Wie Algenkultur funktioniert

Algenzucht ist die kommerzielle Kultivierung von Algen. Algen (der Singular ist „Alge“, lateinisch für „Seetang“, aber man findet selten nur eine) sind einfache grüne Pflanzen, die im Wasser wachsen. Ihre grüne Farbe bedeutet, dass sie ihre eigene Nahrung durch Photosynthese produzieren, genau wie Gras, Bäume und Mais. Algen kommen in zwei Hauptformen vor. Makroalgen sind Algen. Kelp wird im Ozean mehr als 55 Meter lang [Quelle: Edwards ]. Nori ist die Sorte, die Sie um Ihr Sushi gewickelt finden. Mikroalgen sind winzige, einzellige Pflanzen, die im Wasser schwimmen und jeweils nur durch ein Mikroskop sichtbar sind.

Algenzucht ist nichts Neues. Algen wurden erstmals vor mindestens 1.500 Jahren in Japan angebaut und die Algenproduktion ist dort immer noch ein großes Geschäft [Quelle: Guiry ]. Dulse wird seit langem auf den britischen Inseln gegessen und die Mikroalge Spirulina wurde von den Azteken im Mexiko des 16. Jahrhunderts geerntet. Neben der Bereitstellung menschlicher Nahrung wurden Meeresalgen für Düngemittel verwendet. Sie liefern das Lebensmittelverdickungsmittel Carrageen und andere Geliermittel und Stabilisatoren, die in allem von der Suppe bis zur Zahnpasta auftauchen. Weltweit ist die Algenproduktion ein 6-Milliarden-Dollar-Geschäft [Quelle: Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen ].

Heutzutage ziehen Algen aufgrund ihres Potenzials, Energie zu liefern und Umweltbedrohungen zu bekämpfen, neues Interesse und Forschungsinvestitionen auf sich. Ein Teil der organischen Algenmasse liegt in Form von Öl vor, das ausgepresst und in Biodieselkraftstoff umgewandelt werden kann. Algen schlagen Landpflanzen zweifellos in der Effizienz, mit der sie Öl produzieren. Einige Algenarten liefern ein Öl, das zu Benzin und sogar Düsentreibstoff raffiniert werden kann. Der Kohlenhydratanteil der Pflanzen kann zur Ethanolproduktion fermentiert werden.

Algen können Abfall-Kohlendioxid, ein Treibhausgas, das aus Schornsteinen strömt, in nutzbare Produkte umwandeln. Sie können helfen, schmutziges Wasser zu reinigen und Schadstoffe in Biomasse umzuwandeln. Sie haben zusätzliche Anwendungen in Pharmazeutika und Kosmetika.

Mit all diesem Potenzial scheint dieses "Unkraut" sicherlich einen genaueren Blick verdient zu haben.

1. Das Versprechen der Algen
2. Kommerzieller Anbau von Algen
3. Algen ernten und verarbeiten
4. Die vielen Verwendungsmöglichkeiten für Algen
5. Anmerkung des Verfassers

Warum haben Algen in den letzten Jahren Aufsehen erregt und Forschungsinvestitionen angezogen? Wie alle grünen Pflanzen enthalten Algen Chloroplasten in ihren Zellen. Diese winzigen Strukturen sind mit Chlorophyll geladen, einem Molekül, das Lichtenergie nutzt, um Kohlenstoff und Wasser zu einem einfachen Zucker zu verbinden. Die Zellen wandeln einige dieser Zucker weiter in Proteine ​​und Lipide oder Öl um.

Aber wenn Algen dasselbe tun wie Mais-, Weizen- und Apfelbäume, warum sollte man sie dann aufziehen? Schließlich schmecken Maiskolben, süße Brötchen und Apfelkuchen den meisten von uns besser als Algen . Hier sind einige der Dinge, die für Algen sprechen:

Angezogen von all diesen Vorteilen haben Algenzüchter fleißig daran gearbeitet, effiziente und wirtschaftliche Wege zu finden, um die Pflanzen anzubauen und zu ernten. Der Kostenfaktor ist derzeit die große Herausforderung, die es zu meistern gilt, um Algen wirtschaftlich nutzbar zu machen.

Jede Algenzucht benötigt drei Grundlagen: Wasser, Licht und Nährstoffe.

Wasser ist am einfachsten. Es muss nicht trinkbar sein; Verschiedene Algenarten wachsen gut in Süßwasser, Salzwasser und Schmutzwasser. Sonnenlicht ist das bevorzugte Licht, weil es kostenlos ist. Aber das Sonnenlicht dringt nur 7 bis 10 Zentimeter in eine Algenmasse ein, daher müssen Züchter die Algen bewegen, um sie vollständig dem Licht auszusetzen [Quelle: Chemeurope.com ]. Der Hauptnährstoff ist Kohlendioxid, das aus der Luft oder einer anderen Quelle stammen kann. Rühren oder Sprudeln löst es im Wasser auf. Der Züchter muss andere Nährstoffe wie Stickstoff und Spurenelemente zuführen, falls diese nicht bereits im Wasser vorhanden sind.

Es gibt drei Grundsysteme für die Algenzucht , jedes mit seinen Vor- und Nachteilen:

Alle diese Systeme sind für die Anzucht von Mikroalgen ausgelegt, den einzelligen Arten, die im Wasser schwimmen. Erzeuger kultivieren Makroalgen normalerweise im offenen Meer. Das Wasser enthält bereits die Nährstoffe, die die Algen benötigen, und sorgt für gute Wachstumsbedingungen. Die traditionelle Methode bestand einfach darin, wilde Algen zu ernten , und dies wird immer noch in Küstengebieten auf der ganzen Welt durchgeführt.

Mit steigender Nachfrage begannen die Züchter, Algen anzubauen. Bei einigen Arten, wie z. B. Kelp, werden Sporen an Seilen befestigt, die dann im Ozean verankert werden, und die Algen können wachsen. Andere Arten wachsen aus Algenstücken, die an Netzen befestigt oder in Becken abgelegt werden.

Die Landwirtschaft gibt es seit 10.000 Jahren [Quelle: Lienhard ]. Die Algenzucht ist relativ neu. Wissenschaftler und Ingenieure untersuchen aktiv die besten Methoden zur effizienten Aufzucht von Algen. Die Ernte von Pflanzen ist ein weiterer Gegenstand intensiver Forschung.

Steuerung der Variablen

Der Algenbauer muss zwei wichtige Variablen kontrollieren, um eine gute Ernte zu erzielen. Der pH-Wert des Wassers ist wichtig – Algen bevorzugen einen pH-Wert von 7 bis 9 – leicht basisch. Auch die Temperatur ist kritisch. Algen wachsen meist zwischen 60 und 80 Grad Fahrenheit (16 bis 27 Grad Celsius) und verschiedene Arten haben unterschiedliche Vorlieben [Quelle: oilgae.com ].

Harvesting microalgae means removing the microscopic plants from the water in which they grow and concentrating them into a paste. The grower then needs to remove the moisture, leaving a dense biomass. The minute size of microalgae presents a problem when it comes to harvesting.

One method is filtration. The grower can run the water containing the algae through a cellulose membrane whose pores are smaller than the algae cells. This can be difficult because filters quickly fill up with algae and become clogged. Researchers are looking for better ways to efficiently filter algae.

Flocculation, another method of harvest, means getting the algae to clump together. Adding chemicals or types of algae that naturally clump can cause microalgae to form clumps that become easier to gather.

Another way to harvest algae is by flotation. Here, the grower uses compressed air to create a froth of bubbles and algae that brings the tiny plants to the surface where they can be skimmed off.

A centrifuge is yet another harvest method. Spinning a container filled with water and algae causes the algae to collect in one end.

In order to harvest their crops most effectively, algaculture growers sometimes combine these methods. They might use flocculation to form algae clumps, then separate them with flotation or a centrifuge. Coming up with a truly efficient way to harvest microalgae is a key to bringing down the cost of cultivation.

Harvesting macroalgae involves different problems. Gathering wild seaweed is a labor-intensive process. Some types of seaweed grown in controlled conditions can be gathered in nets. Kelp raised on ropes can be hauled out and hung up to dry. Kelp forests in shallow seas can be mowed by machines, taking off the tops of undersea kelp beds.

Nach der Ernte müssen die Algen entwässert und getrocknet werden. Eine Zentrifuge kann Wasser ausschleudern, ist aber relativ teuer. Einige Systeme kombinieren Ernte und Verarbeitung, verteilen die Algen auf Bandfiltern, die das Wasser ablaufen lassen, und entfernen dann mehr Wasser mit einem Kapillarmedium, das Wasser aus der Algenbiomasse entzieht.

Der nächste Schritt besteht darin, die Zellwände der Algen aufzubrechen, um das darin enthaltene Öl zu extrahieren. Die Algen werden durch eine Schnecken- oder Kolbenpresse gepresst. Auch Chemikalien, elektromagnetische Impulse oder Ultraschall können zum Abbau der Zellen eingesetzt werden. Nach dem Ablassen des Öls wird die verbleibende Biomasse zu einem Kuchen gepresst, der als Ergänzungsfuttermittel oder als Düngemittel verwendet wird.

Algen haben eine Vielzahl von Anwendungen gefunden, die spannendsten im Energiebereich.

Das Gerücht um Algen ist, dass sie eine ideale Quelle für erneuerbare Energie sind und der ultimative grüne Brennstoff sein könnten. Forschungen der US-Regierung und Unternehmen wie Boeing, Chevron und Honeywell entwickeln Wege, um die Algenkultur zu einer wirtschaftlich tragfähigen Grundlage für eine neue Energieerzeugung zu machen [Quelle: Chemeurope.com ]. Ein Teil der Attraktion ist die Auswahl an Brennstoffen, in die Algen umgewandelt werden können.

Algen gedeihen tatsächlich auf verschmutztem Wasser, was bedeutet, dass sie zur Abwasserreinigung verwendet werden können. Algen wandeln Schadstoffe aus kommunalen, industriellen oder landwirtschaftlichen Abwässern in nutzbare Nebenprodukte wie Tierfutter oder Biomasse zur Umwandlung in Energie um. Algen reichern Schwermetalle auf natürliche Weise an, um sie zu entfernen oder zu recyceln.

Da Kohlendioxid, das zum Klimawandel beitragende Treibhausgas, die Lieblingsnahrung der Algen ist, können die Pflanzen zur Kohlenstoffbindung genutzt werden . Sie wandeln das Gas viel schneller in organische Kohlenstoffverbindungen um als Landpflanzen. Ein Pfund (453,6 Gramm) Algen verbraucht 2 Pfund (907,2 Gramm) Kohlendioxid [Quelle: Edwards ]. Führen Sie das Abgas eines Kohlekraftwerks in eine Algenmasse ein, und sie fressen es buchstäblich auf. Abgas kann gespeichert werden, um es dauerhaft aus der Atmosphäre zu entfernen, oder in Brennstoff umgewandelt werden, um den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren.

Algen spielen weiterhin eine Rolle als menschliche Nahrung und Nahrungsergänzungsmittel. Menschen essen Algen in Salaten und Sushi und nehmen Nahrungsergänzungsmittel aus der Mikroalge Spirulina. Algen liefern vollständiges Protein, Omega-3-Fettsäuren und Vitamine. Carrageen wird aus Rotalgen, bekannt als Irisches Moos, gewonnen und als Verdickungsmittel verwendet.

Algen werden auch als Futter für Rinder und Meerestiere wie Garnelen und Schalentiere verwendet. Die nach der Verarbeitung der Algen zurückbleibende Biomasse kann manchmal als organischer Dünger auf landwirtschaftlichen Feldern ausgebracht werden. Algen finden auch in Kosmetika und Pharmazeutika geringe Verwendung.

Die Forschung zum Anbau, zur Ernte und zur Verarbeitung von Algen schreitet an vielen Fronten voran. Angesichts seines immensen Wertes besteht kein Zweifel daran, dass dieses einfache „Unkraut“ in der Zukunft unserer Gesellschaft und Wirtschaft eine wachsende Rolle spielen wird.

Grünes Rohöl

Wenn es seltsam erscheint, sich vorzustellen, dass Ihr Auto mit Algen fährt, denken Sie noch einmal darüber nach. Der Rohstoff, den wir heute zu Benzin verarbeiten, entstand über Jahrmillionen aus Algenblüten, die sich im Meeresboden absetzten und mit Sedimenten bedeckt wurden. Hitze und Kompression verwandelten die winzigen Pflanzen in Rohöl. Befürworter von Kraftstoff auf Algenbasis bezeichnen ihn als „grünes Rohöl“ [Quelle: Jha ].

Bevor ich diesen Artikel recherchierte, wusste ich ehrlich gesagt nicht, dass Algen und Algen verschiedene Formen derselben kleinen grünen Pflanze sind. Ich bin erstaunt über das Potenzial von Algen in so vielen Bereichen: Nahrung, Energie, Umweltschutz. Pilotprojekte scheinen überall aufzutauchen, von Algenexperimenten im Long Island Sound über Biodieselbemühungen in West Virginia bis hin zu einem Kohlenstoffabsorptionsprojekt in Oregon. Ich habe den Eindruck, dass wir sehr wohl am Rande einer Algenrevolution stehen könnten.

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Quellen