Basisprincipes van algen

algaeurope.org   Vrouwen van algen

Hoofdstuk 1
De kleine plant die onze planeet heeft gered

Hoofdstuk 2
Wat is het allemaal over Algen?

Hoofdstuk 3
Geschiedenis en politiek van algen

Hoofdstuk 4
Wat zijn de concurrentievoordelen van algen?

Hoofdstuk 5
Algenclassificatie

Hoofdstuk 6
Selectie van algensoorten

Hoofdstuk 7
Algenteelt

Hoofdstuk 8
Hebben algen ons menselijk gemaakt?

Algen zetten CO2 om

Algen zetten CO2 om in een plantbinding en geven O2 . af

Algen Basics door Dr. Mark Edwards

HOOFDSTUK 1: Het kleine plantje dat onze planeet heeft gered

AIgae heeft onze planeet gered door onze atmosfeer om te zetten in zuurstof, waardoor leven mogelijk is. Algen hebben ons opnieuw gered door het eerste voedsel van de aarde te leveren. Kunnen algen onze planeet opnieuw redden?

De vroege aarde ondersteunde noch levende wezens noch voedsel. Ongeveer 3.7 miljard jaar geleden bestond er geen leven omdat het aardoppervlak te heet was en er geen zuurstof was. De atmosfeer van de aarde bestond uit een deken van dodelijk en warmtevasthoudend CO2 en methaangas.

Fossiele gegevens laten zien dat een minuscuul plantje opdook in de oersoep en iets buitengewoons deed. De plant absorbeerde de energie van de zon en gebruikte een chemische reactie, fotosynthese, om een ​​CO2- en een watermolecuul te splitsen. De kleine plant zette het koolstofatoom om in een energierijke groene plantbinding, een koolwaterstof, door twee waterstofatomen uit H2O te halen en het zuurstofmolecuul aan de atmosfeer vrij te geven. Algen waren begonnen met hun werk om de atmosfeer te veranderen.

Abiogenesis, de studie van hoe het leven op aarde ontstond, maakt gebruik van een oersoeptheorie en suggereert dat de chemische omstandigheden op aarde de essentiële bouwstenen van het leven hebben gecreëerd. Terwijl het debat voortgaat over hoe het eerste leven precies werd gesynthetiseerd, suggereren fossielen dat de eerste plantencel, cyanobacteriën, ook bekend als blauwgroene algen, de grootte had van een nanodeeltje, 5 µ (micron). De punt aan het einde van deze zin is ongeveer 500 µ.

Algen verzamelden systematisch zonne-energie, sekwestreerden koolstofatomen en lieten zuurstof vrij. Bewegend met de ongelooflijk lage snelheid van één klein molecuul per keer, transformeerden algen de harde koolstofdioxide-atmosfeer die het leven niet kon ondersteunen in een zuurstofatmosfeer die het leven ondersteunde. Algen hadden nog eens 3 miljard jaar nodig om voldoende zuurstof te creëren om andere vormen van leven te ondersteunen, omdat landplanten pas ongeveer 500 miljoen jaar geleden uit algen zijn geëvolueerd.

De atmosferische transformatie van algen maakte de ontwikkeling mogelijk van andere waterplanten, vissen, insecten, landplanten, amfibieën, reptielen en uiteindelijk landdieren. Hoewel microalgen de kleinste planten op onze planeet zijn, creëren algen elke dag 70% van de zuurstof in de lucht, meer dan al het bos en de velden samen.

Het tweede geschenk van algen - voedsel
De bijdrage van algen aan onze zuurstofrijke atmosfeer wordt geëvenaard door het andere geschenk van deze kleine plant - die als basis van de voedselketen dient. Veel van de vroegste planten en waterdieren waren afhankelijk van algen als voedselbron. Algen dienen als voedzaam voedsel voor alles, van het kleinste fytoplankton tot het grootste zoogdier op aarde, de grote blauwe vinvis, omdat de plant een uitstekende set eiwitten, mineralen en vitamines biedt. Elke dag, terwijl algen CO2 opvangen en zuivere zuurstof afgeven, levert de groene biomassa voedsel voor 100 keer meer organismen dan enige andere voedselbron op aarde.

De wrede omstandigheden op aarde betekenden dat de eerste algencellen moesten evolueren en zich miljoenen keren opnieuw moesten ontwikkelen toen hun micro-omgevingen instortten met elektrische stormen en extreme hitte, gevolgd door bevriezingen en meteorenregens van oververhitte rotsen. Algen vertoonden een ongelooflijke persistentie en ontwikkelden een breed scala aan verdedigingsmechanismen waardoor de planten konden overleven en zich konden voortplanten. Het vermogen van algen om zich snel aan te passen om te overleven leidde tot naar schatting 10 miljoen algensoorten, elk met unieke groeimogelijkheden en biomassasamenstelling.

Omdat algen de laagste trede in de voedselketen vormden, ontwikkelden ze een briljante overlevingsstrategie: het vermogen om sneller te groeien dan de roofdieren konden eten. De herbivoren die zich met algen voedden, aten veel, maar niet alle snelgroeiende planten. Het vermogen om zich sneller voort te planten dan zijn roofdieren hen konden verslinden, creëerde een enorm concurrentievoordeel en zorgde ervoor dat algen konden overleven. Algen waren misschien de eerste gratis lunch omdat veel soorten het vermogen ontwikkelden om hun biomassa vóór de middag te verdubbelen. Een enkele algencel kan op een dag een miljoen nakomelingen opleveren.

Algenbloei kwam veel voor in oude oceanen, meren en vijvers. De fossiele brandstoffen die we tegenwoordig verbranden, bestaan ​​voornamelijk uit gefossiliseerde algen. Kinderen leren op school dat ruwe olie afkomstig is van dinosaurussen, maar dinosaurussen zwierven ongeveer 200 miljoen jaar te laat over de aarde om de favoriete biomassa voor fossiele brandstoffen te worden.

De meeste soorten algen zijn zo klein dat ze alleen onder een microscoop zichtbaar zijn. Algen kunnen zich echter groeperen, bundelen, clusteren of groeien in formaties die zichtbaar en eetbaar zijn. Algen zijn doorgaans zwaarder dan water en bezinken, waardoor een laag groene sneeuw op de bodem van een vijver ontstaat. De groene zonne-energie van algen stimuleert dagelijks de groei van biljoenen organismen, terwijl de opgeslagen energie van algen in de voedselketen omhoog beweegt.

Zeealgen, zeewieren of macroalgen genaamd, groeien vaak tot vormen die eruitzien als landplanten met pseudo-wortels, stammen en bladeren. Door deze parallelle evolutie kunnen zeealgen zo groot worden als bomen. Macroalgen worden vaak direct gegeten door vissen en zoogdieren zoals zeeotters, zeekoeien, dolfijnen en walvissen. Macroalgen zorgen voor een verscheidenheid aan heldere kleuren voor de oceanen en veel meer biomassa dan herbivoren kunnen eten.

Algen groeien in bossen onder de poolkappen, in bodems onder gletsjers, in de heetste en droogste woestijnen, maar ook in zwembaden, aquaria en waterwegen. Door de eenvoud van algen zijn deze planten ongelooflijk robuust; ze overleven niet alleen, maar produceren ook hoogwaardige biomassa in extreem moeilijke omgevingen. De zwaarste omgevingen die tegenwoordig op aarde bestaan, lijken waarschijnlijk tam voor een plant die de barre omgevingsomstandigheden miljarden jaren geleden heeft overleefd.

Overvloedige ingangen
Algen gebruiken overvloedige en vaak overtollige inputs, waaronder zonneschijn, CO2 en afval, pekel of oceaanwater. Algenfotosynthese haalt CO2 en voedingsstoffen uit het omringende water en produceert plantaardige biomassa die bestaat uit verschillende vormen van lipiden (oliën), eiwitten en koolhydraten. Bij het proces komt veel zuivere zuurstof vrij in de atmosfeer.

Algen gebruiken overvloedige en goedkope inputs

Algen gebruiken overvloedige en goedkope inputs

Algen dienen als een belangrijke voedselbron voor veel organismen in natuurlijke omgevingen zonder menselijke teelt. Wilde algen die in natuurlijke omgevingen groeien, produceren ongelooflijk snelle biomassagroei, maar zijn niet betrouwbaar en ook niet duurzaam omdat de productie doorgaans crasht als gevolg van ofwel een beperking van de voedingsstoffen of een aanval van roofdieren. Het kweken van algen in vijvers, troggen of containers maakt aanzienlijke productiviteitsverbeteringen mogelijk ten opzichte van wilde algen, omdat er voldoende voedingsstoffen kunnen worden geleverd en roofdieren kunnen worden beheerd of vermeden.

De meest voorkomende nutriëntenbeperking in natuurlijke omgevingen komt van koolstof, stikstof of fosfor. Anorganische voedingsstoffen, zoals stikstof, zijn alleen beschikbaar in de mate dat ze beschikbaar zijn als vrije ionen, verdund in het water. Algen kunnen de beschikbare ionen echter snel opeten in natuurlijke omgevingen zoals lagunes. Nogmaals, algen hebben zich strategisch aangepast en veel soorten hebben het vermogen om organische voedingsstoffen uit biologische biomassa of ander afval te consumeren.

Kunnen algen ons weer redden?
Bescheiden algen hebben onze planeet gered door twee pond CO2 vast te leggen in elke pond algenbiomassa. Tegenwoordig dragen onze atmosfeer en oceanen enorme hoeveelheden CO2 van door de mens veroorzaakte vervuiling door fossiele brandstoffen. Algen kunnen een rol spelen bij het opnieuw redden van onze planeet door de atmosferische koolstofbelasting te verminderen. Algen kunnen ook broeikasgassen verminderen door koolstofneutrale vloeibare transportbrandstoffen te produceren die atmosferische koolstof recyclen en fossiele transportbrandstoffen verdringen. Koolstofneutrale brandstoffen worden gemaakt met algengrondstoffen wanneer de teelt, oogst en raffinage-energie afkomstig is van hernieuwbare bronnen zoals zon, wind, golven, geothermische of algenolie.

Algenbrandstoffen hebben als belangrijk voordeel dat ze schoon branden, zonder zwarte roetdeeltjes. De zwarte roetvervuiling die longaandoeningen, aandoeningen van de luchtwegen en kanker veroorzaakt, kwam van de fossilisatie van algen in ruwe olie, steenkool en schalie gedurende 400 miljoen jaar. Algenbrandstoffen worden in een kwestie van weken geproduceerd en zijn niet gefossiliseerd, dus ze branden schoon, net als hun neven op het land - plantaardige olie.

Algen beloven de broodnodige oplossingen te bieden voor onze steeds meer hete, drukke, hongerige en energieverbruikende samenlevingen. De kans die voor ons ligt, is om algen te kweken op een manier die mensen wereldwijd betrekt om lokaal duurzaam en betaalbaar voedsel en energie te produceren voor hun familie en gemeenschapsbehoeften.

HOOFDSTUK 2: Wat is het allemaal over Algen?

Spirulina-koekjes

Spirulina-koekjes. Foto beleefdheid: thedorkyfrench.com

De waardeketen van algen.
Algae is misschien wel de beste vriend van de mensheid. Algen kunnen zorgen voor duurzaam en betaalbaar voedsel en brandstof, maar ook voor ecologische en nieuwe oplossingen. Alle voedsel, vezels of materialen die gemaakt kunnen worden van landgewassen kunnen gemaakt worden van algen, omdat landplanten 500 miljoen jaar geleden uit algen zijn geëvolueerd. Algen bieden een veel breder scala aan kleuren, texturen, smaken en verbindingen dan landplanten. Alle brandstoffen, kunststoffen of andere materialen die van fossiele brandstoffen zijn gemaakt, kunnen van algen worden gemaakt, omdat fossiele brandstoffen gewoon gefossiliseerde algen zijn of de organismen die algen aten.

Het meest bruikbare kenmerk van algen is niet dat we zo ongeveer alles van algen kunnen maken. Wat algen onderscheidt van terrestrische planten en fossiele brandstoffen, is hoe het algenvoedsel, de energie en de bijproducten worden gemaakt. Onze atmosfeer is overladen met CO2, dat van nature wordt gerecycled of wordt afgezonderd met algenproductie. Voedselgewassen zullen mislukken door de opwarming van de aarde, maar algen gedijen goed bij hitte. Onze wereld heeft onvoldoende akkerland voor voedselgewassen, maar algen kunnen aanvullend voedsel en energie produceren op niet-landbouwgrond.

Wereldwijd hebben samenlevingen te maken met een tekort aan zoet water, maar algen gedijen goed in afval-, pekel- of oceaanwater. We zijn de piekolie al gepasseerd en algen kunnen vloeibare transportbrandstoffen leveren tegen lagere kosten dan de winning van ruwe olie. Boeren hebben te kampen met een ernstig tekort aan natuurlijke hulpbronnen zoals fosfor die algen kunnen terugwinnen, evenals het recyclen en hergebruiken van voedingsstoffen uit dierlijke en menselijke afvalstromen.

Algenteelt kan waardevolle biomassa produceren zonder of met minimale fossiele hulpbronnen die concurreren met voedselgewassen op het land, en waarvoor geen vruchtbare grond, zoet water, fossiele brandstoffen, meststoffen en fossiele landbouwchemicaliën nodig zijn. Door algenproductie op boerderijen of gemeentelijke afvallocaties samen te brengen, kunnen algen deze dure afvalstromen transformeren van een kosten-in-winstcentrum dat energie, veevoer en rijke organische mest levert. Colocatie van algenproductie in de buurt van koolstofbronnen zoals energie- of cementfabrieken of brouwerijen biedt potentiële vervuilingsoplossingen naast biomassaproductie voor biobrandstoffen en waardevolle bijproducten. Terwijl algen lucht en water zuiveren, zet de groene biomassa CO2 en nutriënten uit afval om in waardevolle suikers, eiwitten, lipiden, koolhydraten en andere organische verbindingen.

ODe huidige voedsel- en transportsystemen zijn enorm vervuilend voor lucht, bodem en water. Algen kunnen CO300-neutraal voedsel en brandstof produceren met een positieve ecologische voetafdruk. Onze huidige brandstoffen verbranden en geven vuile zwarte roetdeeltjes af, maar algen branden schoon. Algenbrandstoffen worden in een paar weken gemaakt en hebben niet XNUMX miljoen jaar geleden onder diepe en vuile fossilisatie. Algenbrandstoffen branden schoon omdat ze in wezen plantaardige olie zijn.

Algen doen boeiend onderzoek omdat volgens het toonaangevende leerboek Zeewier door James Graham, Lee Wilcox en Linda GrahamNaar schatting bestaan ​​er 10 miljoen algensoorten. Waarschijnlijk moet nog 90% van al hun speciale verbindingen worden ontdekt, beschreven en gekweekt. Algen produceren veel meer verbindingen dan in landplanten of dieren, omdat er zoveel meer soorten algen zijn dan andere organismen. Algen profiteren van meer dan 3 miljard jaar aanpassing en evolutie dan landplanten en ze hebben ingenieuze overlevingsstrategieën ontwikkeld om hun groei en vitaliteit te maximaliseren en roofdieren af ​​te weren.

Algencomponenten zijn al geïntegreerd in onze voeding, diervoeders, cosmetica en medicijnen. Een marktmandtest aan de Arizona State University wees uit dat bijna 70% van de producten die consumenten gewoonlijk in de supermarkt kopen, algencomponenten bevatten. De meeste mensen eten algen niet rechtstreeks, maar genieten van de producten die zijn gemaakt van algencomponenten, waaronder: algenmeel in plaats van tarwe-, maïs- of sojameel; algenoliën die gezonder en minder vetmestend zijn dan maïsolie, en algenvoedingsstoffen zoals Omega 3 vetzuren.

Caloriearme, heerlijke algenchocolade stelt consumenten in staat om hun cake te eten en te eten zonder schuldgevoel van hoge calorieën. Naast minder vet en meer voedingsstoffen dan voedingsmiddelen op het land, suggereert onderzoek in Rusland en Japan dat de algen de enzymactiviteit in de lever kunnen veranderen die het metabolisme van vetzuren regelt, wat resulteert in lagere niveaus van vet, cholesterol en triglyceriden in het bloed .

Chocolade Algen Koekje
Algen zijn uniek gepositioneerd om een ​​waardeketen van producten en oplossingen te bieden voor kritieke menselijke behoeften. De waardeketen omvat duurzame voedingsmiddelen, brandstoffen, ecologische en nieuwe oplossingen, vertegenwoordigd in Algae's Green Promise.

De groene belofte van algen

Voedsel

  • Eten. Algen leveren eiwitrijk, vetarm, voedzaam, gezond en lekker voedsel voor de mens. Algen leveren meer vitamines, mineralen en voedingsstoffen dan landplanten en zijn een natuurlijk gezondheidsvoedsel. Algen bieden geen volledige oplossing voor ondervoeding vanwege hun weinig calorieën.
  • Opmerking: de voedselwaarde van algen zal suboptimaal zijn totdat er oplossingen zijn gevonden voor een paar belangrijke problemen; harde celwanden verteerbaar maken en minder nucleïnezuren produceren. Alle andere groene beloften wachten alleen op macro- en microschaal gecultiveerde algenproductiesystemen.
  • Voedsel ingrediënten. Algencomponenten verbeteren ongeveer 70% van de producten in moderne supermarkten, waaronder zuivelproducten, bier, frisdranken, jam, bakkerijproducten, soepen, sauzen, taartvullingen, cakes, glazuur, kleurstoffen, remedies tegen maagzweren, spijsverteringshulpmiddelen, oogdruppels, tandcrèmes , huidcrèmes en shampoos.
  • voer. Algen produceren eiwitrijk, goedkoop, voedzaam diervoeder met tal van vitamines, mineralen en voedingsstoffen. Het vervangen van de helft van de voedselgranen die aan dieren worden gevoerd die worden verkocht als Amerikaanse export, zou 20 miljoen hectare akkerland en enkele biljoenen gallons zoet water besparen. Lokale algenproductie in dorpen zou miljoenen dieren voeden en 20 miljoen hectare per jaar aan bossen en graslanden redden van woestijnvorming als gevolg van veevoer.
  • Visserij. Algen zorgen voor een hoog eiwitgehalte; goedkoop, voedzaam visvoer, vitamines en voedingsstoffen. Algen kunnen in situ worden gekweekt, in het water met de vinvissen en schaaldieren. Vissen hebben de neiging om sneller en vitaler te groeien op algen dan op landkorrels, omdat vissen algen eten in hun natuurlijke habitat.

Brandstof

  • Brandstoffen — biodiesel. Algenoliën die rechtstreeks uit algenbiomassa worden geperst, produceren hernieuwbare en duurzame biobrandstof met hoge energie uit zonneschijn, C02 en afvalwater. Het vervangen van de Amerikaanse ethanolproductie zou 2 miljoen hectare woestijn vergen, de helft van een provincie in Arizona. Het vervangen van maïs door algen als grondstof voor biobrandstof zou elk jaar 40 miljoen hectare akkerland, 2 biljoen gallons water, 240 miljoen ton bodemerosie en uitgebreide watervervuiling besparen.
  • Brandstoffen — vliegtuigbrandstof, ethanol en waterstof. Algen kunnen een verscheidenheid aan vloeibare transportbrandstoffen met hoge energie produceren, waaronder benzine. Hoewel raffinage over het algemeen meer energie vereist dan het uitpersen van algenolie, hebben de VS waarschijnlijk een overschot aan ethanolraffinagecapaciteit. Algen kunnen worden geraffineerd in raffinaderijen voor fossiele brandstoffen tot dezelfde producten gemaakt van fossiele brandstoffen, omdat fossiele brandstoffen gewoon gefossiliseerde algen zijn.
  • Fossiele brandstoffen. Het vervangen van de Amerikaanse ethanolproductie zou ook 7 miljard gallons fossiele brandstof besparen die wordt gebruikt om ethanol te produceren. Het verplaatsen van 1/10e van de Amerikaanse landbouwproductie van vuile diesel naar schone algendiesel zou het milieu zuiveren en jaarlijks 20 miljard gallons fossiele brandstoffen besparen. Nog grotere besparingen op fossiele brandstoffen zouden voortkomen uit het gebruik van algenoliën ter vervanging van een deel van de diesel die wordt gebruikt door vrachtwagens, treinen, schepen en vliegtuigen.
  • Vuur - koken. Zwarte rook van kookvuren en verwarming met hout, onkruid en mest veroorzaakt jaarlijks rookdoden voor 1.6 miljoen en invaliditeit voor 10 miljoen, voornamelijk vrouwen en kinderen. Schoon brandende, hoogenergetische algenolie kan een einde maken aan rooksterfte en de vele rookbeperkingen. Het vervangen van hout, mest en landbouwmaterialen door algenolie zal een enorme hoeveelheid arbeid besparen bij het verzamelen van brandhout en het mogelijk maken dat bossen opnieuw worden aangeplant.

Ecologische oplossingen

  • Zoetwater. Het stromen van afvalwater door de algacultuur voedt de planten en reinigt het water. Door brandstof, veevoeder of kunstmest te produceren met afvalwater of pekelwater, wordt water bespaard dat anders voor landgebonden gewassen zou worden gebruikt. Het vervangen van de helft van de Amerikaanse voedselexport door algacultuurvoedsel zou 30 miljoen hectare akkerland, 2 biljoen gallons water en 5 miljard gallons fossiele brandstof besparen.
  • Verse lucht. Door rookgasafvoer via algencultuur te verwijderen, worden CO2, stikstofoxiden, zwavel en zware metalen zoals kwik uit elektriciteitscentrales of industriële installaties verwijderd, worden broeikasgassen vastgelegd en wordt de lucht gereinigd. Algen vormen slechts een gedeeltelijke oplossing, aangezien de plant alleen groeit met zonneschijn en energiecentrales 24 uur per dag in bedrijf zijn. Sommige producenten hebben succes gemeld met kweeklampen voor nachtproductie.
  • Kunstmest. Stikstofbindende algen kunnen voor zowel productie als energie-input zorgen voor stikstofrijke meststoffen tegen zeer lage kosten. Het product is natuurlijk, ondersteunt biologische voedselproductie en kan goedkope lokale mest leveren aan zelfvoorzienende boeren wereldwijd. De algenas behoudt de kunstmestwaarde na verbranding in kookvuren.
  • Bossen. Hoogenergetische algenolie kan een einde maken aan de noodzaak om bossen en graslanden te kappen voor het koken en verwarmen van brandstof. Dorpelingen kunnen hun bossen herplanten met notenbomen of peulvruchten als voedsel om de lage calorieën van algenvoedsel te compenseren.

Nieuwe oplossingen

  • Stoffen. Algenkoolhydraten zijn vergelijkbaar met hout en kunnen worden verwerkt tot textiel, papier en bouwmaterialen. Algenpapier en bouwmaterialen redden bossen. Stoffen redden akkerland voor voedselgewassen en zorgen voor warmte. Van algen kunnen biologisch afbreekbare kunststoffen, biobrandstoffen of andere geraffineerde producten worden gemaakt.
  • Buitenlandse hulp. Amerikaanse buitenlandse hulp levert gesubsidieerd Amerikaans voedsel, ondermijnt of vernietigt de lokale voedselproductie omdat boeren niet kunnen concurreren met Amerikaans gesubsidieerd voedsel. Het schenken van voedsel slaagt er niet in de grondoorzaak van honger en armoede aan te pakken: lokale controle over voedselbronnen en betrokkenheid van de gemeenschap. Buitenlandse hulp van de algacultuur zou kennis en een aantal startmaterialen overdragen om lokaal algenvoedsel, brandstoffen, veevoeder, kunstmest en medicijnen te verbouwen.
  • Hongersnood en rampenbestrijding. Algen, met zijn rijke reeks vitamines en mineralen, activeren het immuunsysteem en voorkomen honger terwijl ze zorgen voor brandstof, voer, stoffen, meststoffen en fijne medicijnen. Rampenbestrijding met lokale algacultuurproductie kan de hongerdood van de gemeenschap voor miljoenen voorkomen. Lokale algenproductie lost het kritieke probleem van voedseldistributie op.
  • Fijne medicijnen. Hoogwaardige, betaalbare medicijnen, vaccins en farmaceutische producten kunnen worden gemaakt van bijproducten van algen of worden gekweekt in bio-engineering van algen om geavanceerde verbindingen te produceren, zoals antibiotica, vitamines, nutraceuticals en vaccins. Deze verbindingen worden tegenwoordig gekweekt in landplanten en dieren, dus algen bieden een aanzienlijk snellere en goedkopere productie. Designeralgen die lokaal in dorpen worden gekweekt, kunnen miljoenen levens redden door goedkope vaccins of andere medicijnen te leveren die niet verpakt of gedistribueerd hoeven te worden. Fijne medicijnen, met name gepersonaliseerde medicijnen die zijn afgestemd op een individu, kunnen meer waarde bieden dan alle andere bijproducten van algen samen.

Het eerste voedselproductiesysteem van de natuur op aarde, algencultuur, biedt buitengewone voordelen. Oplossingen voor commerciële en kleinschalige teeltsystemen zullen een groene goudkoorts doen ontbranden om hoogwaardig en betaalbaar voedsel, brandstoffen, voer, meststoffen en medicijnen uit algen te produceren.

Algenvoedselproducten kunnen een overvloed aan voedsel en energie creëren en tegelijkertijd de vraag naar voedselproducten verminderen die uitgebreide akkerland, zoet water, meststoffen en fossiele brandstoffen nodig hebben. Voedselproductie die alleen zuurstof aan de atmosfeer toevoegt en de lokale ecosystemen niet vervuilt, zal een zeer positieve netto-opbrengst voor het milieu opleveren.

Aangepast van: Green Solar Gardens: de belofte van algen om honger te beëindigen, 2009.

geoogste spirulina

Geoogste spirulina voor voedsel.

HOOFDSTUK 3: Geschiedenis en politiek van algen

Nvroeger gebruikte elke menselijke samenleving die in de buurt van een oceaan, riviermonding of meer leefde algen als voedsel, voer voor hun dieren, kunstmest voor hun velden en medicijnen voor snijwonden, kneuzingen en maagaandoeningen. Gedroogde algen waren het eerste draagbare gemaksvoedsel en dienden waarschijnlijk als wampum in de handel, samen met witte schelpkralen. Archeologisch bewijs toont aan dat vroege Neanderthalers rond de Middellandse Zee algen samen met schelpdieren aten.

Het buitengewone productiviteitsvermogen van algen wordt al meer dan een eeuw erkend als een mogelijke oplossing voor de wereldwijde honger. De opwinding voor algen als wereldwijde voedseloplossing is meerdere keren opgeborreld en is elke keer op een onedele manier uitgebarsten. In de jaren 1890 maakten experts zich zorgen over de voorspelling van Thomas Malthus dat de bevolkingsgroei het voedsel zou overtreffen en adviseerden niet-traditionele voedselbronnen, waaronder gist, schimmels en algen.

Een soortgelijk initiatief kwam en ging na de Eerste Wereldoorlog. Wetenschappers zetten hun zoektocht naar duurzame voedselbronnen voort. Na de Tweede Wereldoorlog was meer dan de helft van de wereldbevolking verarmd en hongerig en experts adviseerden niet-conventionele landbouw als een uitweg uit de malthusiaanse val. Algen kwamen naar voren als het best beschikbare tegengif en tal van proefprojecten probeerden algen te produceren.

Onderzoekers kondigden aan dat ze in 1948 in staat waren om voedzame algen te kweken met goedkope materialen onder gecontroleerde laboratoriumomstandigheden. Wanneer ze in optimale omstandigheden werden gekweekt - zonnige, warme, ondiepe vijvers gevoed door eenvoudige CO2 - zette Chlorella ongeveer 20% van de beschikbare zonne-energie om in plantaardige biomassa die meer dan 50% eiwit wanneer gedroogd. In tegenstelling tot de meeste planten, was Chlorella's eiwit compleet met de 10 aminozuren die toen als essentieel werden beschouwd en het zat boordevol calorieën, vet en vitamines.

Chlorella met lichtmicroscopie

Chlorella met lichtmicroscopie. Foto: Dr. Barry H. Rosen

De pers werd uitbundig over het potentieel van algen en Colliers' Magazine schetste een boerderij van de toekomst waar dikke spoelen van glazen pijp duizenden tonnen eiwit produceerden in geautomatiseerde boerderijen. Experts, die niet achterblijven bij journalisten, creëerden plausibele scenario's waarin algen de wereldvoedselvoorziening zouden oplossen met bijna geen kosten.

Helaas struikelden onderzoekers over de wet van Murphy en ging alles mis wat er mis kon gaan. In plaats van robuust te zijn, bleek Chlorella een zeer temperamentvol organisme en stopte gewoon met groeien met kleine veranderingen in temperatuur, dichtheid, licht, pH en voedingsstoffen. De plant was zo kwetsbaar dat oogsten met centrifuges de biomassa beschadigde, evenals de hitte die nodig was voor ontvochtiging. Chlorella's harde celwanden maakten het onverteerbaar, wat de kosten en energie van warmte of extra mechanische verwerking toevoegde.

Terwijl de meeste onderzoekers hun zoektocht om de honger in de wereld met algen op te lossen opgaven, onderzocht NASA in de jaren vijftig het gebruik van algen als een manier om astronauten te voeden tijdens lange ruimtevluchten. In wat de 'Algenrace' wordt genoemd, concurreerden Sovjet- en Amerikaanse projecten om een ​​op zichzelf staand levensondersteunend systeem voor de ruimtevaart te ontwikkelen dat algen zou gebruiken om het afval van astronauten om te zetten in schone lucht, water en misschien voedsel. Wetenschappers konden de besmettings- en gewichtsproblemen niet oplossen en het programma werd geschrapt.

Als onderdeel van deze inspanning werd in 1961 ten minste één onderzoekspaper gepubliceerd in de Journal of Nutrition getiteld "Algen voeden bij mensen." Het vat het schaarse onderzoek naar algen als voedsel voor de mens samen. Het onderzoeksteam van het Amerikaanse leger onderzocht Chlorella uit Japan die in vijvers werd gekweekt, geoogst, gecentrifugeerd, gewassen, verwarmd en vacuüm gedroogd tot een groen poeder. Uit hun analyse bleek de samenstelling te zijn: eiwit: 59%, vet (oliën): 19%, koolhydraten: 13%, vocht: 3% en as: 6%.

De auteurs ontdekten dat algenvoedingssupplementen tot 100 gram per dag door hun vijf proefpersonen werden getolereerd. De gebruikte groene algen, Chlorella, gaven een sterke spinazie-achtige smaak aan het aangevulde voer. De meest acceptabele bereidingen waren koekjes, chocoladetaart, peperkoek en koude melk. Grotere supplementen veroorzaakten maagproblemen, maar de symptomen verdwenen nadat de supplementen waren stopgezet. Het team concludeerde dat gedroogde algen als voedingssupplement kunnen worden getolereerd, maar dat verdere verwerking nodig is voordat het een belangrijke voedselbron kan worden. Deze bevindingen degradeerden algen naar een kleine sector van de markt voor gezondheidsvoeding. Amerikaans onderzoek naar algen als voedselbron is praktisch verdampt.

Gelukkig voor de mensheid begon de Groene Revolutie in de jaren vijftig en floreerde algenvoedsel weer dankzij drie bijna even belangrijke factoren:

  • De uitvinding van sterkere pompen voor irrigatie
  • Nieuwe technologieën voor het maken van kunstmest
  • Vooruitgang in moleculaire genetica die zaden met een hoge opbrengst heeft gecreëerd

Dankzij sterkere pompen en grotere leidingen konden boeren het grondwater sterk onttrekken voor irrigatie. Boeren stapelden ook meer meststoffen, pesticiden en herbiciden op hun velden. De Groene Revolutie was begonnen en de graanopbrengsten verdubbelden op een eroderende basis van goedkope fossiele brandstoffen en zoet water.

Niet-agrarische bronnen van voedsel waren overbodig vanwege de vooruitgang in de productie van voedselgranen. Consumenten werden geconditioneerd door sciencefiction, journalisten en films om niet-traditionele voedselbronnen te wantrouwen.

Sciencefictionauteurs maakten zowel het concept van synthetisch voedsel populair als anticipeerden op ongunstige consumentenreacties en onbedoelde gevolgen zoals de Killer Tomaat en Frankenfoods. HG Wells' The Time Machine, 1895, War of the Worlds, 1898 en Het Voedsel van de Goden, 1905, Aldus Huxley's Brave New World, 1932 en Ward Moore's Groener dan je denkt, 1947, waarschuwden allen voor biotechnologische wondermiddelen.

Harry Harrison's Maak ruimte! Maak ruimte! in 1966 en die van Paul Ehrlich Bevolkingsbom, maakte in 1968 de gruwelijke gevolgen van onbeperkte bevolkingsgroei duidelijk. Harrisons apocalyptische scenario omvatte plankton, gist en algen als basisvoedsel voor de hongerende massa. Chlorella had een visachtige smaak, dus besloten marketeers om een ​​verbeterde versie te produceren die ze Soylent Green noemden. Dit leidde tot de verfilming van het boek van Harrison in 1973, Soylent Green, wat suggereert dat de algenbiomassacultuur niet alleen menselijk afval gebruikt, maar ook gerecyclede mensen. Zelfs met kannibalisme kon de uitvinding niet iedereen voeden. Water- en kunstmesttekorten, plagen, pestilenties en pesticidenvergiftigingen verwoestten gewassen en vervuild water. Het broeikaseffect intensiveerde, toenemende overstromingen, hevige stormen en droogte. Kunst imiteerde inderdaad het leven.

Een remake van Soylent Green zou de algenindustrie minstens een decennium terugzetten. Terwijl sciencefictionauteurs de publieke angst voor Frankenfoods aanwakkerden, ervaarden mensen uit de eerste hand groen slijm in hun aquaria, zwembaden en recreatieve waterwegen. De pers wilde graag de sensationele gevaren overbrengen van algen die dodelijke gifstoffen, dodelijke rode getijden en dode zones veroorzaakten die veel levende organismen doodden.

President Jimmy Carter startte verschillende algenprojecten om de VS in de richting van energieonafhankelijkheid te brengen, maar de focus werd verschoven van de productie van het elektriciteitsnet van olie naar steenkool. Het laatste overblijfsel van Carter's algenonderzoek, het 18-jarige Aquatic Species Program, werd stopgezet door de regering-Clinton toen ze de politieke beslissing namen om de R&D van de overheid te verschuiven van biobrandstoffen voor algen naar maïs-ethanol. Het ongelukkige resultaat van dit beleid was dat universiteiten en hun faculteit meer dan tien jaar lang geen gefinancierde beurzen konden ontvangen om algen te bestuderen.

Algenonderzoek kreeg in de jaren negentig een enorme klap toen het Congres de wetenschap negeerde en de toekomst van biobrandstoffen in de VS verwedde op maïs-ethanol. Maïs ontving subsidies en stimulansen in een golf van greenwashing-beloften dat ethanol duurzaam, hernieuwbaar en schoon zou zijn en olie-import zou verdringen. Uit bestaand onderzoek bleek dat maïs-ethanol het tegenovergestelde was van deze beweringen. Elke hectare maïsproductie erodeert zes ton grond, vervuilt het grondwater en geeft 1990 ton CO . vrij2 plus stikstofoxiden, deeltjes en smog. De 9 miljard gallons ethanol die in 2008 werd geproduceerd, compenseerde minder dan 3% van de Amerikaanse olie-invoer ten koste van miljarden subsidies en milieuvervuiling. De Energy Policy Act van 2005 stelde een norm voor hernieuwbare brandstoffen vast die meer hernieuwbare productie oplegde, maar liet algengrondstoffen buiten het beleid voor hernieuwbare energie.

Algen doken in 2008 opnieuw op als oplossing voor biobrandstoffen, toen twee brancheverenigingen ontstonden, gevolgd door een vakblad, Tijdschrift voor de algenindustrie. De eerste branchebijeenkomsten van de Algal Biomass Organization en de National Algae Association in 2007 trokken een klein aantal wetenschappers en enkele biobrandstofondernemers aan. De 2009 Algal Biomass Organization Summit in San Diego trok meer dan 800 bezoekers en kreeg internationale persaandacht.

De algenpolitiek staat voor een uitdagende toekomst omdat algen zowel economisch als ecologisch moeten concurreren met andere groene energieoplossingen. Andere duurzame energieoplossingen produceren elektriciteit, maar geen benzine, diesel of vliegtuigbrandstof. Algen staat op zichzelf als de haalbare oplossing voor de overgang naar energieonafhankelijkheid met vloeibare transportbrandstoffen die nodig zijn voor schepen, vliegtuigen, vrachtwagens en vliegtuigen voor de komende 50 jaar.

HOOFDSTUK 4: Wat zijn de concurrentievoordelen van algen?

Nano-sized, eencellige algen behoren tot de vroegste levensvormen op aarde. Ze overleven al 3.7 miljard jaar in veel van de meest barre omgevingen op aarde. Door de eenvoud van algen zijn deze planten ongelooflijk robuust: ze overleven niet alleen, maar produceren ook hoogwaardige biomassa in moeilijke omgevingen. In goede kweekomstandigheden produceren algen eiwit- en energiebiomassa met opbrengsten die 30 tot 100 keer productiever zijn per hectare dan landplanten.

Algen zijn van cruciaal belang voor het leven op aarde, omdat ze de organische stof aan de basis van de voedselketen produceren. De biomassa wordt door alles opgegeten, van de kleinste krill tot de grote blauwe vinvis. Algen produceren ook de meeste zuurstof die nodig is voor ander waterleven en leveren ongeveer 70% van onze dagelijkse zuurstof in de lucht.

Algen, de Latijnse naam voor zeewier, presenteren zich in alle soorten en maten. Microalgen zijn eencellige, microscopisch kleine organismen die vaak kleiner zijn dan 5 µ (micron) breed. De punt aan het einde van deze zin is ongeveer 100µ.

Algen groeien over de hele aarde, ook onder beide ijskappen. Hun voorkeursomgevingen zijn op vochtige plaatsen of in water, maar algen komen zowel op het land als in het water voor. Bodems, rotsen, bomen en ijs bevatten gedroogde algencellen en velen zijn nog steeds levensvatbaar. Verschillende algensoorten groeien in alle soorten water, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor de bestrijding van vervuiling.

Zeewieren vormen ongeveer 10% van de algen en er zijn grotere soorten die in mariene omgevingen leven, zoals kelp: bruine zeewieren die tot 180 voet kunnen groeien. Zeewier lijkt misschien stammen en bladeren te hebben die lijken op landplanten, maar deze structuren zijn eigenlijk ongedifferentieerde cellen die pseudo-bladeren worden genoemd. In tropische gebieden helpen koraalalgen bij de opbouw van koralen en ondersteunen ze de vorming van koraalriffen en andere soorten die in symbiose met sponzen leven.

Kelp, diatomeeën en vezelige groene algen

Kelp, diatomeeën en vezelige groene algen

Buiten de oceanen leven de meeste algen niet in waterwegen, maar in de bodem. Algen leven symbiotisch in de wortels van landplanten waar ze bodemverbindingen afbreken en de voedingsstoffen biologisch beschikbaar maken voor de planten. De blauwgroene algen, ook wel cyanobacteriën genoemd, dienen ook gewassen door stikstof uit de atmosfeer te fixeren in wortelknollen of direct op plantoppervlakken. Veel vlaktes, bergen en woestijnen zijn bedekt met algenkorsten die de grond op zijn plaats houden, een basis vormen voor planten met wortels en het kritische bodemvocht vasthouden. Algen bio-ingenieur bouwmaterialen zoals kalksteen, het materiaal dat de Egyptenaren gebruikten om de Grote Piramides te bouwen.

Algenkorst

Algenkorst

Verschillende algen maximaliseren verschillende componenten. Sommige soorten bevatten meer dan 50% lipiden (olie), andere 60% eiwit en weer andere 90% koolhydraten. Het voedingsproduct, eiwit, van sommige soorten heeft weinig natuurlijke geur of smaak, zodat het product de gewenste kenmerken kan aannemen, zoals elke geur, kleur, textuur, dichtheid of smaak. Blinde smaaktesten tussen algen en sojabonen zijn gunstig voor algen omdat algen niet de bittere, zetmeelachtige smaak van onbewerkte soja hebben. Net als voedselgranen, profiteert algenbiomassa van voedselverwerking om smaak, textuur, kleur en mondaantrekkingskracht te maximaliseren.

Algen zijn zeer efficiënt in het omzetten van licht, water en koolstof in biomassa die olieachtige verbindingen (lipiden) bevat die kunnen worden geëxtraheerd en verwerkt tot benzine, groene diesel of vliegtuigbrandstof. De resterende biomassa, voornamelijk eiwitten en koolhydraten, kan worden verwerkt tot voedsel, medicijnen, vaccins, mineralen, diervoeder, meststoffen, pigmenten, saladedressings, ijs, puddingen, laxeermiddelen en huidcrèmes. Een voorbeeld van algensamenstelling toont een algensoort waarbij 40% van de plantaardige biomassa olie is.

Samenstelling algen
Vetalgen, ook wel olieachtige algen genoemd, zijn soorten die grote hoeveelheden lipiden produceren. Groene algen zien er misschien niet uit als een grondstof voor bio-ruwe olie, maar de aardolie die in de voertuigen van vandaag wordt gebruikt, is afgeleid van prehistorische biomassa die grotendeels afkomstig was van algenbloei in oude wetlands en oceanen.

De afbraak van biomassa in de natuur begon meer dan 200 miljoen jaar geleden in het Carboon onder omstandigheden van enorme hitte en druk. Olie die uit de Noordzee wordt gepompt, bestaat uit afgebroken haptofytenalgen die coccolithophoriden worden genoemd. Algen vormen ook de belangrijkste componenten van diatomeeënaarde, steenkoolschalie en steenkool. De Egyptenaren bouwden hun piramides met kalksteen gevormd uit algen.

Algen Voordelen:
Het productiviteitsvoordeel van 30-100 maal de jaarlijkse opbrengst per hectare voor algen komt grotendeels voort uit de verschillen tussen planten op het land en op het water. Algen uiten zich in een bijna onbeperkt aantal soorten en stammen, wat ze tot een uniek organisme maakt. Verschillende belangrijke kenmerken onderscheiden algen van terrestrische planten.

Algen zijn op water gebaseerde organismen die groeien in zoet, zout, brak, zeewater of afvalwater. Landplanten hebben zoet water nodig om te groeien, omdat grote zoutionen hun leidingen en wortelstelsel verstoppen, waardoor de plant geen water en voedingsstoffen meer krijgt. Algen gedijen goed in zout water omdat ze zijn geëvolueerd in zeer zoute oude oceanen. Zoutionen vormen geen probleem voor algen omdat algen geen wortels hebben.

Algen ontwikkelden kritische groei-, voortplantings- en overlevingsstrategieën in hun miljarden jaren op aarde. Landplanten zijn slechts 500 miljoen jaar geleden uit algen geëvolueerd en hebben een heel groeiseizoen, 120-140 dagen, nodig om zaden te produceren voor een nieuwe generatie. In de tijd dat landplanten één generatie groeien, kunnen algen zich miljoenen generaties voortplanten omdat algen geen groeiseizoen hebben. Algen verschillen in veel opzichten van landplanten.

Concurrentievoordelen van algen

  • Bovenbouw. Landplanten investeren een groot deel van hun energie in het bouwen van een cellulosestructuur, inclusief stam, bladeren en stengels om weer en wind te weerstaan. Algen hebben zo'n eis niet. Waterondersteunende algen als een natuurlijke baarmoeder.
  • Sex. Landplanten investeren 35% van hun energie in het opbouwen en ondersteunen van hun seksuele apparaat. Algen zijn eenvoudige, eencellige organismen die zich geen zorgen hoeven te maken over seksuele structuren. Als de omstandigheden goed zijn, planten algen zich seksueel voort. Wanneer een stressor optreedt, kunnen de cellen zich ongeslachtelijk vermenigvuldigen.
  • Wortels. Landplanten investeren 25% van hun energie in wortels die ze op hun plaats houden en de planten afhankelijk maken van in situ bodemvocht en biologisch beschikbare voedingsstoffen, meestal geleverd door bodemmicroben zoals algen. Algen hebben geen wortels en sommige soorten groeien flagella, die ze kunnen wiebelen om te verplaatsen naar voedingsstoffen, vocht of zonne-energie.
  • Groei snelheid. Landplanten zoals voedselgranen hebben van de lente tot de herfst een volledig groeiseizoen nodig - vaak 140 dagen of meer om een ​​enkele oogst te produceren. Algen leerden te bloeien als ze werden gevoed en kunnen snel volwassen worden. Een algencel kan op één dag meer dan een miljoen nakomelingen produceren.
  • Richting. Landplanten groeien langzaam in één richting, naar de zon toe en kunnen hun biomassa in 10 dagen verdubbelen. Daarna vertragen ze geleidelijk de groei tot volwassenheid. Algen groeien in alle richtingen, 360°, en kunnen hun biomassa dagelijks verdrievoudigen of verviervoudigen.
  • Continue oogst. Algen groeien zo snel dat de helft van de algenbiomassa per dag kan worden geoogst. De oogst kan elke dag plaatsvinden dat de zon schijnt, wat 360 dagen per jaar kan zijn in locaties zoals Arizona, New Mexico, Colorado en Texas.
  • Continu groeiseizoen. Sommige algenproducenten kweken het hele jaar door algen met soorten die zijn aangepast aan elk seizoen. Sommige producenten gebruiken kweeklampen om zonne-energie te vergroten. Verschillende producenten experimenteren met LED en andere vormen van licht om de groei te verlengen tot buiten de daglichturen.
  • Robuuste productie. Een enkele gebeurtenis tijdens een heel groeiseizoen, zoals temperatuurpieken, droogte, insecten, wind of hagel, kan een hele graanoogst verwoesten. Bij slecht weer nemen algen rust en vertragen hun groeisnelheid of gaan in rust. Als het weer verbetert, hervatten algen hun snelle groei.
  • Stikstof fixatie. Blauwgroene algen, bekend als cyanobacteriën, zijn in staat zuurstof uit de atmosfeer te binden, wat de groei bevordert omdat stikstof vaak de beperkende voedingsstof is in stilstaand water.
  • Samenstelling. Groene biomassa van landplanten, zoals maïs, kan voor 80% niet-olie of afval zijn, omdat het grootste deel van de plantensamenstelling een cellulosestructuur is in plaats van eiwit voor voedsel- of energieproducerende oliën. Sommige algensoorten produceren 50% lipiden - oliën die direct kunnen worden omgezet in vliegtuigbrandstoffen of groene diesel.
  • Opgeslagen energie. Landplanten zoals maïs kunnen worden omgezet in ethanol dat met minder warmte brandt en slechts 64% van de MPG van benzine levert. Algen zetten zonneschijn, CO2 en andere voedingsstoffen om in lange koolstofketens die kunnen worden omgezet in krachtigere vloeibare transportbrandstoffen zoals JP-8, vliegtuigbrandstof en groene diesel die 30 tot 50% meer energie per gallon kan hebben dan benzine.
  • Energie positief. Ethanolproductie met maïs is een energieput omdat het meer energie verbruikt, voornamelijk dieselbrandstof en elektriciteit, die de brandstof levert. Algen kunnen brandstoffen produceren met minimale of geen fossiele brandstof.
  • Duurzame. Landgewassen verbruiken enorme hoeveelheden fossiele hulpbronnen die opraken - vruchtbare grond, zoet water, fossiele brandstoffen, meststoffen en fossiele landbouwchemicaliën. Algen concurreren niet met landgewassen om hulpbronnen en kunnen groeien met overvloedige hulpbronnen die niet opraken, inclusief zonneschijn, afvalwater en overtollige CO2.
  • Ecologisch positief. De moderne graanproductie voegt 2.5 ton CO2 per hectare toe, plus stikstofoxiden, fijnstof en smog. Elk gewas acre erodeert zes ton grond, die voedingsstoffen en chemicaliën bevat die wetlands, rivieren en meren vervuilen. Algenteelt stoot alleen zuurstof uit naar de atmosfeer terwijl het CO2 vasthoudt en voorkomt bodemerosie en vervuiling van het ecosysteem.
  • Geografische onafhankelijkheid. In tegenstelling tot landgewassen groeien talloze algensoorten in de meest barre omstandigheden op aarde. In gesloten en halfgesloten kweeksystemen kunnen algen op bijna elke hoogte, breedtegraad, lengtegraad of geografie worden gekweekt.

Algen zijn robuuste organismen die veel voordelen bieden ten opzichte van landgewassen. Algen blijven het meest onderontwikkelde organisme op aarde. Het domesticeren van algen om de vele voordelen ervan te verkrijgen, vormt een van de meest boeiende uitdagingen van de 21e eeuw.

HOOFDSTUK 5: Algenclassificatie

Algae zijn levende planten die de regels voor plantenclassificatie overtreden omdat ze in veel verschillende vormen zijn geëvolueerd: cellen, meercellige planten, bacteriën en in bijna oneindige combinaties. Hoewel de verschillende soorten bepaalde kenmerken delen, vertonen verschillende algen, zelfs van dezelfde soort, een buitengewone verscheidenheid in vorm, grootte, structuur, samenstelling en kleur.

Een enkele algensoort kan in één dag van vorm, samenstelling en kleur veranderen op basis van cultuurvariabelen zoals beschikbare lichtenergie, voedingsstoffen, temperatuur en zuurgraad, pH. Net als alle levende organismen, schakelen algen, wanneer ze gestrest zijn, over naar de overlevingsmodus, die de snelheid en samenstelling van het cellulaire metabolisme verandert. Stressoren kunnen ervoor zorgen dat algen meer olie opslaan ten koste van eiwitten of koolhydraten, om op een later moment voor energie te gebruiken. Sommige algen lijken meer olie op te hopen om naar de top van de waterkolom te stijgen waar ze meer zonne-energie kunnen oogsten.

De classificatie van algen in taxonomische groepen volgt dezelfde regels die worden gebruikt voor de classificatie van landplanten. De classificatie van landplanten kwam vóór algen omdat veel algensoorten van nanogrootte niet konden worden gezien vóór geavanceerde microscopen. De belangrijkste algengroepen worden onderscheiden op basis van pigmentatie, vorm, structuur, celwandsamenstelling, flagella-eigenschappen, opgeslagen producten en wijze van vermeerdering.

Algen vertonen zoveel variaties, zelfs binnen elke soort, dat ze uitzonderingen maken op bijna elke classificatieregel. Interessant is dat veel soorten de manier waarop ze zich voortplanten kunnen veranderen op basis van omgevingsomstandigheden. Als de omstandigheden goed zijn, planten ze zich seksueel voort. Wanneer de omstandigheden verslechteren, kunnen ze een of meer aseksuele methoden gebruiken, zoals celdeling, fragmentatie of sporen.

Het vermogen om minieme verschillen in algencellen te zien met de elektronenmicroscoop heeft classificaties aanzienlijk veranderd sinds de jaren zestig. Classificatieveranderingen gaan door naarmate nieuwe onderscheidende factoren worden ontdekt.

Algen onderscheiden zich van andere planten omdat ze over het algemeen:

  • Toon het vermogen om fotosynthese uit te voeren met de productie van moleculaire zuurstof, die wordt geassocieerd met de aanwezigheid van chlorofyl een, b or c;
  • Geen gespecialiseerde transportweefsels of -organen hebben die bestaan ​​uit onderling verbonden cellen die voedingsstoffen en metabolieten tussen verschillende plaatsen in het organisme verplaatsen;
  • Reproduceer seksueel of ongeslachtelijk om gameten te produceren die over het algemeen niet worden omgeven door beschermend meercellig ouderlijk weefsel.

Landplanten evolueerden ongeveer 500 miljoen jaar geleden uit algen en ontwikkelden gespecialiseerde cellen voor het opnemen en verplaatsen van voedingsstoffen en voor reproductie. Algen onderscheiden zich van de hogere planten door een gebrek aan echte wortels, stengels of bladeren. Sommige zeewieren, zoals kelp, lijken bladeren te hebben, maar het zijn pseudobladeren die uit dezelfde celstructuur bestaan ​​als de rest van de plant. Wetenschappers geloven dat macroalgen - zeewieren - zich parallel ontwikkelden met landplanten.

Cultuurcollecties van algensoorten zijn verkrijgbaar bij de Universiteit van Toronto, UC Berkeley, Universiteit van Texas, Universiteit van Kopenhagen, het Scottish Marine Institute, de Chinese Academie van Wetenschappen, de Universiteit van Praag en de World Federation of Culture Collections. De meeste collecties bieden informatie over samenstelling en teelt, cultuurverkoop, beschrijvende details en afbeeldingen. De uitstekende collectie van de Universiteit van Texas biedt een brede reeks doorzoekbare parameters. De Laboratorium voor algenbeelden bij Bowling Green biedt gratis digitale afbeeldingen van algen voor educatieve doeleinden.

Veel soorten zijn eencellig en microscopisch klein, waaronder fytoplankton en andere microalgen, terwijl andere meercellig zijn en zo groot kunnen worden als bomen zoals kelp. Fycologie, de studie van algen, omvat de studie van prokaryotische vormen die bekend staan ​​als blauwgroene algen of cyanobacteriën. Sommige algen leven ook in symbiose met korstmossen, koralen en sponzen. Het basis eencellige organisme, algen, heeft het algemene uiterlijk dat in de figuur wordt geïllustreerd.

algen cel

algen cel

Eukaryotische groene algen (Grieks voor "echte noot") planten zijn gestructureerd als een noot met een schaal die hun genetisch materiaal beschermt, dat is gerangschikt in organellen. Groene algen creëren discrete structuren met specifieke functies en hebben een dubbele membraangebonden kern of kernen. De prokaryotische cellen van blauwgroene algen, cyanobacteriën, bevatten geen kern of andere membraangebonden organellen.

Algen kunnen levendige kleine beestjes zijn, ook al zijn het geen dieren. Velen kunnen zwemmen, zoals dinoflagellaten met kleine zweepachtige structuren, flagella genaamd, die ze door het water trekken of duwen. Sommige algen knijpen een deel van hun lichaam naar voren en kruipen langs vaste oppervlakken. Een paar algen kunnen zelfs oogknoppen vormen die licht kunnen detecteren, wat essentieel is voor hun energievoorziening.

Andere soorten zijn gemaakt van fijne filamenten met cellen die van begin tot eind zijn verbonden. Sommige klonteren samen om kolonies te vormen, terwijl andere onafhankelijk drijven. Zeewier kan in bijna elke vorm groeien, zoals kegels, buizen, filamenten of cirkels. Algen vormen veel meer vormen dan landplanten en kunnen de vorm of structuur veranderen om zich aan te passen aan lokale omstandigheden. Grote stappen in celcomplexiteit vonden plaats met de evolutionaire progressie van een virus naar een bacterie en vervolgens van de prokaryotische cellen van bacteriën naar de eukaryote cellen van algen. Celwanden stellen algen in staat zichzelf te beschermen tegen de omgeving, meestal water en druk, osmotische druk genoemd.

Algen celwanden

Algen celwanden

Celwanden reguleren de osmotische druk die wordt geproduceerd door water dat probeert in of uit de cel te stromen door zijn semi-permeabele membranen vanwege een verschil in de oplossingsconcentraties. Algen hebben typisch celwanden die zijn opgebouwd uit cellulose, glycoproteïnen en polysachariden. Sommige soorten hebben een celwand die is samengesteld uit kiezelzuur (silicium) of alginezuur.

Rode algen zijn bijvoorbeeld een grote groep van ongeveer 10,000 soorten, voornamelijk meercellige, zeealgen, waaronder zeewier. Deze omvatten koraalalgen, die in symbiose met koralen leven, calciumcarbonaat afscheiden en een belangrijke rol spelen bij het bouwen van koraalriffen. Rode algen zoals dulse (Palmaria palmata) en laver (nori of gim) zijn een traditioneel onderdeel van de Europese en Aziatische keuken en worden gebruikt om andere producten te maken, zoals agar, carrageen en andere voedseladditieven.

De brede algenclassificatie omvat:

  • Bacillariophyta - diatomeeën
  • Charophyta - steenkruid
  • Chlorophyta — groene algen
  • Chrysophyta - gouden algen
  • Cyanobacteriën — blauwgroen
  • Dinophyta — dinoflagellaten
  • Phaeophyta — bruine algen
  • Rhodophyta — rode algen
Diatomeeën, steenmossen en dinoflagellaten

Diatomeeën, steenmossen en dinoflagellaten

Groene algen zijn geëvolueerd met chloroplasten, wat fotosynthese mogelijk maakt en de beschikbare O . aanzienlijk verbetert2. Blauwgroene algen hebben het meeste recente onderzoek ontvangen omdat veel wetenschappers die zijn opgeleid in bacterieonderzoek zijn begonnen met het bestuderen van de commerciële waarde van deze plant, geclassificeerd als zowel een blauwgroene alg als een bacterie; cyanobacteriën.

Prochlorococcus, een blauwgroene alg, is misschien wel het kleinste organisme op aarde, slechts 0.6 micron (miljoensten van een meter), maar het is een van de meest voorkomende organismen op aarde. Een enkele druppel water kan meer dan 100,000 van deze eencellige organismen bevatten. Sallie Chisholm van het MIT bestudeert Prochlorococcus en zegt dat biljoenen van deze kleine cellen onzichtbare bossen vormen en zorgen voor ongeveer de helft van de fotosynthese in de oceanen.

Classificatie van algen

Taxonomische groep Chlorophyl Carotenoïden Opslagproducten
Bacillariophyta een, c β-caroteen, ± -caroteen zeldenfucoxanthine Chrysolanarine-oliën
Chloro phycophyta (groene algen) een, b β-caroteen, ± -caroteen zelden caroteen en lycopeen, luteïne Zetmeel, oliën
Chrysophycophyta (goudalgen) een, c β-caroteen, fucoxanthine Chrysolanarine-oliën
Cyanobacteriën (blauwgroene algen) een, c β-caroteen, phycobilins
Phaeco phycophyta (bruine algen) een, c β-caroteen, ± fucoxanthine, violaxanthine Laminarine, oplosbare koolhydraten, oliën
Dinophyta (dinoflagellaten) een, c β-caroteen, peridinine, neoperididnine, dinoxanthine, neodinoxanthine. Zetmeel, oliën
Rhodo phycophyta (rode algen) een, zelden d β-caroteen, zeaxanthine, ± β caroteen Florida zetmeel, oliën

 

kleuren
Het groen dat vaak met algen wordt geassocieerd, is afkomstig van chlorofyl, maar algen bevatten ook veel kleuren pigmenten, vooral cyaan, rood, oranje, geel, blauw en bruin. Sommige soorten zijn kleurloos. Groene algen lijken groen omdat groen de enige lichtkleur is die het niet absorbeert. Rode algen absorberen een volledig spectrum aan kleuren en reflecteren rood. Rode algen kunnen dieper in de oceanen groeien dan de meeste andere soorten, omdat ze zijn uitgerust om het blauwe licht dat diep in de oceaan doordringt te absorberen.

Algen gebruiken pigmenten om zonlicht op te vangen voor fotosynthese, maar elk pigment reageert met slechts een smal bereik van het spectrum. Daarom produceren algen een verscheidenheid aan pigmenten van verschillende kleuren om meer van de zonne-energie op te vangen. Algen geleiden licht naar chlorofyl a, die lichtenergie omzet in hoogenergetische bindingen van organische moleculen.

Groene, blauwe en rode algen

Groene, blauwe en rode algen

Algen geven kleur aan herbivoren die ervan smullen. Algen geven de groenachtige tint aan de witte vacht van de bekende gigantische luiaard. Algen leven in de holle haren van ijsberen en leveren het roze pigment voor flamingo's, dat ze consumeren in zowel garnalen als algen. Vergelijkbare carotenoïden van algen geven de zalm de roze pigmentatie.

De kerncentrale van Palo Verde in Arizona trok enkele jaren geleden een roze flamingo naar zijn koelvijvers. De arme vogel werd wit en veroorzaakte wereldwijde speculaties in de pers over mogelijke stralingslekken. Gelukkig ontdekte een bioloog dat er in de vijvers onvoldoende bètacaroteen in de algen zat om de roze kleur van de vogel in stand te houden. De flamingo vloog naar een andere vijver met algen en kreeg snel zijn roze kleur terug.

Algen kunnen in symbiose met schimmel groeien om korstmos te creëren - het kleurrijke ruwe materiaal aan de zonnige kant van rotsen en bomen. Algen en de schimmel delen een wederzijdse afhankelijkheid, aangezien de algen voedsel voor beide planten produceren en in ruil daarvoor water en mineralen uit de schimmel halen. De schimmel biedt ook kritieke bescherming tegen uitdroging - drogen en sterven in de zon.

Het gebruik van algen-korstmosplanten voor pigmenten en kleurstoffen dateert van vóór Julius Caesar. De klassieke rode kleur van Romeinse tunieken kwam van pigmenten die werden gewonnen uit korstmossen die bekend staan ​​als urchilles. Romeinse vrouwen waardeerden de plant en gebruikten het als rouge om hun gezicht meer kleur te geven. Bijna alle moderne cosmetica bevatten algencomponenten om kleur, emulgering en/of vochtretentie te verbeteren.

HOOFDSTUK 6: Selectie van algensoorten

AProducenten van lgae selecteren specifieke algenstammen voor waardevolle verbindingen die in de algenbiomassa worden gekweekt. Algenbiomassa omvat voornamelijk lipiden, die worden gebruikt voor de productie van biobrandstof, eiwitten voor voedsel, diervoeders en nutraceuticals en zetmeel en koolhydraten waarvan een litanie van producten kan worden gemaakt.

Lipiden zijn moleculen met een lange koolstofketen die energie opslaan voor de plant en dienen als de structurele componenten van celmembranen. Lipiden zijn oliën die de plant meer drijfvermogen geven, zodat deze door de waterkolom omhoog beweegt richting zonne-energie. Sommige algensoorten hebben van nature een zeer hoge lipidenproductie, bijvoorbeeld 80% van het drooggewicht, maar ze groeien erg langzaam. Andere soorten groeien erg snel en slaan van nature ongeveer 20% lipiden op, maar wanneer ze gestrest zijn met een beperking van voedingsstoffen, slaan ze ongeveer 40% lipiden op.

Eiwitten zijn grote organische verbindingen gemaakt van aminozuren, gerangschikt in een lineaire keten verbonden door peptidebindingen. De genetische code van de plant bepaalt de volgorde van de aminozuren, maar voedingsbeperkingen kunnen veranderingen in de productie van aminozuren veroorzaken. De meeste eiwitten zijn enzymen die biochemische reacties en plantmetabolisme katalyseren. Andere eiwitten behouden de celvorm en zorgen voor signaleringsfuncties in de plant.

Algen gebruiken fotosynthese en zonne-energie om glucose te produceren uit koolstofdioxide. De glucose wordt voornamelijk opgeslagen in de vorm van zetmeelkorrels, in plastiden zoals chloroplasten en amyloplasten. Algen kunnen in water oplosbare glucose, plantensuiker maken, maar nemen veel ruimte in beslag. Algen pasten het vermogen aan om glucose te maken in de vorm van zetmeel, complexe koolhydraten die niet oplosbaar zijn en compact kunnen worden opgeslagen. Zetmeel is het belangrijkste koolhydraat in het menselijke dieet en koolhydraten van algen kunnen meelsoorten van voedselkorrels, zoals maïs, tarwe, aardappelen of rijst, vervangen. Zetmeel kan ook worden gefermenteerd tot een grote verscheidenheid aan alcoholen of biobrandstoffen.

De weg voorwaarts op basis van de Programma voor aquatische soorten en de ervaring van ander onderzoek naar de productie van algen laat zien dat robuuste algensoorten voor de productie van biobrandstoffen de volgende eigenschappen nodig hebben:

  • Produceert een hoog en constant lipidengehalte.
  • Groeit continu, wat het overwinnen van het stabiliteitsprobleem van algenculturen vereist.
  • Toont een hoge fotosynthetische efficiëntie.
  • Groeit met seizoensgebonden klimatologische verschillen en dagelijkse veranderingen in temperaturen.
  • Creëert minimale vervuiling van de bevestiging aan de zijkanten of onderkant van containers.
  • Gemakkelijk te oogsten en om lipiden te extraheren met zachte of flexibele celwanden.

Algentelers kunnen soorten selecteren en kopen uit cultuurcollecties die beschikbaar zijn bij de Universiteit van Texas, Universiteit van Toronto, UC Berkeley, Universiteit van Kopenhagen, het Scottish Marine Institute, de Chinese Academie van Wetenschappen, de Universiteit van Praag en de World Federation of Culture Collections . De meeste collecties bieden cultuurverkoop, compositie en foto's. De algengalerij in het Smithsonian National Museum of Natural History bevat veel informatie over algen en links naar algensites.

De samenstellingsvariatie tussen soorten varieert enorm. Sommige algen bevatten 80% lipiden, terwijl andere 60% eiwit produceren en weer andere zijn 92% koolhydraten. Soortselectie is niet alleen van cruciaal belang voor de gewenste samenstelling, maar ook voor een groot aantal structuur- en groeivariabelen die sterk variëren tussen soorten en stammen.

Samenstelling Variatie tussen algensoorten

Samenstelling Variatie tussen algensoorten

Wanneer algen weinig voedingsstoffen bevatten, zoals stikstof, fosfor of zwavel, verminderen ze de productie van essentiële meervoudig onverzadigde vetzuren en kunnen ze eiwitten van lagere kwaliteit opleveren met minder aminozuren. Gebrek aan voedingsstoffen kan ervoor zorgen dat algen de lipideproductie verhogen, maar vertraagt ​​​​of stopt meestal de voortplanting en groei. Bio-ingenieurs werken aan algen die lipiden verhogen zonder ontbering van voedingsstoffen. Verschillende onderzoekslaboratoria hebben genetisch gemodificeerde algenstammen gecreëerd die olie afscheiden zonder oogst, waardoor continue productie mogelijk is. Het vermijden van oogst en oliewinning elimineert enorme tijd- en kostenfactoren.

Algenvariëteiten bieden een bijna onbeperkte combinatie van functies. Speciale eigenschappen worden versterkt door selectieschermen voor natuurlijk voorkomende organismen, bio-engineering en hybridisatie. Algenexperts zoals Drs. Milton Sommerfeld en Jerry Brand hebben vele decennia geïnvesteerd in het zoeken naar wetlands, meren en woestijnen naar natuurlijk voorkomende algen die gewenste eigenschappen vertonen. Dr. Bruce Rittmann heeft gewerkt aan het genetisch modificeren van algen om meer olie of andere geavanceerde verbindingen te produceren. Veel algenproducenten hebben gewerkt aan het hybridiseren van algenstammen door kruisbestuiving om de gewenste groeikenmerken, het gemak van oogsten en extractie en gewenste verbindingen te maximaliseren.

Elke algensoort biedt een ander aandeel lipiden, zetmeel en eiwitten, Tabel 1. Sommige algen bevatten veel eiwitten en andere zijn meestal zetmeel of lipiden. Variaties in het kweken kunnen de samenstelling van de algenbiomassa aanzienlijk veranderen.

Tabel 1. Samenstelling van verschillende algen (% droge stof)

Zeewier Lipids Eiwit koolhydraten
Anabaena cilindrica 4-7 43-56 25-30
Aphanizomenon flos-aqua 3 62 23
Arthrospira maxima 6-7 60-71 13-16
Botryococcus braunii 86 4 20
Chlamydomonas rheinhar. 21 48 17
Chlorella ellipsoidea 84 5 16
Chlorella pyrenoidosa 2 57 26
Chlorella vulgaris 14-22 51-58 12-17
Dunaliella salina 6 57 32
Euglena gracilis 14-20 39-61 14-18
Prymnesium parvum 22-38 30-45 25-33
Porphyridium cruentum 9-14 28-39 40-57
Scenedesmus obliquus 12-14 50-56 10-17
Spirulina platensis 4-6 46-630 8-14
Spirulina maxima 6-7 60-71 13-16
Spirogyra sp. 11-21 6-20 33-64
Spirulina platensis 4-9 46-63 8-14
Synechococcus sp. 11 63 15

 

Algenoliën bevatten een extreem hoog gehalte aan onverzadigde vetzuren en verschillende algensoorten zorgen voor:

  • Linolzuur, een onverzadigd omega-6-vetzuur dat wordt gebruikt voor zepen, emulgatoren, sneldrogende oliën en een breed scala aan schoonheidshulpmiddelen. De vochtretentie-eigenschappen zijn gewaardeerde huidremedies die worden gebruikt voor het gladmaken en hydrateren, als ontstekingsremmer en voor het verminderen van acne.
  • Arachidonzuur, een omega-6-vetzuur dat ook in pindaolie wordt aangetroffen. Dit product matigt ontstekingen en speelt een belangrijke rol bij de werking van het centrale zenuwstelsel.
  • Eicospentaeenzuur, een omega-3 vetzuur en geeft dezelfde voordelen als visolie, die natuurlijk afkomstig is van algen. Onderzoek suggereert dat EPA de hersenactiviteit kan verbeteren, depressie en matig zelfmoordgedrag kan verminderen.
  • Docasahexaeenzuur, een omega-3-vetzuur dat over het algemeen in visolie wordt aangetroffen en het meest voorkomende vetzuur is dat in de hersenen en het netvlies wordt aangetroffen. DHA-deficiëntie wordt geassocieerd met cognitieve achteruitgang en verhoging van de neurale celdood. DHA is uitgeput in de hersenschors van ernstig depressieve patiënten.
  • Gamma-linoleenzuur, een omega-6 vetzuur dat voorkomt in plantaardige olie en voor het eerst werd gewonnen uit de teunisbloem. Het wordt verkocht als voedingssupplement voor de behandeling van problemen met ontstekingen en auto-immuunziekten. Er wordt onderzoek gedaan naar de therapeutische waarde ervan voor kanker om tumorgroei en metastase te onderdrukken.

Algencomponenten worden vaak aangetroffen in voedselingrediënten. Een normaal gezin dat normale zuivelproducten gebruikt, kan ontdekken dat 70% van de artikelen in hun winkelwagentje algeningrediënten bevatten. Carragenen die de celwanden vormen van verschillende soorten rode en bruine zeewieren zijn een familie van lineaire polysachariden. Het celwandmateriaal van carrageen is een colloïde dat wordt gebruikt als stabilisator of emulgator en dat vaak voorkomt in zuivel- en bakkerijproducten.

Hagar. Deze stof, een polysacharide, stolt bijna alles wat vloeibaar is. Agar is een colloïdaal middel dat wordt gebruikt voor verdikking, suspensie en stabilisatie. Het is echter het best bekend om zijn unieke vermogen om thermisch omkeerbare gels te vormen bij lage temperaturen. Agar wordt al sinds de 17e eeuw in China gebruikt en wordt momenteel geproduceerd in Japan, Korea, Australië, Nieuw-Zeeland en Marokko.

agar-agar

agar-agar

Tegenwoordig dient agar wetenschappers wereldwijd als een gelatine-achtig medium voor het kweken van organismen in wetenschappelijke en medische studies. Agar wordt veel gebruikt in de farmaceutische industrie als laxeermiddel of als inerte drager voor geneesmiddelen waarbij een langzame afgifte van het geneesmiddel vereist is. Bacteriologie en mycologie gebruiken agar als verstijvingsmiddel in groeimedia.

Agar wordt ook gebruikt als stabilisator voor emulsies en als bestanddeel van cosmetische huidpreparaten, zalven en lotions. Het wordt gebruikt in fotografische film, schoensmeer, tandafdrukmallen, scheerzepen, handlotions en in de bruiningsindustrie. In voedsel wordt agar gebruikt als vervanging voor gelatine, als anti-droogmiddel in brood en gebak en ook voor gelering en verdikking. Agar wordt gebruikt bij de vervaardiging van smeltkaas, mayonaise, pudding, room, gelei en bij de vervaardiging van bevroren zuivelproducten.

Nori, het Japanse woord voor zeewier, is populair over de hele wereld, maar vooral in Azië, waar het wordt geserveerd met verschillende namen zoals kombu, wakame, hai dai, laminaria en limu. Schotse koks noemen het dulse en de Ieren noemen hun product dillisk. Amanori is specifiek die voedingsmiddelen gemaakt van de Porphyra-soort omdat het essentiële aminozuren, vitamines en mineralen bevat. In Korea staat Porphyra bekend als kim of lavor. Het zorgt voor gezonde voedingsmiddelen die vrij zijn van de suikers en vetten die worden geassocieerd met het westerse dieet.

Wilde populaties van zoetwateralgen in het binnenland worden al sinds de prehistorie verzameld en geconsumeerd vanwege hun frisse smaak en voedingswaarde. Een van de meest voorkomende nostoc bestaat uit lange kralenkettingen en vormt een gelatineuze aggregatie van filamenten. De individuele filamenten zijn microscopisch klein, maar aggregaties komen voor als bolletjes van alle groottes en lijken op druiven.

Nostoc

Nostoc

De microscopisch kleine filamenten van Spirulina vormen geen ovale bolletjes, maar vormen vaak samen drijvende klonten die door de wind tegen de kust worden geduwd. Andere algensoorten verschijnen als draden van vrij zwevende massa's of filamenten die zich vastklampen aan rotsen in snel stromend water. Spirulina, in poedervorm, leidt de meeste conventionele voedingsmiddelen in zowel totale als bruikbare eiwitten. Alleen gevogelte en vis zijn superieur met meer dan 45% bruikbare eiwitten. Spirulina matcht vlees en zuivelproducten met 30% tot 45% eiwit. Spirulina en nostoc bieden meer eiwit in gewicht dan welke andere groente dan ook. Earthrise Nutritionals produceert elk jaar 500 ton eetbare Spirulina op zijn 100 hectare grote boerderij in Zuid-Californië.

Earthrise-boerderijen

Earthrise-boerderijen

De selectie van algensoorten zal een kritieke kwestie blijven voor algenproducenten, omdat de juiste soortkeuze de teelt, oogst, winning en de waarde van de geproduceerde producten verbetert. Gelukkig bieden de collecties van algensoorten uitgebreide informatie over soorten in hun collecties en stellen ze die soorten betrouwbaar beschikbaar tegen bescheiden kosten.

Aangepast van: Strategie voor groene algen: stop de invoer van olie en ontwikkel duurzaam voedsel en brandstof, 2008.

HOOFDSTUK 7: Algenteelt

Algae groeien in open, gesloten of halfgesloten systemen in ronde, lange of buisvormige tanks die de toegang van de gehele biomassa tot zonlicht maximaliseren. Groei vindt alleen plaats in de bovenste laag, ongeveer vijf centimeter, van het groeimedium, tenzij er vermenging plaatsvindt. Nieuwe celgroei blokkeert het zonlicht voor planten eronder. Semi-continu mengen is nodig om alle algen voldoende licht te geven. Sommige productiesystemen plaatsen lichtbronnen in de buurt van of in het water om het zonlicht te vergroten.

Groei vindt plaats op basis van een groot aantal variabelen die niet alleen de groei beperken, maar ook de algensamenstelling kunnen veranderen. Primaire variabelen zijn de volgende.

Licht. Gewoonlijk geeft zonlicht voldoende licht, maar kunstlicht werkt ook goed, vooral voor binnenkweeksystemen. Sommige kweeksystemen kunnen worden gekanteld om de oriëntatie op de zon en het gereflecteerde licht te optimaliseren. Verschillende producenten experimenteren met gebogen licht met behulp van spiegels of glaskabels en andere gebruiken LED-lampen die het energieverbruik minimaliseren.

Mengen. Aangezien de meeste groei plaatsvindt in de bovenste laag van het oppervlak dat naar de lichtbron is gericht, is mengen noodzakelijk. Elke cel moet in en uit het licht bewegen voor hun lichte en donkere groeiperiodes terwijl ze CO2 opnemen en O2 uitademen. Algen zijn zwaarder dan water en zouden zonder vermenging wegzakken van hun lichtbron.

Algen groeien zo snel dat ze in stilstaand water snel voedselarm worden. Ze kunnen niet bewegen en grazen naar voedsel omdat ze meestal geen voortstuwing hebben. Mengen brengt voedingsstoffen en CO2 naar elke algencel en zorgt voor intermitterende blootstelling aan licht. Mengen helpt ook om O2 uit het water naar de atmosfeer te brengen. Te veel of te weinig mengen belemmert de groei en ruwe mengmethoden kunnen celbeschadiging door schuifspanning veroorzaken.

Sommige algen hebben twee interessante gedifferentieerde kenmerken ontwikkeld: flagella en oogvlekken. In een specifieke groeifase groeien sommige algen flagella, slanke uitsteeksels uit het lichaam als spermastaarten die in een zweepachtige beweging bewegen om de algen voort te stuwen. De oogvlek herkent licht en de flagellen stuwen de plant naar het licht. Beweging is erg traag, mogelijk een centimeter per uur.

Water. Algen groeien goed in bijna elk soort water. Ze zijn vooral goed in het gebruik van fotosynthese om opgeloste voedingsstoffen en metalen in afvalwater om te zetten in groene biomassa waar de metalen kunnen worden verwijderd en teruggewonnen. Productiesystemen kunnen afvalwater, grijs water en zout- of oceaanwater gebruiken, afhankelijk van de geteelde soort. Kweeksystemen kunnen het water recyclen, zodat het enige verlies afkomstig is van verdamping.

CO2. Ongeveer de helft van het droge gewicht van de microalgenbiomassa is koolstof, meestal afgeleid van CO2 of carbonaten, en wordt continu bij daglicht gevoed. Elke 100 ton algenbiomassa legt ongeveer 183 ton CO2 vast. Het favoriete voedsel van algen, CO2, moet in gasvorm of in bicarbonaatvorm worden toegevoegd omdat gekweekte algen te snel groeien om voldoende CO2 uit het water te kunnen halen. Het meeste water is te verdund in CO2 voor een hoge productie. Perslucht vermengd met CO2 tot 20%, levert doorgaans koolstof voor de fotosynthese van algen. Industriële CO2 of rookgassen zijn typische bronnen, maar sommige kolengestookte elektriciteitscentrales produceren te veel zwavel, wat de algengroei kan remmen. Sommige producenten zoals Solazyme gebruiken een organische koolstofbron in de vorm van azijnzuur of glucose.

Voedingsstoffen. Algen voeden hun groei met dezelfde meststoffen die worden gebruikt voor landplanten, maar de meststoffen kunnen afkomstig zijn van afvalstromen die te zout zijn voor landplanten. Algengroei verbruikt veel minder stikstof en andere meststoffen per pond biomassa dan voedselgranen zoals maïs en de voedingsstoffen zijn gemakkelijker en goedkoper toe te passen. Opgeloste kunstmest of nutriënten uit de afvalstroom worden door algen veel efficiënter gebruikt dan landplanten, omdat de kleine eencellige algen de voedingsstoffen direct opnemen en de voedingsstoffen niet over lange afstanden hoeven te transporteren. Ongebruikte kunstmest kan ook opnieuw worden gebruikt met het gerecyclede water.

pH. De zuurgraad van water kan specifiek zijn voor het type algen dat wordt geproduceerd. Het beheersen van de pH van het water is een goede strategie om de groei van concurrerende algen te vertragen. De pH van het water is waarschijnlijk het hoogst 's middags vanwege de hoge fotosynthetische activiteit, die maximaal CO2 verbruikt.

Stabiliteit. Het handhaven van een stabiele groeiomgeving levert problemen op met de hoge groeisnelheid. Het groeimedium kan te veel van een voedingsstof of O2 vasthouden, wat stress en/of veranderingen in de samenstelling van de planten kan veroorzaken. Sommige producenten vangen vrijgekomen O2 op en verkopen het zuivere gas als product met toegevoegde waarde.

Algacultuurproductie
Algenbiomassa groeit in vijvers of containers die biofabrieken of gecultiveerde algenproductiesystemen (CAPS) worden genoemd. Water, anorganische voedingsstoffen, CO2 en licht worden aan de algencultuur geleverd om de groei van biomassa te bevorderen. Algen geven de voorkeur aan diffuus licht dat niet te fel is, dus sommige systemen gebruiken schaduw die het licht beperkt en diffuus maakt. Verschillende soorten produceren het beste bij specifieke temperaturen, dus sommige systemen gebruiken gerecycled water aan de buitenkant van de biofabriek om de optimale temperatuur te behouden.

Hoewel CO2 ongeveer 5% van de productiekosten kan bedragen, kunnen die kosten worden geminimaliseerd door de biofabriek in de buurt van een elektriciteits- of fabrieksinstallatie te plaatsen die CO2 produceert. Voedingsstoffen kunnen worden geleverd uit afvalwater, teruggewonnen uit de algentank of geoogste kunstmest. Nadat de algenolie is verwijderd, bevat de resterende biomassa aanzienlijke voedingsstoffen.

Biomassa groei

Biomassa groei

Gesloten systemen bieden het voordeel dat water met een hoge voedingswaarde door het systeem kan worden gerecycled. Deze praktijk verlaagt de kosten van toegevoegde voedingsstoffen aanzienlijk. Het minimaliseert ook het waterverlies door verdamping. Algacultuursystemen die zoutrijk water gebruiken, zoals landbouwafvalstromen of pekelwater, produceren een biomassa met veel zout dat moet worden verwijderd tijdens de extractie van nevenproducten. Sommige bedrijfsmodellen geven aan dat algen worden gebruikt om zware metalen uit industrieel afvalwater te halen, die vervolgens worden gewonnen en verkocht op de chemicaliënmarkt.

De oogst kan dagelijks plaatsvinden door filtratie, centrifugeren of flocculatie. De cellen die in de bouillon zijn gesuspendeerd, worden gescheiden van het water en de resterende voedingsstoffen worden gerecycled voor de productie van biomassa. Algenolie wordt gewonnen uit de teruggewonnen biomassa en omgezet in biodiesel. Een deel van de niet-olie biomassa kan worden gebruikt als veevoer, meststof en voor andere bijproducten.

Een deel van de verbruikte biomassa ondergaat anaërobe vergisting om biogas te produceren dat elektriciteit opwekt, dat de biomassamenging en het watertransport aandrijft. Effluenten van anaerobe vergisting kunnen worden gebruikt voor meer algenproductie of als voedselrijk gietwater. Het grootste deel van de uit het biogas opgewekte stroom wordt verbruikt voor de productie van biomassa en de overtollige energie kan worden verkocht aan het net. Sommige systemen gebruiken zonnepanelen met fotovoltaïsche cellen om zonne-energie direct om te zetten in elektriciteit, die doorgaans direct wordt gebruikt of wordt opgeslagen in batterijen.

Algacultuur productiesysteem

Algacultuur productiesysteem

In een continue kweek wordt met een constante snelheid vers kweekmedium toegevoerd en wordt dezelfde hoeveelheid microalgenbouillon onttrokken. Het voeren stopt 's nachts, maar het mengen gaat door om bezinking van de biomassa te voorkomen. Maar liefst 20% van de bij daglicht geproduceerde biomassa kan 's nachts worden geconsumeerd om de cellen tot zonsopgang in stand te houden. Nachtelijk biomassaverlies is afhankelijk van het groeilichtniveau, de groeitemperatuur en de temperatuur 's nachts. Sommige productiesystemen experimenteren met nachtlampjes om de productiviteit te verhogen.

Microalgen bevatten hoge, maar variabele percentages van de belangrijkste macronutriënten: meestal 20-50% eiwit, 5-30% koolhydraten en 10-30% lipiden, met ongeveer 10% as of afval. De verhoudingen van elke voedingsstof kunnen worden gewijzigd door soortenselectie, variërende groeiomstandigheden of door de algen in verschillende groeistadia te oogsten. De meeste soorten zijn rijk aan aminozuren en bieden een verscheidenheid aan pigmenten. De suikersamenstelling van polysachariden is zeer variabel, maar de meeste soorten hebben een hoog glucosegehalte, 20-87%. Microalgen bevatten aanzienlijke hoeveelheden micronutriënten en antioxidanten zoals vitamines, ascorbinezuur, riboflavine, carotenoïden en een verscheidenheid aan nieuwe lipiden.

Nadat de oliecomponent voor biobrandstof is gebruikt, kan de resterende biomassa met een hoog eiwitgehalte worden ontvochtigd en worden bewaard in een geschikte vorm zoals een cake, die niet hoeft te worden gekoeld en die ongeveer twee jaar houdbaar is. De algenkoek kan worden gescheiden in verschillende soorten voedsel, voedselingrediënten, voer, kunstmest, fijne medicijnen of andere componenten.

Algencomponenten, producten en toepassingen

Algencomponenten, producten en toepassingen

Algenproductie voor voedsel, brandstof, medicijnen of andere bijproducten kan COXNUMX-neutraal zijn omdat de energie die nodig is voor de productie en verwerking van de algen kan komen van het methaan dat wordt geproduceerd door anaërobe vergisting van het biomassaresidu dat overblijft na oliewinning. De bescheiden energiebehoefte voor mengen en oogsten kan ook afkomstig zijn van andere niet-koolstofbronnen zoals wind, geothermie of zonne-energie.

De geoogste biomassa is zeer kneedbaar in die zin dat het in dezelfde vorm kan worden opgeslagen als maïs, tarwe, rijst of sojaproducten. Deze omvatten eiwitrijke melk, zachte puree van elke grootte, vorm of textuur, tortilla, cracker of bloem. De biomassa kan worden verwerkt tot getextureerd plantaardig eiwit met toegevoegde vezels of geëxtrudeerd om vleesadditieven te maken die het vochtretentie verbeteren en het eiwit verhogen terwijl het vet wordt verlaagd.

Ons toekomstige voedsel zal waarschijnlijk worden verrijkt met algen en geavanceerde verbindingen uit algen.

Aangepast van: Strategie voor groene algen: stop de invoer van olie en ontwikkel duurzaam voedsel en brandstof, 2008.

HOOFDSTUK 8: Hebben algen ons menselijk gemaakt?

Algae heeft onze planeet 3.5 miljard jaar geleden gered door de hete en dodelijke CO . te transformeren2 en methaanatmosfeer tot voldoende zuurstof om het leven te ondersteunen. Slechts 2 miljoen jaar geleden hebben algen misschien nog een ongelooflijke prestatie geleverd door de micronutriënten te leveren die de vergroting van de menselijke hersenen veroorzaakten. Hersenen die drie keer groter waren dan die van chimpansees, onderscheidden onze Homo voorouders van hun premenselijke neven en neven van primaten.

Een mysterieuze voedingsbron veroorzaakte ongeveer 2 miljoen jaar geleden hersenvergroting, encefalatie. Wetenschappers zijn het erover eens dat vroege hominoïden een energieker dieet moesten vinden dat rijker was dan hun eerdere primatendieet van noten, bladeren, schors, scheuten, wortels en insecten. Het nieuwe dieet moest rijk zijn aan essentiële voedingsstoffen, vooral eiwitten en omega-3 vetzuren om de hersenvergroting te ondersteunen. Leerboeken suggereren dat vroeg Homo namen een stapsgewijze weg naar encefalatie door hun dieet uit te breiden met savannevlees, dat de energie en voedingsstoffen zou hebben geleverd die nodig zijn om grotere hersenen te ontwikkelen en te ondersteunen.

Voor vleesverwerving zouden echter kleine hersenen (iets groter dan chimpanseehersenen) en magere vroege hominoïden nodig zijn geweest om te concurreren met wilde dieren om vlees te verwerven. vroeg Homo opgeofferd spiermassa, grootte en snelheid voor rechtop lopen en een lichte toename van de hersenomvang. Het scenario van wildvlees negeert het aanzienlijke energie- en overlevingsrisico dat gepaard gaat met het concurreren met veel grotere, snellere en sterkere wilde dieren met gespecialiseerde aaseter- en jachtvaardigheden. Afrikaanse roofdieren waren 2 miljoen jaar geleden twee keer zo groot als nu.

Het menselijk brein is een miljoen jaar vergroot voordat jachtwapens of kookvuren werden uitgevonden. vroeg gehad Homo jaagden op vlees zonder wapens, zouden ze hoogstwaarschijnlijk de voedselketen zijn geworden. Zelfs als ze vlees hadden gevonden, misten ze de tanden om rauw vlees af te scheuren of te kauwen. Hun magen konden rauw vlees niet verteren, wat hen waarschijnlijk hevige diarree zou hebben bezorgd. Een voedzame, veilige, gemakkelijke en verteerbare voedselbron die rijk is aan omega-3 vetzuren moet voorafgegaan zijn aan de consumptie van wildvlees om de eerste stadia van hersenvergroting mogelijk te maken.

Vroege kleine hersenen Homo

Links: Vroege kleinbreinde Homo. Rechts: Krachtige sabeltandtijgers.

Omega-3 vetzuren
DHA bevat 27% van het meervoudig onverzadigde vet en 97% van de omega-3-vetzuren in de hersenen. Arachidonzuur (ARA), een meervoudig onverzadigd omega-6-vet met lange keten, bevat 35% van het meervoudig onverzadigde vet en 48% van de omega-6-vetzuren in de hersenen. Samen zijn DHA en ARA goed voor bijna tweederde van het structurele vet in de hersenen. Ze zijn essentieel voor de normale ontwikkeling en functie van de hersenen en ook voor operaties van de ogen en het hart. Deze vetzuren zijn geconcentreerd in het gebied van de hersenen dat verantwoordelijk is voor complexe denkvaardigheden - essentieel voor voedselverwerving.

Zoogdieren hebben een beperkt vermogen om DHA en ARA te synthetiseren uit voedingsprecursoren, dus vetzuren waren waarschijnlijk de beperkende voedingsstoffen die de evolutie van grotere hersengrootte in de meeste zoogdierlijnen beperkten. Wild plantaardig voedsel dat beschikbaar is op de Afrikaanse savanne, grassen, granen, knollen en noten bevatten verwaarloosbare ARA en DHA. Spierweefsel en organen van wilde Afrikaanse herkauwers zouden slechts matige niveaus van deze essentiële vetzuren hebben geleverd.

Onderaan de voedselketen
In plaats van de voedselketen op te gaan naar vlees van wild, kan de eerste stap van vroege mensachtigen in plaats daarvan in de voedselketen zijn geweest toen ze algen in hun drinkwater hadden opgenomen. Het consumeren van algen was misschien opzettelijk, maar waarschijnlijker was incidenteel omdat de kleine algencellen alleen zichtbaar waren in de zin dat ze het water een beetje groen kleurden. De meren en wetlands in de Rift Valley waar mensen grotere hersenen ontwikkelden, zijn de thuisbasis van enkele van de oudste meren en wetlands op aarde die overvloedige natuurlijke stands van de eiwitrijke en voedingsrijke spirulina-algen produceren. Spirulina is het best verkopende voedingssupplement voor algen dat momenteel op de markt is, omdat het een complete set essentiële voedingsstoffen biedt. Een hominoïde stam aan de lijzijde van een algenmeer heeft mogelijk dagelijks enkele grammen algen via hun drinkwater ingenomen. Deze paar gram algen zouden niet voldoende ruwvoer of eiwit hebben geleverd voor een volledige voeding. Algen zouden hebben gewerkt als een natuurlijk voedingssupplement om de essentiële voedingsstoffen, vitamines en antioxidanten te leveren die de groene vonk voor encefalatie leverden.

Vroeg Homo waren misschien aangetrokken tot het groene zoete water omdat hun neutrale, droge en korrelige dieet bijna verstoken was van zoetheid. Algen trekken een grote verscheidenheid aan andere voedzame micro-organismen aan, waaronder gisten, schimmels, bacteriën, virussen en andere micro-organismen die voor extra voedingswaarde zouden hebben gezorgd. Wanneer ze worden ingenomen, creëren algen een gevoel van verzadiging door een gematigde afgifte van glucose, wat een uitkomst zou zijn geweest voor moeders met hongerige baby's. Algen vergemakkelijken ook de spijsvertering, dus moeders hebben ervoor gezorgd dat hun nakomelingen na de maaltijd groen zoet water vol algen dronken. Aan de lijzijde van meren en wetlands blaast de wind algen in matten die met een handbeweging gemakkelijk geoogst hadden kunnen worden. Deze geconcentreerde algen waren mogelijk aantrekkelijk vanwege de zoete smaak en de eiwitwaarde.

Naarmate hun hersenen groter werden, vroeg Homo hebben mogelijk hun dieet uitgebreid door gebruik te maken van het aquatische ecosysteem voor algenvoeders die vol zitten met algeneiwit en voedingsstoffen zoals ongewervelde dieren, schelp- en vinvissen, insecten en amfibieën. Algenvoedingsstoffen waren het hele jaar door lokaal beschikbaar en waren gemakkelijk te oogsten en klaar om te eten of te drogen en op te slaan voor latere consumptie. Algen hebben misschien gediend als het oorspronkelijke smakelijke gemaksvoedsel en voorzagen in gezonde eiwitten van een volledige set essentiële aminozuren, essentiële vetzuren die de ontwikkeling van de hersenen en het lichaam ondersteunden, evenals essentiële vitamines en mineralen. Inheemse bevolkingsgroepen in Afrika blijven algen oogsten van matten die op het water drijven om als voedingssupplementen te gebruiken.

Vrouwen die algen oogsten

Vrouwen die algen oogsten. Tekening in de menselijke natuur, maart 1978, door Peter Furst.

Gezondheid
De vroege menselijke hersenen waren niet het enige lichaamsdeel dat baat had bij algen. Tegenwoordig zijn de vier meest voorkomende deficiëntieziekten wereldwijd in de volksgezondheid: ondervoeding, voedingsanemie (ijzer- en B12-tekort), xeroftalmie (vitamine A-tekort) en endemische struma (jodiumtekort). Elk van deze tekorten aan voedingsstoffen zou pre-mensen hebben uitgedaagd die noch jachtwapens noch jachtvaardigheden hadden en ook geen kookvuren hadden. Bos- en savanneplantaardig voedsel, vooral in de winter en de lente, zou ernstige tekorten aan voedingsstoffen hebben veroorzaakt bij vroege mensachtigen. Zonder kookvuren om de celwanden zacht te maken en voedingsstoffen vrij te maken in voedingsmiddelen zoals noten, granen, scheuten en wortels, zou veel van de voedingswaarde te vroeg verloren zijn gegaan Homo.

Het lijkt misschien onwaarschijnlijk dat een minuscuul algensupplement voldoende vitamine A, jodium, ijzer, zink en andere voedingsstoffen kan leveren, zelfs als het lokale dieet dat niet doet. Deze kritische sporenelementen komen typisch voor in het lokale water, maar in extreem zwakke verdunning. Mensen, vooral kinderen, kunnen niet genoeg water drinken om voldoende jodium binnen te krijgen. In veel ecosystemen is weinig zoet water beschikbaar om te drinken. Het geheim van algen voor een hoge voedingswaarde komt voort uit het vermogen om voedingsstoffen in water te accumuleren bij een concentratie van 1,000 keer de omgevingstemperatuur. Dit betekent dat zelfs wanneer sommige voedingsstoffen, mineralen of vitamines in de menselijke voeding ontbreken, algen die voedingsstoffen kunnen concentreren in de groene biomassa.

Toen de hersenen en lichamen van de mensachtigen een kritieke massa bereikten, Homo sapiens breidden hun dieet uit en werden uiteindelijk jagers. Het eerste fossielenbestand van een jachtwapen is slechts 400,000 jaar oud. De toevoeging van jachtwapens en kookvuren maakte vervolgens een meer divers dieet mogelijk en de ontwikkeling van moderne menselijke hersenen, communicatie en samenwerking.

Het voedingspad om mens te worden is misschien niet één stap hoger in de voedselketen geweest om savanne-wildvlees te oogsten. Het is waarschijnlijker dat onze voorouders eerst twee stappen in de aquatische voedselketen walsden voor de voedingsvoordelen van algen, vooral de omega-3 vetzuren. Nadat hun hersenen waren vergroot dankzij voedingsstoffen uit algen, waren onze voorouders bereid om de grote stap op het aardse trofische voedselweb te zetten om wildvlees te oogsten.

Alle rechten voorbehouden. Toestemming vereist om artikelen in hun geheel te herdrukken. Moet copyrightverklaring en live hyperlinks bevatten. Contact redactie@algaeplanet.com. Algae Planet accepteert ongevraagde manuscripten ter overweging en neemt geen verantwoordelijkheid voor de geldigheid van claims in ingediende redactionele artikelen.

advertentie
Algametrische advertentie

Aanmelden