德州农工大学农业生命研究中心的科学家们正在利用人工智能创造一项新的世界纪录，将藻类作为一种可靠、经济的生物燃料来源。这种生物燃料可以作为喷气式飞机和其他交通运输需要的替代燃料来源。
Joshua Yuan博士，农业生命研究科学家，德州农工大学农业与生命科学学院植物病理与微生物系合成生物和可再生产品教授兼主任，领导了这个研究项目。
该团队的发现发表在1月份的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。正在进行的研究由美国能源部化石能源办公室资助。这项工作也得到了约翰·胡德博士和萨利·胡德博士的捐赠，他们最近与Yuan会面，讨论了他的生物燃料研究项目。该捐赠由德州农工基金会管理。
项目团队还包括植物病理学和微生物学系的研究生Bin Long； 德州农工大学农业食品政策中心和德州农工大学农业经济系联合主任Bart Fischer博士；农业经济系博士 Henry Bryant；美国能源部国家可再生能源实验室的专职科学家Yining Zeng博士。
解决藻类作为生物燃料的局限性
“相对较低的产量和较高的收获成本阻碍了藻类生物燃料的商业化。”Yuan说，“藻类低产量是由于有限的透光和不良的栽培动态导致的。”
如果能克服这些挑战，藻类生物燃料就能够帮助减少碳排放，减缓气候变化，减轻石油依赖，并转变生物经济。
Yuan曾成功地找到了将玉米秸秆、草和豆科植物转化为可生物降解的轻质材料和生物塑料的方法。他的最新项目利用一项人工智能高级学习模型来预测藻类的光穿透、生长和最佳密度。该预测模型允许使用水培法连续收获合成藻类，以保持在最佳密度下的快速增长，以获得最佳的光照。
Yuan和他的团队在户外实验中成功实现了每天43.3克每平方米的生物质产量，这将是一项世界纪录。美国能源部的最新目标范围是每天每平方米25克。
“藻类可以作为许多行业的替代能源，包括生物燃料和航空燃料。”Yuan说，“对于这个行业来说，藻类是一种很好的替代燃料来源。它是生物乙醇精炼厂的替代原料，无需预处理。它比煤炭或天然气的成本更低。它还提供了一种更有效的碳捕获和利用方式。”
*德州农工大学农业生命研究所的科学家们正在利用人工智能生产藻类，作为一种可靠的、经济的生物燃料来源。这张图描述了基于机器学习的半连续藻类培养(SAC)和基于聚集的沉淀法(ABS)在生物燃料生产中的集成。Credit: Texas A&M AgriLife Research
作为一种可再生能源的藻类
藻类生物燃料被认为是可再生能源的最终解决方案之一，但它的商业化受到相互遮挡阳光和高收获成本造成的生长限制的阻碍。
Yuan说：“我们通过推进机器学习，为半连续海藻培养（SAC）的设计提供信息，以维持最佳的细胞生长，并尽量减少相互遮挡，从而克服这些问题。”
他们正在使用一种基于聚集的沉淀策略，旨在实现低成本的生物质收获和经济的SAC。
他说：“这种基于聚集的沉淀法是通过工程设计一种快速生长的蓝绿藻菌株，长球菌UTEX2973，生产柠檬烯，这可以增加蓝藻细胞表面的疏水性，并实现高效的细胞聚集和沉积。”
使藻类成为经济能源
通过室外池塘系统扩大SAC，生物质产量达到每天每平方米43.3克，使最低生物质售价降至每吨约281美元。相比之下，乙醇中生物质的标准低成本原料是玉米，目前约为每吨260美元。然而，Yuan的工艺并不需要进行昂贵的预处理——玉米在发酵前必须磨碎并煮熟。
“藻类作为一种可再生燃料来源在十年前就是一个热门话题。”费舍尔说，“因此，有很多人持怀疑态度，甚至包括我。然而，Yuan所做的工作是令人难以置信的创新。我们很高兴能成为这个项目的合作伙伴。从他们所获得的生产力水平来看，以及考虑到这种作物的低成本收获，都显示出了很好的前景。”
Yuan说，尽管有巨大的潜力，但藻类生物燃料的商业化一直受阻于日照限制、不良的栽培动态、相对低的产量，以及缺乏具有成本效益的工业收获方法。
他说：“现在的这项新技术被证明是成本低廉的，有助于推动藻类成为一种真正的替代能源。”
（独家编译：科幻世界）
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