الوقود الحيوي من الطحالب: الثورة الطاقية القادمة؟

الوقود المحايد للكربون

لتقليل انبعاثات الكربون، كان الطريق المفضل هو استبدال محركات الاحتراق ومحطات الطاقة الحرارية ببدائل مثل السيارات الكهربائية والطاقات المتجددة. لكن هذا ليس دائمًا سهلاً.

على سبيل المثال، لا تمتلك الطائرات حاليًا مسارًا واقعيًا لتعمل بالطاقة الكهربائية، لأن البطاريات ثقيلة جدًا للطيران. وحتى إذا وصلنا إلى هذه النقطة، سيستغرق تجديد الأسطول الحالي عقودًا.

تأتي مزايا أخرى من عملية الوقود السائل. فهو سهل التخزين بأحجام ضخمة للطوارئ. يمكن أن يبقى ثابتًا لأشهر أو حتى سنوات. كما أنه سهل النقل عبر السفن أو الأنابيب. وهذا يجعله مثاليًا للمواقع النائية، والاستخدامات العسكرية، والشحن.

حتى تظهر تقنية ثورية جديدة، سيظل هناك طلب مستمر على الوقود السائل. لذا، التحدي هو إيجاد وقود سائل لا يعتمد على إمدادات الوقود الأحفوري.

أجيال الوقود الحيوي

1^الأول الجيل للوقود الحيوي كانت ولا تزال مشكلة، لأنها تعتمد على تحويل المنتجات الغذائية مثل الذرة إلى إيثانول. هذا يضع ضغطًا إضافيًا على البيئة ويعتمد على مزارع صناعية ضخمة تمارس الزراعة الأحادية. وعند النظر إلى الوقود الأحفوري المستخدم في الأسمدة والجرارات، قد لا يكون ذلك أفضل كثيرًا من البنزين التقليدي. وهناك أيضًا معضلة أخلاقية لاستخدام الطعام لإنتاج الوقود، حيث يستهلك الوقود المستهلكون في الدول الغنية بينما تعاني الدول الفقيرة من نقص الغذاء أو التضخم.

2^الثاني الجيل للوقود الحيوي صُممت لاستخدام مخلفات الزراعة أو نباتات أخرى مثل العشب لإنتاج الوقود. هذا أفضل بالفعل، لأنه لا يتنافس مباشرة مع إنتاج الطعام. لكنه لا يزال يتطلب مساحة أرض كبيرة، والتحويل من النبات إلى الوقود قد يكون غير فعال. وحتى مخلفات الزراعة ليست بحجم كافٍ لإحداث فرق حقيقي في استهلاك الوقود الكلي.

الوقود الحيوي من الجيل الثالث يعتمد على الطحالب ونظام مغلق مستقل عن الأراضي الصالحة للزراعة. نظريًا، يجب أن تكون هذه الطريقة المثالية لإنتاج الوقود الحيوي، لأنها لا تتنافس مع الموارد الزراعية الحالية. يمكنها أيضًا استخدام مياه البحر الوفيرة بدلاً من المياه العذرة السابقة.

المصدر: Exxon

عمليًا، تم اختبار الوقود الحيوي من الطحالب لكنه لم يُنتج على نطاق صناعي.

4^الرابع للوقود الحيوي, أو “الوقود الشمسي الضوئي الحيوي”. سيعتمدون على تقليد عملية التمثيل الضوئي للطحالب باستخدام تقنيات نانوية صناعية. لكن هذه لا تزال في المختبرات ولن تصل إلى المستوى التجاري لعدة عقود.

العقبات والقيود أمام الإنتاج الضخم

المشكلة التي تعيق الجيل الثالث من الوقود الحيوي دائمًا هي العائد. تركيز الطحالب منخفض جدًا، وتكاليف الإنتاج مرتفعة، والتحويل إلى وقود يتطلب إنفاقًا رأسماليًا ويؤدي إلى فقدان جزء من الطاقة الموجودة في الطحالب.

أي تلوث من كائنات أخرى يمكن أن يدمر الحصاد ويقلل الأرباح. كان البديل هو زراعته في حاويات مغلقة ومعقمة، لكن ذلك زاد أيضًا من التكاليف.

بالإضافة إلى ذلك، التجربة الأولى لإنتاج الوقود الحيوي من الطحالب في العقد 2010 استلزم جمع الطحالب، وهي عملية معقدة تعيق الإنتاج أيضًا.

والنتيجة هي أن تكلفة الإنتاج تبقى فوق 5 إلى 8 دولارات للغالون، مما يجعلها غير تنافسية مقارنة بالوقود الأحفوري.

هل المرة الثانية هي السحر؟

نظرًا لصعوبة تحقيق الربحية، لم يتحول الازدهار الأول للوقود الحيوي من الطحالب في 2009-2010 إلى ثورة طاقة. يمكنك قراءة المزيد عما حدث خطأً في هذه المقالة منذ 6 سنوات.

منذ ذلك الحين، تم إحراز تقدم ي «يُشعل» ازدهارًا جديدًا في القطاع:

• تقنيات الهندسة الوراثية المتقدمة أصبحت الآن قابلة للتطبيق على الطحالب.
• فهم أفضل لكيفية تحويل الطحالب إلى وقود.
• اكتشاف أنواع نادرة يمكنها مقاومة التلوث وتُزرع في برك مفتوحة.

عامل آخر هو النهاية الفعلية للنفط الرخيص.يحتاج النفط الصخري إلى ما لا يقل عن برميل بسعر 50-70 دولار لتحقيق ربح, اكتشافات النفط في أدنى مستوياتها منذ عام 1946, والحرب في أوكرانيا أطلقت أزمة طاقة عالمية.

مع ندرة النفط وارتفاع تكلفته، يصبح إنتاج الوقود الحيوي المحلي من الطحالب فجأة أكثر جاذبية. لذا، موجة جديدة من شركات الطحالب الآن تتوسع لإنتاج وقود محايد للكربون بأكثر الطرق صديقة للبيئة. (المزيد عن ذلك في قسم “الاستثمار في الوقود الحيوي من الطحالب”)

دعم الازدهار الجديد للطحالب

بعيدًا عن التكنولوجيا وسعر الوقود، ما تغير هو طريقة الاستثمار في الوقود الحيوي من الطحالب. الازدهار السابق كان مدفوعًا بجيوش من الشركات الناشئة الطموحة ذات التمويل المحدود. كان ذلك مشكلة في قطاع يتطلب ليس فقط الابتكار بل أيضًا استثمارًا رأسماليًا هائلًا. على الأرجح، سيصبح الوقود الحيوي من الطحالب حقيقة فقط من خلال عملية متسلسلة:

1. العلوم الأساسية لفهم الكيمياء الحيوية والوراثة للطحالب الدقيقة.
2. اختيار وهندسة السلالة المناسبة من الطحالب المُحسّنة لإنتاج الدهون.
3. تحسين عملية الإنتاج، بما في ذلك الزراعة، الجمع، والتحويل إلى وقود.
4. زيادة حجم الإنتاج لتقليل التكاليف

في عام 2010، لم تكن الخطوتان 1 و2 موجودتين فعليًا، إذ لم يكن هناك طريقة موثوقة لتعديل وراثة الطحالب، على سبيل المثال (بما في ذلك عدم وجود جينوم كامل مُسلسل لمعظم الأنواع).

كانت كيمياء التحويل إلى وقود غامضة في أحسن الأحوال، خاصة على نطاق صناعي. وتركيز خاطئ على إنتاج الإيثانول بدلاً من الدهون أثبت أنه طريق مسدود.

ثبت أن الخطوة 3 صعبة أيضًا، حيث غالبًا ما تفشل الشركات الناشئة التي يقودها العلماء في تنفيذ التصميم الصناعي.

أخيرًا، مع انخفاض معدلات الإنتاج، لا يمكن لأي حجم إنتاج أكبر حل مشكلة الربحية، وسرعان ما جف رأس المال.

الاستثمار في الوقود الحيوي من الطحالب

في عام 2023، تم حل الأسئلة العلمية إلى حد كبير. على سبيل المثال، اكتشفت شركة Viridos كيفية مضاعفة تركيز الدهون في الطحالب بأكثر من الضعف عبر تعديل جين واحد فقط. وعلى صعيد ذلك، الأدوات التي تم تطويرها خلال السنوات الخمس الأخيرة، مثل NGS (التسلسل الجيني للجيل التالي) وCRISPR، جعلت تعديل الجينات أسهل وأرخص بكثير. وبالمثل، هناك الآن العديد من الأساليب المفهومة جيدًا لتحويل دهون الطحالب إلى وقود.

الأمر الأخير هو أنه بينما يتم إجراء البحث الأساسي غالبًا بواسطة شركات ناشئة متخصصة، فإن المال وتوسيع الإنتاج الصناعي الآن يأتيان من شركات كبيرة جدًا. غالبًا ما تكون شركات نفط تقليدية.

وبالتالي، يعني الاستثمار في الوقود الحيوي من الطحالب الاستثمار في القليل من الشركات الكبيرة التي تبني مستقبلًا حيث يزرعون زيتًا محايدًا للكربون بدلاً من حفر الوقود الأحفوري. قد لا يكون هذا جيدًا لأحلام تحقيق عوائد مئة مرة. لكن يجب أن تكون هذه الاستثمارات جيدة على أي حال، حيث إن هذه الشركات القليلة الكبيرة ستكون الشركات الوحيدة في قطاع الطاقة التي تمتلك الملكية الفكرية الفريدة لإدارة الانتقال الطاقي دون التنافس مع كل مصادر الطاقة المتجددة الأخرى. كما أنها شركات مربحة بالفعل توزع أرباحًا سخية أو تنمو بشكل aggressive.

1. Exxon Mobil

قد يكون هذا هو الاسم الأكثر إثارة للدهشة في قائمة الاستثمارات المحتملة في الوقود الحيوي. تُعد Exxon خصمًا للناشطين البيئيين، تُتهم بانتظام بأنها مساهم رئيسي في الاحتباس الحراري. لكنها أيضًا الرائدة عالميًا في الوقود الحيوي من الطحالب من خلال تعاونها مع Viridos.

XOM مخطط السعر

Viridos هي شركة أسسها كريغ فنتير، أب البيولوجيا التركيبية وأحد أوائل من قاموا بتسلسل الجينوم البشري. كانت أيضًا الأولى في إنشاء جينوم اصطناعي وخلية صناعية/تركيبية. وقد قطعوا شوطًا طويلًا منذ أن بدأوا في البحث عن الوقود الحيوي من الطحالب قبل أكثر من عقد من الزمن:

لقد أثبتنا بالفعل تحسينًا يتراوح بين 5 إلى 10 أضعاف في إنتاجية الزيت الحيوي مقارنة بالسلالات الطبيعية في بيئة خارجية واقعية. ونحن نخطط لتحسين ذلك إلى ما بعد ذلك بكثير.

تخطط Exxon لإنتاج 10,000 برميل من الوقود الحيوي من الطحالب يوميًا خلال عامين. لا يزال ذلك صغيرًا مقارنةً بإجمالي 3.7 مليون برميل يوميًا الذي تنتجه الشركة، ولكن إذا نجح، يمكن توسيعه بسرعة ليشكل جزءًا كبيرًا من إنتاج الشركة بحلول عام 2030.

2. Reliance Industry

Reliance Industry هي مجموعة هندية ضخمة، أكبر شركة خاصة في البلاد، نشطة في مجال الاتصالات والنسيج والطاقة. في عام 2022، كانت أول شركة هندية تصل إلى إيرادات بقيمة 100 مليار دولار.

أصدرت Reliance فيديو يعلن عن دخولها سوق الوقود الحيوي من الطحالب، متفاخرًا بـ “واحدة من أكبر أنظمة زراعة الطحالب في العالم”. حتى الآن، كان محفظتها الطاقية تتكون أساسًا من مصافي ومصانع البتروكيماويات. مع هذا المشروع الطحلي، ستتمكن من بدء الإنتاج واستخدام الشمس الوفيرة في الهند (وكذلك الصحارى غير المزروعة) لتقليل الاعتماد الشديد للبلاد على واردات الوقود الأحفوري الأجنبية.

التمويل الجماعي ورأس المال المخاطر

لم نتمكن من العثور على حملة جارية في وقت كتابة هذه المقالة. لكن هذا شيء قد يرغب المستثمرون ذوو الشهية للمخاطرة في متابعته، مثل حملة التمويل الجماعي الناجحة لعام 2021 لشركة Manta Biofuel. يستخدمون بركًا مفتوحة وجسيمات نانوية مغناطيسية لجمع الطحالب.

سيحصل المستثمرون المعتمدون ورؤوس المال المخاطر أيضًا على مجموعة أكثر تنوعًا من خيارات الاستثمار. على سبيل المثال، Primary Ocean، التي تزرع الأعشاب البحرية للطعام والبيوبلاستيك والوقود الحيوي. أو Algenol (مستحضرات تجميل كيميائية ووقود حيوي) أو Gevo (وقود حيوي متنوع).

الخلاصة

شهد الوقود الحيوي من الطحالب نهضة صامتة خلف أبواب الشركات الضخمة ذات الجيوب العميقة والصبر لحل مشكلات التكلفة والقابلية للتوسع. ظهور مشاريع واسعة النطاق مثل مشروع Exxon لإنتاج 10,000 برميل/يوم هو إشارة إلى أن الوقود الحيوي من الطحالب أصبح الآن تقنية ناضجة.

هذا يعني أيضًا أن الشركات الناشئة الجديدة من المحتمل أن تظهر في هذا المجال، كما فعلت Manta Biofuel في عام 2021. لذا، يجب أن يكون لدى المستثمرين مجموعة متزايدة من خيارات الاستثمار في السنوات القليلة المقبلة. قد تسعى شركات النفط الأخرى أيضًا إلى اللحاق بالركب وتقديم عروض لشراء أي شركة تمتلك التقنية المساعدة. على الأرجح، ستكون هذه الشركات التي تنتج بالفعل مركبات ذات قيمة عالية من الطحالب وتتمتع بخبرة في الإنتاج على نطاق واسع. لذا، قد تصبح شركات الطحالب بشكل عام الاتجاه الكبير الجديد بحلول 2025-2026.

قد لا يرغب المستثمرون في شركات مثل Reliance أو Exxon في الاستثمار في هذه الشركات بناءً فقط على فرضية الوقود الحيوي من الطحالب، لأنها ستظل لعدة سنوات تعتمد في الغالب على مصادر دخل أخرى. ومع ذلك، ستحسن هذه التقنية من آفاق هذه الشركات على المدى الطويل، حيث سيتمكن عملاق النفط مثل Exxon من الانتقال بسلاسة من الوقود الأحفوري إلى الوقود الطحلي ببساطة عن طريق تحويل إنفاقه الرأسمالي من الحفر إلى بناء برك زراعة الطحالب.

في حالة ارتفاع ضرائب الكربون، سيوفر ذلك أيضًا بديلاً قابلًا للتطبيق للحفاظ على أسعار الوقود السائل معقولة، مما يجعل الوقود الحيوي من الطحالب أكثر ربحية في ذلك السيناريو. وعلى عكس الوقود الأحفوري، من المتوقع أن تنخفض التكاليف مع التحسينات المستمرة في الهندسة الوراثية للطحالب.