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          (轉)藻類基礎知識——第七章:藻類養殖

          發布人:wseen 時間:2022-5-5 9:18:52

          藻類生長在開放的、封閉的或半封閉的圓形、長形或管狀容器中,最大限度地利用整個生物量和陽光。除非發生混合,生長只發生在生長介質的最上層,大約兩英寸。新細胞的生長阻擋了下面植物的陽光。半連續混合是必要的,以給予所有的藻類足夠的光。一些生產系統將光源放在水中或靠近水中以增加陽光。

          藻類的生長取決于一系列變量,這些變量不僅限制了藻類的生長,還可能改變藻類的組成。主要變量包括以下內容。

          光。通常陽光提供足夠的光,但人造光也能起到同樣的作用,特別是對室內生長系統。有些種植系統可能是傾斜的,以優化朝向太陽和反射光的方向。一些生產商正在用鏡子或玻璃電纜試驗彎曲光線,還有一些則使用LED燈來減少能源消耗。

          混合。由于大多數生長發生在面對光源的表面的頂層,混合是必要的。每個細胞在光明和黑暗的生長期都需要在光照下進出,因為它們吸收二氧化碳,呼出氧氣。藻類比水重,在不混合的情況下會從它們的光源下沉。

          藻類生長得很快,它們在靜止的水中很快就失去了營養。它們不能移動,也不能覓食,因為它們通常沒有動力?;旌蠒o每個藻類細胞帶來營養和二氧化碳,并提供間歇性的光照?;旌线€有助于將水中的氧氣釋放到大氣中。過多或過少的混合會阻礙生長,粗糙的混合方法可能會造成細胞剪切應力損傷。

          一些藻類進化出了兩個有趣的特征:鞭毛和眼斑。在特定的生長階段,一些藻類會長出鞭毛,這是從身體上像精子尾巴一樣細長的突起,以鞭子一樣的運動推動藻類。眼斑識別光線,鞭毛推動植物走向光線。移動非常緩慢,可能每小時一英寸。

          水。藻類在幾乎任何種類的水中都能生長得很好。它們特別擅長利用光合作用將廢水中的溶解營養物和金屬轉化為綠色生物質,金屬可以被去除和回收。生產系統可以使用廢水、灰水和鹽水或海水,這取決于種植的物種。種植系統可以對水進行循環利用,因此唯一的損失來自蒸發。

          二氧化碳。大約一半的微藻生物量干重是碳,通常來自二氧化碳或碳酸鹽,并在白天持續喂食。每100噸的藻類生物量可以固定大約183噸的二氧化碳。藻類最喜歡的食物,二氧化碳,需要以氣體或碳酸氫鹽的形式添加,因為種植的藻類生長太快,無法從水中吸收足夠的二氧化碳。大多數水在二氧化碳中過于稀釋,不利于高產。壓縮空氣與二氧化碳混合高達20%,通常為藻類光合作用提供碳。工業二氧化碳或廢氣是典型的來源,但一些燃煤電廠產生過多的硫,這可能會抑制藻類的生長。有些生產商,如Solazyme,使用的是醋酸或葡萄糖形式的有機碳源。

          營養。藻類生長的肥料和陸地植物生長的肥料是一樣的,但是這些肥料可能來自于對陸地植物來說太咸的廢物流。與谷物(如玉米)相比,藻類每磅消耗的氮和其他肥料要少得多,而且這些營養物質更容易施用,成本也更低。與陸地植物相比,藻類利用溶解的化肥或廢物流養分的效率要高得多,因為微小的單細胞藻類直接消耗養分,而不需要長途運輸養分。未使用的肥料也可以隨著循環水重復使用。

          ph值:水的酸度可能取決于所產生的藻類的類型??刂扑膒H值是一種很好的策略,可以抑制競爭藻類的生長。由于高光合作用活動,水的pH值可能在中午最高,這消耗了最大的二氧化碳。

          穩定。保持穩定的增長環境,是高速增長的難題。生長介質可能會保留過多的養分或氧氣,這可能會對植物造成壓力或成分變化。一些生產商捕獲釋放的氧氣,并將純氣體作為增值產品出售。

          藻類生物量生長在池塘或容器中,這些容器被稱為生物工廠或養殖藻類生產系統(CAPS)。為藻類培養提供水、無機養分、CO2和光,促進生物量生長。藻類喜歡不太亮的漫射光,所以一些系統使用陰影來限制光線并漫射。不同的物種在特定的溫度下產量最高,所以一些系統使用生物工廠外部的循環水來保持最佳溫度。

          盡管二氧化碳可能只占生產成本的5%,但如果把生物工廠建在產生二氧化碳的發電廠或制造工廠附近,成本可以降到最低。營養物可以從廢水、藻類池回收或收獲的肥料中提供。除去藻類油后,剩余的生物量中含有相當多的營養物質。

          封閉系統的優點是高營養水可以通過系統循環。這種做法顯著降低了添加營養素的成本。它還能使水分蒸發損失最小化。使用高含鹽量水的藻類養殖系統,如農業廢水或鹵水,產生的生物質中含有大量的鹽,需要在提取副產品時去除。一些商業模式顯示,利用藻類從工業廢水中獲取重金屬,然后提取出來,在化學品市場上出售。

          每天都可以通過過濾、離心或絮凝來收獲。懸浮在肉湯中的細胞從水中分離出來,剩余的營養物質被回收用于生物質生產。藻類油從回收的生物質中提取,并轉化為生物柴油。一些非油類生物質可以用作動物飼料、肥料和其他副產品。

          部分用過的生物質經過厭氧消化產生沼氣發電,為生物質混合和水運輸提供動力。厭氧消化產生的廢水可用于更多的藻類生產或作為營養豐富的灌溉用水。沼氣產生的大部分能量被消耗在生物質能生產中,任何多余的能量都可以賣給電網。有些系統使用帶有光伏電池的太陽能板將太陽能直接轉化為電能,通常直接使用或存儲在電池中。

          在連續培養中,以恒定的速度加入新鮮培養基,提取相同數量的微藻肉湯。在夜間停止喂食,但混合繼續阻止生物質的沉淀。多達20%的生物質是在白天產生的,可以在夜間消耗,以維持電池直到日出。夜間生物量損失取決于生長光照水平、生長溫度和夜間溫度。一些生產系統正在試驗夜間照明來提高生產率。

          微藻含有大量的主要營養素:通常是20-50%的蛋白質,5-30%的碳水化合物和10-30%的脂質,大約10%的灰分或廢物。每一種營養物質的比例可能會因物種選擇、不同的生長條件或在不同的生長階段收獲藻類而改變。大多數物種富含氨基酸并提供多種色素。多糖的糖組成是高度可變的,但大多數物種有高比例的葡萄糖,20-87%。微藻含有大量的微量營養素和抗氧化劑,如維生素、抗壞血酸、核黃素、類胡蘿卜素和各種新型脂質。

          在油組分用于生物燃料后,剩余的高蛋白生物量可以被脫水,并以一種方便的形式儲存,如蛋糕,不需要冷藏,大約有兩年的貨架壽命。藻餅可分為各種食品、食品配料、飼料、肥料、精細藥品或其他成分。

          用于食品、燃料、藥物或其他副產品的藻類生產可以是碳中性的,因為生產和處理藻類所需的動力可以來自提取石油后剩余的生物質厭氧消化產生的甲烷?;旌虾褪斋@所需的少量能源也可能來自其他非碳來源,如風能、地熱或太陽能。

          收獲的生物質具有極強的可塑性,可以像玉米、小麥、大米或豆制品一樣儲存。這些食物包括富含蛋白質的牛奶、任何大小、形狀或質地的軟泥、玉米餅、餅干或面粉。生物質可以通過添加纖維制成結構性植物蛋白或擠壓制成肉類添加劑,以提高保濕性和增加蛋白質,同時降低脂肪。

          我們未來的食物很可能富含藻類和來自藻類的高級化合物。

          摘自2008年《綠藻戰略:終結石油進口和制造可持續食品和燃料》。

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