Hoe Algacultuur werkt

  • Vlad Krasen
  • 0
  • 2836
  • 514
Algen, die hier op de top van een vijver drijven, zien er misschien bescheiden uit, maar hebben het potentieel om de energie-industrie te helpen veranderen - als we maar efficiënte manieren vinden om ze te cultiveren. Hemera / Thinkstock

Wanneer is een wiet geen wiet? Het simpele antwoord is: als het zeewier is. Tegenwoordig houden algen - die de vorm kunnen aannemen van door het water overgebrachte onkruid of gewoon vijverresten - een enorme belofte in om ons van alles te voorzien, van diervoeder tot vliegtuigbrandstof..

Algacultuur is de commerciële teelt van algen. Algen (het enkelvoud is 'alg', Latijn voor 'zeewier', maar je zult er zelden één vinden) zijn eenvoudige groene planten die in water groeien. Door hun groene kleur produceren ze hun eigen voedsel door middel van fotosynthese, net als gras, bomen en maïs. Algen zijn er in twee hoofdvormen. Macroalgen zijn zeewieren. Kelp wordt meer dan 55 meter lang in de oceaan [bron: Edwards]. Nori is de variëteit die je om je sushi gewikkeld vindt. Microalgen zijn kleine eencellige plantjes die in het water drijven en allemaal alleen door een microscoop zichtbaar zijn.

Algacultuur is niets nieuws. Zeewier werd minstens 1.500 jaar geleden voor het eerst gekweekt in Japan en de algenproductie is daar nog steeds een grote onderneming [bron: Guiry]. Dulse wordt al lang gegeten op de Britse eilanden en de microalgen spirulina werden geoogst door de Azteken van het 16e-eeuwse Mexico. Zeewier levert niet alleen menselijke voeding, maar wordt ook gebruikt als meststof. Ze leveren het voedselverdikkingsmiddel carrageen en andere geleermiddelen en stabilisatoren die in alles voorkomen, van soep tot tandpasta. Wereldwijd is algenproductie een bedrijf van $ 6 miljard [bron: Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties].

Tegenwoordig krijgen algen nieuwe belangstelling en zoeken ze opnieuw investeringen op vanwege hun potentieel om energie te leveren en bedreigingen voor het milieu te bestrijden. Een deel van de organische massa van algen neemt de vorm aan van olie, die kan worden uitgeperst en omgezet in biodiesel. Algen verslaan landplanten zonder meer in de efficiëntie waarmee ze olie produceren. Sommige soorten algen leveren een olie op die kan worden verfijnd tot benzine en zelfs vliegtuigbrandstof. Het koolhydraatgedeelte van de planten kan worden gefermenteerd voor ethanolproductie.

Algen kunnen afval kooldioxide, een broeikasgas dat uit schoorstenen stroomt, omzetten in bruikbare producten. Ze kunnen helpen om vuil water schoon te maken en verontreinigende stoffen om te zetten in biomassa. Ze hebben extra toepassingen in farmaceutische producten en cosmetica.

Met al dit potentieel lijkt deze "wiet" zeker een nadere beschouwing te verdienen.

Inhoud
  1. De belofte van algen
  2. Commerciële teelt van algen
  3. Algen oogsten en verwerken
  4. De vele toepassingen voor algen
  5. Opmerking van de auteur

Waarom hebben algen de afgelopen jaren voor opwinding gezorgd en onderzoeksinvesteringen aangetrokken? Zoals alle groene planten bevatten algen chloroplasten in hun cellen. Deze kleine structuren zijn geladen met chlorofyl, een molecuul dat lichtenergie gebruikt om koolstof en water te combineren tot een eenvoudige suiker. De cellen zetten sommige van deze suikers verder om in eiwitten en lipiden of olie.

Maar als algen hetzelfde doen als maïs, tarwe en appelbomen, waarom zou je ze dan kweken? Maïskolven, zoete broodjes en appeltaart smaken immers voor de meesten van ons beter dan zeewier. Hier zijn enkele dingen die algen met hen te maken hebben:

  • Productiviteit: Algen groeien supersnel. Landplanten hebben maanden of jaren nodig om volwassen te worden. Algen kunnen hun hele levenscyclus in één dag voltooien. Sommige algen kunnen hun biomassa in slechts een uur tijd verdubbelen [bron: Jha].
  • Efficiëntie: Als het gaat om het omzetten van zonne-energie in biomassa, zijn algen allemaal zaken. Omdat ze worden ondersteund door en hun voedingsstoffen rechtstreeks uit water halen, hebben ze geen wortels, stengels of bloemen nodig. Landplanten gebruiken maar liefst 95 procent van hun energie om de structuren te bouwen die ze nodig hebben voor ondersteuning, voeding en voortplanting [bron: Edwards].
  • Concentratie: Door hun efficiëntie kunnen algen in een zeer geconcentreerde ruimte worden gekweekt. Ze produceren tot 100 keer meer olie per hectare dan landplanten [bron: Edwards].
  • Veelzijdigheid: Er wordt geschat dat er meer dan 70.000 soorten algen zijn, waarvan vele nog niet geclassificeerd zijn [bron: Guiry]. Telers kunnen soorten kiezen die geschikt zijn voor de omstandigheden en doelen, bijvoorbeeld rassen voor een specifiek temperatuurbereik of waterzoutgehalte.
  • Non-concurrentie: Algen concurreren niet met de huidige gewassen voor land of zoet water. Ze kunnen worden gekweekt in vijvers op locaties, zoals woestijnen, die geen landplanten ondersteunen. Sommige soorten geven de voorkeur aan zout of vervuild water.

Aangetrokken door al deze voordelen, hebben algenkwekers ijverig gewerkt om efficiënte en economische manieren te bedenken om de planten te kweken en te oogsten. De kostenfactor is momenteel de grote uitdaging die moet worden overwonnen om algen commercieel levensvatbaar te maken.

Alle algacultuur vereist drie basisprincipes: water, licht en voedingsstoffen.

Water is het gemakkelijkst. Het hoeft niet drinkbaar te zijn; verschillende soorten algen groeien mooi in zoet water, zout water en vuil water. Zonlicht, omdat het gratis is, heeft de voorkeur. Maar zonlicht bereikt slechts 3 of 4 inch (7 tot 10 centimeter) in een massa algen, dus telers moeten de algen in beweging brengen om alles aan het licht bloot te stellen [bron: Chemeurope.com]. De belangrijkste voedingsstof is kooldioxide, dat uit de lucht of een andere bron kan komen. Agitatie of borrelen lost het op in het water. De teler moet andere voedingsstoffen aanvoeren, zoals stikstof en sporenelementen, als deze niet al in het water zitten.

Er zijn drie basissystemen voor het kweken van algen, elk met zijn voor- en nadelen:

  1. Open vijver: De eenvoudigste en goedkoopste manier om algen te kweken, is in grote, ondiepe vijvers. Het water is vaak verdeeld in concentrische banen of loopbanen, met peddelwielen om het algenmengsel in een cirkel te verplaatsen. Dit helpt algen naar de oppervlakte te brengen, waar ze worden blootgesteld aan licht, en vermengt voedingsstoffen en kooldioxide in de vloeistof. De open-vijver-methode levert minder algenbiomassa op dan andere methoden. Het verliest water door verdamping, dus er moet meer worden toegevoegd. En het zorgt voor besmetting door roofdieren of ongewenste algen.
  2. Gesloten vijver: Deze methode is vergelijkbaar met een open vijver, maar het water is bedekt met een plexiglas kas. Dit verhoogt de kosten, maar geeft meer controle over het proces. Het vermindert verdamping en vervuiling en verlengt het groeiseizoen. Telers kunnen het hele jaar door algen kweken als de ruimte wordt verwarmd.
  3. Biofotoreactor: Een volledig gesloten systeem, de biofotoreactor bestaat uit glazen of acrylbuizen waar de algen aan licht worden blootgesteld. Pompen verplaatsen het water, de voedingsstoffen en de algen door de buizen en opslagtanks. Sommige reactoren oogsten automatisch de algen als ze klaar zijn. Deze aanpak geeft telers de meeste controle over het proces en de meest efficiënte manier om algenbiomassa te produceren. Maar het is ook het duurst om op te zetten en te gebruiken.

Al deze systemen zijn ontworpen voor het kweken van microalgen, de eencellige variëteiten die in water drijven. Telers telen macroalgen meestal in open zee. Het water bevat al de voedingsstoffen die de algen nodig hebben en zorgt voor goede groeiomstandigheden. De traditionele methode was simpelweg het oogsten van wild zeewier, en dit wordt nog steeds gedaan in kustgebieden over de hele wereld.

Met de toegenomen vraag begonnen telers zeewier te telen. Bij sommige soorten, zoals kelp, worden sporen vastgemaakt aan touwen die vervolgens in de oceaan worden verankerd en mag het zeewier groeien. Andere soorten groeien uit stukjes zeewier die aan netten zijn bevestigd of in poelen worden gedeponeerd.

Landbouw bestaat al 10.000 jaar [bron: Lienhard]. Algacultuur is relatief nieuw. Wetenschappers en ingenieurs bestuderen actief de beste manieren om efficiënt algen te kweken. Het oogsten van planten is een ander onderwerp van intensief onderzoek.

Controle van de variabelen

De algenkweker moet twee belangrijke variabelen beheersen om een ​​goed gewas te krijgen. De pH-waarde van het water is belangrijk - algen geven de voorkeur aan een pH van 7 tot 9 - licht alkalisch. De temperatuur is ook kritiek. Algen groeien meestal tussen 60 en 80 graden Fahrenheit (16 tot 27 graden Celsius) en verschillende soorten hebben verschillende voorkeuren [bron: oilgae.com].

Een arbeider stapelt manden met geoogste algen aan de waterkant. iStockphoto / Thinkstock

Het oogsten van microalgen betekent het verwijderen van de microscopisch kleine plantjes uit het water waarin ze groeien en het concentreren tot een pasta. De teler moet dan het vocht verwijderen, waardoor een dichte biomassa achterblijft. De minuscule grootte van microalgen vormt een probleem als het gaat om oogsten.

Een methode is filtratie. De teler kan het water met de algen door een cellulosemembraan laten lopen waarvan de poriën kleiner zijn dan de algencellen. Dit kan moeilijk zijn omdat filters snel vollopen met algen en verstopt raken. Onderzoekers zoeken naar betere manieren om algen efficiënt te filteren.

Uitvlokking, een andere manier van oogsten is om de algen samen te laten klonteren. Door chemicaliën of soorten algen toe te voegen die van nature klonteren, kunnen microalgen klonten vormen die gemakkelijker te verzamelen zijn.

Een andere manier om algen te oogsten is door flotatie. Hier gebruikt de teler perslucht om een ​​schuim van bellen en algen te creëren dat de kleine plantjes naar de oppervlakte brengt waar ze kunnen worden afgeschuimd..

Een centrifuge is nog een andere oogstmethode. Door een bak met water en algen te laten draaien, verzamelen de algen zich aan één uiteinde.

Om hun gewassen zo effectief mogelijk te oogsten, combineren algacultuurtelers deze methoden soms. Ze kunnen flocculatie gebruiken om algenklonters te vormen en ze vervolgens scheiden met flotatie of een centrifuge. Een echt efficiënte manier bedenken om microalgen te oogsten, is een sleutel tot het verlagen van de kweekkosten.

Het oogsten van macroalgen brengt verschillende problemen met zich mee. Het verzamelen van wild zeewier is een arbeidsintensief proces. Sommige soorten zeewier die onder gecontroleerde omstandigheden worden gekweekt, kunnen in netten worden verzameld. Kelp die aan touwen is grootgebracht, kan worden uitgetrokken en te drogen worden gehangen. Kelpbossen in ondiepe zeeën kunnen door machines worden gemaaid, waarbij de toppen van onderzeese kelpbedden worden verwijderd.

Eenmaal geoogst, moeten algen worden afgetapt en gedroogd. Een centrifuge kan water eruit spinnen, maar is relatief duur. Sommige systemen combineren oogst en verwerking, waarbij de algen worden verspreid over bandfilters die het water doorlaten en vervolgens meer water verwijderen met behulp van een capillair medium dat water uit de biomassa van algen haalt..

De volgende stap is het afbreken van de celwanden van de algen om de olie eruit te halen. De algen worden door een schroef- of zuigerpers gehaald. Chemicaliën, elektromagnetische pulsen of ultrageluid kunnen ook worden gebruikt om de cellen af ​​te breken. Wanneer de olie is afgetapt, wordt de resterende biomassa samengeperst tot een koek om te gebruiken als aanvulling op diervoeder of als meststof.

Algen hebben een breed scala aan toepassingen gevonden, de meest opwindende op energiegebied.

Het geroezemoes over algen is dat het een ideale bron van hernieuwbare energie is en de ultieme groene brandstof zou kunnen zijn. Onderzoek door de Amerikaanse overheid en bedrijven als Boeing, Chevron en Honeywell ontwikkelen manieren om van algacultuur een economisch levensvatbare basis te maken voor een nieuwe generatie energie [bron: Chemeurope.com]. Onderdeel van de attractie is het aanbod aan brandstoffen waarin algen kunnen worden omgezet.

  • Biodiesel is de eenvoudigste manier om het energiepotentieel van algen aan te boren. Zoals elke plantaardige olie kan olie uit algen chemisch worden omgezet in biodiesel. In vergelijking met landplanten zoals sojabonen of maïs, gebruiken algen minder land en zoet water, groeien ze sneller en hebben ze hogere concentraties olie.
  • Verfijnde transportbrandstoffen zijn een ander veelbelovend gebied voor algen. Sommige algen produceren olie die kan worden geraffineerd tot benzine of zelfs vliegtuigbrandstof, en zonder de zwavel- en stikstofverbindingen in aardolie. Fabrikanten kunnen het in dezelfde raffinaderijen verwerken als op aardolie gebaseerde voorraad. In 2011 vloog de eerste commerciële straalvlucht aangedreven door algenolie van Houston naar Chicago [bron: Fehrenbacher].
  • Ethanol, dat gewoonlijk aan benzine wordt toegevoegd, kan zowel uit algen als uit landplanten worden geproduceerd. Naast olie bestaan ​​algen uit koolhydraten en cellulosewanden. Deze materialen kunnen door gist worden gefermenteerd tot ethanol of graanalcohol.
  • Methaan, het belangrijkste ingrediënt in aardgas, wordt geproduceerd wanneer bacteriën algen verteren. Methaan is een schone en veelzijdige brandstof en kan worden gebruikt om elektriciteit of motorvoertuigen te produceren. Het vertegenwoordigt een andere biobrandstofoptie voor algen.

Algen gedijen juist op vervuild water, waardoor ze kunnen worden gebruikt voor afvalwaterzuivering. Algen zetten verontreinigende stoffen uit gemeentelijk, industrieel of landbouwafvalwater om in bruikbare bijproducten zoals diervoeder of biomassa voor omzetting in energie. Algen verzamelen van nature zware metalen voor verwijdering of recycling.

Omdat kooldioxide, het broeikasgas dat bijdraagt ​​aan klimaatverandering, het favoriete voedsel van algen is, kunnen de planten worden gebruikt Koolstofopname. Ze zetten het gas veel sneller om in organische koolstofverbindingen dan landplanten. Een pond (453,6 gram) algen verbruikt 2 pond (907,2 gram) kooldioxide [bron: Edwards]. Voer het afvalgas van een kolencentrale in een massa algen en ze eten het letterlijk op. Afvalgas kan worden opgeslagen om permanent uit de atmosfeer te worden verwijderd, of worden omgezet in brandstof om het gebruik van fossiele brandstoffen te verminderen.

Algen blijven een rol spelen als menselijke voeding en supplementen. Mensen eten zeewier in salades en sushi en nemen supplementen gemaakt van de microalgen spirulina. Algen leveren complete eiwitten, omega-3-vetzuren en vitamines. Carageen wordt gewonnen uit rood zeewier dat bekend staat als Iers mos en wordt gebruikt als verdikkingsmiddel.

Algen worden ook gebruikt als voer voor vee en voor zeedieren zoals garnalen en schaaldieren. De biomassa die overblijft nadat algen zijn verwerkt, kan soms worden gebruikt als organische meststof op akkers. Algen vinden ook kleine toepassingen in cosmetica en farmaceutische producten.

Onderzoek naar het kweken, oogsten en verwerken van algen vordert op veel fronten. Gezien zijn enorme waarde, lijdt het geen twijfel dat deze simpele "wiet" een steeds grotere rol zal spelen in de toekomst van onze samenleving en economie..

Groene ruwe olie

Als het vreemd lijkt om je voor te stellen dat je auto op zeewier rijdt, denk dan nog eens goed na. De grondstof die we tegenwoordig in benzine omzetten, werd gedurende miljoenen jaren gevormd uit algenbloei die zich op de zeebodem nestelde en bedekt was met sediment. Door warmte en compressie veranderden de kleine plantjes in ruwe olie. Promotors van op algen gebaseerde brandstof noemen het "groene ruwe olie" [bron: Jha].

Voordat ik dit artikel onderzocht, wist ik eerlijk gezegd niet dat algen en zeewier verschillende vormen waren van dezelfde kleine groene plant. Ik sta versteld van het potentieel van algen in zoveel richtingen: voedsel, energie, beheersing van vervuiling. Pilootprojecten lijken overal op te duiken, van zeewierexperimenten in Long Island Sound tot biodieselinspanningen in West Virginia tot een koolstofabsorptieproject in Oregon. Ik heb de indruk gekregen dat we misschien wel aan de vooravond van een algenrevolutie staan.

gerelateerde artikelen

  • Algen
  • Biobrandstoffen uit algen: feit of fictie
  • Voordelen van Chlorella
  • Hoe algenbiodiesel werkt
  • Hoe kunnen algen worden omgezet in biobrandstof?
  • Kelp
  • Zeewier

Bronnen

  • Chemeurope.com. "Algacultuur." (24 augustus 2012) http://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Algaculture.html
  • Edwards, Mark. "De kleine plant die onze planeet heeft gered", Algae Industry Magazine. 24 april 2010. (24 augustus 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/part-one-the-tiny-plant-that-saved-our-planet/
  • Edwards, Mark. "Wat zijn de concurrentievoordelen van algen?" Algae Industry Magazine. 26 mei 2010. (24 augustus 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/what-are-algaes-competitive-advantage/
  • Edwards, Mark. "Waarom zijn algen de meest efficiënte manier om zonne-energie op te vangen voor voedsel- en energieproductie?", Algae Industry Magazine. 29 september 2010. (24 augustus 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/algae-101-part-13-why-is-algae-the-most-efficient-way-to-capture-solar -energie-voor-voedsel-en-energie-productie /
  • Fehrenbacher, Katie. "Solazyme's algen-vliegtuigbrandstof drijft United-vlucht aan," Gigaom, 7 november 2011. (24 augustus 2012) http://gigaom.com/cleantech/solazymes-algae-jetfuel-powers-united-flight/
  • Afdeling Visserij en Aquacultuur, Verenigde Naties. "Inleiding tot commerciële zeewieren." (24 augustus 2012) http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e04.htm
  • Guiry, Michael D. "Hoeveel soorten algen zijn er?" Journal of Phycology, juni 2012. (24 augustus 2012) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1529-8817.2012.01222.x/abstract
  • Guiry, Michael D. "The Seaweed Site: informatie over zeealgen: introductie." (24 augustus 2012) http://www.seaweed.ie/aquaculture/introduction.php
  • Jha, Alok. "'Oil from algae' belooft klimaatvriendelijke brandstof", The Guardian, 31 juli 2008. (24 augustus 2012) http://www.guardian.co.uk/environment/2008/jul/31/biofuels.travelandtransport
  • Lienhard, John H. "Inventing Agriculture," Engines of Our Ingenuity, nr. 540. (24 augustus 2012) http://www.uh.edu/engines/epi540.htm
  • Mehta, SK en Gaur, JP. "Gebruik van algen voor het verwijderen van zware metaalionen uit afvalwater: vooruitgang en vooruitzichten." Kritische beoordelingen in de biotechnologie. Vol. 25, nr. 3. blz. 113-152. Juli-september 2005. (3 september 2012) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16294830
  • oilgae.com. "Teelt van algen." (24 augustus 2012) http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.htmlhttp://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.html



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt