(轉(zhuǎn))藻類基礎(chǔ)知識——第七章:藻類養(yǎng)殖
發(fā)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(fā)生混合，生長只發(fā)生在生長介質(zhì)的最上層，大約兩英寸。新細(xì)胞的生長阻擋了下面植物的陽光。半連續(xù)混合是必要的，以給予所有的藻類足夠的光。一些生產(chǎn)系統(tǒng)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(nèi)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(nèi)生長系統(tǒng)。有些種植系統(tǒng)可能是傾斜的，以優(yōu)化朝向太陽和反射光的方向。一些生產(chǎn)商正在用鏡子或玻璃電纜試驗(yàn)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(shù)生長發(fā)生在面對光源的表面的頂層，混合是必要的。每個細(xì)胞在光明和黑暗的生長期都需要在光照下進(jìn)出，因?yàn)樗鼈兾斩趸?，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(yǎng)。它們不能移動，也不能覓食，因?yàn)樗鼈兺ǔ]有動力?；旌蠒o每個藻類細(xì)胞帶來營養(yǎng)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(xì)胞剪切應(yīng)力損傷。
一些藻類進(jìn)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(xì)長的突起，以鞭子一樣的運(yùn)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(yǎng)物和金屬轉(zhuǎn)化為綠色生物質(zhì)，金屬可以被去除和回收。生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)可以對水進(jìn)行循環(huán)利用，因此唯一的損失來自蒸發(fā)。
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(xù)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?yàn)榉N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(shù)水在二氧化碳中過于稀釋，不利于高產(chǎn)。壓縮空氣與二氧化碳混合高達(dá)20%，通常為藻類光合作用提供碳。工業(yè)二氧化碳或廢氣是典型的來源，但一些燃煤電廠產(chǎn)生過多的硫，這可能會抑制藻類的生長。有些生產(chǎn)商，如Solazyme，使用的是醋酸或葡萄糖形式的有機(jī)碳源。
營養(yǎng)。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(yǎng)物質(zhì)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(yǎng)分的效率要高得多，因?yàn)槲⑿〉膯渭?xì)胞藻類直接消耗養(yǎng)分，而不需要長途運(yùn)輸養(yǎng)分。未使用的肥料也可以隨著循環(huán)水重復(fù)使用。
ph值:水的酸度可能取決于所產(chǎn)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(wěn)定。保持穩(wěn)定的增長環(huán)境，是高速增長的難題。生長介質(zhì)可能會保留過多的養(yǎng)分或氧氣，這可能會對植物造成壓力或成分變化。一些生產(chǎn)商捕獲釋放的氧氣，并將純氣體作為增值產(chǎn)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(yǎng)殖藻類生產(chǎn)系統(tǒng)(CAPS)。為藻類培養(yǎng)提供水、無機(jī)養(yǎng)分、CO2和光，促進(jìn)生物量生長。藻類喜歡不太亮的漫射光，所以一些系統(tǒng)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(chǎn)量最高，所以一些系統(tǒng)使用生物工廠外部的循環(huán)水來保持最佳溫度。
盡管二氧化碳可能只占生產(chǎn)成本的5%，但如果把生物工廠建在產(chǎn)生二氧化碳的發(fā)電廠或制造工廠附近，成本可以降到最低。營養(yǎng)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(dāng)多的營養(yǎng)物質(zhì)。
封閉系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是高營養(yǎng)水可以通過系統(tǒng)循環(huán)。這種做法顯著降低了添加營養(yǎng)素的成本。它還能使水分蒸發(fā)損失最小化。使用高含鹽量水的藻類養(yǎng)殖系統(tǒng)，如農(nóng)業(yè)廢水或鹵水，產(chǎn)生的生物質(zhì)中含有大量的鹽，需要在提取副產(chǎn)品時去除。一些商業(yè)模式顯示，利用藻類從工業(yè)廢水中獲取重金屬，然后提取出來，在化學(xué)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(xì)胞從水中分離出來，剩余的營養(yǎng)物質(zhì)被回收用于生物質(zhì)生產(chǎn)。藻類油從回收的生物質(zhì)中提取，并轉(zhuǎn)化為生物柴油。一些非油類生物質(zhì)可以用作動物飼料、肥料和其他副產(chǎn)品。
部分用過的生物質(zhì)經(jīng)過厭氧消化產(chǎn)生沼氣發(fā)電，為生物質(zhì)混合和水運(yùn)輸提供動力。厭氧消化產(chǎn)生的廢水可用于更多的藻類生產(chǎn)或作為營養(yǎng)豐富的灌溉用水。沼氣產(chǎn)生的大部分能量被消耗在生物質(zhì)能生產(chǎn)中，任何多余的能量都可以賣給電網(wǎng)。有些系統(tǒng)使用帶有光伏電池的太陽能板將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，通常直接使用或存儲在電池中。
在連續(xù)培養(yǎng)中，以恒定的速度加入新鮮培養(yǎng)基，提取相同數(shù)量的微藻肉湯。在夜間停止喂食，但混合繼續(xù)阻止生物質(zhì)的沉淀。多達(dá)20%的生物質(zhì)是在白天產(chǎn)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(chǎn)系統(tǒng)正在試驗(yàn)夜間照明來提高生產(chǎn)率。
微藻含有大量的主要營養(yǎng)素:通常是20-50%的蛋白質(zhì)，5-30%的碳水化合物和10-30%的脂質(zhì)，大約10%的灰分或廢物。每一種營養(yǎng)物質(zhì)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(shù)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(shù)物種有高比例的葡萄糖，20-87%。微藻含有大量的微量營養(yǎng)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(zhì)。
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(xì)藥品或其他成分。
用于食品、燃料、藥物或其他副產(chǎn)品的藻類生產(chǎn)可以是碳中性的，因?yàn)樯a(chǎn)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(zhì)厭氧消化產(chǎn)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(fēng)能、地?zé)峄蛱柲堋?br />
收獲的生物質(zhì)具有極強(qiáng)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(zhì)的牛奶、任何大小、形狀或質(zhì)地的軟泥、玉米餅、餅干或面粉。生物質(zhì)可以通過添加纖維制成結(jié)構(gòu)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(zhì)，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(zhàn)略:終結(jié)石油進(jìn)口和制造可持續(xù)食品和燃料》。