Allevamento di alghe:tutto ciò che devi sapere

Nell'articolo di oggi, ti diremo tutto ciò che devi sapere sull'allevamento delle alghe. Da perché le alghe sono importanti, l'utilizzo, l'allevamento di alghe, come vengono utilizzate per i biocarburanti e molto altro ancora.

Alghe (Lat. Algae), un ampio gruppo di organismi autotrofi prevalentemente acquatici e fotosintetici (da unicellulari a multicellulari), simili a piante note come fitoplancton, meglio conosciute come un organismo vegetale vivente senza radici, foglie o fiori. Si stima che esistano più di 25.000 specie di alghe. La maggior parte sono per lo più alghe negli oceani; il resto è costituito da alghe d'acqua dolce. I fiori d'acqua, i muschi d'acqua, le piante marine o le fanerogame marine sono tutte forme di alghe. Le alghe sono di diverse dimensioni, dal minuscolo picoplancton che deve essere aumentato 1.000 volte prima di poterlo vedere, alle erbe giganti negli oceani lunghe fino a 160 piedi.

Una caratteristica comune a tutte le alghe è la fotosintesi, in cui producono ossigeno come sottoprodotto (a differenza di alcuni batteri fotosintetici). Ad eccezione del blu-verde, le alghe sono eucarioti, cioè le loro cellule contengono organelli tra cui il nucleo ei mitocondri separati dalla membrana citoplasmatica. Le alghe eucariotiche contengono anche un cloroplasto che contiene pigmenti per l'assorbimento dell'energia solare durante il processo di fotosintesi. Nella maggior parte delle alghe, con altri pigmenti che conferiscono loro un colore caratteristico (ficoeritrina – rossa, ficocianina e alloficocianina – blu, fucoxantina – marrone, violaxantina – viola, ecc.), il pigmento primario è la clorofilla (a).

Sebbene abbiano molte somiglianze con le piante terrestri, le macroalghe non sono piante reali perché mancano di un sistema vascolare specializzato (sistema di conduzione dei fluidi e dei nutrienti), radice, fusto, foglie (prendono nutrienti, liquidi e gas direttamente dalla colonna d'acqua) e un sistema riproduttivo chiuso organi (fiore o cono). Le alghe hanno bisogno solo di minerali, luce solare e acqua per evitare che si secchino. Le reazioni biochimiche consentono alle alghe di creare il proprio cibo dai gas e dai minerali circostanti.

Uso delle alghe

Le macroalghe sono usate come cibo per l'uomo. Nei paesi asiatici, le alghe sono tradizionalmente utilizzate nella dieta. I maggiori consumatori oggi sono Giappone, Cina e Corea, ma anche Islanda, Irlanda e Canada. Il 90% della domanda è coperto dall'acquacoltura di alghe e circa il 10% da habitat naturali. La Cina è il più grande produttore di alghe commestibili, con circa cinque milioni di tonnellate all'anno. Laminaria japonica Japan produce la quota maggiore della produzione combinata di alghe brune in Giappone, producendo 600.000 tonnellate di alghe commestibili all'anno, dove il 75% della sua produzione è Nori (alghe sottili utilizzate per avvolgere il riso sushi). Nori è composto da specie Porphyra.

Le alghe possono essere utilizzate come integratore alimentare. Le alghe brune vengono raccolte, macinate ed essiccate producono farina di alghe (porridge), che viene utilizzata come additivo per mangimi per il bestiame.

L'elevata concentrazione di fibre trattiene l'umidità e la concentrazione di minerali contenenti alghe arricchisce il suolo ed è fonte di oligoelementi. Pertanto, le alghe possono essere utilizzate anche come fertilizzante di alta qualità.

Alcune macroalghe hanno la capacità di assorbire ioni di metalli pesanti da acque inquinate, come zinco o cadmio. Le acque di scolo contengono spesso una grande quantità di materia organica che crea problemi alla vita nelle acque vicine. Le macroalghe sono in grado di utilizzare l'inquinamento come fonte di nutrienti per il loro metabolismo e quindi purificare l'acqua.

Sostanze isolate come agar, alginati e carragenina sono estratte da varie alghe rosse e brune e sono ampiamente utilizzate in vari settori (cosmetico, farmaceutico, chimico, alimentare, tessile...).

Perché le alghe sono importanti?

L'americano medio mangia 3,5 once di proteine ​​al giorno, il doppio del necessario, il che alla fine della storia diventa insostenibile in un mondo in cui le Nazioni Unite affermano che dovremo produrre il 70% in più di cibo entro il 2050 per sfamare altri 2,5 miliardi di persone. Non hanno specificato che la disparità tra il 70 per cento e 2,5 miliardi deriva dal fatto che, fatta eccezione per le nuove persone, è necessario trovare cibo a sufficienza sulla Terra per chi già oggi ha fame.

Quindi le alghe sono un'ottima soluzione, soprattutto per via dell'acqua, perché non hanno bisogno di acqua fresca, praticamente potabile. Oggi, la situazione in tutto il mondo è tale che il 70 per cento di tale acqua viene speso per l'irrigazione delle colture e l'allevamento. Le alghe, al contrario, possono crescere in buche, acquari, oceani e sono ricche di tutti i nutrienti di cui hanno bisogno e hanno bisogno di così poco per crescere che possono crescere anche nel deserto.

Alcuni tipi di alghe contengono così tante proteine ​​da costituire il 40 percento del suo peso. Ciò significa che sulla stessa superficie, queste alghe producono sette volte più proteine ​​della soia (che è ad esempio molto apprezzata).

CO2? Diciamo questo, da un lato, l'agricoltura (compreso il bestiame) è uno dei peggiori inquinanti sulla Terra, con il 50 per cento dell'ossigeno mondiale proveniente dalle alghe. Con la coltivazione di nuove alghe, avremo più di questi organismi che producono ossigeno, a scapito di vasti e devastanti terreni agricoli. Tutto ciò di cui hai bisogno per goderti sono le piscine dove viene pompata l'acqua, un po' di fertilizzante e CO2, e poi tutto viene lasciato al sole.

Il futuro si prepara così a essere delizioso, nutriente e sostenibile al 100%.

Biocarburante prodotto dalle alghe

I biocarburanti derivati ​​dalle alghe sono un'alternativa ai combustibili fossili e persino ad altre fonti di biocarburanti, come il mais e la canna da zucchero. Appartengono alla terza generazione di biocarburanti, che comprende specie che non sono mai state coltivate prima e non mettono in pericolo l'approvvigionamento alimentare.

Ricerche di laboratorio hanno dimostrato che le alghe possono produrre fino a trenta volte più energia per acro di terreno rispetto ai cereali, come la soia. I biocarburanti, comprese le alghe prodotte, sono sempre più oggetto di ricerca e produzione a causa dell'aumento globale del prezzo del petrolio, dell'impatto negativo dei gas serra e della necessità di forniture energetiche sicure.

Alcuni dei loro principali vantaggi sono che possono essere coltivate con un impatto minimo sulla biosfera circostante, possono essere coltivate in acqua dolce e salata, sono resistenti alle acque reflue e possono filtrare naturalmente l'acqua.

Inoltre, le alghe svolgono naturalmente il processo di fotosintesi, prelevando CO2 dall'ambiente e convertendola in O2, purificando l'aria riducendo il numero di gas serra nell'atmosfera. Il carburante è anche naturalmente degradabile, il che significa che non ha effetti negativi sull'ambiente in caso di fuoriuscita. Le alghe sono più costose per unità di massa rispetto ai biocarburanti di seconda generazione a causa degli elevati costi di investimento e operativi, ma possono produrre da 10 a 100 volte più carburante per unità di superficie.

Contribuisce a ciò il fatto che gli allevamenti di alghe possono essere allestiti anche in verticale, a “pavimento”, cosa che non avviene quando si coltivano specie vegetali terrestri. La principale limitazione nel posizionamento verticale delle alghe è la luce disponibile necessaria per lo sviluppo delle alghe. Pertanto, secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, solo lo 0,42% della loro superficie sarebbe necessario per sostituire completamente i combustibili petroliferi con combustibili derivati ​​dalle alghe.

Secondo una ricerca delle compagnie petrolifere multinazionali, i biocarburanti prodotti dalle alghe diventeranno commerciali solo tra circa 20-25 anni.

Allevamento di alghe

Le alghe crescono molto più velocemente delle colture alimentari e possono produrre centinaia di volte più olio per unità di superficie. Poiché il periodo di raccolta delle alghe dura da 1 a 10 giorni, la loro coltivazione consente una raccolta molto maggiore rispetto alle specie terrestri, che di solito vengono raccolte una volta all'anno. Inoltre, le alghe possono crescere in aree sfavorevoli alle specie terrestri, comprese le regioni aride, riducendo così la concorrenza in queste aree. La maggior parte della ricerca sulle alghe si è concentrata sulla coltivazione di fotobioreattori economici, ma anche puliti, e in stagni all'aperto che sono mantenuti a buon mercato ma anche suscettibili alla contaminazione.

Policoltura

Finora, la maggior parte della ricerca si è concentrata sulla coltivazione di una sola specie separata di alghe. Tuttavia, studi più recenti mostrano che la coltivazione di più tipi di alghe in una comunità (policoltura) contemporaneamente può produrre una quantità maggiore di lipidi rispetto alle monocolture e che le alghe policoltura sono più resistenti agli effetti di varie malattie e parassiti, e in generale agli effetti negativi dell'ambiente.

Produzione di biocarburanti

Dopo la raccolta delle alghe, la biomassa viene lavorata mediante una serie di operazioni, che possono variare a seconda del tipo di alga e del combustibile desiderato. Questa parte del processo è attualmente la più oggetto di ricerca, in quanto rappresenta il costo più elevato e il maggiore ostacolo all'uso commerciale dei biocarburanti prodotti dalle alghe.

Disidratazione

Le alghe sono più comunemente disidratate e sostanze ricche di energia come i trigliceridi vengono recuperate dal materiale essiccato utilizzando solventi. Le sostanze separate possono essere convertite in combustibile mediante procedure standard (ad es. i trigliceridi separati che reagiscono con il metanolo creano biodiesel mediante il processo di transesterificazione). La diversa composizione degli acidi grassi nei diversi tipi di alghe determina una diversa qualità del carburante.

Dissoluzione idrotermica

La dissoluzione idrotermale è un processo alternativo in cui le alghe umide sono continuamente soggette a temperature elevate (662°F) e pressioni elevate (21.000 kPa). Questo processo produce petrolio greggio, che può essere ulteriormente raffinato in cherosene, benzina o diesel. Tra il 50% e il 70% del carbonio delle alghe può essere convertito in carburante. Altri prodotti includono acqua pulita, gas, azoto, fosforo e potassio.

Impatto ambientale

Rispetto alle specie vegetali terrestri utilizzate per i biocarburanti (ad es. semi di soia o mais), la coltivazione delle microalghe ha un impatto ambientale notevolmente inferiore a causa del maggiore contenuto di olio. Le alghe possono crescere anche in aree inutili per la coltivazione di specie comuni e possono utilizzare acqua non potabile che non può essere utilizzata per la coltivazione di altre specie. Possono anche crescere sulla superficie dell'oceano, rendendoli una fonte di energia pulita con scarso impatto sull'approvvigionamento alimentare, idrico e sulla biodiversità. La coltivazione delle alghe inoltre non richiede l'uso di insetticidi o erbicidi, eliminando questa ulteriore fonte di inquinamento. I biocarburanti prodotti dalle alghe sono molto meno tossici dei combustibili derivati ​​dal petrolio e si degradano anche più lentamente. Tuttavia, come per qualsiasi combustibile combustibile, esiste anche il rischio di ignizione in caso di fuoriuscita, anche se questo rischio è leggermente inferiore a quello dei combustibili a base di petrolio.

Gli studi hanno dimostrato che la sostituzione dei combustibili fossili con fonti di energia rinnovabile potrebbe ridurre le emissioni di CO2 fino all'80%. Un sistema basato sulle alghe potrebbe catturare fino all'80% della CO2 emessa da una centrale elettrica consentendo l'accesso alla luce solare. Questa CO2 sarà comunque rilasciata nell'atmosfera dalla combustione del carburante, ma questa viene almeno ulteriormente utilizzata. La possibilità di ridurre le emissioni di CO2, quindi, sta nell'evitare l'uso di combustibili fossili. Inoltre, rispetto ai combustibili fossili, durante la produzione e la combustione di biocarburanti a base di alghe, né zolfo né ossidi di azoto vengono rilasciati nell'atmosfera, con conseguente minor ossido di carbonio e idrocarburi incombusti.

Sostenibilità economica

Dell'intero processo di produzione di biocombustibili da alghe, attualmente, il più grande ostacolo all'uso commerciale sono gli elevati costi di investimento di un impianto di trattamento di combustibili da alghe. Lo sfruttamento delle alghe come combustibile come seria alternativa ai combustibili fossili ha cominciato a essere preso in considerazione in tempi relativamente recenti, dopo aver aumentato la consapevolezza ambientale globale, e non sorprende che non sia ancora commercialmente competitivo. Ci si può aspettare progressi in quasi ogni parte del processo e quindi un aumento del rapporto costo-efficacia. Viene citata ad esempio la possibilità di aumentare l'efficienza di conversione dell'energia solare in biomassa dall'attuale 3 a un possibile 5-7%.

I sottoprodotti

Molti sottoprodotti delle alghe possono essere utilizzati in modo diverso, con alcuni che hanno storie di utilizzo ancora più lunghe rispetto ai biocarburanti. Alcuni di loro sono coloranti e pigmenti naturali, antiossidanti e altre sostanze bioattive. Queste sostanze chimiche e la biomassa in eccesso hanno vari usi in altri settori.