet P450-enzymer. Disse enzymer laver meget vigtige reaktioner i planter, som eksempelvis produktionen af naturstoffer, som vi mennesker benytter i medicin, farvestoffer, kosmetik og meget andet. Et par velkendte eksempler på processer, hvor enzymer indgår, er ved produktionen af malariamedicinen artemisinin og kræftmedicinen taxol. Problemet er, at disse stoffer typisk bliver dannet i træer og planter, som er meget sjældne og/eller vokser utroligt langsomt. Derfor er det at foretrække, at kunne producere disse stoffer i alger, som vokser hurtigt, og hvor produktionen kan optimeres ved genetisk at ændre algerne. Problemet er, at stoffer som taxol og artemisinin, er så komplekse af producere, at der skal mange års yderlige forskning og en god portion held til før at det lykkes.

Forskerne fra KU gik i 2013 i gang med at undersøge, om konceptet virkede, og man kunne bruge overskudsenergi fra fotosyntesen til enzymreaktioner, som normalt optrådte i andre planter, i cyanobakterier i stedet ved genetisk modifikation. I 2015 udgav forskerne fra KU en videnskabelig artikel, som beskrev hvordan de havde indsat en bestemt reaktionsvej i en cyanobakterie. Reaktionsvejen består af en række gener fra en Durra plante, som laver stoffet dhurrin. De fik endda koblet denne reaktionsvej direkte på fotosyntesen. Det vil sige at den overskudsenergi, som bliver produceret i fotosyntesen i algen kunne bruges til at danne dhurrin. Dette var ved hjælp af enzymer, som normalt dannes i Durra planten.

En reaktionsvej består af en række kemiske reaktioner, der fører til produktionen af et bestemt stof, der foregår inde i en celle.

Dette forsøg har vist, at hvis man kender reaktionsvejen til et bestemt naturligt stof, som eksempelvis produceres i et træ, kan man faktisk finde frem til, hvilke gener der indgår i denne reaktionsvej. Disse gener kan man så overføre til en cyanobakterie, som vokser langt hurtigere end træet, og derfor kan lave en højere produktion af det naturlige stof. Reaktionsvejen kan nu kobles til fotosyntesens overskudsenergi, igennem det biologiske batteri ferredoxin, og udnytte energi fra sollyset til at producerer det naturlige stof. Konceptet er hermed blevet bevist af forskerne fra KU. Næste skridt er nu at producere nogle af de mest komplekse naturstoffer, som indgår i eksempelvis kræftmedicin, og dermed kunne redde mange menneskeliv i fremtiden.

Den hellige gral

Nu vil jeg fortælle dig en historie om den hellige gral inden for den medicinske verden; nemlig historien om kræftmedicinen Taxol.

Taxol tilhører terpener og er et af de mest effektive kræftmedikamenter, vi kender til i dag. Taxol er det stof, som enhver forsker inden for den medicinske verden, drømmer om at kunne producere i store mængder. I januar måned 2016 var prisen på en guldbarre på 12,4 kg = 3.048.726 kroner. Til sammenligning ville 12,4 kg taxol have kostet dig 137.432.920 kroner. Taxol er altså næsten 46 gange mere værd end guld. *

Hvorfor er dette vidundermiddel egentlig så dyrt?

Lad os kigge på, hvor Taxol bliver produceret naturligt. Paclitaxel, som Taxol oprindeligt hedder, blev opdaget i 1962, hvor man fandt ud af, at det kunne oprenses fra barken af et bestemt takstræ. Varemærket for den nye medicin blev senere navngivet Taxol. Træet vokser utroligt langsomt i naturen, og var allerede dengang ikke særlig udbredt. I dag er træet næsten udryddet. Først i 1971 havde forskerne slået fast, at Taxol kunne bruges i kræftmedicin. Hvis man skærer al barken af et takstræ står man tilbage med 2 kg bark. Der skal 12 kg bark til at producere 0,5 gram Taxol. Træet overlever ikke at miste barken, og man udryddede stort set alle træerne i verden i jagten på den nye kræftmedicin.

Hvordan virker Taxol i behandlingen af kræft?

Når man får kræft betyder det, at nogle bestemte celler i kroppen begynder at dele sig uhæmmet. Normalt sker celledeling i kroppen efter en nøjagtig procedure. De fleste af de fejl, der opstår i cellerne, vil blive rettet, så cellerne fungerer optimalt. Dette bliver sat ud af spil, når cellerne bliver til kræftceller. Kræftceller deler sig utrolig hurtigt, og de har alt for mange fejl. Dette gør os mere og mere syge.

Taxol virker ved at stimulerer nogle bestemte proteiner til at gå ind og sætte en stopper for den uhæmmede celledeling, og det kan på den måde forhindre kræften i at spredes til resten af kroppen. I 1992 blev Taxol godkendt som lægemiddel i USA, og det blev solgt som medicin imod brystkræft for 1000 dollars per dosis. Normalt skal man have 4-5 doser af medicinen, før brystkræften er behandlet, og det var på det tidspunkt det dyreste medikament i verden.

Taxol kan bruges til behandling af nogle af de hyppigst forekommende typer af kræft, og forskere forsøger fortsat at producere Taxol i forskellige produktionsorganismer. Lige nu er de mest lovende resultater fundet ved at bruge gærceller eller bakterien E. coli til at producere Taxol. Desværre har man dog kun indført dele af reaktionsvejen som fører til Taxol, og den dag i dag er det stadigvæk kun muligt at oprense Taxol fra barken fra takstræet. Taxols reaktionsvej er meget kompleks, og består af mange gener, man skal have indsat samtidig og få dem til at arbejde sammen i en helt ny organisme.

Produktionen af ”den hellige gral” ligger ude i fremtiden, men tænk hvis man kunne producere stoffer som Taxol i cyanobakterier i stor skala. Det er allerede lykkedes for forskerne på KU at lave en model over, hvordan man kan indsætte hele reaktionsveje ind i alger og få dem koblet direkte på fotosyntesen. Det kræver stadigvæk megen forskning og tusindvis af forsøg, før vi når til at kunne producere store mængder af Taxol i alger. Det ligger mere nærliggende, at forskerne snart vil opdage, hvordan man skal producere andre, mere simple, medikamenter og værdifulde stoffer i store mængder i alger.

*Find den aktuelle guldpris på her.
*Hvis du vil læse mere om den nyeste forskning inden for dette felt, kan du besøge Københavns Universitets hjemmeside.

Superalger redder klimaet

Mikroalger producerer hydrogen

Genmodifikation handler om at ændre på gensekvensen i en naturlig organisme. Dette kan udnyttes til at skabe organismer, som er bedre til at producere et bestemt produkt. Denne case tager udgangspunkt i en artikel, som beskriver, hvordan man har fået Chlamydomonas reinhardtii til at producere hydrogen i større mængder ved genetisk at modificere mikroalgen. Artiklen er udgivet i 2007, og det var første gang at det lykkedes at lave en effektiv produktion af hydrogen i en mikroalge.

Før man kan forstå, hvordan forskerne har ændret på mikroalgen for at få en højere hydrogenproduktion, skal man først præsenteres for det centrale dogme.

Det centrale dogme er et af de vigtigste begreber i bioteknologiens verden. Det beskriver, hvordan vi kommer fra DNA til protein i alle organismer. Helt overordnet set består processen i 3 trin: DNA replikation, transkription og translation. Se videoerne  om det centrale dogme på Biostriben, hvor de enkelte trin forklares uddybende.

Forskerne fandt ud af, at man kan sikre en højere hydrogen produktion ved at ændre på bestemte gener i mikroalgen. Hvert gen indeholder en opskrift på et bestemt protein. Hvis man ændrer på et eller flere gener i en alge, kan man ændre på proteinerne, der bliver produceret i algen, og det kan have effekt på eksempelvis produktionen af hydrogen.

De schweiziske forskere brugte den samlede viden omkring fotosyntese, det centrale dogme og metallers effekt på biologiske processer til at udvikle en ny “Superalge” til hydrogenproduktion.

Forskerne havde fundet ud af, at når et bestemt gen var tilstede, blev der dannet et bestemt protein i mikroalgen. I det følgende afsnit vil genet kaldes gen 1 og proteinet vil blive kaldt for protein 1. Protein 1 sidder der, hvor lyset bliver overført til elektronerne i fotosyntesen. Overordnet set kan man derfor sige, at hvis der ikke er noget gen 1, vil der ikke være nogen fotosyntese, da denne er afhængig af, at protein 1 er tilstede.

Hele processen afhænger altså af gen 1, og derfor ønskede forskerne at kunne kontrollere tilstedeværelsen af genet. Men i en C. reinhardtii i naturen er dette gen kontrolleret af mange forskellige faktorer, og det gjorde det umuligt at styre genet. Så forskerne gjorde noget smart:

Når en alge, som C. reinhardtii, lever i naturen laver den fotosyntese og respiration. Men ”Superalgen” kan styres til også at lave fermentering. Fermentering, bliver også kaldt gæring (ligesom du kender det fra produktionen af alkohol), og er en omdannelse af energi på samme måde som respiration, men helt uden brug af ilt. Dette kan udnyttes som et led i hydrogenproduktionen. Du kan læse mere om fermentering her!

Nu kommer det sidste skridt i processen, nemlig hvor man omdanner hydrogen, som algen producerer, til dihydrogen (H₂), som kan indgå i brændselsceller. Heldigvis findes der et enzym, som får hydrogen lavet om til dihydrogen. Vigtigt at notere sig er, at enzymet kun virker når der ikke er ilt tilstede, og dette har forskerne også udnyttet.

Nu kommer det banebrydende og en smule komplicerede. Vores kontrollør kan nemlig styres af kobber og om algen skal lave fermentering eller respiration. Det vil nu blive forklaret, ud fra grafen fra artiklen, hvordan hydrogenproduktionen foregår i en lukket tank:

Figur 2 viser henholdsvis oxygenniveauet (O₂μmol per ml.) og dihydrogenniveauet (H₂ μmol per ml.) i beholderen over et tidsforløb. Til tiden 0 tilsættes kobber til beholderen. De øverste grafer viser produktionen af oxygen og dihydrogen, og den nederste graf viser det samlede oxygenniveau i beholderen.

Som det ses på grafen starter ”Superalgen” med at lave fotosyntese (det ses ved at oxygenniveauet stiger). Nu tilsættes kobber til “Superalgen”, og dette gør, at kontrolløren inaktiverer gen 1. Hvis du husker tilbage til reaktionsvejen så vil hele den lange reaktion være stoppet, og algen vil ikke længere producere oxygen.

Algen vil stadigvæk lave respiration, og dette forbruger al oxygen i tanken. Når der ikke er mere oxygen, begynder enzymet at omdanne hydrogen til dihydrogen, som jo er målet med hele forsøget. Algen har dog stadigvæk brug for energi, men den kan ikke lave respiration uden ilt, så nu begynder den at lave fermentering. Fermentering gør, at kontrolløren igen aktiverer gen 1 og vi vil igen se, at algen begynder at lave fotosyntese og oxygenniveaet stiger. Dette betyder også, at algen begynder at lave respiration igen, og enzymet kan ikke længere omdanne hydrogen til dihydrogen.

Forskerne har dermed fået lavet en såkaldt cyklisk proces, hvor algen hele tiden skifter imellem henholdsvis fotosyntese + respiration og fermentering. En cyklisk proces betyder, at de enkelte trin i processen bliver gentaget igen og igen, og det kan på den måde også beskrives som en cirkelproces. En cyklisk proces sikrer en stabil hydrogenproduktion, samtidigt med at algen får lov til at lave de livsnødvendige processer, som den behøver for at overleve. Forrige forsøg har nemlig vist, at algerne dør, hvis de ikke får lov til at lave fotosyntese og respiration en del af tiden. Forskerne har kørt den cykliske proces igennem 2-3 gange med succes. For at skabe en effektiv produktion kræver det, at processen skal kunne køres flere tusinde gange.

Det er første gang, forskere har lavet en cyklisk produktion af dihydrogen, og det er et stort skridt i den rigtige retning imod et biosamfund, hvor vi ikke længere er afhængige af fossile brændstoffer, men i stedet kan producere den nødvendige energi på en CO₂-neutral og bæredygtig måde.

Til at begynde med tilføres diydrogen til brændselscellens venstre side, og den vil straks, på grund af dens positive elektriske ladning, søge hen imod den negativt ladede anode (elektrisk komponent). Anoden sørger for, at reaktionen nedenfor forløber, og der bliver dermed dannet positivt ladede hydrogenatomer og negativt ladede elektroner. Elektronerne vil nu tiltrækkes af den positivt ladede katode (elektrisk komponent) i højre side af figuren igennem et batteri, og dette producerer elektrisk strøm, som vi kender det fra stikkontakten derhjemme.

De positivt ladede hydrogenatomer kan ikke følge de negative elektroner, og vil i stedet søge imod den negativt ladede katode i højre side af figuren igennem elektrolytten. En elektrolyt er en væske, som kan transportere ioner fra et sted til et andet. Det vigtigste at vide for at kunne forstå figuren, er at positiv tiltrækkes af negativ og omvendt. Det er en af de egenskaber ved ioner, som man udnytter i brændselsceller.

Ioner er atomer, der har afgivet eller optaget en eller flere elektroner og derved har opnået en elektrisk ladning.

Oxygen er blevet tilført i højre side af brændselscellen og vil søge imod katoden, som får reaktionen nedenfor til at foregå. Restproduktet vand vil nu blive ført ud af brændscellen.

På den måde kan man producere elektricitet ved at tilføre dihydrogen og dioxygen til en brændscelle, og det sker endda helt uden udledning af CO₂.

Jeg startede denne case med et tankeeksperiment, hvor hele Texas kunne tilplantes med mikroalger, som producerede dihydrogen, og vi kunne producere elektricitet til hele verdens befolkning. Faktum er, at der i 2015 levede 27,5 millioner mennesker i Texas, og det bliver derfor svært at få dem allesammen overtalt til at flytte. Yderligere er der mange udfordringer i forhold til storskalaproduktionen af mikroalgerne.

For at denne enorme produktion af dihydrogen fra mikroalger skal lykkes, kræver det en kæmpe investering fra samfundet og private firmaer, samt en effektiv løsning på de praktiske forhindringer, der er ved denne produktion. Og så skal vi lige huske på, at algerne i dette eksempel er genmodificerede. Vi kan ikke, ifølge lovgivningen, sætte dem ud i naturen, de skal vokse i lukkede drivhuse. Det er tydeligt, at vi har brug for mere forskning på dette område, og vi får nok ikke en hydrogenfabrik med “Superalger” i den nærmeste fremtid. Men det fantastiske ved genmodificering er, at man kan blive ved med at ændre på C. reinhardtii, så algerne bliver endnu bedre til produktionen af dihydrogen.

Der er endnu et stykke vej imod et biosamfund, hvor vi ikke længere har brug for fossile brændstoffer, som olie og gas, for at producere elektricitet og varme. Forskningen inden for alger til produktion af hydrogen og biodiesel har dog taget os de første skridt på vejen imod et CO₂-neutralt samfund.

Alger har om end potentialet til at blive det 21. århundredes vigtigste våben i kampen mod global opvarmning.

Etik

Etik øvelse