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经过:约翰·凯利

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这里显示的藻类漂浮在池塘的顶部,可能看起来很谦虚,但有可能帮助改变能源行业的潜力 - 只要我们找到有效的方法来培养它们。
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什么时候杂草不是杂草?简单的答案是:当海藻是时。今天,藻类- 可以采取水源杂草或普通池塘浮渣的形式 - 为我们提供从动物饲料到喷气燃料的所有东西都有巨大的希望。

藻类兴发登录m xf839 com是藻类的商业种植。藻类(奇异的是“藻类”,拉丁语“海藻”,但您很少只发现一种)是在水中生长的简单绿色植物。他们的绿色意味着他们像草一样使用光合作用生产自己的食物,和玉米。藻类有两种主要形式。大藻类是海藻。海带在海洋中长到180英尺(55米)长[来源:爱德华兹]。诺里(Nori)是您在寿司周围缠绕的品种。微藻是漂浮在水中的细小的单细胞植物,每种植物仅通过显微镜可见。

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施肥并不兴发登录m xf839 com是什么新鲜事物。海藻至少在1500年前首次在日本种植,藻类的生产仍然是一项大生意[来源:吉里]。多尔斯长期以来一直在不列颠群岛食用,而微藻螺旋藻被16世纪墨西哥的阿兹台克人收获。除了提供人类食物外,海藻还用于肥料。他们提供食物增稠剂面包片和其他胶凝剂和稳定剂,这些剂在从汤到牙膏中出现的所有物品出现。全球藻类生产是一家耗资60亿美元的业务[资料来源:联合国食品和农业组织兴发登录m xf839 com]。

如今,藻类由于其提供能源和打击环境威胁的潜力而吸引了新的兴趣和重新投资。一部分有机藻类采用石油的形式,可以将其挤出并转化为生物柴油燃料。藻类以产生油的效率将陆地植物击败。一些藻类产生的油可以改善成汽油,甚至是喷气燃料。植物的碳水化合物部分可以发酵以生产乙醇。

藻类可以将废物二氧化碳(一种从烟囱倒入的温室气体)转换为可用产品。它们可以帮助清洁脏水,将污染物转化为生物质。它们在药品和化妆品中还有其他用途。

凭借所有这些潜力,这种“杂草”当然值得仔细看。

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藻类的承诺

为什么藻类近年来引起兴奋并吸引研究投资?像所有绿色植物一样,藻类包含叶绿体在他们的细胞中。这些微小的结构用叶绿素充电,叶绿素是一种分子,它使用轻能将碳和水混合成简单的糖。细胞进一步将其中一些糖转化为蛋白质和脂质或油。

但是,如果藻类与玉米,小麦和苹果树做同样的事情,为什么还要饲养它们呢?毕竟,玉米棒上的玉米,甜卷和苹果派的味道比海藻给我们大多数人。这是藻类为他们提供的一些事情:

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  • 生产率:藻类超快速生长。土地植物需要数月或数年才能到达成熟。藻类可以在一天之内完成整个生命周期。一些藻类可以在一个小时内将其生物量加倍[来源:Jha]。
  • 效率:在将太阳能转换为生物质时,藻类都是生意。由于它们得到了并直接从水中取出营养,因此不需要根,茎或花。土地植物使用多达95%的能源建设所需的支持,喂养和育种的结构[来源:爱德华兹]。
  • 专注:由于它们的效率,藻类可以在非常集中的空间中生长。它们每英亩的油最多比土地植物多100倍[来源:爱德华兹]。
  • 多功能性:据估计,有70,000多种藻类,其中许多尚未分类[来源:吉里]。种植者可以选择适合条件和目标的人,例如,为特定温度范围或水盐度选择品种。
  • 非竞争:藻类不会与目前的农作物竞争土地或淡水。它们可以在不维持土地植物的沙漠等地点种植在池塘中。有些品种更喜欢盐水或污染的水。

在所有这些优势的吸引力下,藻类耕种者一直在努力工作,以提出有效,经济的种植和收获植物的方法。成本因素目前是使藻类在商业上可行的巨大挑战。

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藻类的商业种植

所有施肥都需要三兴发登录m xf839 com个基本知识:水,光和养分。

水是最简单的。它不需要饮用;不同类型的藻类在淡水,盐水和脏水中生长得很好。阳光,因为它是免费的,所以是首选的光。但是阳光只达到3或4英寸(7至10厘米)进入藻类,因此种植者必须搅拌藻类以将其全部暴露于光线中[来源:Chemeurope.com]。主要营养素是二氧化碳,可以来自空气或其他来源。搅拌或冒泡溶解在水中。种植者必须提供其他营养素,例如氮和微量元素,如果它们还没有在水中。

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有三个基本系统培养藻类,每个都有其优势和缺点:

  1. 开放池塘:种植藻类的最简单,最便宜的方法是大的浅池塘。水通常分为同心车道或跑道,并带有桨轮将藻类混合物移动到一个圆圈中。这有助于将藻类带到表面,在那里暴露于光线,并将养分和二氧化碳混合到液体中。与其他方法相比,开孔方法产生的藻类生物量较少。它失去了蒸发的水,因此必须添加更多。它允许捕食者或不良藻类污染。
  2. 封闭的池塘:该方法类似于开放池,但是水被有机玻璃温室覆盖。这增加了成本,但可以更大的控制过程。它减少了蒸发和污染,并延长了生长季节。如果空间加热,种植者可以全年饲养藻类。
  3. 生物反应器:一个完全封闭的系统,生物反应器由藻类或丙烯酸管组成,藻类暴露于光。泵将水,养分和藻类移动到管子和储罐中。一些反应堆准备就绪时会自动收集藻类。这种方法为种植者提供了对过程和产生藻类生物量的最有效方法的最大控制。但这也是设置和操作最昂贵的。

所有这些系统均设计用于生长的微藻,即漂浮在水中的单细胞品种。种植者通常在公海种植大型藻类。水已经含有藻类所需的营养,并提供了良好的生长条件。传统方法只是为了收获狂野海藻,这仍在世界各地的沿海地区完成。

随着需求的增加,种植者开始种植海藻。对于某些品种,例如海带,孢子附着在绳索上,然后固定在海洋中,并允许海藻生长。其他类型从固定在蚊帐或沉积在水池中的海藻中生长。

农业已经兴发登录m xf839 com存在了10,000年[来源:Lienhard]。施肥相对兴发登录m xf839 com较新。科学家和工程师正在积极研究有效养殖藻类的最佳方法。收集植物是激烈研究的另一个主题。

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收获和加工藻类

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一名工人在海滨堆叠了收割藻类的篮子。
iStockphoto/Thinkstock

收集微藻意味着将微观植物从其生长的水中清除并集中在糊状物中。然后,种植者需要去除水分,留下密集的生物质。微藻的微小尺寸在收获时会出现问题。

一种方法是过滤。种植者可以将含有藻类的水通过纤维素膜小于藻类细胞小。这可能很困难,因为过滤器迅速充满了藻类并堵塞。研究人员正在寻找有效过滤藻类的更好方法。

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絮凝,另一种收获方法,意味着获得藻类团结在一起。添加自然团块的化学物质或藻类类型会导致微藻形成易于收集的团块。

收获藻类的另一种方法是浮选。在这里,种植者使用压缩空气创建一个气泡和藻类的泡沫,将小植物带到表面,可以脱离它们。

离心机是另一种收获方法。旋转装满水和藻类的容器会导致藻类在一端收集。

为了最有效地收获农作物,藻类种植者有时将这些方法结合在一起。兴发登录m xf839 com他们可能会使用絮凝形成藻类团块,然后用浮选或离心机分离它们。提出一种真正有效的收获微藻的方法是降低耕种成本的关键。

收获大量藻类涉及不同的问题。聚集疯狂海藻是一个劳动密集型过程。在受控条件下种植的某些类型的海藻可以收集在网中。可以将绳索抬起的海带被拖出并挂断干燥。可以用机器割草的海带森林,脱下海底海带床的顶部。

收获后,藻类必须排出水并干燥。离心机可以旋转水,但相对昂贵。一些系统将收获和加工结合在一起,将藻类散布在皮带过滤器上,使水流流过,然后使用将水从藻类的生物量中抽出的毛细管培养基去除更多的水。

下一步是分解藻类的细胞壁以提取内部油。藻类通过螺丝或活塞压力。化学物质,电磁脉冲或超声也可以用于分解细胞。将油排出后,将剩余的生物质压缩到蛋糕中,以补充动物饲料或作为肥料。

藻类发现了各种各样的用途,也是能量场中最令人兴奋的用途。

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藻类的许多用途

关于藻类的嗡嗡声是它是可再生能源的理想来源,可能是终极绿色燃料。美国政府和波音公司,雪佛龙和霍尼韦尔等公司的研究正在开发使其步养殖成为新一代能源的经济可行基础的方法[来源:兴发登录m xf839 comChemeurope.com]。吸引力的一部分是可以转化藻类的燃料范围。

  • 生物柴油是挖掘藻类能量潜力的最简单方法。像任何植物油一样,藻类的油可以化学转化为生物柴油燃料。与大豆或玉米等土地植物相比,藻类使用的土地和淡水较少,生长速度更快,油浓度更高。
  • 精制运输燃料是藻类的另一个有希望的领域。一些藻类产生的油可以精制成汽油甚至喷气燃料,并且没有石油中的硫和氮化合物。制造商可以与基于石油的库存相同的炼油厂进行处理。2011年,由阿尔加尔石油(Algal OilFehrenbacher]。
  • 乙醇通常添加到汽油中,可以由藻类和陆地植物产生。除油外,藻类还由碳水化合物和纤维素壁组成。这些材料可以通过酵母发酵成乙醇或谷物酒精。
  • 甲烷,天然气中的主要成分是在细菌消化藻类时产生的。甲烷可用于干净且多功能的燃料,用于生产电力或电动车辆。它代表了藻类的另一种生物燃料选择。

藻类实际上在污染的水上壮成长,这意味着它们可用于废水处理。藻类将来自市政,工业或农业废水的污染物变成可用的副产品,例如动物饲料或生物质,以转化为能源。藻类自然会积聚重金属以去除或回收。

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因为二氧化碳,有助于气候变化的温室气体是藻类最喜欢的食物,所以植物可用于碳捕获。他们将气体转换为有机碳化合物的夹子比土地植物更快。一磅(453.6克)的藻类消耗2磅(907.2克)二氧化碳[来源:爱德华兹]。将燃煤电厂的废气喂入大量藻类,然后将其吞噬。废气可以存储以永久消除大气中,也可以转化为燃料以减少化石燃料的使用。

藻类继续作为人类食物和补品发挥作用。人们在沙拉中吃海藻,寿司并服用由微藻螺旋藻制成的补充剂。藻类提供完整的蛋白质,omega-3脂肪酸和维生素。从称为爱尔兰苔藓的红色海藻中提取Carageen,并用作增稠剂。

藻类也被用作牛和虾和贝类等海洋动物的饲料。藻类被加工后剩下的生物质有时可以作为有机肥料应用于农田。藻类在化妆品和药品中也发现了较小的用途。

关于增长,收获和加工藻类的研究在许多方面正在发展。鉴于其巨大的价值,毫无疑问,这种简单的“杂草”将在我们的社会和经济的未来中发挥越来越多的作用。

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作者的笔记

在研究本文之前,我不知道藻类和海藻是同一小绿色植物的不同形式。我对藻类在许多方向上的潜力感到惊讶:食物,能量,污染控制。飞行员项目似乎到处都在弹出,从长岛的海藻实验到​​西弗吉尼亚州的生物柴油的努力,再到俄勒冈州的碳吸收项目。我得到的印象是,我们很可能处于藻类革命的边缘。

相关文章

来源

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  • 爱德华兹,马克。“藻类的竞争优势是什么?”藻类行业杂志。2010年5月26日。(2012年8月24日)http://www.algaeindustrymagazine.com/what-are-are-algaes-competistival-advantages/
  • 爱德华兹,马克。“为什么藻类是捕获粮食和能源生产太阳能的最有效方法?”,《藻类行业》杂志。2010年9月29日。(2012年8月24日)http://www.algaeindustrymagazine.com/algae-101-part-13-why-is-is-algae-thy-is-algae-the-the-the-most-most-to-Most-way-way-way-to-apter-solar-salar- 食品和能源生产/
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