När är ett ogräs inte ett ogräs? Det enkla svaret är:när det är sjögräs. Idag har alger – som kan ta formen av vattenburet ogräs eller vanligt dammavskum – ett enormt löfte för att förse oss med allt från djurfoder till flygbränsle.
Algakultur är kommersiell odling av alger. Alger (singular är "alger", latin för "tång", men du hittar sällan bara en) är enkla gröna växter som växer i vatten. Deras gröna färg betyder att de producerar sin egen mat med fotosyntes, precis som gräs, träd och majs. Alger finns i två huvudformer. Makroalger är sjögräs. Kelp växer till mer än 180 fot (55 meter) lång i havet [källa:Edwards]. Nori är sorten du hittar inlindad runt din sushi. Mikroalger är små encelliga växter som flyter i vattnet, var och en endast synlig genom ett mikroskop.
Algakultur är inget nytt. Tång odlades först i Japan för minst 1 500 år sedan och algproduktion är fortfarande en stor affär där [källa:Guiry]. Dulse har länge ätits på de brittiska öarna och mikroalgerna spirulina skördades av aztekerna i 1500-talets Mexiko. Förutom att tillhandahålla mänsklig mat har sjögräs använts som gödningsmedel. De tillhandahåller matförtjockningsmedlet carrageen och andra gelningsmedel och stabilisatorer som dyker upp i allt från soppa till tandkräm. Över hela världen är algproduktion ett företag på 6 miljarder dollar [källa:FN:s livsmedels- och jordbruksorganisation].
Idag lockar alger nytt intresse och forskningsinvesteringar på grund av deras potential att tillhandahålla energi och bekämpa miljöhot. En del av den organiska massan av alger tar formen av olja, som kan pressas ut och omvandlas till biodiesel. Alger slår landväxter utan att göra med den effektivitet med vilken de producerar olja. Vissa sorter av alger ger en olja som kan raffineras till bensin och till och med flygbränsle. Kolhydratdelen av växterna kan fermenteras för etanolproduktion.
Alger kan omvandla avfallskoldioxid, en växthusgas som strömmar från skorstenar, till användbara produkter. De kan hjälpa till att rena smutsigt vatten och omvandla föroreningar till biomassa. De har ytterligare användningsområden i läkemedel och kosmetika.
Med all denna potential verkar detta "ogräs" verkligen förtjäna en närmare titt.
Innehåll
Varför har alger skapat spänning och attraherat forskningsinvesteringar de senaste åren? Som alla gröna växter innehåller alger kloroplaster i sina celler. Dessa små strukturer är laddade med klorofyll, en molekyl som använder ljusenergi för att kombinera kol och vatten till ett enkelt socker. Cellerna omvandlar ytterligare några av dessa sockerarter till proteiner och lipider eller olja.
Men om alger gör samma sak som majs, vete och äppelträd, varför bry sig om att föda upp dem? För de flesta av oss smakar ju majskolvar, frallor och äppelpaj bättre än tång. Här är några av de saker som alger har att göra för dem:
Tilldragna av alla dessa fördelar har algodlare arbetat hårt för att komma fram till effektiva och ekonomiska sätt att odla och skörda växterna. Kostnadsfaktorn är för närvarande den stora utmaning som måste övervinnas för att göra alger kommersiellt gångbara.
All algodling kräver tre grunder:vatten, ljus och näringsämnen.
Vatten är det enklaste. Det behöver inte vara drickbart; olika typer av alger växer fint i sötvatten, saltvatten och smutsigt vatten. Solljus, eftersom det är gratis, är det föredragna ljuset. Men solljus når bara 3 eller 4 tum (7 till 10 centimeter) in i en massa av alger, så odlare måste agitera algerna för att exponera allt för ljuset [källa:Chemeurope.com]. Det huvudsakliga näringsämnet är koldioxid, som kan komma från luften eller annan källa. Omrörning eller bubbling löser det i vattnet. Odlaren måste tillföra andra näringsämnen, som kväve och spårämnen, om de inte redan finns i vattnet.
Det finns tre grundläggande system för att odla alger, vart och ett med sina fördelar och nackdelar:
Alla dessa system är designade för att odla mikroalger, de encelliga sorterna som flyter i vatten. Odlare odlar vanligtvis makroalger i öppet hav. Vattnet innehåller redan den näring algerna behöver och ger goda växtförhållanden. Den traditionella metoden var helt enkelt att skörda vild tång, och detta görs fortfarande i kustområden runt om i världen.
Med ökad efterfrågan började odlarna att odla tång. För vissa sorter, till exempel kelp, fästs sporer i rep som sedan förankras i havet och tången får växa. Andra typer växer från bitar av tång som fästs på nät eller avsatts i bassänger.
Jordbruk har funnits i 10 000 år [källa:Lienhard]. Algakultur är relativt nytt. Forskare och ingenjörer studerar aktivt de bästa sätten att odla alger effektivt. Skörden av växter är ett annat ämne för intensiv forskning.
Styra variablernaAlgodlaren måste kontrollera två viktiga variabler för att få en bra skörd. Vattnets pH-nivå är viktig - alger föredrar ett pH på 7 till 9 - något alkaliskt. Temperaturen är också kritisk. Alger växer oftast mellan 60 och 80 grader Fahrenheit (16 till 27 grader Celsius) och olika arter har olika preferenser [källa:oilgae.com].
Att skörda mikroalger innebär att man tar bort de mikroskopiska växterna från vattnet där de växer och koncentrerar dem till en pasta. Odlaren måste sedan ta bort fukten och lämna en tät biomassa. Den lilla storleken på mikroalger utgör ett problem när det kommer till skörd.
En metod är filtrering . Odlaren kan leda vattnet som innehåller algerna genom ett cellulosamembran vars porer är mindre än algcellerna. Detta kan vara svårt eftersom filter snabbt fylls upp med alger och blir igensatta. Forskare letar efter bättre sätt att effektivt filtrera alger.
Flockulering , en annan metod för skörd, innebär att få algerna att klumpa ihop sig. Att tillsätta kemikalier eller typer av alger som naturligt klumpar sig kan få mikroalger att bilda klumpar som blir lättare att samla.
Ett annat sätt att skörda alger är genom att flota . Här använder odlaren tryckluft för att skapa ett skum av bubblor och alger som för de små plantorna till ytan där de kan skummas av.
En centrifug är ännu en skördemetod. Att snurra en behållare fylld med vatten och alger gör att algerna samlas i ena änden.
För att skörda sina skördar mest effektivt kombinerar algodlare ibland dessa metoder. De kan använda flockning för att bilda algklumpar och sedan separera dem med flotation eller en centrifug. Att komma på ett verkligt effektivt sätt att skörda mikroalger är en nyckel till att få ner odlingskostnaderna.
Att skörda makroalger innebär olika problem. Att samla in vild tång är en arbetskrävande process. Vissa typer av tång som odlas under kontrollerade förhållanden kan samlas i nät. Kelp uppvuxen på rep kan dras ut och hängas upp på tork. Kelpskogar i grunt hav kan klippas av maskiner, vilket tar bort toppen av undervattens kelpbäddar.
Efter skörd måste alger tömmas på vattnet och torkas. En centrifug kan snurra ut vatten, men är relativt dyr. Vissa system kombinerar skörd och bearbetning, sprider algerna på bandfilter som låter vattnet rinna igenom, och tar sedan bort mer vatten med hjälp av ett kapillärmedium som drar ut vatten ur algernas biomassa.
Nästa steg är att bryta ner algernas cellväggar för att utvinna oljan inuti. Algerna förs genom en skruv- eller kolvpress. Kemikalier, elektromagnetiska pulser eller ultraljud kan också användas för att bryta ner cellerna. När oljan har tappats av komprimeras den återstående biomassan till en kaka för att användas som tillskott till djurfoder eller som gödningsmedel.
Alger har hittat ett brett utbud av användningsområden, de mest spännande inom energiområdet.
Buzzen om alger är att det är en idealisk källa till förnybar energi och kan vara det ultimata gröna bränslet. Forskning från den amerikanska regeringen och företag som Boeing, Chevron och Honeywell utvecklar sätt att göra algodling till en ekonomiskt lönsam grund för en ny generation energi [källa:Chemeurope.com]. En del av attraktionen är utbudet av bränslen som alger kan omvandlas till.
Alger trivs faktiskt på förorenat vatten, vilket innebär att de kan användas för rening av avloppsvatten. Alger omvandlar föroreningar från kommunalt, industriellt eller jordbruksavloppsvatten till användbara biprodukter som djurfoder eller biomassa för omvandling till energi. Alger samlar naturligt tungmetaller för borttagning eller återvinning.
Eftersom koldioxid, växthusgasen som bidrar till klimatförändringarna, är algers favoritföda kan växterna användas för kolavskiljning . De omvandlar gasen till organiska kolföreningar med ett mycket snabbare klipp än landväxter. Ett pund (453,6 gram) alger förbrukar 2 pund (907,2 gram) koldioxid [källa:Edwards]. Mata in avfallsgasen från ett koleldande kraftverk till en massa alger, och de bokstavligen äter upp den. Avfallsgas kan lagras för permanent eliminering från atmosfären, eller omvandlas till bränsle för att minska användningen av fossila bränslen.
Alger fortsätter att spela en roll som mänsklig mat och kosttillskott. Man äter tång i sallader och sushi och tar tillskott gjorda av mikroalgen spirulina. Alger ger komplett protein, omega-3-fettsyror och vitaminer. Carageen utvinns från röd tång som kallas irländsk mossa och används som förtjockningsmedel.
Alger används också som foder för nötkreatur och till marina djur som räkor och skaldjur. Den biomassa som finns kvar efter att alger har bearbetats kan ibland appliceras som organisk gödsel på jordbruksmarker. Alger kan även användas i mindre mängder i kosmetika och läkemedel.
Forskningen om att odla, skörda och bearbeta alger går framåt på många fronter. Med tanke på dess enorma värde råder det ingen tvekan om att detta enkla "ogräs" kommer att spela en växande roll i framtiden för vårt samhälle och ekonomi.
Grön råoljaOm det verkar konstigt att föreställa sig att din bil kör på sjögräs, tänk om. Råvaran vi idag omvandlar till bensin har bildats under miljontals år från algblomningar som lagt sig på havsbotten och täckts av sediment. Värme och kompression förvandlade de små plantorna till råolja. Främjare av algbaserat bränsle hänvisar till det som "grön råolja" [källa:Jha].
Innan jag undersökte den här artikeln visste jag ärligt talat inte att alger och tång var olika former av samma lilla gröna växt. Jag är förvånad över algers potential i så många riktningar:mat, energi, föroreningskontroll. Pilotprojekt verkar dyka upp överallt, från tångexperiment i Long Island Sound till biodieselinsatser i West Virginia till ett kolabsorptionsprojekt i Oregon. Jag har fått intrycket att vi mycket väl kan vara på gränsen till en algervolution.
