Noções básicas de algas

  Mulheres de Algas

Capítulo 1
A pequena planta que salvou nosso planeta

Capítulo 2
O que é tudo sobre algas?

Capítulo 3
História e política das algas

Capítulo 4
Quais são as vantagens competitivas das algas?

Capítulo 5
Classificação de algas

Capítulo 6
Seleção de espécies de algas

Capítulo 7
Cultivo de algas

Capítulo 8
As algas nos tornaram humanos?

Alga converte CO2

Alga converte CO2 em uma ligação de planta e libera O2

Algae Basics, do Dr. Mark Edwards

CAPÍTULO 1: A pequena planta que salvou nosso planeta

Algae salvou nosso planeta ao transformar nossa atmosfera em oxigênio, permitindo que a vida existisse. As algas nos salvaram novamente, fornecendo o primeiro alimento da Terra. As algas podem salvar nosso planeta mais uma vez?

A Terra primitiva não sustentava criaturas vivas nem comida. Cerca de 3.7 bilhões de anos atrás, não existia vida porque a superfície da Terra era muito quente e não havia oxigênio. A atmosfera da Terra era composta de um manto mortal de CO2 e gás metano, que prendem o calor.

Registros fósseis mostram que uma pequena planta emergiu na sopa primordial e fez uma coisa extraordinária. A planta absorveu a energia do sol e usou uma reação química, a fotossíntese, para dividir um CO2 e uma molécula de água. A minúscula planta converteu o átomo de carbono em uma ligação vegetal verde de alta energia, um hidrocarboneto, ao retirar dois átomos de hidrogênio de H2O e liberar a molécula de oxigênio para a atmosfera. As algas começaram seu trabalho para mudar a atmosfera.

A abiogênese, o estudo de como surgiu a vida na Terra, usa uma teoria da sopa primordial e sugere que as condições químicas na Terra criaram os blocos de construção essenciais da vida. Enquanto o debate continua sobre exatamente como a primeira vida foi sintetizada, os fósseis sugerem que a primeira célula vegetal, a cianobactéria, também conhecida como alga verde-azulada, tinha o tamanho de uma nanopartícula, 5 µ (mícrons). O período no final desta frase é de cerca de 500 µ.

As algas coletaram sistematicamente a energia solar, sequestraram átomos de carbono e liberaram oxigênio. Movendo-se na velocidade incrivelmente lenta de uma molécula minúscula de cada vez, as algas transformaram a dura atmosfera de dióxido de carbono, que não conseguia sustentar a vida, em uma atmosfera de oxigênio que sustentava a vida. As algas levaram mais 3 bilhões de anos para criar oxigênio suficiente para suportar outras formas de vida porque as plantas terrestres evoluíram das algas apenas cerca de 500 milhões de anos atrás.

A transformação atmosférica das algas permitiu o desenvolvimento de outras plantas aquáticas, peixes, insetos, plantas terrestres, anfíbios, répteis e eventualmente animais terrestres. Embora as microalgas sejam as menores plantas do nosso planeta, a cada dia as algas criam 70% do oxigênio atmosférico, mais do que toda a floresta e campos combinados.

Segundo presente de algas - comida
A contribuição das algas para nossa atmosfera rica em oxigênio é igualada por outro presente desta pequena planta - servir como a base da cadeia alimentar. Muitas das primeiras plantas e criaturas aquáticas dependiam das algas como fonte de alimento. As algas servem de alimento nutritivo para tudo, desde o mais ínfimo fitoplâncton ao maior mamífero da Terra, a grande baleia azul, porque a planta oferece um excelente conjunto de proteínas, minerais e vitaminas. Todos os dias, enquanto as algas capturam CO2 e liberam oxigênio puro, a biomassa verde fornece alimento para 100 vezes mais organismos do que qualquer outra fonte de alimento na Terra.

As condições brutais na Terra significaram que as primeiras células de algas tiveram que evoluir e voltar a evoluir milhões de vezes enquanto seus microambientes colidiam com tempestades elétricas e forte calor seguido por congelamentos e chuvas de meteoros de rochas superaquecidas. As algas exibiram uma persistência incrível e desenvolveram uma grande variedade de mecanismos de defesa que permitiram às plantas sobreviver e se propagar. A capacidade das algas de se adaptarem rapidamente para sobreviver levou a cerca de 10 milhões de espécies de algas, cada uma com capacidade de crescimento e composição de biomassa únicas.

Como as algas formavam o degrau mais baixo da cadeia alimentar, elas desenvolveram uma estratégia de sobrevivência brilhante - a capacidade de crescer mais rápido do que seus predadores podiam comer. Os herbívoros que se alimentavam de algas comiam muitas, mas não todas as plantas de crescimento rápido. A capacidade de se propagar mais rápido do que seus predadores poderiam devorá-los criou uma enorme vantagem competitiva e garantiu a sobrevivência das algas. As algas podem ter sido o primeiro almoço grátis porque muitas espécies desenvolveram a capacidade de dobrar sua biomassa antes do meio-dia. Uma única célula de algas pode criar um milhão de descendentes em um dia.

A proliferação de algas era comum em antigos oceanos, lagos e lagoas. Os combustíveis fósseis que queimamos hoje são compostos principalmente de algas fossilizadas. As crianças aprendem na escola que o petróleo bruto vem dos dinossauros, mas os dinossauros vagaram pela Terra cerca de 200 milhões de anos tarde demais para se tornarem a biomassa preferida para os combustíveis fósseis.

A maioria das espécies de algas são tão minúsculas que só são visíveis ao microscópio. No entanto, as algas podem agrupar, amontoar, agrupar ou crescer em formações que são visíveis e comestíveis. As algas normalmente são mais pesadas que a água e se assentam, criando uma camada de neve verde no fundo de um lago. A energia solar verde das algas alimenta o crescimento de trilhões de organismos diariamente, à medida que a energia armazenada das algas sobe na cadeia alimentar.

As algas marinhas chamadas algas marinhas ou macroalgas frequentemente crescem em formas que têm a aparência de plantas terrestres com pseudo raízes, troncos e folhas. Essa evolução paralela permite que as algas marinhas cresçam até tamanhos tão grandes quanto árvores. As macroalgas são frequentemente comidas diretamente por peixes e mamíferos, como lontras marinhas, peixes-boi, golfinhos e baleias. As macroalgas fornecem uma variedade de cores brilhantes para os oceanos e muito mais biomassa do que os herbívoros podem comer.

As algas crescem em florestas sob as calotas polares, em solos sob geleiras, nos desertos mais quentes e secos, bem como em piscinas, aquários e cursos d'água. A simplicidade das algas permite que essas plantas sejam incrivelmente robustas; eles não apenas sobrevivem, mas também produzem biomassa de alto valor em ambientes extremamente difíceis. Os ambientes mais difíceis existentes na Terra hoje provavelmente parecem domesticados para uma planta que sobreviveu às duras condições ambientais bilhões de anos atrás.

Entradas abundantes
As algas usam insumos abundantes e freqüentemente excedentes, incluindo luz solar, CO2 e resíduos, salmoura ou água do oceano. A fotossíntese de algas retira CO2 e nutrientes da água circundante e produz biomassa vegetal composta de várias formas de lipídios (óleos), proteínas e carboidratos. O processo libera uma quantidade considerável de oxigênio puro para a atmosfera.

Algas usam insumos abundantes e baratos

Algas usam insumos abundantes e baratos

As algas são a principal fonte de alimento para muitos organismos em ambientes naturais sem cultivo humano. As algas selvagens que crescem em ambientes naturais produzem um crescimento de biomassa incrivelmente rápido, mas não são confiáveis ​​nem sustentáveis ​​porque a produção normalmente falha devido à limitação de nutrientes ou ao ataque de predadores. O cultivo de algas em lagos, cochos ou recipientes permite melhorias significativas de produtividade em relação às algas selvagens porque nutrientes suficientes podem ser fornecidos e predadores controlados ou evitados.

A limitação de nutrientes mais comum em ambientes naturais ocorre a partir de carbono, nitrogênio ou fósforo. Os nutrientes inorgânicos, como o nitrogênio, estão disponíveis apenas na medida em que estão disponíveis como íons livres, diluídos na água. No entanto, as algas podem consumir rapidamente os íons disponíveis em ambientes naturais, como lagoas. Novamente, as algas se adaptaram estrategicamente e muitas espécies têm a capacidade de consumir nutrientes orgânicos da biomassa biológica ou outros resíduos.

As algas podem nos salvar de novo?
Algas humildes salvaram nosso planeta sequestrando dois quilos de CO2 em cada quilo de biomassa de algas. Hoje, nossa atmosfera e oceanos carregam grandes quantidades de CO2 da poluição de combustível fóssil causada pelos humanos. As algas podem desempenhar um papel importante na salvação de nosso planeta novamente, reduzindo a carga de carbono atmosférico. As algas também podem reduzir os gases de efeito estufa ao produzir combustíveis de transporte líquidos neutros em carbono que reciclam o carbono atmosférico enquanto deslocam os combustíveis fósseis de transporte. Os combustíveis neutros em carbono são feitos com matéria-prima de algas quando o cultivo, a colheita e o refino de energia vêm de fontes renováveis, como solar, eólica, das ondas, geotérmica ou óleo de algas.

Os combustíveis de algas oferecem uma vantagem significativa porque queimam de forma limpa, sem partículas de fuligem pretas. A poluição de fuligem negra que causa doenças pulmonares, respiratórias e câncer veio da fossilização de algas em petróleo bruto, carvão e xisto ao longo de 400 milhões de anos. Os combustíveis de algas são produzidos em questão de semanas e não são fossilizados, portanto, eles queimam de forma limpa, semelhante a seus primos terrestres - óleo vegetal.

As algas prometem fornecer soluções muito necessárias para nossas sociedades cada vez mais quentes, lotadas, famintas e consumidoras de energia. A oportunidade diante de nós é cultivar algas de uma maneira que envolva as pessoas globalmente na produção de alimentos e energia sustentáveis ​​e acessíveis para suas famílias e necessidades da comunidade local.

CAPÍTULO 2: O que é tudo sobre algas?

Biscoitos espirulina

Biscoitos de espirulina. Foto de cortesia: thedorkyfrench.com

Cadeia de valor das algas.
Algae pode ser o melhor amigo da humanidade. As algas podem fornecer alimentos e combustível sustentáveis ​​e acessíveis, bem como soluções ecológicas e inovadoras. Qualquer alimento, fibra ou material que possa ser feito de safras terrestres pode ser feito de algas porque as plantas terrestres evoluíram das algas há 500 milhões de anos. As algas oferecem uma gama muito mais ampla de cores, texturas, sabores e compostos do que as plantas terrestres. Quaisquer combustíveis, plásticos ou outros materiais feitos de combustíveis fósseis podem ser feitos de algas porque os combustíveis fósseis são simplesmente algas fossilizadas ou organismos que as comeram.

O atributo de algas mais útil não é que possamos fazer praticamente qualquer coisa a partir de algas. O que diferencia as algas das plantas terrestres e dos combustíveis fósseis é como os alimentos, a energia e os coprodutos das algas são feitos. Nossa atmosfera está sobrecarregada com CO2, que é naturalmente reciclado ou sequestrado com a produção de algas. As safras de alimentos vão falhar com o aquecimento global, mas as algas prosperam no calor. Nosso mundo não tem terras cultiváveis ​​para plantações de alimentos, mas as algas podem produzir alimentos e energia suplementares em terras não cultiváveis.

Globalmente, as sociedades estão enfrentando uma escassez de água doce, mas as algas florescem em resíduos, salmoura ou água do oceano. Já ultrapassamos o pico do petróleo e as algas podem fornecer combustíveis líquidos para transporte a um custo menor do que o petróleo bruto de mineração. Os agricultores enfrentam uma grave escassez de recursos naturais, como fósforo, que as algas podem recuperar, bem como reciclar e reutilizar nutrientes de resíduos animais e humanos.

O cultivo de algas pode produzir biomassa valiosa usando nenhum ou o mínimo de recursos fósseis que competem com as culturas alimentares terrestres e não requerem solos férteis, água doce, combustíveis fósseis, fertilizantes e produtos químicos agrícolas fósseis. A co-localização da produção de algas em fazendas ou depósitos de resíduos municipais permite que as algas transformem esses caros fluxos de resíduos de um centro de custo para lucro que fornece energia, ração animal e fertilizante orgânico rico. A co-localização da produção de algas perto de fontes de carbono, como usinas de energia ou de cimento ou cervejarias, oferece soluções potenciais de poluição, além da produção de biomassa para biocombustíveis e co-produtos valiosos. Enquanto as algas limpam o ar e a água, a biomassa verde transforma o CO2 e os nutrientes residuais em açúcares, proteínas, lipídios, carboidratos e outros compostos orgânicos valiosos.

Onossos atuais sistemas de alimentação e transporte são maciçamente poluentes para o ar, o solo e a água. As algas podem produzir alimentos e combustível neutros em carbono com uma pegada ecológica positiva. Nossos combustíveis atuais queimam emitindo partículas de fuligem preta e suja, mas as algas queimam de forma limpa. Combustíveis de algas são feitos em poucas semanas e não sofreram 300 milhões de anos passando por uma fossilização profunda e suja. Combustíveis de algas queimam de forma limpa porque são essencialmente óleo vegetal.

As algas fazem pesquisas fascinantes porque, de acordo com o principal livro didático Algas por James Graham, Lee Wilcox e Linda Graham, Estima-se que existam 10 milhões de espécies de algas. Provavelmente 90% de todos os seus compostos especiais ainda precisam ser descobertos, descritos e cultivados. As algas produzem muito mais compostos do que os encontrados em plantas terrestres ou animais porque há muito mais espécies de algas do que outros organismos. As algas se beneficiam de mais de 3 bilhões de anos a mais de adaptação e evolução do que as plantas terrestres e criaram estratégias de sobrevivência engenhosas para maximizar seu crescimento e vitalidade e repelir predadores.

Os componentes de algas já estão integrados em nossos alimentos, rações, cosméticos e medicamentos. Um teste de cesta básica na Arizona State University descobriu que quase 70% dos produtos que os consumidores comumente compram no supermercado contêm componentes de algas. A maioria das pessoas não come algas diretamente, mas aprecia os produtos feitos de componentes de algas que incluem: farinha de algas em vez de farinha de trigo, milho ou soja; óleos de algas que são mais saudáveis ​​e menos engordantes do que o óleo de milho e nutrientes de algas como o ômega 3.

O delicioso chocolate de algas com baixas calorias permitirá que os consumidores tenham seu bolo e comê-lo sem se sentirem culpados pelo alto valor calórico. Além de ter menos gordura e mais nutrientes do que os alimentos terrestres, pesquisas na Rússia e no Japão sugerem que as algas podem alterar a atividade da enzima no fígado que controla o metabolismo dos ácidos graxos, resultando em níveis mais baixos de gordura, colesterol e triglicerídeos no sangue .

Biscoito de chocolate com algas
As algas estão posicionadas de forma única para fornecer uma cadeia de valor de produtos e soluções para as necessidades humanas críticas. A cadeia de valor inclui alimentos sustentáveis, combustíveis, soluções ecológicas e inovadoras, representadas na Promessa Verde da Algae.

Algae's Green Promise

Alimentos

  • Comida. As algas fornecem alimentos humanos ricos em proteínas, com baixo teor de gordura, nutritivos, saudáveis ​​e deliciosos. As algas fornecem mais vitaminas, minerais e nutrientes do que as plantas terrestres e são um alimento natural e saudável. As algas não fornecem uma solução completa para a desnutrição devido às suas poucas calorias.
  • Observação: o valor alimentar das algas será abaixo do ideal até que sejam encontradas soluções para alguns problemas-chave; tornando as paredes celulares duras digeríveis e produzindo menos ácidos nucleicos. Todas as outras promessas verdes aguardam apenas sistemas de produção de algas cultivadas em macro e microescala.
  • Ingredientes alimentares. Os componentes das algas aumentam cerca de 70% dos produtos em supermercados modernos, incluindo laticínios, cerveja, refrigerantes, geléias, produtos de panificação, sopas, molhos, recheios de tortas, bolos, glacês, corantes, remédios para úlceras, auxiliares digestivos, colírios, cremes dentais , cremes para a pele e shampoos.
  • Forragem. As algas produzem ração animal nutritiva, de baixo custo e alta proteína, com várias vitaminas, minerais e nutrientes. Substituir metade dos grãos alimentícios para animais vendidos como exportações dos EUA economizaria 20 milhões de acres de terras cultiváveis ​​e vários trilhões de galões de água doce. A produção local de algas nas aldeias alimentaria milhões de animais e economizaria 20 milhões de acres por ano de florestas e pastagens da desertificação devido à forragem animal.
  • Pesca. As algas fornecem alto teor de proteína; rações, vitaminas e nutrientes de baixo custo e nutritivos para peixes. As algas podem ser cultivadas in situ, na água com os peixes barbatanas e mariscos. Os peixes tendem a crescer mais rápido e com mais vitalidade nas algas do que nos grãos terrestres, porque os peixes comem algas em seu habitat natural.

Combustível

  • Combustíveis - biodiesel. Os óleos de algas extraídos diretamente da biomassa de algas produzem biocombustíveis renováveis ​​e sustentáveis ​​de alta energia a partir da luz do sol, C02 e águas residuais. Substituir a produção de etanol dos EUA ocuparia 2 milhões de acres de deserto, metade de um condado do Arizona. Substituir o milho por algas como matéria-prima para biocombustíveis economizaria anualmente 40 milhões de acres de terras agrícolas, 2 trilhões de galões de água, 240 milhões de toneladas de erosão do solo e extensa poluição da água.
  • Combustíveis - querosene de aviação, etanol e hidrogênio. As algas podem produzir uma variedade de combustíveis para transporte de líquidos de alta energia, incluindo gasolina. Embora o refino geralmente exija mais energia do que a extração do óleo de algas, os EUA provavelmente terão um excedente de capacidade de refinaria de etanol. As algas podem ser refinadas em refinarias de combustíveis fósseis nos mesmos produtos feitos de combustíveis fósseis porque os combustíveis fósseis são simplesmente algas fossilizadas.
  • Combustíveis fósseis. Substituir a produção de etanol dos EUA também economizaria 7 bilhões de galões de combustível fóssil usado para produzir etanol. Transferir 1/10 da produção agrícola dos EUA de diesel sujo para diesel de algas limpo limparia o meio ambiente e economizaria 20 bilhões de galões de combustíveis fósseis anualmente. Economias ainda maiores de combustível fóssil resultariam do uso de óleos de algas para substituir uma parte do diesel usado por caminhões, trens, navios e aviões.
  • Fogo - cozinhar. A fumaça preta de fogões para cozinhar e aquecimento com lenha, ervas daninhas e esterco causa morte por fumaça para 1.6 milhões e invalidez para 10 milhões, principalmente mulheres e crianças todos os anos. O óleo de algas de queima limpa e de alta energia pode acabar com a morte pela fumaça e muitas deficiências causadas pela fumaça. Substituir madeira, esterco e materiais agrícolas por óleo de algas economizará uma enorme quantidade de trabalho na coleta de lenha e permitirá que as florestas sejam replantadas.

Soluções Ecológicas

  • Água fresca. Correr as águas residuais através de algacultura alimenta as plantas e limpa a água. A produção de combustível, forragem ou fertilizante usando águas residuais ou salmoura economiza água que, de outra forma, seria usada para plantações terrestres. Substituir metade das exportações de alimentos dos EUA por alimentos de cultivo de algas economizaria 30 milhões de acres de terras cultiváveis, 2 trilhões de galões de água e 5 bilhões de galões de combustível fóssil.
  • Ar fresco. A combustão dos gases da chaminé através da cultura de algas remove CO2, óxidos nítricos, enxofre e metais pesados ​​como o mercúrio de usinas elétricas ou industriais, sequestra os gases do efeito estufa e limpa o ar. As algas representam apenas uma solução parcial, uma vez que a planta só cresce com a luz do sol e as usinas funcionam 24 horas por dia. Alguns produtores relataram sucesso com luzes de cultivo para produção noturna.
  • Fertilizante. As algas fixadoras de nitrogênio podem fornecer fertilizantes com alto teor de nitrogênio a um custo muito baixo tanto na produção quanto no consumo de energia. O produto é natural, apóia a produção de alimentos orgânicos e pode fornecer fertilizante local barato para agricultores de subsistência em todo o mundo. As cinzas de algas retêm valor fertilizante após serem queimadas em fogões de cozinha.
  • Florestas. Combustível de óleo de algas de alta energia pode acabar com a necessidade de desnudar florestas e pastagens para cozinhar e aquecer combustível. Os aldeões podem replantar suas florestas com nogueiras ou leguminosas como alimento para compensar as baixas calorias fornecidas pelos alimentos com algas.

Novas Soluções

  • Tecidos. Os carboidratos de algas são semelhantes à madeira e podem ser transformados em tecidos, papel e materiais de construção. O papel de algas e os materiais de construção salvam as florestas. Os tecidos economizam terras cultiváveis ​​para a produção de alimentos e fornecem calor. As algas podem ser transformadas em plásticos biodegradáveis, biocombustíveis ou outros produtos refinados.
  • Ajuda externa. A ajuda externa americana fornece alimentos subsidiados dos EUA, enfraquece ou destrói a produção local de alimentos porque os agricultores não podem competir com os alimentos subsidiados pelos EUA. Oferecer alimentos não aborda a causa raiz da fome e da pobreza - o controle local sobre os recursos alimentares e o envolvimento da comunidade. A ajuda externa da algacultura transferiria conhecimento e alguns materiais iniciais para o cultivo local de alimentos, combustíveis, forragens, fertilizantes e medicamentos com algas.
  • Fome e ajuda em desastres. As algas, com seu rico conjunto de vitaminas e minerais, ativam o sistema imunológico e evitam a fome ao mesmo tempo que fornecem combustível, forragem, tecidos, fertilizantes e remédios finos. O alívio em desastres com a produção local de algacultura pode evitar a fome da comunidade para milhões. A produção local de algas resolve o problema crítico de distribuição de alimentos.
  • Remédios finos. Medicamentos, vacinas e fármacos de alta qualidade a preços acessíveis podem ser feitos de coprodutos de algas ou cultivados em algas modificadas pela bioengenharia para produzir compostos avançados, como antibióticos, vitaminas, nutracêuticos e vacinas. Esses compostos são cultivados hoje em plantas terrestres e animais para que as algas ofereçam uma produção significativamente mais rápida e com custos mais baixos. Algas cultivadas localmente em aldeias podem salvar milhões de vidas, fornecendo vacinas de baixo custo ou outros medicamentos que não precisam de embalagem ou distribuição. Remédios finos, especialmente medicamentos personalizados para um indivíduo, podem oferecer mais valor do que todos os outros coprodutos de algas combinados.

O primeiro sistema de produção de alimentos da natureza na Terra, a algacultura, oferece benefícios extraordinários. Soluções para sistemas de cultivo comercial e em pequena escala irão desencadear uma corrida do ouro verde para produzir alimentos, combustíveis, forragens, fertilizantes e medicamentos de algas de alto valor e acessíveis.

Os produtos alimentares de algas podem criar uma abundância de alimentos e energia enquanto reduzem a demanda por produtos alimentícios que requerem extensas áreas de cultivo, água doce, fertilizantes e combustíveis fósseis. A produção de alimentos que adiciona apenas oxigênio à atmosfera e não polui os ecossistemas locais fornecerá um rendimento líquido muito positivo para o meio ambiente.

Adaptado de: Jardins solares verdes: promessa de algas para acabar com a fome, 2009.

espirulina colhida

Espirulina colhida para uso alimentar.

CAPÍTULO 3: História e política das algas

NNo início, toda sociedade humana que vivia perto de um oceano, estuário ou lago usava algas como alimento, forragem para seus animais, fertilizante para seus campos e remédios para cortes, hematomas e doenças estomacais. As algas secas forneceram o primeiro alimento de conveniência portátil e provavelmente serviram como wampum no comércio, junto com contas de concha branca. Evidências arqueológicas mostram que os primeiros Neandertais ao redor do Mediterrâneo comiam algas junto com mariscos.

A extraordinária capacidade de produtividade das algas foi reconhecida como uma solução potencial para a fome global por mais de um século. O entusiasmo pelas algas como solução alimentar global borbulhou várias vezes e, a cada vez, explodiu de maneira ignóbil. Na década de 1890, os especialistas preocuparam-se com a previsão de Thomas Malthus de que o crescimento populacional ultrapassaria os alimentos e recomendaram fontes alimentares não tradicionais, incluindo leveduras, fungos e algas.

Uma iniciativa semelhante surgiu e desapareceu após a Primeira Guerra Mundial. Os cientistas continuaram sua busca por fontes sustentáveis ​​de alimentos. Após a Segunda Guerra Mundial, mais da metade da população mundial estava empobrecida e faminta, e os especialistas recomendaram a agricultura não convencional como uma forma de escapar da armadilha malthusiana. As algas surgiram como o melhor antídoto disponível e vários projetos-piloto tentaram a produção de algas.

Os pesquisadores anunciaram que foram capazes de cultivar algas nutritivas usando materiais baratos sob condições controladas de laboratório em 1948. Quando cultivada em condições ideais - lagos rasos, ensolarados e quentes alimentados por CO2 simples - a Chlorella converteu cerca de 20% da energia solar disponível em biomassa vegetal contendo mais 50% de proteína quando seca. Ao contrário da maioria das plantas, a proteína de Chlorella era completa com os 10 aminoácidos então considerados essenciais e cheia de calorias, gordura e vitaminas.

Chlorella com microscopia de luz

Chlorella com microscopia de luz. Foto: Dr. Barry H. Rosen

A imprensa ficou entusiasmada com o potencial das algas e Colliers 'Magazine esboçou uma fazenda do futuro onde bobinas de tubos de vidro produziam milhares de toneladas de proteína em fazendas automatizadas. Os especialistas, para não serem superados pelos jornalistas, criaram cenários plausíveis em que as algas resolveriam o abastecimento mundial de alimentos com custo quase zero.

Infelizmente, os pesquisadores tropeçaram na Lei de Murphy e tudo que podia dar errado deu errado. Em vez de ser robusto, Chlorella acabou por ser um organismo muito temperamental e simplesmente parou de crescer com pequenas mudanças de temperatura, densidade, luz, pH e nutrientes. A planta era tão frágil que a colheita com centrífugas danificava a biomassa, assim como o calor necessário para a desidratação. As paredes celulares duras de Chlorella a tornavam indigesta, o que aumentava o custo e a energia do calor ou do processamento mecânico adicional.

Enquanto a maioria dos pesquisadores desistiu de sua busca para resolver a fome mundial com algas, a NASA investigou o uso de algas na década de 1950 como uma forma de alimentar os astronautas durante longos voos espaciais. No que foi chamado de “Corrida das Algas”, projetos soviéticos e americanos competiram para desenvolver um sistema autônomo de suporte de vida aeroespacial que usaria algas para converter os resíduos dos astronautas em ar puro, água e talvez comida. Os cientistas não conseguiram resolver os problemas de contaminação e peso e o programa foi descartado.

Como parte desse esforço, pelo menos um artigo de pesquisa foi publicado em 1961 no Journal of Nutrition intitulado “Algae Feeding in Humans”. Ele resume a escassa pesquisa sobre algas como alimento humano. A equipe de pesquisa do Exército dos EUA examinou a Chlorella do Japão que foi cultivada em tanques, colhida, centrifugada, lavada, aquecida e seca a vácuo até se tornar um pó verde. A análise mostrou que a composição era: proteína: 59%, gordura (óleos): 19%, carboidratos: 13%, umidade: 3% e cinzas: 6%.

Os autores descobriram que suplementos alimentares de algas de até 100 gramas por dia eram tolerados por seus cinco sujeitos humanos. A alga verde usada, Chlorella, deu um forte sabor de espinafre ao alimento suplementado. Os preparativos mais aceitáveis ​​foram biscoitos, bolo de chocolate, pão de gengibre e leite frio. Suplementos maiores criaram problemas estomacais, mas os sintomas desapareceram depois que os suplementos foram interrompidos. A equipe concluiu que algas secas podem ser toleradas como um suplemento alimentar, mas um processamento adicional seria necessário antes que pudesse se tornar uma importante fonte de alimento. Essas descobertas relegaram as algas a um pequeno setor do mercado de alimentos saudáveis. A pesquisa americana com algas como fonte de alimento praticamente evaporou.

Felizmente para a humanidade, a Revolução Verde começou na década de 1950 e os alimentos com algas floresceram novamente devido a três fatores quase que igualmente contribuintes:

  • A invenção de bombas mais fortes para irrigação
  • Novas tecnologias para fazer fertilizantes sintéticos
  • Avanços na genética molecular que criaram sementes de alto rendimento

Bombas mais fortes e tubos maiores permitiram aos agricultores extrair pesadamente as águas subterrâneas para irrigação. Os agricultores também empilharam mais fertilizantes, pesticidas e herbicidas em seus campos. A Revolução Verde havia começado e a produção de grãos alimentícios dobrou devido à erosão dos alicerces de combustíveis fósseis baratos e água doce.

Fontes não agrícolas de alimentos eram desnecessárias devido aos avanços na produção de grãos alimentícios. Os consumidores foram condicionados pela ficção científica, jornalistas e filmes a desconfiar de fontes de alimentos não tradicionais.

Os autores de ficção científica popularizaram o conceito de alimentos sintéticos e anteciparam reações desfavoráveis ​​do consumidor e consequências indesejadas, como a Tomate assassino e Frankenfoods. HG Wells ' O Time Machine, 1895, Guerra dos Mundos1898, e A comida dos deuses, 1905, Aldus Huxley's Admirável Mundo Novo, 1932 e Ward Moore's Mais verde do que você pensa, 1947, todos alertando contra as panacéias biotecnológicas.

Harry Harrison's Criar espaço! Criar espaço! em 1966 e Paul Ehrlich's Bomba de população, em 1968 explicou os horríveis resultados do crescimento populacional irrestrito. O cenário apocalíptico de Harrison incluía plâncton, fermento e algas como alimentos básicos para as massas famintas. A Chlorella tinha um sabor de peixe, então os comerciantes decidiram produzir uma versão aprimorada que chamaram de Soylent Green. Isso levou à adaptação cinematográfica do livro de Harrison em 1973, Soylent Green, que sugere que a cultura de biomassa de algas usa não apenas dejetos humanos, mas também humanos reciclados. Mesmo com o canibalismo, a invenção não poderia alimentar a todos. A escassez de água e fertilizantes, pragas, pestes e envenenamento por pesticidas arruinaram as plantações e poluíram as águas. O efeito estufa se intensificou, aumentando as inundações, violentas tempestades e secas. A arte realmente imitou a vida.

Um remake de Soylent Green iria atrasar a indústria de algas pelo menos uma década. Enquanto os autores de ficção científica estimulavam o medo público dos Frankenfoods, as pessoas viviam o lodo verde em primeira mão em seus aquários, piscinas e canais recreativos. A imprensa estava ansiosa para transmitir os perigos sensacionais das algas que criaram toxinas mortais, marés vermelhas assassinas e zonas mortas que mataram muitos organismos vivos.

O presidente Jimmy Carter iniciou vários projetos de algas para mover os EUA em direção à independência energética, mas o foco passou a ser a mudança da produção da rede elétrica de petróleo para carvão. O último remanescente da pesquisa de algas de Carter, o Programa de Espécies Aquáticas de 18 anos, foi encerrado pelo governo Clinton quando eles tomaram a decisão política de transferir a P&D do governo de biocombustíveis de algas para etanol de milho. O infeliz resultado dessa política foi que as universidades e seus professores não puderam receber bolsas para estudar algas por mais de uma década.

A pesquisa com algas sofreu um grande golpe na década de 1990, quando o Congresso ignorou a ciência e apostou o futuro do biocombustível nos Estados Unidos no etanol de milho. O milho recebeu subsídios e incentivos em uma onda de promessas de lavagem verde de que o etanol seria sustentável, renovável, limpo e substituiria as importações de petróleo. A pesquisa existente mostrou que o etanol de milho é o oposto dessas afirmações. Cada acre de produção de milho corrói seis toneladas de solo, polui as águas subterrâneas e libera 2.5 toneladas de CO2 além de óxidos nítricos, partículas e poluição atmosférica. Os 9 bilhões de galões de etanol produzidos em 2008 compensaram menos de 3% das importações de petróleo dos EUA, ao custo de bilhões em subsídios e poluição ambiental. A Lei de Política de Energia de 2005 estabeleceu um padrão de combustíveis renováveis ​​exigindo mais produção renovável, mas deixou as matérias-primas para algas fora da política de energia renovável.

As algas reapareceram como uma solução de biocombustível em 2008, com o surgimento de duas associações da indústria, seguidas por um jornal do setor, Revista da Indústria de Algas. As primeiras reuniões da indústria da Algal Biomass Organization e da National Algae Association em 2007 atraíram um pequeno número de cientistas e alguns empresários de biocombustíveis. O 2009 Algal Biomass Organization Summit em San Diego atraiu mais de 800 e recebeu cobertura da imprensa internacional.

A política de algas enfrenta um futuro desafiador porque as algas devem competir econômica e ecologicamente com outras soluções de energia verde. Outras soluções de energia renovável produzem eletricidade, mas não gasolina, diesel ou combustível para aviação. As algas são a única solução viável para o movimento em direção à independência energética com combustíveis líquidos para transporte, necessários para navios, aviões, caminhões e aviões nos próximos 50 anos.

CAPÍTULO 4: Quais são as vantagens competitivas das algas?

Nalgas unicelulares do tamanho de um ano estão entre as primeiras formas de vida da Terra. Eles têm sobrevivido em muitos dos ambientes mais hostis da Terra por 3.7 bilhões de anos. A simplicidade das algas permite que essas plantas sejam incrivelmente robustas - elas não apenas sobrevivem, mas produzem biomassa de alto valor em ambientes difíceis. Em boas condições de cultivo, as algas produzem proteína e biomassa energética com rendimentos 30 a 100 vezes mais produtivos por acre do que as plantas terrestres.

As algas são essenciais para a vida na Terra, pois produzem a matéria orgânica na base da cadeia alimentar. A biomassa é comida por tudo, desde o mais ínfimo krill às grandes baleias azuis. As algas também produzem a maior parte do oxigênio necessário para outras formas de vida aquática e fornecem cerca de 70% de nosso oxigênio atmosférico diário.

As algas, nome latino para as algas marinhas, apresentam-se em todas as formas e tamanhos. As microalgas são organismos microscópicos unicelulares, geralmente menores que 5 µ (mícrons) de largura. O período no final desta frase é de cerca de 100µ.

As algas crescem em toda a Terra, inclusive em ambas as calotas polares. Seus ambientes preferidos são em locais úmidos ou na água, mas as algas são comuns na terra e também em ambientes aquáticos. Solos, rochas, árvores e gelo contêm células de algas secas e muitas ainda são viáveis. Várias espécies de algas crescem em todos os tipos de água, o que as torna excelentes para o controle da poluição.

As algas marinhas constituem cerca de 10% das algas e existem espécies maiores que vivem em ambientes marinhos, como as algas marinhas: algas marrons que podem atingir 180 pés. As algas podem parecer ter troncos e folhas semelhantes às plantas terrestres, mas essas estruturas são, na verdade, células indiferenciadas chamadas pseudo-folhas. Nas regiões tropicais, as algas coralinas ajudam a construir corais e a apoiar a formação de recifes de coral e outras espécies que vivem em simbiose com esponjas.

Alga marinha, diatomácea e algas verdes fibrosas

Alga marinha, diatomácea e algas verdes fibrosas

Longe dos oceanos, a maioria das algas vive não nos cursos de água, mas no solo. As algas vivem simbioticamente nas raízes das plantas terrestres, onde quebram os compostos do solo e tornam os nutrientes biodisponíveis para as plantas. As algas verde-azuladas, também conhecidas como cianobactérias, também servem às plantações fixando nitrogênio da atmosfera nos nódulos das raízes ou diretamente nas superfícies das plantas. Muitas planícies, montanhas e desertos são cobertos por crostas de algas que mantêm o solo no lugar, fornecem uma base para as plantas com raízes e mantêm a umidade crítica do solo. Materiais de construção da bioengenharia de algas, como calcário, que é o material que os egípcios usaram para construir as Grandes Pirâmides.

Crosta de Algal

Crosta de Algal

Várias algas maximizam componentes diferentes. Algumas espécies oferecem mais de 50% de lipídios (óleo), outras 60% de proteínas e outras 90% de carboidratos. O produto alimentar, proteína, de algumas espécies tem pouco cheiro ou sabor natural pelo que o produto pode assumir as características pretendidas como qualquer cheiro, cor, textura, densidade ou sabor. Testes cegos de sabor entre algas e grãos de soja favorecem as algas porque as algas não têm o sabor amargo e amiláceo da soja não processada. Como os grãos para alimentos, a biomassa de algas se beneficia do processamento de alimentos para maximizar o sabor, a textura, a cor e o apelo na boca.

As algas são muito eficientes na conversão de luz, água e carbono em biomassa contendo compostos oleosos (lipídios) que podem ser extraídos e processados ​​em gasolina, diesel verde ou combustível de aviação. A biomassa restante, principalmente proteína e carboidrato, pode ser transformada em alimentos, medicamentos, vacinas, minerais, ração animal, fertilizantes, pigmentos, molhos para salada, sorvetes, pudins, laxantes e cremes para a pele. Um exemplo de composição de algas mostra uma espécie de algas em que 40% da biomassa vegetal é óleo.

Composição de Algas
As algas gordas, também chamadas de algas oleaginosas, são espécies que produzem grandes quantidades de lipídios. As algas verdes podem não parecer uma matéria-prima de óleo biológico, mas o petróleo usado nos veículos de hoje é derivado da biomassa pré-histórica que veio em grande parte da proliferação de algas em pântanos e oceanos antigos.

A decomposição da biomassa da natureza começou há mais de 200 milhões de anos, no período carbonífero, sob condições de enorme calor e pressão. O óleo bombeado do Mar do Norte consiste em algas haptófitas decompostas chamadas coccolitoforídeos. As algas também constituem os principais componentes da Terra de diatomáceas, xisto carbonífero e carvão. Os egípcios construíram suas pirâmides com calcário formado a partir de algas.

Vantagens das algas
A vantagem de produtividade de 30-100 vezes o rendimento anual por acre para algas ocorre em grande parte devido às diferenças entre plantas terrestres e aquáticas. As algas se expressam em um número quase ilimitado de espécies e linhagens, o que as torna um organismo único. Várias características principais diferenciam as algas das plantas terrestres.

As algas são organismos à base de água que crescem em água doce, salgada, salobra, do mar ou águas residuais. As plantas terrestres requerem água doce para o crescimento porque grandes íons de sal obstruem seu encanamento, sistema radicular, deixando a planta sem água e nutrientes. As algas florescem em água salgada porque evoluíram em oceanos antigos muito salgados. Os íons de sal não representam nenhum problema para as algas porque as algas não têm raízes.

As algas desenvolveram estratégias críticas de crescimento, propagação e sobrevivência em seus vários bilhões de anos na Terra. As plantas terrestres evoluíram de algas há apenas 500 milhões de anos e requerem uma estação de cultivo inteira, 120-140 dias, para produzir sementes para uma nova geração. Enquanto as plantas terrestres crescem por uma geração, as algas podem se propagar por milhões de gerações porque as algas não têm estação de crescimento. As algas são diferentes das plantas terrestres em muitos aspectos.

Vantagens competitivas das algas

  • Superestrutura. As plantas terrestres investem grande parte de sua energia na construção de estruturas celulósicas, incluindo tronco, folhas e caules para resistir ao vento e ao clima. As algas não têm esse requisito. A água sustenta as algas como um útero natural.
  • Sexo. As plantas terrestres investem 35% de sua energia na construção e sustentação de seu aparelho sexual. As algas são organismos simples e unicelulares que não precisam se preocupar com as estruturas sexuais. Quando as condições são boas, as algas se propagam sexualmente. Quando surge um estressor, as células podem proliferar assexuadamente.
  • Raízes. As plantas terrestres investem 25% de sua energia nas raízes que as prendem no lugar e as tornam dependentes da umidade do solo in situ e dos nutrientes biodisponíveis, normalmente fornecidos por micróbios do solo, como as algas. As algas não têm raízes e algumas espécies desenvolvem flagelos, que podem mover-se para obter nutrientes, umidade ou energia solar.
  • Velocidade de crescimento. Plantas terrestres, como grãos para alimentos, requerem uma estação de crescimento completa da primavera ao outono - geralmente 140 dias ou mais para produzir uma única safra. As algas aprenderam a florescer quando nutridas e podem crescer rapidamente até a maturidade. Uma célula de alga pode produzir mais de um milhão de descendentes em um único dia.
  • Direção. As plantas terrestres crescem lentamente em uma direção, em direção ao sol e podem dobrar sua biomassa em 10 dias. Então, eles reduzem progressivamente o crescimento até a maturidade. As algas crescem em todas as direções, 360 °, e podem triplicar ou quadruplicar sua biomassa diariamente.
  • Colheita contínua. As algas crescem tão rapidamente que metade da biomassa das algas pode ser colhida diariamente. A colheita pode ocorrer todos os dias em que o sol brilha, o que pode ser 360 dias por ano em locais como Arizona, Novo México, Colorado e Texas.
  • Temporada de crescimento contínuo. Alguns produtores de algas estão cultivando algas o ano todo, usando espécies adaptadas a cada estação. Alguns produtores usam luzes de cultivo para aumentar a energia solar. Vários produtores estão experimentando com LED e outras formas de luz para estender o crescimento além das horas do dia.
  • Produção robusta. Um único evento durante toda uma estação de cultivo, como aumento de temperatura, seca, insetos, vento ou granizo, pode devastar toda uma safra de grãos alimentícios. Quando ocorre mau tempo, as algas descansam e diminuem a sua taxa de crescimento ou entram em dormência. Quando o clima melhora, as algas retomam seu rápido crescimento.
  • Fixação de nitrogênio. As algas verde-azuladas conhecidas como cianobactérias são capazes de fixar o oxigênio da atmosfera, o que promove o crescimento porque o nitrogênio costuma ser o nutriente limitante na água estacionária.
  • Composição: A biomassa verde da planta terrestre, como o milho, pode ser 80% não oleosa ou residual porque a maior parte da composição da planta é a estrutura celulósica em vez de proteína para alimentos ou óleos produtores de energia. Algumas cepas de algas produzem 50% de lipídios - óleos que podem ser convertidos diretamente em combustíveis de aviação ou diesel verde.
  • Energia armazenada. Plantas terrestres, como o milho, podem ser convertidas em etanol, que queima com menos calor e fornece apenas 64% do MPG da gasolina. As algas convertem a luz do sol, CO2 e outros nutrientes em longas cadeias de carbono que podem ser convertidas em combustíveis de transporte líquido mais poderosos, como JP-8, combustível para aviões e diesel verde, que pode ter de 30 a 50% mais energia por galão do que a gasolina.
  • Energia positiva. A produção de etanol com milho é um sumidouro de energia porque consome mais energia, principalmente óleo diesel e eletricidade, que o combustível fornece. As algas podem produzir combustíveis usando o mínimo ou nenhum combustível fóssil.
  • Sustentável. As plantações terrestres consomem grandes quantidades de recursos fósseis que acabarão - solo fértil, água doce, combustíveis fósseis, fertilizantes e produtos químicos agrícolas fósseis. As algas não competem com as culturas terrestres por recursos e podem crescer com recursos abundantes que não se esgotam, incluindo luz solar, águas residuais e CO2 excedente.
  • Ecologicamente positivo. A produção moderna de grãos adiciona 2.5 toneladas de CO2 por acre mais óxidos nítricos, partículas e poluição. Cada acre de cultivo corrói seis toneladas de solo, que carrega nutrientes e produtos químicos que poluem áreas úmidas, rios e lagos. O cultivo de algas emite apenas oxigênio para a atmosfera enquanto sequestra CO2 e evita a erosão do solo e a poluição do ecossistema.
  • Independência geográfica. Ao contrário das culturas terrestres, numerosas espécies de algas crescem nos ambientes mais hostis da Terra. Em sistemas de cultivo fechados e semifechados, as algas podem ser cultivadas em quase qualquer altitude, latitude, longitude ou geografia.

As algas são organismos robustos que oferecem muitas vantagens em comparação com as culturas terrestres. As algas continuam sendo o organismo mais subdesenvolvido da Terra. Domesticar algas para obter seus muitos benefícios apresenta um dos desafios mais envolventes do século XXI.

CAPÍTULO 5: Classificação de algas

AAs lgas são plantas vivas que quebram as regras de classificação de plantas porque evoluíram em muitas formas diferentes - células, plantas multicelulares, bactérias e em combinações quase infinitas. Enquanto as várias espécies compartilham certas características, diferentes algas, até mesmo da mesma espécie, apresentam uma variedade extraordinária de forma, tamanho, estrutura, composição e cor.

Uma única espécie de algas pode mudar de forma, composição e cor em um único dia com base em variáveis ​​de cultura, como energia de luz disponível, nutrientes, temperatura e acidez, pH. Semelhante a todos os organismos vivos, quando as algas estão estressadas, elas mudam para o modo de sobrevivência, o que muda a velocidade e a composição do metabolismo celular. Os estressores podem fazer com que as algas armazenem mais óleo em detrimento das proteínas ou carboidratos, para usar como energia mais tarde. Algumas algas parecem acumular mais óleo para subir ao topo da coluna d'água, onde podem colher mais energia solar.

A classificação de algas em grupos taxonômicos segue as mesmas regras usadas para a classificação de plantas terrestres. A classificação das plantas terrestres veio antes das algas porque muitas espécies de algas de tamanho nanométrico não podiam ser vistas antes de microscópios avançados. Os principais grupos de algas são diferenciados com base na pigmentação, forma, estrutura, composição da parede celular, características dos flagelos, produtos armazenados e método de propagação.

As algas apresentam tantas variações, mesmo dentro de cada espécie, que expressam exceções a quase todas as regras de classificação. Curiosamente, muitas espécies podem mudar a maneira como se propagam com base nas condições ambientais. Quando as condições são boas, eles se propagam sexualmente. Quando as condições se degradam, eles podem usar um ou mais métodos assexuados, como divisão celular, fragmentação ou esporos.

A capacidade de ver diferenças mínimas nas células de algas com o microscópio eletrônico mudou as classificações substancialmente desde 1960. As mudanças de classificação continuam à medida que novos diferenciadores são descobertos.

As algas são diferenciadas de outras plantas porque geralmente:

  • Apresenta capacidade de realizar fotossíntese com produção de oxigênio molecular, que está associada à presença de clorofila a, b or c;
  • Não tenha tecidos ou órgãos de transporte especializados constituídos por células interconectadas que movem nutrientes e metabólitos entre diferentes locais do organismo;
  • Reproduza-se sexualmente ou assexuadamente para produzir gametas que geralmente não são circundados por tecido parental multicelular protetor.

As plantas terrestres evoluíram a partir de algas há cerca de 500 milhões de anos e desenvolveram células especializadas para a absorção e movimentação de nutrientes e para a reprodução. As algas se distinguem das plantas superiores pela falta de raízes, caules ou folhas verdadeiras. Algumas algas marinhas, como as algas, parecem ter folhas, mas são pseudo-folhas compostas da mesma estrutura celular do resto da planta. Os cientistas acreditam que as macroalgas - algas marinhas - se desenvolveram em evolução paralela com as plantas terrestres.

As coleções de culturas de espécies de algas estão disponíveis na Universidade de Toronto, UC Berkeley, Universidade do Texas, Universidade de Copenhagen, Instituto Marinho Escocês, Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Praga e Federação Mundial de Coleções de Cultura. A maioria das coleções fornece informações sobre composição e cultura, vendas de cultura, detalhes descritivos e fotos. A excelente coleção da Universidade do Texas oferece um amplo conjunto de parâmetros pesquisáveis. O Laboratório de Imagens de Algal at Bowling Green fornece imagens digitais de algas sem nenhum custo para fins educacionais.

Muitas espécies são unicelulares e microscópicas, incluindo fitoplâncton e outras microalgas, enquanto outras são multicelulares e podem crescer tão altas quanto árvores como as algas. Ficologia, o estudo de algas, inclui o estudo de formas procarióticas conhecidas como algas verde-azuladas ou cianobactérias. Algumas algas também vivem em simbiose com líquenes, corais e esponjas. O organismo unicelular básico, as algas, tem a aparência geral ilustrada na figura.

Célula de Alga

Célula de Alga

As plantas de algas verdes eucarióticas (do grego para “noz verdadeira”) são estruturadas como uma noz com uma casca protegendo seu material genético, que é organizado em organelas. As algas verdes criam estruturas discretas com funções específicas e têm um núcleo ou núcleos duplos ligados à membrana. As células procarióticas das algas verde-azuladas, cianobactérias, não contêm núcleo ou outras organelas ligadas à membrana.

As algas podem ser criaturinhas vivas, embora não sejam animais. Muitos podem nadar, como os dinoflagelados que têm pequenas estruturas semelhantes a chicotes chamadas flagelos, que os puxam ou empurram através da água. Algumas algas espremem parte do corpo para a frente e rastejam ao longo de superfícies sólidas. Algumas algas podem até formar botões oculares que podem detectar luz, o que é crítico para seu suprimento de energia.

Outras espécies são feitas de filamentos finos com células unidas de ponta a ponta. Alguns se agrupam para formar colônias, enquanto outros flutuam independentemente. As algas marinhas podem crescer em quase todas as formas, como cones, tubos, filamentos ou círculos. As algas têm muito mais formas do que as plantas terrestres e podem mudar a forma ou a estrutura para se adaptar às condições locais. As etapas principais na complexidade celular ocorreram com a progressão evolutiva de um vírus para uma bactéria e, em seguida, das células procarióticas das bactérias para as células eucarióticas das algas. As paredes celulares permitem que as algas se protejam do meio ambiente, normalmente água e pressão, chamada de pressão osmótica.

Paredes celulares de algas

Paredes celulares de algas

As paredes celulares regulam a pressão osmótica produzida pela água tentando fluir para dentro ou para fora da célula através de suas membranas semipermeáveis ​​devido a um diferencial nas concentrações da solução. As algas normalmente possuem paredes celulares construídas de celulose, glicoproteínas e polissacarídeos. Algumas espécies têm uma parede celular composta de ácido silícico (silício) ou ácido algínico.

As algas vermelhas, por exemplo, são um grande grupo de cerca de 10,000 espécies de algas marinhas, principalmente multicelulares, incluindo algas marinhas. Estes incluem algas coralinas, que vivem simbioticamente com os corais, secretam carbonato de cálcio e desempenham um papel importante na construção de recifes de coral. Algas vermelhas como dulse (Palmaria palmata) e pia (nori ou gim) são uma parte tradicional da culinária europeia e asiática e são usados ​​para fazer outros produtos como ágar, carragena e outros aditivos alimentares.

A ampla classificação de algas inclui:

  • Bacillariophyta - diatomáceas
  • Charophyta - stoneworts
  • Clorofita - algas verdes
  • Crisófita - algas douradas
  • Cianobactérias - azul esverdeado
  • Dinophyta - dinoflagelados
  • Phaeophyta - algas marrons
  • Rhodophyta - algas vermelhas
Diatomáceas, gemas e dinoflagelados

Diatomáceas, gemas e dinoflagelados

As algas verdes evoluíram com cloroplastos, o que permite a fotossíntese e melhora muito o O disponível2. As algas verde-azuladas receberam a maior parte das pesquisas recentes porque muitos cientistas treinados em pesquisa de bactérias começaram a estudar o valor comercial dessa planta, classificada como uma alga verde-azulada e bactéria; cianobactéria.

Prochlorococcus, uma alga verde-azulada pode ser o menor organismo da Terra, apenas 0.6 mícron (milionésimos de metro), mas é um dos organismos mais abundantes do planeta. Uma única gota d'água pode conter mais de 100,000 desses organismos unicelulares. Sallie Chisholm, do MIT, estuda Prochlorococcus e diz que trilhões dessas minúsculas células formam florestas invisíveis e fornecem cerca de metade da fotossíntese nos oceanos.

Classificação de Algas

Grupo Taxonômico Clorofila Carotenóides Produtos de armazenamento
Bacillariophyta a, c β-caroteno, ± -caroteno raramente fucoxantina Óleos de crisolaminarina
Cloro phycophyta (algas verdes) a, b β-caroteno, ± -caroteno raramente caroteno e licopeno, luteína Amido, óleos
Chrysophycophyta (algas douradas) a, c β-caroteno, fucoxantina Óleos de crisolaminarina
Cianobactérias (algas verdes azuis) a, c β-caroteno, ficobilinas
Phaeco phycophyta (algas marrons) a, c β-caroteno, ± fucoxantina, violaxantina Laminarina, carboidratos solúveis, óleos
Dinophyta (dinoflagelados) a, c β-caroteno, peridinina, neoperididnina, dinoxantina, neodinoxantina. Amido, óleos
Rhodo phycophyta (algas vermelhas) a, raramente d β-caroteno, zeaxantina, ± β caroteno Amido da Flórida, óleos

 

Cores
O verde frequentemente associado às algas vem da clorofila, mas as algas também contêm pigmentos de muitas cores, especialmente ciano, vermelho, laranja, amarelo, azul e marrom. Algumas variedades são incolores. As algas verdes parecem verdes porque o verde é a única cor de luz que não absorvem. As algas vermelhas absorvem um espectro completo de cores e refletem o vermelho. As algas vermelhas podem crescer mais profundamente nos oceanos do que a maioria das outras espécies porque são equipadas para absorver a luz azul que penetra nas profundezas do oceano.

As algas usam pigmentos para capturar a luz solar para a fotossíntese, mas cada pigmento reage apenas com uma faixa estreita do espectro. Portanto, as algas produzem uma variedade de pigmentos de cores diferentes para capturar mais energia do sol. As algas canalizam a luz para a clorofila a, que converte a energia da luz em ligações de alta energia de moléculas orgânicas.

Algas verdes, azuis e vermelhas

Algas verdes, azuis e vermelhas

As algas dão cor aos herbívoros que se alimentam delas. As algas dão o tom esverdeado ao pêlo branco da conhecida preguiça gigante. As algas vivem nos pelos ocos dos ursos polares e fornecem o pigmento rosa para os flamingos, que eles consomem tanto no camarão quanto nas algas. Carotenóides de algas semelhantes dão a pigmentação rosa ao salmão.

A usina nuclear de Palo Verde, no Arizona, atraiu um flamingo rosa para suas lagoas de resfriamento vários anos atrás. O pobre pássaro ficou branco e criou especulações na imprensa mundial sobre possíveis vazamentos de radiação. Felizmente, um biólogo descobriu que os lagos não tinham beta-caroteno suficiente nas algas para manter a coloração rosa do pássaro. O flamingo voou para outro lago com algas e rapidamente recuperou seu tom rosado.

As algas podem crescer em simbiose com o fungo para criar líquen - o material áspero e colorido no lado ensolarado das rochas e árvores. As algas e o fungo compartilham uma dependência mútua, pois as algas produzem alimentos para as plantas e, em troca, obtém água e minerais do fungo. O fungo também oferece proteção crítica contra a dessecação - secando e morrendo ao sol.

O uso de algas-líquen como pigmentos e tinturas é anterior a Júlio César. A clássica cor vermelha das túnicas romanas provinha de pigmentos extraídos de líquenes conhecidos como urchilles. As mulheres romanas valorizavam a planta e a usavam como ruge para dar mais cor aos seus rostos. Quase todos os cosméticos modernos contêm componentes de algas para melhorar a cor, emulsificação e / ou retenção de umidade.

CAPÍTULO 6: Seleção de espécies de algas

AOs produtores de algas selecionam cepas de algas específicas para compostos valiosos cultivados na biomassa de algas. A biomassa de algas inclui principalmente lipídios, usados ​​para produzir biocombustíveis, proteínas para alimentos, rações e nutracêuticos e amidos e carboidratos que podem ser transformados em uma litania de produtos.

Os lipídios são moléculas de longa cadeia de carbono que armazenam energia para a planta e atuam como componentes estruturais das membranas celulares. Os lipídios são óleos que tornam a planta mais flutuante, de modo que sobe na coluna d'água em direção à energia solar. Algumas espécies de algas são naturalmente muito altas na produção de lipídios, por exemplo, 80% em peso seco, mas elas crescem muito lentamente. Outras espécies crescem muito rápido e armazenam naturalmente cerca de 20% de lipídios, mas quando estressadas com limitação de nutrientes, armazenam cerca de 40% de lipídios.

As proteínas são grandes compostos orgânicos feitos de aminoácidos, dispostos em uma cadeia linear conectada por ligações peptídicas. O código genético da planta determina a sequência dos aminoácidos, mas as limitações de nutrientes podem causar alterações na produção de aminoácidos. A maioria das proteínas são enzimas que catalisam reações bioquímicas e o metabolismo das plantas. Outras proteínas mantêm a forma celular e fornecem funções de sinalização dentro da planta.

As algas usam a fotossíntese e a energia solar para produzir glicose a partir do dióxido de carbono. A glicose é armazenada principalmente na forma de grânulos de amido, em plastídios como cloroplastos e amiloplastos. As algas podem produzir glicose solúvel em água, açúcar de planta, mas consomem um espaço considerável. As algas adaptaram a capacidade de produzir glicose na forma de amido, carboidratos complexos que não são solúveis e se armazenam de maneira compacta. O amido é o carboidrato mais importante na dieta humana e os carboidratos de algas podem substituir as farinhas de grãos alimentares, como milho, trigo, batata ou arroz. Os amidos também podem ser fermentados em uma ampla variedade de álcoois ou biocombustíveis.

O caminho a seguir com base no Programa de Espécies Aquáticas e a experiência de outras pesquisas na produção de algas mostra que espécies de algas robustas para a produção de biocombustíveis precisam das seguintes propriedades:

  • Produz alto e constante teor de lipídios.
  • Cresce continuamente, o que exige a superação do problema de estabilidade comum às culturas de algas.
  • Demonstra alta eficiência fotossintética.
  • Cresce com diferenças climáticas sazonais e mudanças diárias nas temperaturas.
  • Cria o mínimo de incrustação de fixação nas laterais ou no fundo dos recipientes.
  • Fácil de colher e extrair lipídios com paredes celulares macias ou flexíveis.

Os produtores de algas podem selecionar e comprar espécies de coleções de cultura disponíveis na Universidade do Texas, Universidade de Toronto, UC Berkeley, Universidade de Copenhagen, Instituto Marinho Escocês, Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Praga e Federação Mundial de Coleções de Cultura . A maioria das coleções oferece vendas de cultura, composição e fotos. The Algae Gallery no Museu Nacional de História Natural Smithsonian inclui informações consideráveis ​​sobre algas e links para sites de algas.

A variação da composição entre as espécies varia enormemente. Algumas algas contêm 80% de lipídios, enquanto outras produzem 60% de proteínas e outras ainda contêm 92% de carboidratos. A seleção de espécies é crítica não apenas para a composição desejada, mas para uma série de variáveis ​​de estrutura e crescimento que variam amplamente entre as espécies e linhagens.

Variação de composição entre espécies de algas

Variação de composição entre espécies de algas

Quando as algas são limitadas em nutrientes, como nitrogênio, fósforo ou enxofre, elas diminuem a produção de ácidos graxos poliinsaturados essenciais e podem produzir proteínas de qualidade inferior com menos aminoácidos. A privação de nutrientes pode fazer com que as algas aumentem a produção de lipídios, mas normalmente retarda ou interrompe a propagação e o crescimento. Os bioengenheiros estão trabalhando com algas que aumentam os lipídios sem privação de nutrientes. Vários laboratórios de pesquisa criaram cepas de algas GM que secretam óleo sem colheita, permitindo a produção contínua. Evitar a colheita e a extração de óleo elimina enormes fatores de tempo e custo.

As variedades de algas oferecem uma combinação quase ilimitada de recursos. Atributos especiais estão sendo aprimorados por meio de telas de seleção para organismos que ocorrem naturalmente, bioengenharia e hibridização. Especialistas em algas como os drs. Milton Sommerfeld e Jerry Brand investiram muitas décadas na pesquisa de pântanos, lagos e desertos em busca de algas naturais que demonstrassem propriedades desejáveis. O Dr. Bruce Rittmann trabalhou na modificação genética de algas para produzir mais óleo ou outros compostos avançados. Muitos produtores de algas trabalharam para hibridizar cepas de algas por fertilização cruzada, a fim de maximizar as características de crescimento desejáveis, facilidade de colheita e extração e compostos desejáveis.

Cada espécie de algas oferece uma proporção diferente de lipídios, amidos e proteínas, Tabela 1. Algumas algas são ricas em proteínas e outras são principalmente amidos ou lipídios. Variações na cultura podem alterar substancialmente a composição da biomassa de algas.

Tabela 1. Composição de várias algas (% da matéria seca)

Algas Lípidos Proteína Os hidratos de carbono
Anabaena cylindrica 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

 

Os óleos de algas são extremamente ricos em ácidos graxos insaturados e várias espécies de algas fornecem:

  • O ácido linoleico, um ácido graxo ômega-6 insaturado usado em sabonetes, emulsificantes, óleos de secagem rápida e uma ampla variedade de produtos de beleza. As propriedades de retenção de umidade são valiosos remédios para a pele usados ​​para suavizar e hidratar, como antiinflamatório e para reduzir a acne.
  • Ácido araquidônico, um ácido graxo ômega-6 também encontrado no óleo de amendoim. Este produto modera a inflamação e desempenha um papel importante no funcionamento do sistema nervoso central.
  • Ácido eicospentaenóico, um ácido graxo ômega-3 e oferece os mesmos benefícios do óleo de peixe, que naturalmente vem de algas. A pesquisa sugere que o EPA pode melhorar a atividade cerebral, reduzir a depressão e moderar o comportamento suicida.
  • Ácido docasahexaenóico, um ácido graxo ômega-3 geralmente encontrado no óleo de peixe e é o ácido graxo mais abundante encontrado no cérebro e na retina. A deficiência de DHA está associada ao declínio cognitivo e ao aumento da morte de células neurais. O DHA está esgotado no córtex cerebral de pacientes gravemente deprimidos.
  • Ácido gama-linolênico, um ácido graxo ômega-6 encontrado no óleo vegetal e foi extraído pela primeira vez da prímula. É vendido como um suplemento dietético para tratar problemas com inflamação e doenças autoimunes. A pesquisa está em andamento sobre seu valor terapêutico para o câncer para suprimir o crescimento do tumor e metástases.

Componentes de algas são comumente encontrados em ingredientes alimentícios. Uma família normal que usa produtos lácteos normais pode descobrir que 70% dos itens em seu carrinho de compras contêm ingredientes de algas. As carragenanas que compõem as paredes celulares de várias espécies de algas marinhas vermelhas e marrons são uma família de polissacarídeos lineares. O material da parede celular da carragena é um colóide, usado como estabilizador ou emulsificante e está comumente presente em laticínios e produtos de panificação.

Agar. Essa substância, um polissacarídeo, solidifica quase tudo que é líquido. O ágar é um agente coloidal usado para espessar, suspender e estabilizar. No entanto, é mais conhecido por sua capacidade única de formar géis termicamente reversíveis em baixas temperaturas. O ágar é usado na China desde o século 17 e atualmente é produzido no Japão, Coréia, Austrália, Nova Zelândia e Marrocos.

Agar

Agar

Hoje, o ágar atende aos cientistas em todo o mundo como um meio semelhante à gelatina para o cultivo de organismos em estudos científicos e médicos. O ágar é amplamente utilizado na indústria farmacêutica como laxante ou como transportador inerte para medicamentos em que a liberação lenta do medicamento é necessária. A bacteriologia e a micologia usam o ágar como um agente de endurecimento em meios de crescimento.

O ágar também é usado como estabilizador para emulsões e como constituinte de preparações cosméticas para a pele, pomadas e loções. É utilizado em filmes fotográficos, graxas de calçados, moldes de moldagem dentária, sabonetes de barbear, loções para as mãos e na indústria de bronzeamento. Na alimentação, o ágar é utilizado como substituto da gelatina, como agente antissecante em pães e pastéis e também como gelificante e espessante. O ágar é utilizado na fabricação de queijos fundidos, maioneses, pudins, cremes, geleias e na fabricação de laticínios congelados.

Nori, a palavra japonesa para alga marinha, é popular em todo o mundo, mas especialmente na Ásia, onde é servido com uma variedade de nomes, como kombu, wakame, hai dai, laminaria e limu. Os cozinheiros escoceses chamam isso de dulse e os irlandeses chamam seu produto de dillisk. Amanori é especificamente aqueles alimentos feitos a partir da espécie Porphyra porque contém aminoácidos essenciais, vitaminas e minerais. Na Coréia, Porphyra, é conhecido como kim ou lavor. Fornece alimentos saudáveis ​​sem açúcares e gorduras associados à dieta ocidental.

Populações selvagens do interior, algas de água doce foram coletadas e consumidas desde os tempos pré-históricos por seu sabor fresco e valor nutritivo. Um dos mais comuns, o nostoc consiste em longas cadeias de contas e forma uma agregação gelatinosa de filamentos. Os filamentos individuais são microscópicos, mas as agregações ocorrem como glóbulos de todos os tamanhos e se parecem com uvas.

Nostoc

Nostoc

Os filamentos microscópicos da espirulina não formam glóbulos ovais, mas freqüentemente se agrupam em aglomerados flutuantes que são empurrados contra a costa pelo vento. Outras espécies de algas aparecem como fios de massas flutuantes livres ou filamentos agarrados a rochas em água em movimento rápido. A espirulina, em pó, lidera a maioria dos alimentos convencionais em proteína total e utilizável. Apenas aves e peixes são superiores, com mais de 45% de proteína utilizável. A espirulina combina carnes e laticínios com 30% a 45% de proteína. A espirulina e o nostoc oferecem mais proteína por peso do que qualquer outro vegetal. Nutricionais Earthrise produz 500 toneladas de espirulina comestível a cada ano em sua fazenda de 100 acres no sul da Califórnia.

Fazendas da Terra

Fazendas da Terra

A seleção de espécies de algas continuará a ser uma questão crítica para os produtores de algas porque a escolha certa da espécie aumenta o cultivo, a colheita, a extração e o valor dos produtos produzidos. Felizmente, as coleções de espécies de algas oferecem informações abrangentes sobre as espécies em suas coleções e tornam essas espécies confiáveis ​​a um custo modesto.

Adaptado de: Estratégia de Algas Verdes: Fim das Importações de Petróleo e Engenharia de Alimentos e Combustíveis Sustentáveis, 2008.

CAPÍTULO 7: cultivo de algas

AAs algas crescem em sistemas abertos, fechados ou semifechados em tanques redondos, longos ou tubulares que maximizam o acesso de toda a biomassa à luz solar. O crescimento ocorre apenas na camada superior, cerca de duas polegadas, do meio de cultivo, a menos que ocorra mistura. O crescimento de novas células bloqueia a luz do sol para as plantas abaixo. A mistura semicontínua é necessária para dar luz suficiente a todas as algas. Alguns sistemas de produção colocam fontes de luz próximas ou na água para aumentar a luz solar.

O crescimento ocorre com base em uma série de variáveis ​​que não apenas restringem o crescimento, mas podem alterar a composição das algas. As variáveis ​​primárias incluem o seguinte.

Luz. Normalmente a luz solar fornece luz suficiente, mas a luz artificial também funciona bem - especialmente para sistemas de cultivo internos. Alguns sistemas de cultivo podem ser inclinados para otimizar a orientação para o sol e a luz refletida. Vários produtores estão experimentando luz dobrada usando espelhos ou cabos de vidro e outros estão usando luzes LED que minimizam o consumo de energia.

Misturar. Uma vez que a maior parte do crescimento ocorre na camada superior da superfície que fica de frente para a fonte de luz, a mistura é imprescindível. Cada célula precisa entrar e sair da luz para seus períodos de crescimento claro e escuro, à medida que absorvem CO2 e exalam O2. As algas são mais pesadas que a água e afundam para longe de sua fonte de luz sem se misturar.

As algas crescem tão rápido que se tornam limitadas em nutrientes rapidamente em água parada. Eles não podem se mover e pastar em busca de comida porque geralmente não têm propulsão. A mistura traz nutrientes e CO2 para cada célula de alga e fornece exposição intermitente à luz. A mistura também ajuda a liberar O2 da água para a atmosfera. Muita ou pouca mistura impede o crescimento e os métodos de mistura bruta podem criar danos às células devido ao cisalhamento.

Algumas algas desenvolveram duas características diferenciadas interessantes: flagelos e manchas nos olhos. Em um estágio específico de crescimento, algumas algas desenvolvem flagelos, projeções delgadas do corpo como caudas de esperma que se movem em um movimento de chicote para impulsionar as algas. A mancha do olho reconhece a luz e os flagelos impulsionam a planta em direção à luz. O movimento é muito lento, possivelmente uma polegada por hora.

Água. As algas crescem bem em quase qualquer tipo de água. Eles são especialmente bons no uso de fotossíntese para converter nutrientes e metais dissolvidos em águas residuais em biomassa verde, onde os metais podem ser removidos e recuperados. Os sistemas de produção podem usar águas residuais, águas cinzas e salinas ou oceânicas, dependendo da espécie cultivada. Os sistemas em crescimento podem reciclar a água, portanto a única perda vem da evaporação.

CO2. Aproximadamente metade do peso seco da biomassa microalgal é carbono, tipicamente derivado de CO2 ou carbonatos, e é alimentado continuamente durante o dia. Cada 100 toneladas de biomassa de algas fixa cerca de 183 toneladas de CO2. O alimento favorito das algas, o CO2, precisa ser adicionado como gás ou na forma de bicarbonato porque as algas cultivadas crescem rápido demais para conseguir retirar CO2 suficiente da água. A maior parte da água é muito diluída em CO2 para alta produção. Ar comprimido misturado com CO2 em até 20%, normalmente fornece carbono para a fotossíntese de algas. CO2 industrial ou gases residuais são fontes típicas, mas algumas usinas movidas a carvão superproduzem enxofre, o que pode inibir o crescimento de algas. Alguns produtores, como a Solazyme, usam uma fonte de carbono orgânico na forma de ácido acético ou glicose.

Nutrientes As algas alimentam seu crescimento com os mesmos fertilizantes usados ​​para plantas terrestres, mas os fertilizantes podem vir de fluxos de resíduos que são muito salgados para as plantas terrestres. O crescimento de algas consome muito menos nitrogênio e outros fertilizantes por quilo de biomassa do que os grãos alimentares, como milho, e os nutrientes são mais fáceis e menos caros de aplicar. Os fertilizantes químicos dissolvidos ou os nutrientes do fluxo de resíduos são utilizados pelas algas com muito mais eficiência do que as plantas terrestres, porque as minúsculas algas unicelulares consomem os nutrientes diretamente e não precisam transportá-los por longas distâncias. O fertilizante não utilizado também pode ser reutilizado com a água reciclada.

pH. A acidez da água pode ser específica para o tipo de alga produzida. Controlar o pH da água representa uma boa estratégia para retardar o crescimento de algas concorrentes. O pH da água é provavelmente mais alto ao meio-dia devido à alta atividade fotossintética, que consome o máximo de CO2.

Estabilidade. Manter um ambiente de crescimento estável apresenta dificuldades com a alta velocidade de crescimento. O meio de cultivo pode reter muito de qualquer nutriente ou O2, o que pode criar estresse e / ou alterações na composição das plantas. Alguns produtores capturam O2 liberado e vendem o gás puro como um produto de valor agregado.

Produção de Algacultura
A biomassa de algas cresce em tanques ou recipientes chamados biofábricas ou sistemas de produção de algas cultivadas (CAPS). Água, nutrientes inorgânicos, CO2 e luz são fornecidos à cultura de algas para promover o crescimento da biomassa. As algas preferem luz difusa que não seja muito brilhante, então alguns sistemas usam sombreamento que limita a luz e a difunde. Várias espécies produzem melhor em temperaturas específicas, portanto, alguns sistemas usam água reciclada do lado de fora da biofábrica para manter a temperatura ideal.

Mesmo que o CO2 possa ser cerca de 5% do custo de produção, esse custo pode ser minimizado posicionando a biofábrica perto de uma usina de energia ou manufatura que produza CO2. Os nutrientes podem ser fornecidos a partir de águas residuais, recuperados do tanque de algas ou fertilizante colhido. Depois que o óleo de algas é removido, a biomassa restante contém nutrientes consideráveis.

Crescimento de biomassa

Crescimento de biomassa

Os sistemas fechados oferecem a vantagem de que a água com alto teor de nutrientes pode ser reciclada através do sistema. Essa prática reduz significativamente o custo dos nutrientes adicionados. Também minimiza a perda de água por evaporação. Os sistemas de algacultura que usam água com alto teor de sal, como fluxos de resíduos agrícolas ou água salgada, produzem uma biomassa com uma quantidade considerável de sal que precisa ser removida durante a extração do coproduto. Alguns modelos de negócios indicam o uso de algas para coletar metais pesados ​​de águas residuais industriais, que são extraídos e vendidos no mercado de produtos químicos.

A colheita pode ocorrer diariamente por filtração, centrifugação ou floculação. As células suspensas no caldo são separadas da água e os nutrientes residuais são reciclados para a produção de biomassa. O óleo de algas é extraído da biomassa recuperada e convertido em biodiesel. Parte da biomassa não oleosa pode ser usada como ração animal, fertilizante e outros coprodutos.

Parte da biomassa gasta passa por digestão anaeróbica para produzir biogás que gera eletricidade, que alimenta a mistura de biomassa e o transporte de água. Efluentes da digestão anaeróbica podem ser usados ​​para mais produção de algas ou como água de irrigação rica em nutrientes. A maior parte da energia gerada a partir do biogás é consumida na produção de biomassa e qualquer excesso de energia pode ser vendido para a rede. Alguns sistemas usam painéis solares com células fotovoltaicas para converter energia solar diretamente em eletricidade, que normalmente é usada diretamente ou armazenada em baterias.

Sistema de produção de algacultura

Sistema de produção de algacultura

Em uma cultura contínua, o meio de cultura fresco é alimentado a uma taxa constante e a mesma quantidade de caldo de microalga é retirada. A alimentação para durante a noite, mas a mistura continua para evitar o assentamento da biomassa. Até 20% da biomassa, produzida durante o dia, pode ser consumida durante a noite para sustentar as células até o nascer do sol. A perda de biomassa noturna depende do nível de luz de crescimento, da temperatura de crescimento e da temperatura noturna. Alguns sistemas de produção estão experimentando luzes noturnas para aumentar a produtividade.

As microalgas contêm altas, mas variáveis, porcentagens dos principais macronutrientes: tipicamente 20-50% de proteína, 5-30% de carboidratos e 10-30% de lipídios, com cerca de 10% de cinzas ou resíduos. As proporções de cada nutriente podem ser modificadas pela seleção de espécies, variando as condições de crescimento ou colhendo as algas em diferentes estágios de crescimento. A maioria das espécies é rica em aminoácidos e oferece uma variedade de pigmentos. A composição de açúcar dos polissacarídeos é altamente variável, mas a maioria das espécies tem altas proporções de glicose, 20-87%. As microalgas contêm quantidades significativas de micronutrientes e antioxidantes, como vitaminas, ácido ascórbico, riboflavina, carotenóides e uma variedade de novos lipídeos.

Depois que o componente de óleo é usado para biocombustível, a biomassa de alta proteína restante pode ser desumidificada e armazenada em uma forma conveniente, como um bolo, que não requer refrigeração e tem vida útil de cerca de dois anos. O bolo de algas pode ser separado em vários alimentos, ingredientes alimentares, forragens, fertilizantes, medicamentos finos ou outros componentes.

Componentes, produtos e usos de algas

Componentes, produtos e usos de algas

A produção de algas para alimentos, combustível, medicamentos ou outros coprodutos pode ser neutra em carbono porque a energia necessária para a produção e processamento das algas pode vir do metano produzido pela digestão anaeróbia do resíduo de biomassa remanescente após a extração do óleo. A modesta necessidade de energia para mistura e colheita também pode vir de outras fontes não-carbono, como eólica, geotérmica ou solar.

A biomassa colhida é extremamente maleável no sentido de que pode ser armazenada da mesma forma que os produtos de milho, trigo, arroz ou soja. Isso inclui leite rico em proteínas, purê de qualquer tamanho, formato ou textura, tortilla, cracker ou farinha. A biomassa pode ser transformada em proteína vegetal texturizada com fibra adicionada ou extrudada para fazer aditivos para carnes que melhoram a retenção de umidade e aumentam a proteína, enquanto reduzem as gorduras.

Nossos futuros alimentos provavelmente serão enriquecidos com algas e compostos avançados de algas.

Adaptado de: Estratégia de Algas Verdes: Fim das Importações de Petróleo e Engenharia de Alimentos e Combustíveis Sustentáveis, 2008.

CAPÍTULO 8: As algas nos tornaram humanos?

ALgae salvou nosso planeta 3.5 bilhões de anos atrás, transformando o CO quente e mortal2 e atmosfera de metano para oxigênio suficiente para sustentar a vida. Apenas 2 milhões de anos atrás, as algas podem ter realizado outro feito incrível, fornecendo os micronutrientes que desencadearam o aumento do cérebro humano. Cérebros que se expandiram três vezes maiores do que os dos chimpanzés, diferenciavam o nosso Homossexual ancestrais de seus primos pré-humanos e primatas.

Uma fonte misteriosa de nutrientes desencadeou o aumento do cérebro, a encefalação, há cerca de 2 milhões de anos. Os cientistas concordam que os primeiros hominóides tiveram que encontrar uma dieta mais rica em energia do que sua dieta primata anterior de nozes, folhas, cascas, brotos, raízes e insetos. A nova dieta precisava ser rica em nutrientes vitais, especialmente proteínas e ômega-3, para apoiar o crescimento do cérebro. Os livros didáticos sugerem que cedo Homossexual deu um passo em direção à encefalação ao expandir sua dieta para incluir carne de caça da savana, que teria fornecido a energia e os nutrientes necessários para desenvolver e sustentar cérebros maiores.

No entanto, a aquisição de carne exigiria cérebros pequenos (ligeiramente maiores do que os cérebros dos chimpanzés) e os primeiros hominóides magros para competir com os animais selvagens para adquirir carne. Cedo Homossexual sacrificou massa muscular, tamanho e velocidade para andar ereto e um ligeiro aumento no tamanho do cérebro. O cenário da carne de caça ignora o risco substancial de energia e sobrevivência associado à competição com animais selvagens muito maiores, mais rápidos e mais fortes com necrófagos especializados e habilidades de caça. Os predadores africanos, há 2 milhões de anos, tinham o dobro do tamanho de hoje.

O cérebro humano cresceu um milhão de anos antes que armas de caça ou fogueiras para cozinhar fossem inventadas. Teve cedo Homossexual carne caçada sem armas, eles provavelmente teriam se tornado a cadeia alimentar. Mesmo que tivessem encontrado carne, não tinham dentes para arrancar ou mastigar carne crua. Seus estômagos não conseguiam digerir carne crua, o que provavelmente teria causado uma diarreia violenta. Uma fonte alimentar nutritiva, segura, conveniente e digerível rica em ômega-3 deve ter precedido o consumo de carne de caça para permitir os estágios iniciais de aumento do cérebro.

Homo com cérebro pequeno

Esquerda: Homo com cérebro pequeno. À direita: Tigres de dentes-de-sabre poderosos.

Ácidos graxos Omega-3
O DHA compreende 27% da gordura poliinsaturada e 97% dos ácidos graxos ômega-3 no cérebro. O ácido araquidônico (ARA), uma gordura poli-insaturada de cadeia longa ômega-6, compreende 35% da gordura poli-insaturada e 48% dos ácidos graxos ômega-6 do cérebro. Juntos, DHA e ARA são responsáveis ​​por quase dois terços da gordura estrutural do cérebro. Eles são essenciais para o desenvolvimento e função normal do cérebro, bem como para as operações dos olhos e do coração. Esses ácidos graxos estão concentrados na região do cérebro responsável pelas complexas habilidades de pensamento - essenciais para a aquisição de alimentos.

Os mamíferos têm uma capacidade limitada de sintetizar DHA e ARA a partir de precursores da dieta, então os ácidos graxos foram provavelmente os nutrientes limitantes que restringiram a evolução de um cérebro maior na maioria das linhagens de mamíferos. Alimentos vegetais selvagens disponíveis na savana africana, gramíneas, grãos, tubérculos e nozes contêm ARA e DHA insignificantes. O tecido muscular e os órgãos dos ruminantes africanos selvagens teriam fornecido apenas níveis moderados desses ácidos graxos essenciais.

Na cadeia alimentar
Em vez de subir na cadeia alimentar para a carne de caça, o primeiro passo dos primeiros hominóides pode ter sido descer na cadeia alimentar quando ingeriram algas na água de beber. O consumo de algas pode ter sido intencional, mas o mais provável é que tenha sido acidental, porque as minúsculas células de algas eram visíveis apenas no sentido de que tornavam a água ligeiramente verde. Os lagos e pântanos do Vale do Rift, onde os humanos desenvolveram cérebros maiores, são o lar de alguns dos lagos e pântanos mais antigos da Terra, que produzem abundantes extensões naturais de algas espirulina, ricas em proteínas e nutrientes. A espirulina é o suplemento nutritivo para algas mais vendido no mercado hoje porque fornece um conjunto completo de nutrientes essenciais. Uma tribo hominóide a sotavento de um lago de algas pode ter ingerido vários gramas de algas diariamente em sua água potável. Esses poucos gramas de algas não teriam fornecido fibras ou proteínas suficientes para uma dieta completa. As algas teriam agido como um suplemento alimentar natural para fornecer os nutrientes essenciais, vitaminas e antioxidantes que forneceram a centelha verde para a encefalação.

Cedo Homossexual podem ter se sentido atraídos pela água doce verde porque sua dieta branda, seca e arenosa era quase desprovida de doçura. As algas atraem uma grande variedade de outros microrganismos nutritivos, incluindo leveduras, fungos, bactérias, vírus e outros microrganismos que teriam fornecido valor nutricional adicional. Quando ingeridas, as algas criam uma sensação de saciedade com a liberação moderada de glicose, o que seria uma dádiva de Deus para mães com bebês famintos. As algas também facilitam a digestão, então as mães podem ter feito questão de que seus filhos bebessem água doce verde carregada com algas após as refeições. A sotavento de lagos e pântanos, o vento sopra as algas em esteiras que poderiam ser colhidas facilmente com um movimento de mão. Essas algas concentradas podem ter sido atraentes por seu sabor doce, bem como por seu valor protéico.

À medida que seus cérebros aumentavam, cedo Homossexual podem ter expandido sua dieta explorando o ecossistema aquático para alimentadores de algas carregados com proteínas de algas e nutrientes como invertebrados, peixes de concha e barbatana, insetos e anfíbios. Os nutrientes das algas estavam disponíveis localmente, durante todo o ano e eram fáceis de colher e prontos para comer ou para secar e armazenar para consumo posterior. As algas podem ter servido como o saboroso alimento de conveniência original e fornecido proteínas saudáveis ​​com um conjunto completo de aminoácidos essenciais, ácidos graxos essenciais que apoiaram o desenvolvimento do cérebro e do corpo, bem como vitaminas e minerais essenciais. As populações indígenas da África continuam a colher algas de esteiras flutuantes na água para usar como suplementos nutricionais.

Mulheres colhendo algas

Mulheres colhendo algas. Drawing in Human Nature, março de 1978, de Peter Furst.

Saúde
Os primeiros cérebros humanos não eram a única parte do corpo que se beneficiava das algas. Hoje, as quatro doenças de deficiência mais prevalentes globalmente na saúde pública são: desnutrição, anemia nutricional (deficiência de ferro e B12), xeroftalmia (deficiência de vitamina A) e bócio endêmico (deficiência de iodo). Cada uma dessas deficiências de nutrientes teria desafiado os pré-humanos que não tinham armas de caça nem habilidades de caça e também não tinham fogueiras para cozinhar. Alimentos vegetais da floresta e da savana, especialmente no inverno e na primavera, teriam imposto graves deficiências de nutrientes aos primeiros hominóides. Sem cozinhar fogueiras para amolecer as paredes celulares e liberar nutrientes em alimentos como nozes, grãos, brotos e raízes, muito do valor dos nutrientes teria sido perdido no início Homossexual.

Pode parecer improvável que um pequeno suplemento de algas possa fornecer vitamina A, iodo, ferro, zinco e outros nutrientes suficientes, mesmo quando a dieta local não fornece. Normalmente, esses oligoelementos críticos existem na água local, mas em diluição extremamente fraca. As pessoas, especialmente as crianças, não conseguem beber água suficiente para adquirir iodo suficiente. Em muitos ecossistemas, pouca água doce está disponível para beber. O segredo das algas para um alto valor nutritivo vem de sua capacidade de bioacumular nutrientes na água a 1,000 vezes os níveis ambientais. Isso significa que mesmo quando alguns nutrientes, minerais ou vitaminas podem faltar na dieta humana, as algas podem concentrar esses nutrientes na biomassa verde.

Uma vez que cérebros e corpos hominóides atingiram a massa crítica Homo sapiens expandiram suas dietas e acabaram se tornando caçadores. O primeiro registro fóssil de uma arma de caça tem apenas 400,000 anos. O acréscimo de armas de caça e fogueiras para cozinhar possibilitou uma dieta mais diversificada e o desenvolvimento de cérebros humanos modernos, comunicação e cooperação.

O caminho dietético para se tornar humano pode não ter sido um passo na cadeia alimentar para colher carne de caça da savana. Mais provavelmente, nossos ancestrais primeiro valsaram dois degraus abaixo na cadeia alimentar aquática pelos benefícios nutricionais das algas, especialmente o ômega-3. Depois que seus cérebros aumentaram graças aos nutrientes das algas, nossos ancestrais estavam preparados para dar um grande passo na teia trófica alimentar terrestre para colher carne de caça.

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