microAlgae for climate, food and feed

Mikroalger er som navnet antyder, ørsmå encellede organismer som lever i hav og vannsystemer jorden rundt. Selv om de ikke umiddelbart ligner på vanlige planter med blader og røtter, er de effektive fotosyntetiske organismer. Faktisk produserer mikroalgene mer enn halvparten av alt oksygenet i atmosfæren, noe som også betyr at de tar opp mer karbon (i form av CO2) enn alle regnskogene til sammen. Videre produserer de en rekke kjemiske forbindelser, som lipider og fettsyrer, og disse er verdifulle og stort sett uutnyttede fornybare ressurser som kan inngå i matproduksjon og i industrielle prosesser der de kan erstatte fossile ressurser. Mikroalgenes evne til å binde karbon varierer svært mye fra art til art, og det samme er tilfellet når det gjelder mengde og type av kjemiske forbindelser de produserer. Denne biodiversiteten har blitt utnyttet til å utvikle alger som produserer mye av de mest verdifulle fettsyrene. Disse fettsyrene blir deretter konvertert, kjemisk, til enda mer anvendelige og verdifulle forbindelser, kalt alfa-olefiner, ved å bruke nyutviklede katalysatorer, forbindelser som øker den kjemiske reaksjonshastigheten uten selv å bli forbrukt. Prosjektet har utviklet den aller første heterogene (basert på et fast stoff) katalysatoren som selektivt gir alfa-olefiner fra fettsyrer. Denne katalysatoren er basert på et billig og lett-håndterlig karbonbasert nanomaterial som gjør det mulig å separere og resirkulere katalysatoren fra væskefasen som inneholder reaktanter og reaksjonsprodukter. Prosjektet har vært tuftet på tett samarbeid mellom eksperter fra ulike fagområder, som biologi, fysikk, kjemi, informasjonsteknologi og samfunnsvitenskap. For eksempel har mikroalgenes optiske egenskaper, som betyr mye for algenes vekst og produksjon av lipider og fettsyrer, blitt studert ved hjelp av lys-absorpsjons- og sprednings-eksperimenter. Videre har nyutviklede visualiserings-verktøy hjulpet utviklingen av nye alger og nye katalysatorer. Etiske, juridiske og samfunnsmessige aspekter har blitt løpende vurdert underveis i prosjektet, og har hatt innflytelse på hvilke eksperimenter som er blitt utført. For eksempel har prosjektet, som et resultat av slike betraktninger, ikke utviklet alger spesifikt for fangst og lagring av karbon.

Different microalgae have different properties with respect to carbon harvesting and storage and it is hypothesized that the carbon-binding properties of these organisms may be improved through controlled selection and growth. Since they are already the m ost important carbon harvesters of the oceans, even a minor improvement could transform the thus designed new microalgae into a future emergency tool for limiting global warming. A screening and selection approach based on computational generation of gene tic and metabolic cell inventory combined with single cell cultures and mixed cultures will be used to develop fast-growing, high-density algae for efficient sediment formation, using laboratory-scale experiments only. The selection experiments will be ac companied by molecular- and cell-level investigations of light-use efficiency that can help optimize productivity. A similar combined selection- and light-based approach will be used to identify algae rich in lipids (oils), as well as conditions that max imize lipid production. Next, fatty acids derived from algal lipids are excellent starting points for food and renewable feedstock for chemical production, and new nanostructured catalysts for the transformation of such fatty acids into alpha-olefins will first be designed, using a novel in silico approach, and then realized and tested in experiments. The project is highly interdisciplinary and includes also development and application of powerful visualization tools to aid the algae screening and the in silico catalyst design. Similarly, ELSA-issues are actively handled and include preparatory studies with scenarios, reflections and decision-making approaches for microalgae carbon capture.