Когда сорняк не сорняк? Простой ответ:когда это водоросли. Сегодня водоросли, которые могут принимать форму переносимых водой водорослей или обычной тины из пруда, открывают огромные возможности для снабжения нас всем, от корма для животных до топлива для реактивных двигателей.
Альгакультура является коммерческое выращивание водорослей. Водоросли (единственное число — «alga», что на латыни означает «морская водоросль», но вы редко найдете только одну) — это простые зеленые растения, которые растут в воде. Их зеленый цвет означает, что они производят себе пищу с помощью фотосинтеза, как трава, деревья и кукуруза. Водоросли бывают двух основных форм. Макроводоросли являются морскими водорослями. Водоросли вырастают в океане более чем на 180 футов (55 метров) [источник:Эдвардс]. Нори — это разнообразие, которое вы найдете в суши. Микроводоросли — это крошечные одноклеточные растения, плавающие в воде, каждое из которых видно только в микроскоп.
В альгакультуре нет ничего нового. Морские водоросли были впервые выращены в Японии по крайней мере 1500 лет назад, и производство водорослей до сих пор является там крупным бизнесом [источник:Guiry]. Dulse уже давно едят на Британских островах, а микроводоросль спирулина собирали ацтеки в Мексике 16-го века. Морские водоросли использовались не только в качестве пищи для человека, но и в качестве удобрений. Они производят пищевой загуститель каррагин и другие желирующие агенты и стабилизаторы, которые присутствуют во всем, от супа до зубной пасты. Во всем мире производство водорослей — это бизнес стоимостью 6 миллиардов долларов [источник:Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций].
Сегодня водоросли вызывают новый интерес и инвестиции в исследования из-за их способности обеспечивать энергию и бороться с экологическими угрозами. Часть органической массы водорослей принимает форму нефти, которую можно выжать и превратить в биодизельное топливо. Водоросли превосходят наземные растения по эффективности, с которой они производят нефть. Некоторые разновидности водорослей дают масло, которое можно перерабатывать в бензин и даже реактивное топливо. Углеводную часть растений можно ферментировать для производства этанола.
Водоросли могут преобразовывать отработанный углекислый газ, парниковый газ, выходящий из дымовых труб, в пригодные для использования продукты. Они могут помочь очистить грязную воду, преобразовывая загрязняющие вещества в биомассу. Они также используются в фармацевтике и косметике.
Со всем этим потенциалом этот «сорняк», безусловно, заслуживает более пристального внимания.
Содержание
Почему в последние годы водоросли вызвали ажиотаж и привлекли инвестиции в исследования? Как и все зеленые растения, водоросли содержат хлоропласты. в их клетках. Эти крошечные структуры заряжены хлорофиллом, молекулой, которая использует световую энергию для объединения углерода и воды в простой сахар. Далее клетки превращают некоторые из этих сахаров в белки, липиды или масло.
Но если водоросли делают то же самое, что кукуруза, пшеница и яблони, зачем их выращивать? В конце концов, кукуруза в початках, сладкие булочки и яблочный пирог для большинства из нас вкуснее водорослей. Вот некоторые преимущества водорослей:
Привлеченные всеми этими преимуществами, производители водорослей усердно работали над поиском эффективных и экономичных способов выращивания и сбора растений. Фактор стоимости в настоящее время является серьезной проблемой, которую необходимо решить, чтобы сделать водоросли коммерчески жизнеспособными.
Все выращивание водорослей требует трех основных элементов:воды, света и питательных веществ.
Вода проще всего. Это не должно быть питьевым; различные виды водорослей хорошо растут в пресной, соленой и грязной воде. Солнечный свет, потому что он бесплатный, является предпочтительным светом. Но солнечный свет достигает всего 3 или 4 дюймов (7-10 сантиметров) массы водорослей, поэтому производители должны встряхивать водоросли, чтобы выставить их на свет [источник:Chemeurope.com]. Основным питательным веществом является углекислый газ, который может поступать из воздуха или другого источника. Встряхивание или пузырение растворяют его в воде. Садовод должен добавить другие питательные вещества, такие как азот и микроэлементы, если их еще нет в воде.
Существует три основных системы выращивания водорослей, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки:
Все эти системы предназначены для выращивания микроводорослей, одноклеточных разновидностей, плавающих в воде. Производители обычно выращивают макроводоросли в открытом море. Вода уже содержит питательные вещества, необходимые водорослям, и обеспечивает хорошие условия для роста. Традиционный метод заключался в простом сборе диких водорослей, и это до сих пор используется в прибрежных районах по всему миру.
С ростом спроса производители начали выращивать морские водоросли. Для некоторых разновидностей, таких как ламинария, споры прикрепляются к веревкам, которые затем закрепляются в океане, и водорослям дают расти. Другие виды растут из кусочков водорослей, прикрепленных к сетям или сброшенных в бассейны.
Сельское хозяйство существует уже 10 000 лет [источник:Линхард]. Альгакультура относительно нова. Ученые и инженеры активно изучают лучшие способы эффективного выращивания водорослей. Сбор растений — еще один предмет интенсивных исследований.
Управление переменнымиФермер, выращивающий водоросли, должен контролировать две важные переменные, чтобы получить хороший урожай. Уровень pH воды важен — водоросли предпочитают pH от 7 до 9 — слегка щелочной. Температура тоже критична. Водоросли в основном растут при температуре от 60 до 80 градусов по Фаренгейту (от 16 до 27 градусов по Цельсию), и разные виды имеют разные предпочтения [источник:oilgae.com].
Сбор микроводорослей означает удаление микроскопических растений из воды, в которой они растут, и концентрирование их в пасту. Затем производителю необходимо удалить влагу, оставив плотную биомассу. Мелкий размер микроводорослей представляет проблему, когда дело доходит до сбора урожая.
Одним из методов является фильтрация. . Садовод может пропускать воду, содержащую водоросли, через целлюлозную мембрану, поры которой меньше, чем клетки водорослей. Это может быть сложно, потому что фильтры быстро заполняются водорослями и забиваются. Исследователи ищут более эффективные способы фильтрации водорослей.
Флокуляция , другой метод сбора урожая, означает, что водоросли собираются вместе. Добавление химикатов или типов водорослей, которые естественным образом слипаются, может привести к тому, что микроводоросли будут образовывать комки, которые будет легче собирать.
Другой способ сбора водорослей — флотация. . Здесь садовод использует сжатый воздух для создания пены из пузырьков и водорослей, которая поднимает крошечные растения на поверхность, откуда их можно снять.
Центрифуга — еще один метод сбора урожая. Вращение контейнера, наполненного водой и водорослями, приводит к тому, что водоросли собираются на одном конце.
Для наиболее эффективного сбора урожая производители водорослей иногда комбинируют эти методы. Они могут использовать флокуляцию для образования скоплений водорослей, а затем отделять их флотацией или центрифугой. Придумать действительно эффективный способ сбора микроводорослей — это ключ к снижению затрат на выращивание.
Сбор макроводорослей сопряжен с различными проблемами. Сбор диких водорослей — трудоемкий процесс. Некоторые виды водорослей, выращенные в контролируемых условиях, можно собирать в сети. Водоросли, поднятые на веревках, можно вытащить и повесить сушиться. Леса водорослей на мелководье можно косить машинами, срезая верхушки подводных зарослей водорослей.
После сбора водоросли необходимо слить из воды и высушить. Центрифуга может отжимать воду, но она относительно дорогая. Некоторые системы объединяют сбор и переработку, распределяя водоросли на ленточных фильтрах, пропускающих воду, а затем удаляя больше воды с помощью капиллярной среды, которая вытягивает воду из биомассы водорослей.
Следующим шагом является разрушение клеточных стенок водорослей, чтобы извлечь из них масло. Водоросли пропускают через шнековый или поршневой пресс. Химические вещества, электромагнитные импульсы или ультразвук также могут использоваться для разрушения клеток. Когда масло сливается, оставшаяся биомасса прессуется в жмых, который можно использовать в качестве добавки к корму для животных или в качестве удобрения.
Водоросли нашли широкое применение, наиболее интересным из которых является энергетика.
Шумиха вокруг водорослей заключается в том, что это идеальный источник возобновляемой энергии и, возможно, идеальное зеленое топливо. Исследования правительства США и таких компаний, как Boeing, Chevron и Honeywell, разрабатывают способы превращения водорослей в экономически жизнеспособную основу для нового поколения энергии [источник:Chemeurope.com]. Частью привлекательности является ряд видов топлива, в которое можно превратить водоросли.
Водоросли на самом деле размножаются в загрязненной воде, а это значит, что их можно использовать для очистки сточных вод. Водоросли превращают загрязняющие вещества из муниципальных, промышленных или сельскохозяйственных сточных вод в пригодные для использования побочные продукты, такие как корм для животных или биомасса, для преобразования в энергию. Водоросли естественным образом накапливают тяжелые металлы для удаления или переработки.
Поскольку углекислый газ, парниковый газ, который способствует изменению климата, является любимой пищей водорослей, растения можно использовать для улавливания углерода. . Они преобразуют газ в органические соединения углерода гораздо быстрее, чем наземные растения. Один фунт (453,6 грамма) водорослей потребляет 2 фунта (907,2 грамма) углекислого газа [источник:Эдвардс]. Скармливайте отработанный газ угольной электростанции массе водорослей, и они его буквально съедают. Отработанный газ можно хранить для постоянного удаления из атмосферы или превращать в топливо, чтобы сократить использование ископаемого топлива.
Водоросли продолжают играть роль пищи и добавок для человека. Люди едят морские водоросли в салатах и суши и принимают добавки, сделанные из микроводорослей спирулины. Водоросли обеспечивают организм полноценным белком, омега-3 жирными кислотами и витаминами. Карагин получают из красных водорослей, известных как ирландский мох, и используют в качестве загустителя.
Водоросли также используются в качестве корма для крупного рогатого скота и морских животных, таких как креветки и моллюски. Биомасса, оставшаяся после обработки водорослей, иногда может применяться в качестве органического удобрения для сельскохозяйственных полей. Водоросли также находят незначительное применение в косметике и фармацевтике.
Исследования в области выращивания, сбора и переработки водорослей развиваются по многим направлениям. Учитывая его огромную ценность, нет никаких сомнений в том, что этот простой «сорняк» будет играть все более важную роль в будущем нашего общества и экономики.
Зеленая нефтьЕсли вам кажется странным представить, что ваша машина работает на водорослях, подумайте еще раз. Сырье, которое мы сегодня перерабатываем в бензин, формировалось в течение миллионов лет из цветущих водорослей, осевших на дне моря и покрытых осадком. Тепло и сжатие превратили крошечные растения в сырую нефть. Сторонники топлива на основе водорослей называют его «зеленой нефтью» [источник:Jha].
До написания этой статьи я, честно говоря, не знал, что водоросли и морские водоросли — это разные формы одного и того же маленького зеленого растения. Я поражен потенциалом водорослей во многих направлениях:еда, энергия, борьба с загрязнением. Пилотные проекты появляются повсюду:от экспериментов с водорослями в проливе Лонг-Айленд до биодизеля в Западной Вирджинии и проекта по поглощению углерода в Орегоне. У меня сложилось впечатление, что мы вполне можем оказаться на пороге революции водорослей.
Как работает ваша тормозная система
Как работает турбокомпрессор?
Как работает биодизельное топливо
Как работает AutoCheck
Как работает финансирование автомобилей