Cum funcționează Algacultura

Algele, prezentate aici plutind pe vârful unui iaz, pot părea umile, dar pot avea potențialul de a ajuta la schimbarea industriei energetice - doar dacă găsim modalități eficiente de a le cultiva. Hemera / Thinkstock

Când nu este o buruiană o buruiană? Răspunsul simplu este: când este alge marine. Astăzi, algele - care pot lua forma unei buruieni purtate de apă sau o bâlbâie obișnuită din iaz - deține o imensă promisiune că ne va furniza tot, de la hrana animalelor la combustibilul cu jet.

algocultură este cultivarea comercială a algelor. Algele (singularul este „alga”, latină pentru „alge marine”, dar rar veți găsi doar una) sunt plante verzi simple care cresc în apă. Culoarea lor verde înseamnă că își produc propria hrană folosind fotosinteza, la fel ca iarba, copacii și porumbul. Algele au două forme principale. macroalgele sunt alge marine Kelp crește la 55 de metri (55 de metri) lungime în ocean [sursa: Edwards]. Nori este soiul pe care îl vei găsi înfășurat în jurul sushi-ului tău. microalge sunt plante minuscule, unicelulare, care plutesc în apă, fiecare vizibilă doar printr-un microscop.

Algacultura nu este nimic nou. Algele de mare au fost cultivate pentru prima dată în Japonia cu cel puțin 1.500 de ani în urmă, iar producția de alge este încă o afacere mare acolo [sursa: Guiry]. Dulse a fost mâncată de mult în insulele britanice, iar spirulina cu microalge a fost recoltată de aztecii din Mexic din secolul al XVI-lea. Pe lângă furnizarea hranei umane, alge marine au fost folosite pentru îngrășăminte. Ele furnizează îngrășăminte alimentare carrageen și alți agenți de gelifiere și stabilizatori care apar în orice, de la supă la pasta de dinți. La nivel mondial, producția de alge este o afacere de 6 miliarde de dolari [sursa: Organizația Națiunilor Unite pentru Alimentație și Agricultură].

Astăzi, algele atrag noi interese și investiții de reîncărcare din cauza potențialului lor de a furniza energie și de a combate amenințările cu mediul. O parte din masa organică de alge are forma de ulei, care poate fi stoarsă și transformată în combustibil pentru biodiesel. Algele au bătut plantele terestre cu eficiență cu care produc ulei. Unele soiuri de alge produc un ulei care poate fi rafinat în benzină și chiar combustibil cu jet. Porțiunea de carbohidrați din plante poate fi fermentată pentru producția de etanol.

Algele pot converti dioxidul de carbon rezidual, un gaz cu efect de seră care se revarsă din fumători, în produse utilizabile. Ele pot ajuta la curățarea apei murdare, transformând poluanții în biomasă. Au utilizări suplimentare în produsele farmaceutice și cosmetice.

Cu tot acest potențial, această „buruiană” pare să merite cu siguranță o privire mai atentă.

cuprins

1. Promisiunea algelor
2. Cultivarea comercială a algelor
3. Recoltarea și prelucrarea algelor
4. Multe utilizări pentru alge
5. Nota autorului

De ce algele au generat entuziasm și au atras investiții în cercetare în ultimii ani? Ca toate plantele verzi, algele conțin cloroplaste în celulele lor. Aceste structuri minuscule sunt încărcate cu clorofilă, o moleculă care folosește energia lumină pentru a combina carbonul și apa într-un simplu zahăr. Celulele transformă în continuare unele dintre aceste zaharuri în proteine ​​și lipide sau ulei.

Dar dacă algele fac același lucru ca porumbul, grâul și mărul, de ce să vă deranjezi să le crești? La urma urmei, porumbul pe cob, rulourile dulci și plăcinta cu mere au un gust mai bun decât alge marine pentru majoritatea dintre noi. Iată câteva dintre lucrurile pe care le au algele pentru ele:

• Productivitate: Algele sunt foarte rapide. Plantele terestre durează luni sau ani pentru a ajunge la maturitate. Algele își pot completa întregul ciclu de viață într-o singură zi. Unele alge își pot dubla biomasa în doar o oră [sursa: Jha].
• Eficienţă: Când vine vorba de transformarea energiei solare în biomasă, algele sunt toate afacerile. Deoarece sunt susținuți și își iau nutrienții direct din apă, nu au nevoie de rădăcini, tulpini sau flori. Plantele terestre folosesc aproape 95% din energia lor construind structurile de care au nevoie pentru sprijin, hrănire și reproducere [sursa: Edwards].
• Concentraţie: Datorită eficienței lor, algele pot fi cultivate într-un spațiu foarte concentrat. Produc până la 100 de ori mai mult petrol pe acre decât plantele terestre [sursa: Edwards].
• versatilitate: Se estimează că există mai mult de 70.000 de specii de alge, multe dintre ele încă neclasificate [sursa: Guiry]. Cultivatorii pot alege cele potrivite condițiilor și obiectivelor, selectând soiurile pentru un anumit interval de temperatură sau salinitatea apei, de exemplu.
• Non-concurență: Algele nu concurează cu culturile actuale pentru pământ sau apă dulce. Pot fi cultivate în bălți în locații, cum ar fi deșerturile, care nu susțin plantele terestre. Unele soiuri preferă apa sărată sau poluată.

Atrași de toate aceste avantaje, cultivatorii de alge au lucrat cu sârguință pentru a găsi modalități eficiente și economice de a crește și de a recolta plantele. Factorul de cost este în prezent marea provocare care trebuie depășită pentru a face viabilă comercializarea algelor.

Toată algacultura necesită trei elemente de bază: apă, lumină și nutrienți.

Apa este cea mai ușoară. Nu trebuie să fie potabil; diferite tipuri de alge cresc frumos în apă dulce, apă sărată și apă murdară. Lumina soarelui, pentru că este gratuită, este lumina preferată. Dar lumina soarelui ajunge la doar 3 sau 4 inci (7 până la 10 centimetri) într-o masă de alge, astfel încât cultivatorii trebuie să agite algele pentru a expune toate acestea la lumină [sursa: Chemeurope.com]. Principalul nutrient este dioxidul de carbon, care poate proveni din aer sau altă sursă. Agitația sau balotarea o dizolvă în apă. Cultivatorul trebuie să furnizeze alți nutrienți, cum ar fi azotul și oligoelementele, dacă nu sunt deja în apă.

Există trei sisteme de bază pentru cultivarea algelor, fiecare cu avantajele și dezavantajele sale:

1. Iaz deschis: Cel mai simplu și ieftin mod de a cultiva algele este în bălți mari și puțin adânci. Apa este deseori împărțită în benzi concentrice sau pe trasee, cu rotile de paletă pentru a muta amestecul de alge într-un cerc. Acest lucru ajută la aducerea algelor la suprafață, unde sunt expuse la lumină și amestecă nutrienți și dioxid de carbon în lichid. Metoda open-pond produce mai puțină biomasă de alge decât alte metode. Pierde apa la evaporare, deci trebuie adăugate mai multe. Și permite contaminarea de către prădători sau alge nedorite.
2. Iaz închis: Această metodă este similară cu o baltă deschisă, dar apa este acoperită de o seră Plexiglas. Acest lucru crește costurile, dar permite un control mai mare al procesului. Reduce evaporarea și contaminarea și extinde sezonul de creștere. Cultivatorii pot ridica algele pe tot parcursul anului dacă spațiul este încălzit.
3. Biophotoreactor: Un sistem complet închis, biofotorectorul este format din sticlă sau tuburi acrilice în care algele sunt expuse la lumină. Pompele mută apa, nutrienții și algele prin tuburile și rezervoarele de depozitare. Unele reactoare recoltează automat algele când sunt gata. Această abordare oferă cultivatorilor cel mai mare control asupra procesului și cel mai eficient mod de a produce biomasă de alge. Dar este, de asemenea, cel mai costisitor să configurați și să operați.

Toate aceste sisteme sunt proiectate pentru cultivarea microalgei, soiurile unicelulare care plutesc în apă. Cultivatorii cultivă de obicei macroalge în largul mării. Apa conține deja substanțele nutritive de care algele au nevoie și oferă condiții bune de creștere. Metoda tradițională a fost pur și simplu recoltarea algelor sălbatice, iar acest lucru se face în continuare în zonele de coastă din întreaga lume.

Odată cu creșterea cererii, cultivatorii au început să cultive alge marine. Pentru unele soiuri, cum ar fi algele, sporii sunt atașați la funii care sunt apoi ancorate în ocean și algei este lăsată să crească. Alte tipuri cresc din bucăți de alge marine care sunt fixate pe plase sau depuse în bazine.

Agricultura este de aproximativ 10.000 de ani [sursa: Lienhard]. Algacultura este relativ nouă. Oamenii de știință și inginerii studiază în mod activ cele mai bune metode de creștere eficientă a algelor. Recoltarea plantelor este un alt subiect de cercetare intensă.

Controlul variabilelor

Agricultorul de alge trebuie să controleze două variabile importante pentru a obține o recoltă bună. Nivelul de pH al apei este important - algele preferă un pH de 7 până la 9 - ușor alcalin. Temperatura este, de asemenea, critică. Algele cresc în cea mai mare parte între 60 și 80 de grade Fahrenheit (16 până la 27 de grade Celsius) și diferite specii au preferințe diferite [sursa: oilgae.com].

Un muncitor stochează coșuri de alge recoltate pe malul apei. iStockphoto / Thinkstock

Recoltarea microalgei înseamnă eliminarea plantelor microscopice din apa în care cresc și concentrarea lor într-o pastă. Cultivatorul trebuie apoi să îndepărteze umiditatea, lăsând o biomasă densă. Dimensiunile minime de microalge prezintă o problemă când vine vorba de recoltare.

O metodă este filtrare. Cultivatorul poate rula apa care conține algele printr-o membrană de celuloză ai cărei pori sunt mai mici decât celulele algelor. Acest lucru poate fi dificil, deoarece filtrele se completează rapid cu alge și se înfundă. Cercetătorii caută modalități mai bune de a filtra eficient algele.

floculare, o altă metodă de recoltare înseamnă adunarea algelor. Adăugarea de substanțe chimice sau tipuri de alge care se aglomerează în mod natural poate determina microalge să formeze aglomerații care devin mai ușor de adunat.

Un alt mod de a recolta algele este prin flotație. Aici, cultivatorul folosește aerul comprimat pentru a crea o mulțime de bule și alge care aduce plantele minuscule la suprafață unde pot fi degresate.

O centrifugă este încă o metodă de recoltare. Învârtirea unui recipient umplut cu apă și alge determină colectarea algelor într-un capăt.

Pentru a-și recolta cele mai eficient culturile, cultivatorii de algacultură combină uneori aceste metode. Aceștia ar putea folosi floculația pentru a forma ciorchine de alge, apoi le pot separa cu flotare sau cu o centrifugă. A veni cu un mod cu adevărat eficient de recoltare a microalgei este o cheie pentru reducerea costurilor de cultivare.

Recoltarea macroalge implică diferite probleme. Adunarea algelor sălbatice este un proces intensiv în forță de muncă. Unele tipuri de alge crescute în condiții controlate pot fi adunate în plase. Kelp ridicat pe frânghii poate fi scos și agățat pentru a se usca. Pădurile Kelp din mările de mică adâncime pot fi cosite cu ajutorul unor mașini, care decolează vârfurile albiei subterane.

Odată recoltat, algele trebuie scurse de apă și uscate. O centrifugă poate răsuci apa, dar este relativ scumpă. Unele sisteme combină recoltarea și prelucrarea, răspândind algele pe filtrele de centură care lasă apa să se scurgă, apoi îndepărtează mai multă apă folosind un mediu capilar care atrage apa din biomasa algelor.

Următorul pas este să descompunem pereții celulari ai algelor pentru a extrage uleiul din interior. Algele sunt puse printr-o presă cu șurub sau piston. Produse chimice, impulsuri electromagnetice sau ultrasunete pot fi de asemenea utilizate pentru a descompune celulele. Atunci când uleiul a fost evacuat, biomasa rămasă este comprimată într-o prăjitură pentru a fi folosită ca supliment pentru hrana animalelor sau ca îngrășământ.

Algele au găsit o gamă largă de utilizări, cele mai interesante din domeniul energetic.

Zgomotul legat de alge este că este o sursă ideală de energie regenerabilă și ar putea fi combustibilul verde final. Cercetările guvernului american și companii precum Boeing, Chevron și Honeywell dezvoltă modalități de a face din algacultura un fundament viabil din punct de vedere economic pentru o nouă generație de energie [sursa: Chemeurope.com]. O parte a atracției este gama de combustibili în care se pot transforma algele.

• Biodieselul este cea mai simplă modalitate de a atinge potențialul energetic al algelor. Ca orice ulei vegetal, uleiul din alge poate fi transformat chimic în biodiesel. Comparativ cu plantele terestre precum soia sau porumbul, algele folosesc mai puțină pământ și apă dulce, cresc mai repede și au concentrații mai mari de ulei.
• Combustibili rafinati pentru transport sunt un alt domeniu de promisiune pentru alge. Unele alge produc ulei care poate fi rafinat în benzină sau chiar combustibil cu jet și fără compuși de sulf și azot din petrol. Producătorii o pot prelucra în aceleași rafinării ca stocurile pe bază de petrol. În 2011, primul zbor comercial cu motor alimentat cu ulei de algă a zburat de la Houston la Chicago [sursa: Fehrenbacher].
• etanol, care se adaugă în mod obișnuit la benzină, poate fi produs din alge, precum și din plante terestre. Pe lângă ulei, algele sunt formate din carbohidrați și pereți de celuloză. Aceste materiale pot fi fermentate prin drojdie în etanol sau alcool din cereale.
• Metan, ingredientul principal în gazele naturale, este produs atunci când bacteriile digeră algele. Un combustibil curat și versatil, metan poate fi utilizat pentru producerea de electricitate sau vehicule electrice. Reprezintă o altă opțiune pentru biocombustibili pentru alge.

Algele prospera de fapt cu apa poluata, ceea ce inseamna ca pot fi folosite pentru tratarea apelor uzate. Algele transformă poluanții din apele uzate municipale, industriale sau agricole în subproduse utilizabile precum hrana animalelor sau biomasă pentru conversia în energie. Algele acumulează în mod natural metale grele pentru îndepărtare sau reciclare.

Deoarece dioxidul de carbon, gazul cu efect de seră care contribuie la schimbările climatice, este alimentul preferat al algelor, plantele pot fi utilizate pentru captarea de carbon. Acestea transformă gazul în compuși organici de carbon într-o clipă mult mai rapidă decât plantele terestre. O kilogramă (453,6 grame) de algă consumă 2 kilograme (907,2 grame) de dioxid de carbon [sursa: Edwards]. Introduceți gazele reziduale ale unei centrale de ardere a cărbunelui într-o masă de alge și, literalmente, o consumă. Gazele reziduale pot fi stocate pentru eliminare permanentă din atmosferă sau transformate în combustibil pentru a reduce utilizarea combustibililor fosili.

Algele continuă să joace un rol ca alimente și suplimente umane. Oamenii mănâncă alge marine în salate și sushi și iau suplimente făcute din spirulina cu microalge. Algele furnizează proteine ​​complete, acizi grași omega-3 și vitamine. Carageenul este extras din alge roșii cunoscute sub numele de muschi irlandez și folosit ca îngroșător.

Algele sunt, de asemenea, folosite ca hrană pentru bovine și pentru animale marine, cum ar fi creveții și crustaceii. Biomasa rămasă după prelucrarea algelor poate fi uneori aplicată ca îngrășământ organic pe câmpurile agricole. Algele găsesc utilizări minore și în produse cosmetice și farmaceutice.

Cercetările privind creșterea, recoltarea și procesarea algelor avansează pe mai multe fronturi. Având în vedere imensa sa valoare, nu există nicio îndoială că această simplă „buruiană” va juca un rol tot mai mare în viitorul societății noastre și al economiei noastre.

Verde crud

Dacă vi se pare ciudat să vă imaginați mașina rulând pe alge marine, gândiți-vă din nou. Materia primă pe care o transformăm în benzină astăzi s-a format pe parcursul a milioane de ani din flori de alge care s-au instalat în fundul mării și au fost acoperite cu sedimente. Căldura și compresia au transformat plantele minuscule în petrol brut. Promotorii combustibilului pe bază de alge se referă la acesta drept „crud verde” [sursa: Jha].

Înainte de a cerceta acest articol, sincer nu știam că algele și algele erau diferite forme ale aceleiași mici plante verzi. Sunt uimit de potențialul algelor în atâtea direcții: alimente, energie, controlul poluării. Proiectele-pilot par să apară peste tot, de la experimente cu alge marine în Long Island Sound la eforturi de biodiesel în Virginia de Vest, până la un proiect de absorbție a carbonului în Oregon. Am impresia că putem fi foarte bine în pragul unei revoluții de alge.

Articole similare

• Alge
• Biocombustibili de alge: fapt sau ficțiune
• Beneficiile Chlorella
• Cum funcționează algele Biodiesel
• Cum se pot transforma algele în biocombustibil?
• Varec
• Alge

surse

• Chemeurope.com. „Algocultură.“ (24 august 2012) http://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Algaculture.html
• Edwards, Mark. „Minusculă plantă care ne-a salvat planeta”, revista Algae Industry. 24 aprilie 2010. (24 august 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/part-one-the-tiny-plant-that-saved-our-planet/
• Edwards, Mark. "Care sunt avantajele competitive pentru alge?" Revista industriei algelor. 26 mai 2010. (24 august 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/what-are-algaes-competitive-avantages/
• Edwards, Mark. „De ce este algele cel mai eficient mod de a capta energia solară pentru producerea de alimente și energie?”, Algae Industry Magazine. 29 septembrie 2010. (24 august 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/algae101-part-13-why-is-algae-the-most-efficient-way-to-capture-solar -Caracteristică-pentru-food-și-energie-producție /
• Fehrenbacher, Katie. „Puterea combustibilului cu jet de alge Solazyme zborul Unit”, Gigaom, 7 noiembrie 2011. (24 august 2012) http://gigaom.com/cleantech/solazymes-algae-jetfuel-powers-united-flight/
• Departamentul pentru pescuit și acvacultură, Organizația Națiunilor Unite. „Introducere în alge marine comerciale”. (24 august 2012) http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e04.htm
• Guiry, Michael D. "Câte specii de alge există?" Journal of Phycology, iunie 2012. (24 august 2012) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1529-8817.2012.01222.x/abstract
• Guiry, Michael D. "Site-ul algelor: informații despre algele marine: introducere." (24 august 2012) http://www.seaweed.ie/aquaculture/introduction.php
• Jha, Alok. "'Petrolul din alge' promite combustibil ecologic", The Guardian, 31 iulie 2008. (24 august 2012) http://www.guardian.co.uk/environment/2008/jul/31/biofuels.travelandtransport
• Lienhard, John H. „Inventarea agriculturii”, Motoarele Ingenuității noastre, nr. 540. (24 august 2012) http://www.uh.edu/engines/epi540.htm
• Mehta, SK și Gaur, JP. „Utilizarea algelor pentru îndepărtarea ionilor de metale grele din apele uzate: progres și perspective”. Recenzii critice în biotehnologie. Voi. 25, nr. 3. p. 113-152. Iulie-septembrie 2005. (3 septembrie 2012) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16294830
• oilgae.com. „Cultivarea algelor”. (24 august 2012) http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.htmlhttp://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.html