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Im heutigen Artikel erzählen wir Ihnen alles, was Sie über die Algenzucht wissen müssen. Warum sind Algen wichtig, Verwendung, Algenzucht, wie werden sie als Biokraftstoff verwendet und vieles mehr.
Algen (lat. Algen), eine breite Gruppe von überwiegend aquatischen, photosynthetischen autotrophen Organismen (von einzellig bis mehrzellig), die Pflanzen ähneln, bekannt als Phytoplankton, besser bekannt als lebender Pflanzenorganismus ohne Wurzeln, Blätter oder Blüten. Es wird geschätzt, dass es mehr als 25.000 Algenarten gibt. Die meisten sind hauptsächlich Algen in den Ozeanen; der Rest besteht aus Süßwasseralgen. Wasserblumen, Wassermoose, Meerespflanzen oder Seegräser sind alle Formen von Algen. Die Algen sind unterschiedlich groß, von winzigem Picoplankton, das 1.000-mal vermehrt werden muss, bevor wir es sehen können, bis zu riesigen Gräsern in den Ozeanen mit einer Länge von bis zu 50 m.
Ein gemeinsames Merkmal aller Algen ist die Photosynthese, bei der sie Sauerstoff als Nebenprodukt produzieren (im Gegensatz zu einigen photosynthetischen Bakterien). Mit Ausnahme von Blaualgen sind Algen Eukaryoten, dh ihre Zellen enthalten Organellen einschließlich Zellkern und Mitochondrien, die durch die Zytoplasmamembran getrennt sind. Eukaryotische Algen enthalten auch einen Chloroplasten, der Pigmente für die Absorption von Sonnenenergie während des Prozesses der Photosynthese enthält. Bei den meisten Algen ist neben anderen Pigmenten, die ihnen eine charakteristische Farbe verleihen (Phycoerythrin – rot, Phycocyanin und Allophycocyanin – blau, Fucoxanthin – braun, Violaxanthin – violett usw.), das Hauptpigment Chlorophyll (a).
Obwohl sie viele Ähnlichkeiten mit Landpflanzen aufweisen, sind Makroalgen keine echten Pflanzen, da ihnen ein spezialisiertes Gefäßsystem (Flüssigkeits- und Nährstoffleitungssystem) Wurzeln, Stängel, Blätter (Nährstoffe, Flüssigkeiten und Gase direkt aus der Wassersäule) und geschlossene Fortpflanzung fehlen Organe (Blume oder Zapfen). Algen brauchen nur Mineralien, Sonnenlicht und Wasser, damit sie nicht austrocknen. Durch biochemische Reaktionen können Algen ihre eigene Nahrung aus den umgebenden Gasen und Mineralien herstellen.
Makroalgen werden als Nahrung für den Menschen verwendet. In asiatischen Ländern werden Algen traditionell in der Ernährung verwendet. Die größten Verbraucher sind heute Japan, China und Korea, aber auch Island, Irland und Kanada. Der Bedarf wird zu 90 % aus der Algen-Aquakultur und zu etwa 10 % aus natürlichen Lebensräumen gedeckt. China ist mit geschätzten fünf Millionen Tonnen pro Jahr der größte Produzent von essbaren Algen. Laminaria japonica Japan produziert den größten Anteil der Braunalgen-Combo-Produktion in Japan und produziert jährlich 600.000 Tonnen essbare Algen, wobei 75 % der Produktion Nori sind (dünne Algen, die zum Einwickeln von Sushi-Reis verwendet werden). Nori wird aus Porphyra-Arten hergestellt.
Algen können als Nahrungsergänzungsmittel verwendet werden. Braunalgen werden gesammelt, gemahlen und getrocknet produzieren Algenmehl (Brei), das als Futterzusatz für Nutztiere verwendet wird.
Die hohe Faserkonzentration hält Feuchtigkeit und die Konzentration an algenhaltigen Mineralien reichert den Boden an und ist eine Quelle für Spurenelemente. Daher können Algen auch als hochwertiger Dünger verwendet werden.
Einige Makroalgen haben die Fähigkeit, Schwermetallionen wie Zink oder Cadmium aus verschmutzten Gewässern aufzunehmen. Abfließendes Wasser enthält oft eine große Menge organischer Stoffe, die Probleme für das Leben in nahe gelegenen Gewässern schaffen. Makroalgen sind in der Lage, Schadstoffe als Nährstoffquelle für ihren Stoffwechsel zu nutzen und so Wasser zu reinigen.
Isolierte Substanzen wie Agar, Alginate und Carrageenan werden aus verschiedenen Rot- und Braunalgen extrahiert und in verschiedenen Industrien (Kosmetik, Pharmazie, Chemie, Lebensmittel, Textil …) weit verbreitet verwendet.
Der durchschnittliche Amerikaner isst 3,5 Unzen Protein pro Tag, doppelt so viel wie er braucht, was am Ende der Geschichte in einer Welt, in der die UN sagt, dass wir bis 2050 70 Prozent mehr Lebensmittel produzieren müssen, um weitere 2,5 zu ernähren, unhaltbar wird Milliarden Menschen. Sie haben nicht angegeben, dass die Diskrepanz zwischen 70 Prozent und 2,5 Milliarden darauf zurückzuführen ist, dass es notwendig ist, auf der Erde genug Nahrung für diejenigen zu finden, die bereits heute hungern, außer für neue Menschen.
Daher sind Algen eine großartige Lösung, vor allem wegen des Wassers, da sie kein frisches Wasser benötigen, praktisch trinkbar. Heute ist die Situation weltweit so, dass 70 Prozent dieses Wassers für die Bewässerung von Feldern und die Viehzucht aufgewendet werden. Im Gegensatz dazu können Algen in Löchern, Aquarien und Ozeanen wachsen und sind vollgepackt mit allen Nährstoffen, die sie brauchen, und sie brauchen so wenig zum Wachsen, dass sie sogar in der Wüste wachsen können.
Einige Algenarten enthalten so viel Protein, dass sie 40 Prozent ihres Gewichts ausmachen. Das bedeutet, dass diese Algen auf der gleichen Fläche siebenmal mehr Protein liefern als die beispielsweise hoch angesehene Sojabohne.
CO2? Sagen wir so, einerseits ist die Landwirtschaft (einschließlich Vieh) einer der schlimmsten Schadstoffe auf der Erde, da 50 Prozent des weltweiten Sauerstoffs von Algen stammen. Mit der Kultivierung neuer Algen werden wir mehr dieser Organismen haben, die Sauerstoff produzieren, auf Kosten riesiger, verheerender Ackerflächen. Alles, was Sie brauchen, um darin zu genießen, sind die Pools, in die Wasser gepumpt wird, etwas Dünger und CO2, und dann bleibt alles in der Sonne.
So bereitet sich die Zukunft darauf vor, sowohl lecker als auch nahrhaft und zu 100 Prozent nachhaltig zu sein.
Aus Algen gewonnene Biokraftstoffe sind eine Alternative zu fossilen Kraftstoffen und sogar anderen Biokraftstoffquellen wie Mais und Zuckerrohr. Sie gehören zur dritten Generation von Biokraftstoffen, die Arten umfasst, die zuvor nicht angebaut wurden und die Nahrungsversorgung nicht gefährden.
Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass Algen bis zu dreißig Mal mehr Energie pro Hektar Boden produzieren können als Getreide wie Sojabohnen. Aufgrund des weltweiten Anstiegs des Ölpreises, der nachteiligen Auswirkungen von Treibhausgasen und der Notwendigkeit einer sicheren Energieversorgung werden Biokraftstoffe, einschließlich Algen, zunehmend erforscht und hergestellt.
Einige ihrer Hauptvorteile sind, dass sie mit minimalen Auswirkungen auf die umgebende Biosphäre angebaut werden können, in Süß- und Salzwasser angebaut werden können und resistent gegen Abwasser sind und Wasser auf natürliche Weise filtern können.
Darüber hinaus führen Algen auf natürliche Weise den Prozess der Photosynthese durch, indem sie CO2 aus der Umwelt aufnehmen und in O2 umwandeln, wodurch die Luft gereinigt wird, indem die Anzahl der Treibhausgase in der Atmosphäre reduziert wird. Kraftstoff ist außerdem natürlich abbaubar, was bedeutet, dass er im Falle eines Verschüttens keine negativen Auswirkungen auf die Umwelt hat. Algen sind aufgrund der hohen Investitions- und Betriebskosten pro Masseeinheit teurer als Biokraftstoffe der zweiten Generation, können jedoch zwischen 10 und 100 Mal mehr Kraftstoff pro Flächeneinheit produzieren.
Dazu trägt bei, dass Algenfarmen auch vertikal, in „Etagen“, aufgebaut werden können, was bei der Aufzucht von Landpflanzenarten nicht der Fall ist. Die Hauptbeschränkung bei der vertikalen Algenplatzierung ist das verfügbare Licht, das für die Algenentwicklung erforderlich ist. So würden nach Angaben des US-Energieministeriums nur 0,42 % ihrer Oberfläche benötigt, um Erdölbrennstoffe vollständig durch aus Algen gewonnene Brennstoffe zu ersetzen.
Laut Untersuchungen multinationaler Ölkonzerne werden aus Algen gewonnene Biokraftstoffe erst in etwa 20-25 Jahren kommerziell verfügbar sein.
Algen wachsen viel schneller als Nahrungspflanzen und können hundertmal mehr Öl pro Flächeneinheit produzieren. Da die Erntezeit von Algen zwischen 1 und 10 Tagen beträgt, erlaubt ihre Kultivierung viel mehr Ernten als die terrestrischen Arten, die normalerweise einmal im Jahr geerntet werden. Darüber hinaus können Algen in Gebieten wachsen, die für terrestrische Arten ungünstig sind, einschließlich Trockengebieten, wodurch der Wettbewerb in diesen Gebieten verringert wird. Die meisten Algenforschungen konzentrierten sich auf den Anbau in kostengünstigen, aber auch sauberen Photobioreaktoren und in Freiluftteichen, die kostengünstig gewartet werden, aber auch anfällig für Verunreinigungen sind.
Polykultur
Bisher konzentrierten sich die meisten Forschungen darauf, nur eine einzelne Algenart zu züchten. Neuere Studien zeigen jedoch, dass die gleichzeitige Kultivierung mehrerer Algenarten in einer Gemeinschaft (Polykultur) eine höhere Lipidmenge liefern kann als Monokulturen und dass Polykulturalgen widerstandsfähiger gegen die Auswirkungen verschiedener Krankheiten und Parasiten sind. und allgemein auf die nachteiligen Auswirkungen der Umwelt.
Nach dem Ernten der Algen wird die Biomasse durch eine Reihe von Arbeitsgängen verarbeitet, die je nach Algenart und gewünschtem Brennstoff variieren können. Dieser Teil des Prozesses wird derzeit am intensivsten erforscht, da er die höchsten Kosten und das größte Hindernis für die kommerzielle Nutzung von aus Algen gewonnenen Biokraftstoffen darstellt.
Austrocknung
Am häufigsten werden Algen entwässert und energiereiche Substanzen wie Triglyceride werden mit Hilfe von Lösungsmitteln aus dem getrockneten Material zurückgewonnen. Die abgetrennten Substanzen können durch Standardverfahren in Kraftstoff umgewandelt werden (z. B. entsteht durch die Reaktion von abgetrenntem Triglycerid mit Methanol durch Umesterung Biodiesel). Die unterschiedliche Zusammensetzung von Fettsäuren in verschiedenen Algenarten führt zu unterschiedlicher Kraftstoffqualität.
Hydrothermische Auflösung
Die hydrothermale Auflösung ist ein alternatives Verfahren, bei dem Nassalgen kontinuierlich hohen Temperaturen (662 °F) und erhöhtem Druck (21.000 kPa) ausgesetzt werden. Bei diesem Verfahren entsteht Rohöl, das zu Kerosin, Benzin oder Diesel weiterveredelt werden kann. Zwischen 50 % und 70 % des Kohlenstoffs aus Algen können in Kraftstoff umgewandelt werden. Andere Produkte umfassen sauberes Wasser, Gas, Stickstoff, Phosphor und Kalium.
Im Vergleich zu Landpflanzenarten, die für Biokraftstoffe verwendet werden (z. B. Sojabohnen oder Mais), hat der Mikroalgenanbau aufgrund des höheren Ölgehalts eine deutlich geringere Umweltbelastung. Algen können auch in Gebieten wachsen, die für die Kultivierung gewöhnlicher Arten unbrauchbar sind, und können nicht trinkbares Wasser verwenden, das für den Anbau anderer Arten nicht verwendet werden kann. Sie können auch auf der Meeresoberfläche wachsen, was sie zu einer sauberen Energiequelle mit geringen Auswirkungen auf die Nahrungs- und Wasserversorgung und die Biodiversität macht. Die Algenkultivierung kommt außerdem ohne den Einsatz von Insektiziden oder Herbiziden aus, wodurch diese zusätzliche Verschmutzungsquelle entfällt. Aus Algen hergestellte Biokraftstoffe sind viel weniger toxisch als erdölbasierte Kraftstoffe und werden auch langsamer abgebaut. Wie bei allen brennbaren Kraftstoffen besteht jedoch auch beim Verschütten ein Entzündungsrisiko, auch wenn dieses Risiko etwas geringer ist als bei Kraftstoffen auf Ölbasis.
Studien haben gezeigt, dass der Ersatz fossiler Brennstoffe durch erneuerbare Energiequellen die CO2-Emissionen um bis zu 80 % reduzieren könnte. Ein auf Algen basierendes System könnte bis zu 80 % des von einem Kraftwerk ausgestoßenen CO2 einfangen und gleichzeitig den Zugang zu Sonnenlicht ermöglichen. Dieses CO2 wird zwar noch durch die Verbrennung von Treibstoff in die Atmosphäre freigesetzt, aber zumindest weiter genutzt. Die Möglichkeit, den CO2-Ausstoß zu reduzieren, liegt also in der Vermeidung des Einsatzes fossiler Brennstoffe. Darüber hinaus werden im Vergleich zu fossilen Brennstoffen bei der Herstellung und Verbrennung von Biokraftstoffen auf Algenbasis weder Schwefel noch Stickoxide in die Atmosphäre freigesetzt, was zu weniger Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen führt.
Das größte Hindernis für die kommerzielle Nutzung des gesamten Algen-Biokraftstoff-Produktionsprozesses sind derzeit die hohen Investitionskosten einer Algen-Kraftstoff-Verarbeitungsanlage. Die Ausbeutung von Algen als Kraftstoff als ernsthafte Alternative zu fossilen Brennstoffen wird erst seit relativ kurzer Zeit in Betracht gezogen, nachdem das globale Umweltbewusstsein geschärft wurde, und es überrascht nicht, dass sie noch nicht kommerziell wettbewerbsfähig ist. In nahezu allen Prozessschritten sind Fortschritte und damit eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit zu erwarten. Beispielsweise wird die Möglichkeit genannt, den Wirkungsgrad der Umwandlung von Sonnenenergie in Biomasse von derzeit 3 auf mögliche 5 bis 7 % zu steigern.
Viele Algennebenprodukte können anders verwendet werden, wobei einige eine noch längere Nutzungsgeschichte haben als Biokraftstoffe. Einige davon sind natürliche Farbstoffe und Pigmente, Antioxidantien und andere bioaktive Substanzen. Diese Chemikalien und überschüssige Biomasse werden in anderen Industrien vielfältig verwendet.
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