Jak funguje algakultura

Řasy, zde zobrazené vznášející se na vrcholu rybníka, mohou vypadat skromně, ale mají potenciál pomoci změnit energetický průmysl - pokud jen najdeme účinné způsoby, jak je pěstovat. Hemera / Thinkstock

Kdy plevel není plevel? Jednoduchá odpověď zní: když je to mořská řasa. Dnes řasy - které mohou mít podobu vodní plevele nebo obyčejné jezírka - drží nesmírný slib, že nám dodají vše od krmení zvířat až po proudové palivo..

Algakultura je komerční pěstování řas. Řasy (singulární je "řasa", latina pro "mořské řasy", ale jen zřídka najdete jen jednu) jsou jednoduché zelené rostliny, které rostou ve vodě. Jejich zelená barva znamená, že produkují vlastní jídlo pomocí fotosyntézy, stejně jako tráva, stromy a kukuřice. Řasy mají dvě hlavní formy. Makrořasy jsou mořské řasy. Kelp roste v oceánu na více než 55 metrů ([metrů: Edwards]). Nori je odrůda, kterou najdete kolem vašich sushi. Mikrořasy jsou malé jednobuněčné rostliny, které se vznášejí ve vodě, každá viditelná pouze mikroskopem.

Algakultura není nic nového. Mořské řasy byly poprvé pěstovány v Japonsku nejméně před 1500 lety a produkce řas je zde stále velkým podnikem [zdroj: Guiry]. Dulse byl dlouho jeden na britských ostrovech a mikrořasy spirulina byly sklizeny Aztéky v 16. století v Mexiku. Kromě poskytování lidské výživy se mořské řasy používaly také jako hnojiva. Poskytují potravinářským zahušťovadlům karagenan a další želírující látky a stabilizátory, které se objevují ve všem, od polévky po zubní pastu. Celosvětová produkce řas je obchodem ve výši 6 miliard dolarů [zdroj: Organizace spojených národů pro výživu a zemědělství].

Dnes řasy přitahují nový zájem a znovu investují investice kvůli svému potenciálu poskytovat energii a bojovat proti environmentálním hrozbám. Část organické hmoty řas má podobu oleje, který lze vytlačit a přeměnit na bionaftu. Řasy porazily půdy rostlin ruce dolů v účinnosti, s níž produkují olej. Některé odrůdy řas dávají olej, který lze rafinovat na benzín a dokonce i tryskové palivo. Sacharidová část rostlin může být fermentována pro výrobu ethanolu.

Řasy mohou přeměnit odpadní oxid uhličitý, skleníkový plyn, který proudí z komínů, na použitelné produkty. Mohou pomoci vyčistit špinavou vodu a přeměnit znečišťující látky na biomasu. Mají další použití ve farmaceutických a kosmetických prostředcích.

Zdá se, že se všemi těmito možnostmi si tento „plevel“ zaslouží bližší pohled.

Obsah

1. Slib řas
2. Komerční pěstování řas
3. Sklizeň a zpracování řas
4. Mnoho použití pro řasy
5. Poznámka autora

Proč v posledních letech řasy vyvolaly vzrušení a přilákaly investice do výzkumu? Stejně jako všechny zelené rostliny obsahují řasy chloroplasty v jejich celách. Tyto drobné struktury jsou nabity chlorofylem, molekulou, která využívá světelnou energii ke sloučení uhlíku a vody do jednoduchého cukru. Buňky dále transformují některé z těchto cukrů na proteiny a lipidy nebo oleje.

Pokud však řasy dělají to samé jako kukuřice, pšenice a jabloně, proč je obtěžovat? Koneckonců, kukuřice na klasu, sladké rohlíky a jablečný koláč chutná lépe než mořské řasy pro většinu z nás. Zde jsou některé z věcí, které pro ně řasy mají:

• Produktivita: Řasy jsou velmi rychle rostoucí. Rostliny půdy trvat měsíce nebo roky dosáhnout zralosti. Řasy mohou dokončit celý svůj životní cyklus za jediný den. Některé řasy mohou zdvojnásobit svou biomasu za pouhou hodinu [zdroj: Jha].
• Účinnost: Pokud jde o přeměnu sluneční energie na biomasu, řasy jsou obchodem. Protože jsou podporovány a berou své živiny přímo z vody, nepotřebují žádné kořeny, stonky nebo květiny. Rostliny země využívají až 95 procent své energie k budování struktur, které potřebují pro podporu, krmení a chov [zdroj: Edwards].
• Koncentrace: Díky jejich účinnosti mohou být řasy pěstovány ve velmi koncentrovaném prostoru. Produkují až 100krát více oleje na akr než rostlinné rostliny [zdroj: Edwards].
• Všestrannost: Odhaduje se, že existuje více než 70 000 druhů řas, mnoho z nich dosud není klasifikováno [zdroj: Guiry]. Pěstitelé si mohou vybrat například ty, které vyhovují podmínkám a cílům, například výběr odrůd pro konkrétní teplotní rozmezí nebo slanost vody.
• Nesoutěžní: Řasy nekonkurují současným plodinám o půdu nebo sladkou vodu. Mohou být pěstovány v rybnících v místech, jako jsou pouště, které neudržují rostlinné rostliny. Některé odrůdy dávají přednost slané nebo znečištěné vodě.

Všechny tyto výhody, pěstované na řasách, usilovně pracovaly, aby přišly s účinnými a ekonomickými způsoby, jak pěstovat a sklízet rostliny. Nákladový faktor je v současné době velkou výzvou, kterou je třeba překonat, aby byly řasy komerčně životaschopné.

Veškerá algakultura vyžaduje tři základní prvky: vodu, světlo a živiny.

Voda je nejjednodušší. Nemusí to být pitná; různé druhy řas pěkně rostou ve sladké vodě, slané vodě a špinavé vodě. Slunce, protože je zdarma, je preferovaným světlem. Ale sluneční světlo dosahuje pouze 3 nebo 4 palce (7 až 10 centimetrů) do hmoty řas, takže pěstitelé musí řasy promíchat, aby vše vystavili světlu [zdroj: Chemeurope.com]. Hlavní živinou je oxid uhličitý, který může pocházet ze vzduchu nebo z jiného zdroje. Míchání nebo bublání rozpouští to do vody. Pěstitel musí dodávat další živiny, například dusík a stopové prvky, pokud již nejsou ve vodě.

Existují tři základní systémy pro pěstování řas, z nichž každý má své výhody a nevýhody:

1. Otevřený rybník: Nejjednodušší a nejlevnější způsob pěstování řas je ve velkých mělkých rybnících. Voda je často rozdělena do soustředných pruhů nebo oběžných drah, s lopatkovými koly, která pohybují směsí řas v kruhu. To pomáhá přinést řasy na povrch, kde jsou vystaveny světlu, a míchá živiny a oxid uhličitý do kapaliny. Metoda open-rybník produkuje méně biomasy řas než jiné metody. Ztrácí vodu odpařováním, takže se musí přidat více. A umožňuje kontaminaci dravci nebo nežádoucími řasami.
2. Uzavřený rybník: Tato metoda je podobná otevřenému rybníku, ale voda je pokryta skleníkem z plexiskla. To zvyšuje náklady, ale umožňuje větší kontrolu procesu. Snižuje odpařování a kontaminaci a prodlužuje vegetační období. Pěstitelé mohou pěstovat řasy po celý rok, pokud je prostor vyhříván.
3. Biofotoreaktor: Biofotoneaktor je zcela uzavřený systém a skládá se ze skleněných nebo akrylových trubic, kde jsou řasy vystaveny světlu. Čerpadla pohybují vodou, živinami a řasami přes zkumavky a akumulační nádrže. Některé reaktory řasy automaticky sklízejí, až budou připraveny. Tento přístup dává pěstitelům maximální kontrolu nad procesem a nejúčinnější způsob produkce biomasy řas. Je však také nejnákladnější nastavit a provozovat.

Všechny tyto systémy jsou určeny pro pěstování mikrořas, jednobuněčných odrůd, které se vznášejí ve vodě. Pěstitelé obvykle pěstují makrořasy na otevřeném moři. Voda již obsahuje živiny, které řasy potřebují, a poskytuje dobré podmínky pro růst. Tradiční metodou bylo jednoduše sklízet divoké mořské řasy, a to se stále děje v pobřežních oblastech po celém světě.

S rostoucí poptávkou začali pěstitelé pěstovat mořské řasy. U některých odrůd, jako je řasa, jsou spory připojeny k provazům, které jsou potom ukotveny v oceánu a mořské řasy mohou růst. Jiné druhy rostou z kousků mořských řas, které jsou připevněny k sítím nebo uloženy v bazénech.

Zemědělství je kolem 10 000 let [zdroj: Lienhard]. Algakultura je relativně nová. Vědci a inženýři aktivně studují nejlepší způsoby, jak účinně pěstovat řasy. Sklizeň rostlin je dalším předmětem intenzivního výzkumu.

Ovládání proměnných

Farmář řas musí ovládat dvě důležité proměnné, aby získal dobrou úrodu. Hladina pH vody je důležitá - řasy dávají přednost pH 7 až 9 - mírně zásadité. Teplota je také kritická. Řasy většinou rostou mezi 60 a 80 stupni Fahrenheita (16 až 27 stupňů Celsia) a různé druhy mají různé preference [zdroj: oilgae.com].

Pracovník naskládá koše sklizených řas na nábřeží. iStockphoto / Thinkstock

Sklizeň mikrořas znamená odstranění mikroskopických rostlin z vody, ve které rostou, a jejich koncentrování do pasty. Pěstitel musí poté odstranit vlhkost a zanechat hustou biomasu. Minutová velikost mikrořas představuje problém, pokud jde o sklizeň.

Jedna metoda je filtrace. Pěstitel může protékat vodu obsahující řasy celulózovou membránou, jejíž póry jsou menší než buňky řas. To může být obtížné, protože filtry se rychle naplní řasami a zanesou se. Vědci hledají lepší způsoby, jak účinně filtrovat řasy.

Flokulace, další metoda sklizně znamená, že se řasy shlukují dohromady. Přidání chemikálií nebo typů řas, které přirozeně shlukují, může způsobit, že mikrořasy vytvoří shluky, které se snáze shromažďují.

Další způsob, jak sklízet řasy, je flotace. Pěstitel zde používá stlačený vzduch k vytvoření pěny bublin a řas, které přinášejí drobné rostliny na povrch, kde je lze odstředit..

Odstředivka je další způsob sklizně. Roztočení nádoby naplněné vodou a řasami způsobí, že se řasy shromažďují na jednom konci.

Aby mohli plodiny co nejlépe sklízet, pěstitelé algakultury tyto metody někdy kombinují. Mohly by použít flokulaci k vytvoření shluků řas, pak je oddělit flotací nebo odstředivkou. Klíčem ke snížení nákladů na kultivaci je vymyslet skutečně efektivní způsob sklizně mikrořas.

Sklizeň makrořas zahrnuje různé problémy. Shromažďování divokých mořských řas je náročný proces. Některé druhy mořských řas pěstovaných v kontrolovaných podmínkách lze shromažďovat do sítí. Kelp zvednutý na lanech lze vytáhnout a zavěsit, aby uschl. Kelpské lesy v mělkých mořích mohou být sečeny stroji, které sundávají vrcholky podmořských lůžek.

Po sklizni musí být řasy vypuštěny z vody a usušeny. Odstředivka může vypouštět vodu, ale je relativně drahá. Některé systémy kombinují sklizeň a zpracování, šíří řasy na pásových filtrech, které nechávají vodu odtékat, a poté odstraňují více vody pomocí kapilárního média, které odebírá vodu z biomasy řas.

Dalším krokem je rozbití buněčných stěn řas, aby se extrahoval olej uvnitř. Řasy se protlačují šroubovým nebo pístovým lisem. Chemické látky, elektromagnetické pulzy nebo ultrazvuk mohou být také použity k rozkladu buněk. Po vypuštění oleje se zbývající biomasa stlačí do koláče, který se použije jako doplněk krmiva pro zvířata nebo jako hnojivo..

Řasy našly širokou škálu využití, nejzajímavější v energetickém poli.

Zvuk o řasách je, že je to ideální zdroj obnovitelné energie a mohl by být konečným ekologickým palivem. Výzkum vlády USA a společností jako Boeing, Chevron a Honeywell vyvíjí způsoby, jak z algakultury učinit ekonomicky životaschopný základ pro novou generaci energie [zdroj: Chemeurope.com]. Součástí přitažlivosti je řada paliv, na která mohou být řasy přeměněny.

• Bionafta je nejjednodušší způsob využití energetického potenciálu řas. Stejně jako každý rostlinný olej může být olej z řas chemicky přeměněn na bionaftu. Ve srovnání s rostlinami, jako jsou sójové boby nebo kukuřice, řasy spotřebovávají méně půdy a čerstvou vodu, rostou rychleji a mají vyšší koncentrace oleje.
• Rafinovaná dopravní paliva jsou další oblastí zaslíbenou řasám. Některé řasy produkují olej, který lze rafinovat do benzínu nebo dokonce tryskového paliva a bez sloučenin síry a dusíku v ropě. Výrobci jej mohou zpracovat ve stejných rafinériích jako ropné zásoby. V roce 2011 letěl z Houstonu do Chicaga první komerční tryskový let poháněný ropou z řas [zdroj: Fehrenbacher].
• Ethanol, který se běžně přidává do benzínu, lze vyrábět z řas i z rostlin. Kromě oleje jsou řasy tvořeny ze sacharidů a celulózových stěn. Tyto materiály mohou být fermentovány kvasinkami na ethanol nebo obilný alkohol.
• Metan, hlavní složka v zemním plynu, vzniká, když bakterie tráví řasy. Čisté a univerzální palivo, metan, lze použít k výrobě elektřiny nebo pohonných hmot. Představuje další možnost biopaliv pro řasy.

Řasy skutečně prospívají na znečištěné vodě, což znamená, že mohou být použity k čištění odpadních vod. Řasy přeměňují znečišťující látky z komunální, průmyslové nebo zemědělské odpadní vody na použitelné vedlejší produkty, jako je krmivo pro zvířata nebo biomasa pro přeměnu na energii. Řasy přirozeně hromadí těžké kovy pro odstranění nebo recyklaci.

Protože oxid uhličitý, skleníkový plyn, který přispívá ke změně klimatu, je oblíbeným jídlem řas, lze rostliny použít zachycování uhlíku. Převádějí plyn na organické sloučeniny uhlíku za mnohem rychlejší klip než pozemní rostliny. Jedna libra (453,6 gramů) řas spotřebuje 2 libry (907,2 gramů) oxidu uhličitého [zdroj: Edwards]. Nakrmte odpadní plyn z uhelné elektrárny do hmoty řas a doslova ji sníží. Odpadní plyn může být uložen pro trvalé odstranění z atmosféry, nebo může být přeměněn na palivo, aby se snížilo používání fosilních paliv.

Řasy nadále hrají roli lidského jídla a doplňků. Lidé jedí mořské řasy v salátech a sushi a berou doplňky vyrobené z mikrořas spiruliny. Řasy poskytují kompletní bílkoviny, omega-3 mastné kyseliny a vitamíny. Carageen se získává z červených mořských řas známých jako irský mech a používá se jako zahušťovadlo.

Řasy se také používají jako krmivo pro dobytek a pro mořská zvířata, jako jsou krevety a měkkýši. Biomasa zbývající po zpracování řas může být někdy použita jako organické hnojivo na zemědělská pole. Řasy nacházejí menší využití i v kosmetice a léčivech.

Výzkum pěstování, sklízení a zpracování řas postupuje na mnoha frontách. Vzhledem k jeho nesmírné hodnotě není pochyb o tom, že tento jednoduchý „plevel“ bude hrát v budoucnosti naší společnosti a ekonomiky rostoucí roli.

Zelená surová

Pokud se vám zdá, že je vaše auto na mořských řasách zvláštní, představte si to znovu. Surovina, kterou dnes přeměňujeme na benzín, vznikla po miliony let z květů řas, které se usadily na dně moře a byly pokryty sedimentem. Teplo a komprese transformovaly malé rostliny na ropu. Propagátoři paliva na bázi řas to označují jako „zelené surové“ [zdroj: Jha].

Než jsem tento článek prozkoumal, upřímně jsem nevěděl, že řasy a mořské řasy jsou různé formy stejné malé zelené rostliny. Jsem ohromen potenciálem řas v mnoha směrech: jídlo, energie, kontrola znečištění. Zdá se, že se pilotní projekty objevují všude, od experimentů s mořskými řasami v Long Island Sound přes úsilí o bionaftu v Západní Virginii až po projekt absorpce uhlíku v Oregonu. Mám dojem, že bychom mohli být velmi dobře na pokraji revoluce řas.

Související články

• Řasy
• Biopaliva z řas: Fakta nebo fikce
• Výhody Chlorelly
• Jak funguje řasová bionafta
• Jak lze řasy přeměnit na biopalivo?
• Kelp
• Mořská řasa

Prameny

• Chemeurope.com. "Algakultura." (24. srpna 2012) http://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Algaculture.html
• Edwards, Marku. "Drobná rostlina, která zachránila naši planetu," časopis o řasách Algae. 24. dubna 2010 (24. srpna 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/part-one-the-tiny-plant-that-saved-our-planet/
• Edwards, Marku. "Jaké jsou konkurenční výhody Algae?" Časopis řas. 26. května 2010 (24. srpna 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/what-are-algaes-competitive- nevýhody/
• Edwards, Marku. „Proč jsou řasy nejúčinnějším způsobem, jak zachytit sluneční energii pro výrobu potravin a energie?“, Algae Industry Magazine. 29. září 2010. (24. srpna 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/algae-101-part-13-why-is-algae-the-most-efficient-way-to-capture-solar -energie pro výrobu potravin a energie /
• Fehrenbacher, Katie. „Solazyme's jet jet power power United United,“ Gigaom, 7. listopadu 2011. (24. srpna 2012) http://gigaom.com/cleantech/solazymes-algae-jetfuel-powers-united-flight/
• Oddělení rybolovu a akvakultury, OSN. "Úvod do komerčních mořských řas." (24. srpna 2012) http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e04.htm
• Guiry, Michael D. "Kolik druhů řas je tam?" Journal of Phycology, June 2012. (24. srpna 2012) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1529-8817.2012.01222.x/abstract
• Guiry, Michael D. "Místo mořských řas: informace o mořských řasách: Úvod." (24. srpna 2012) http://www.seaweed.ie/aquaculture/introduction.php
• Jha, Alok. „Olej z řas“ slibuje palivo šetrné ke klimatu, “The Guardian, 31. července 2008 (24. srpna 2012) http://www.guardian.co.uk/environment/2008/jul/31/biofuels.travelandtransport
• Lienhard, John H. „Vymýšlet zemědělství,“ Motory naší vynalézavosti, č. 540. (24. srpna 2012) http://www.uh.edu/engines/epi540.htm
• Mehta, SK a Gaur, JP. "Použití řas pro odstranění iontů těžkých kovů z odpadních vod: Pokrok a vyhlídky." Kritické recenze v biotechnologii. Sv. 25, č. 3, str. 113-152. Červenec-září 2005. (3. září 2012) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16294830
• oilgae.com. "Pěstování řas." (24. srpna 2012) http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.htmlhttp://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.html