Welkom bij
Moderne landbouw
!
In het artikel van vandaag gaan we je alles vertellen wat je moet weten over algenkweek. Van waarom zijn algen belangrijk, gebruik, algenkweek, hoe worden ze gebruikt voor biobrandstof en nog veel, veel meer.
Algen (Lat. Algen), een brede groep van voornamelijk aquatische, fotosynthetische autotrofe organismen (van eencellig tot meercellig), die lijken op planten die bekend staan als fytoplankton, beter bekend als een levend plantenorganisme zonder wortels, bladeren of bloemen. Naar schatting zijn er meer dan 25.000 soorten algen. De meeste zijn meestal zeewier in de oceanen; de rest bestaat uit zoetwateralgen. Waterbloemen, watermossen, zeeplanten of zeegrassen zijn allemaal vormen van algen. De algen zijn van verschillende groottes, van klein picoplankton dat 1000 keer moet worden vergroot voordat we het kunnen zien, tot gigantische grassen in de oceanen tot 160 voet lang.
Een gemeenschappelijk kenmerk van alle algen is fotosynthese, waarbij ze zuurstof als bijproduct produceren (in tegenstelling tot sommige fotosynthetische bacteriën). Met uitzondering van blauwgroen zijn algen eukaryoten, dat wil zeggen dat hun cellen organellen bevatten, waaronder de kern en mitochondriën, gescheiden door het cytoplasmatische membraan. Eukaryotische algen bevatten ook een chloroplast die pigmenten bevat voor de opname van zonne-energie tijdens het fotosyntheseproces. In de meeste algen, met andere pigmenten die ze een karakteristieke kleur geven (fycoerythrine – rood, fycocyanine en allofycocyanine – blauw, fucoxanthine – bruin, violaxanthine – paars, enz.), is het primaire pigment chlorofyl (a).
Hoewel ze veel overeenkomsten vertonen met terrestrische planten, zijn macroalgen geen echte planten omdat ze geen gespecialiseerd vasculair systeem hebben (vocht- en voedingsgeleidingssysteem), wortel, stengel, bladeren (voedingsstoffen, vloeistoffen en gassen rechtstreeks uit de waterkolom halen) en gesloten voortplantingsorganen. organen (bloem of kegel). Algen hebben alleen mineralen, zonlicht en water nodig om uitdroging te voorkomen. Door biochemische reacties kunnen algen hun eigen voedsel creëren uit de omringende gassen en mineralen.
Macroalgen worden gebruikt als voedsel voor mensen. In Aziatische landen worden algen traditioneel gebruikt in de voeding. De grootste consumenten zijn tegenwoordig Japan, China en Korea, maar ook IJsland, Ierland en Canada. 90% van de vraag wordt gedekt door algenaquacultuur en ongeveer 10% komt uit natuurlijke habitats. China is de grootste producent van eetbare algen, met naar schatting vijf miljoen ton per jaar. Laminaria japonica Japan produceert het grootste deel van de gecombineerde productie van bruine algen in Japan en produceert jaarlijks 600.000 ton eetbare algen, waarvan 75% van de productie Nori is (dunne algen die worden gebruikt om sushirijst in te pakken). Nori is gemaakt van Porphyra-soorten.
Algen kunnen als voedingssupplement worden gebruikt. Bruine algen worden verzameld, gemalen en gedroogd produceren algenmeel (pap), dat wordt gebruikt als toevoegingsmiddel voor veevoer.
De hoge vezelconcentratie houdt vocht vast en de concentratie van algenhoudende mineralen verrijkt de bodem en is een bron van sporenelementen. Daarom kunnen algen ook als hoogwaardige meststof worden gebruikt.
Sommige macroalgen hebben het vermogen om zware metaalionen uit vervuild water te absorberen, zoals zink of cadmium. Aftappende wateren bevatten vaak een grote hoeveelheid organisch materiaal dat problemen veroorzaakt voor het leven in nabijgelegen wateren. Macroalgen kunnen vervuiling gebruiken als voedingsbron voor hun stofwisseling en zo water zuiveren.
Geïsoleerde stoffen zoals agar, alginaten en carrageen worden gewonnen uit verschillende rode en bruine algen en worden veel gebruikt in verschillende industrieën (cosmetisch, farmaceutisch, chemisch, voedsel, textiel …).
De gemiddelde Amerikaan eet 3,5 oz eiwit per dag, twee keer zoveel als hij nodig heeft, wat aan het einde van het verhaal onhoudbaar wordt in een wereld waar de VN zegt dat we tegen 2050 70 procent meer voedsel moeten produceren om nog eens 2,5 miljard mensen. Ze specificeerden niet dat het verschil tussen 70 procent en 2,5 miljard voortkomt uit het feit dat, behalve voor nieuwe mensen, het noodzakelijk is om genoeg voedsel op aarde te vinden voor degenen die nu al honger hebben.
Daarom zijn algen een geweldige oplossing, vooral vanwege het water, omdat ze geen zoet water nodig hebben, praktisch drinkbaar. Tegenwoordig is de situatie over de hele wereld zodanig dat 70 procent van dergelijk water wordt besteed aan irrigatie van gewassen en veeteelt. Algen daarentegen kunnen groeien in gaten, aquaria, oceanen en zitten boordevol voedingsstoffen die ze nodig hebben, en ze hebben zo weinig nodig om te groeien dat ze zelfs in de woestijn kunnen groeien.
Sommige soorten algen bevatten zoveel eiwitten dat ze 40 procent van het gewicht uitmaken. Dit betekent dat deze algen op hetzelfde oppervlak zeven keer meer eiwit opleveren dan de sojaboon (die bijvoorbeeld hoog aangeschreven staat).
CO2? Laten we zeggen dat aan de ene kant de landbouw (inclusief vee) een van de ergste vervuilende stoffen op aarde is, waarbij 50 procent van de zuurstof in de wereld afkomstig is van algen. Met de teelt van nieuwe algen zullen we meer van deze organismen hebben die zuurstof produceren, ten koste van uitgestrekte, verwoestende landbouwgrond. Alles wat je nodig hebt om erin te genieten zijn de zwembaden waar water wordt opgepompt, wat kunstmest en CO2, en dan staat alles in de zon.
De toekomst bereidt zich dus voor om zowel lekker als voedzaam en 100 procent duurzaam te zijn.
Van algen afgeleide biobrandstoffen zijn een alternatief voor fossiele brandstoffen en zelfs andere bronnen van biobrandstoffen, zoals maïs en suikerriet. Ze behoren tot de derde generatie biobrandstoffen, waaronder soorten die nog niet eerder zijn geteeld en die de voedselvoorziening niet in gevaar brengen.
Laboratoriumonderzoek heeft aangetoond dat algen tot dertig keer meer energie per hectare grond kunnen produceren dan granen, zoals sojabonen. Biobrandstoffen, waaronder geproduceerde algen, worden steeds meer onderzocht en geproduceerd vanwege de wereldwijde stijging van de olieprijs, de negatieve impact van broeikasgassen en de behoefte aan veilige energievoorziening.
Enkele van hun belangrijkste voordelen zijn dat ze kunnen worden gekweekt met een minimale impact op de omringende biosfeer, kunnen worden gekweekt in zoet en zout water, bestand zijn tegen afvalwater en op natuurlijke wijze water kunnen filteren.
Bovendien voeren algen van nature het proces van fotosynthese uit, waarbij ze CO2 uit de omgeving halen en omzetten in O2, de lucht zuiveren door het aantal broeikasgassen in de atmosfeer te verminderen. Brandstof is ook van nature afbreekbaar, wat betekent dat het bij morsen geen nadelig effect heeft op het milieu. Algen zijn duurder per massa-eenheid in vergelijking met biobrandstoffen van de tweede generatie vanwege de hoge investerings- en bedrijfskosten, maar kunnen tussen de 10 en 100 keer meer brandstof per oppervlakte-eenheid produceren.
Wat hieraan bijdraagt is het feit dat algenkwekerijen ook verticaal kunnen worden opgezet, in “vloeren”, wat niet het geval is bij het kweken van terrestrische plantensoorten. De belangrijkste beperking bij verticale algenplaatsing is het beschikbare licht dat nodig is voor de ontwikkeling van algen. Dus, volgens het Amerikaanse ministerie van Energie, zou slechts 0,42% van hun oppervlakte nodig zijn om petroleumbrandstoffen volledig te vervangen door van algen afgeleide brandstoffen.
Volgens onderzoek van multinationale oliemaatschappijen zullen door algen geproduceerde biobrandstoffen pas over ongeveer 20-25 jaar commercieel worden.
Algen groeien veel sneller dan voedselgewassen en kunnen honderden keren meer olie per oppervlakte-eenheid produceren. Aangezien de oogstperiode van algen tussen de 1 en 10 dagen duurt, kan er bij de teelt veel meer worden geoogst dan bij de terrestrische soorten, die gewoonlijk eenmaal per jaar worden geoogst. Bovendien kunnen algen groeien in gebieden die ongunstig zijn voor terrestrische soorten, waaronder droge gebieden, waardoor de concurrentie in deze gebieden wordt verminderd. Het meeste algenonderzoek heeft zich gericht op het kweken van goedkope, maar ook schone fotobioreactoren en in openluchtvijvers die goedkoop worden onderhouden maar ook vatbaar zijn voor besmetting.
Polycultuur
Tot nu toe heeft het meeste onderzoek zich gericht op het kweken van slechts één afzonderlijke algensoort. Recentere studies tonen echter aan dat het tegelijkertijd kweken van meerdere soorten algen in een gemeenschap (polycultuur) een hogere hoeveelheid lipiden kan opleveren dan monoculturen, en dat polycultuuralgen beter bestand zijn tegen de effecten van verschillende ziekten en parasieten, en in het algemeen tegen de nadelige effecten van het milieu.
Na het oogsten van de algen wordt de biomassa verwerkt door een reeks bewerkingen, die kunnen variëren afhankelijk van het type algen en de gewenste brandstof. Dit deel van het proces wordt momenteel het meest onderzocht, omdat het de hoogste kosten en de grootste belemmering vormt voor het commerciële gebruik van door algen geproduceerde biobrandstoffen.
Uitdroging
Algen zijn meestal gedehydrateerd en energierijke stoffen zoals triglyceriden worden met oplosmiddelen uit het gedroogde materiaal teruggewonnen. De afgescheiden stoffen kunnen volgens standaardprocedures in brandstof worden omgezet (bv. gescheiden triglyceriden die reageren met methanol, vormen biodiesel door middel van een omesteringsproces). Verschillende samenstelling van vetzuren in verschillende soorten algen resulteert in verschillende brandstofkwaliteit.
Hydrothermische oplossing
Hydrothermisch oplossen is een alternatief proces waarbij natte algen continu worden blootgesteld aan hoge temperaturen (662°F) en verhoogde druk (21.000 kPa). Dit proces levert ruwe olie op, die verder kan worden geraffineerd tot kerosine, benzine of diesel. Tussen de 50% en 70% van de koolstof uit algen kan worden omgezet in brandstof. Andere producten zijn schoon water, gas, stikstof, fosfor en kalium.
Vergeleken met terrestrische plantensoorten die worden gebruikt voor biobrandstoffen (bijvoorbeeld sojabonen of maïs), heeft de teelt van microalgen een aanzienlijk lagere milieu-impact vanwege het hogere oliegehalte. Algen kunnen ook groeien in gebieden die nutteloos zijn voor de teelt van gewone soorten en kunnen niet-drinkwater gebruiken dat niet kan worden gebruikt bij het kweken van andere soorten. Ze kunnen ook op het oceaanoppervlak groeien, waardoor ze een bron van schone energie zijn met weinig impact op de voedsel- en watervoorziening en de biodiversiteit. Voor het kweken van algen zijn ook geen insecticiden of herbiciden nodig, waardoor deze extra bron van vervuiling wordt geëlimineerd. Biobrandstoffen geproduceerd uit algen zijn veel minder giftig dan op aardolie gebaseerde brandstoffen en worden ook langzamer afgebroken. Zoals bij elke brandbare brandstof bestaat er echter ook een risico op ontbranding in het geval van morsen, zelfs als dit risico iets lager is dan dat van op olie gebaseerde brandstoffen.
Studies hebben aangetoond dat het vervangen van fossiele brandstoffen door hernieuwbare energiebronnen de CO2-uitstoot met maar liefst 80% kan verminderen. Een systeem op basis van algen zou tot 80% van de CO2 die door een elektriciteitscentrale wordt uitgestoten, kunnen opvangen en tegelijkertijd toegang hebben tot zonlicht. Deze CO2 komt nog wel vrij in de atmosfeer door de verbranding van brandstof, maar dit wordt in ieder geval verder benut. De mogelijkheid om de CO2-uitstoot te verminderen ligt dus in het vermijden van het gebruik van fossiele brandstoffen. Bovendien komen er bij de productie en verbranding van biobrandstoffen op basis van algen, in vergelijking met fossiele brandstoffen, geen zwavel of stikstofoxiden vrij in de atmosfeer, wat resulteert in minder koolmonoxide en onverbrande koolwaterstoffen.
Van het gehele productieproces van algenbiobrandstof is momenteel de grootste belemmering voor commercieel gebruik de hoge investeringskosten van een algenbrandstofverwerkingsfabriek. De exploitatie van algen als brandstof als serieus alternatief voor fossiele brandstoffen is relatief recent begonnen te worden overwogen, na het vergroten van het wereldwijde milieubewustzijn, en het is niet verwonderlijk dat het nog niet commercieel concurrerend is. Op bijna elk onderdeel van het proces is voortgang te verwachten en daarmee een verhoging van de kosteneffectiviteit. Zo wordt de mogelijkheid genoemd om het rendement van omzetting van zonne-energie in biomassa te verhogen van de huidige 3 naar een mogelijke 5 tot 7%.
Veel bijproducten van algen kunnen anders worden gebruikt, en sommige hebben een nog langere gebruiksgeschiedenis dan biobrandstoffen. Sommigen van hen zijn natuurlijke kleurstoffen en pigmenten, antioxidanten en andere bioactieve stoffen. Deze chemicaliën en overtollige biomassa hebben verschillende toepassingen in andere industrieën.
