Como funciona a algacultura

As algas, mostradas aqui flutuando no topo de um lago, podem parecer humildes, mas têm o potencial de ajudar a mudar a indústria de energia - se apenas encontrarmos maneiras eficientes de cultivá-las. Hemera / Thinkstock

Quando uma erva daninha não é uma erva daninha? A resposta simples é: quando é alga. Hoje, as algas - que podem assumir a forma de uma erva daninha transmitida pela água ou de uma escória comum de lagoa - prometem nos fornecer de tudo, desde ração animal a combustível para aviação.

Algacultura é o cultivo comercial de algas. Algas (o singular é "alga", palavra latina para "alga marinha", mas você raramente encontrará apenas uma) são plantas verdes simples que crescem na água. Sua cor verde significa que eles produzem seus próprios alimentos usando a fotossíntese, assim como a grama, as árvores e o milho. As algas vêm em duas formas principais. Macroalgas são algas marinhas. Kelp cresce até mais de 180 pés (55 metros) de comprimento no oceano [fonte: Edwards]. Nori é a variedade que você encontrará enrolada em seu sushi. Microalgas são minúsculas plantas unicelulares que flutuam na água, cada uma visível apenas através de um microscópio.

A algacultura não é novidade. As algas marinhas foram cultivadas pela primeira vez no Japão, pelo menos 1.500 anos atrás, e a produção de algas ainda é um grande negócio lá [fonte: Guiry]. O Dulse é consumido há muito tempo nas Ilhas Britânicas e a microalga espirulina foi colhida pelos astecas do México do século XVI. Além de fornecer comida para humanos, as algas marinhas têm sido usadas como fertilizantes. Eles fornecem a carragena espessante de alimentos e outros agentes gelificantes e estabilizadores que aparecem em tudo, desde sopa até pasta de dente. Em todo o mundo, a produção de algas é um negócio de US $ 6 bilhões [fonte: Food and Agriculture Organization of the United Nations].

Hoje, as algas estão atraindo novos interesses e investimentos em pesquisa devido ao seu potencial para fornecer energia e combater ameaças ambientais. Parte da massa orgânica das algas assume a forma de óleo, que pode ser espremido e convertido em combustível biodiesel. As algas superam as plantas terrestres na eficiência com que produzem petróleo. Algumas variedades de algas produzem um óleo que pode ser refinado em gasolina e até em combustível de aviação. A porção de carboidratos das plantas pode ser fermentada para a produção de etanol.

As algas podem converter o dióxido de carbono residual, um gás de efeito estufa que sai das chaminés, em produtos utilizáveis. Eles podem ajudar a limpar a água suja, convertendo poluentes em biomassa. Eles têm usos adicionais em produtos farmacêuticos e cosméticos.

Com todo esse potencial, essa "erva daninha" certamente parece merecer um olhar mais atento.

Conteúdo

1. A promessa das algas
2. Cultivo Comercial de Algas
3. Coleta e processamento de algas
4. Os muitos usos das algas
5. Nota do autor

Por que as algas geraram entusiasmo e atraíram investimentos em pesquisas nos últimos anos? Como todas as plantas verdes, as algas contêm cloroplastos em suas células. Essas estruturas minúsculas são carregadas com clorofila, uma molécula que usa a energia da luz para combinar carbono e água em um açúcar simples. As células transformam ainda mais alguns desses açúcares em proteínas e lipídios ou óleo.

Mas se as algas estão fazendo a mesma coisa que o milho, o trigo e as macieiras, por que se preocupar em criá-las? Afinal, o sabugo de milho, os pãezinhos doces e a torta de maçã têm um gosto melhor do que as algas marinhas para a maioria de nós. Aqui estão algumas das coisas que as algas têm a seu favor:

• Produtividade: As algas têm um crescimento super rápido. As plantas terrestres levam meses ou anos para atingir a maturidade. As algas podem completar todo o seu ciclo de vida em um único dia. Algumas algas podem dobrar sua biomassa em apenas uma hora [fonte: Jha].
• Eficiência: Quando se trata de converter energia solar em biomassa, as algas são um negócio. Como são sustentados e recebem seus nutrientes diretamente da água, eles não precisam de raízes, caules ou flores. As plantas terrestres usam até 95% de sua energia construindo as estruturas de que precisam para suporte, alimentação e reprodução [fonte: Edwards].
• Concentração: Devido à sua eficiência, as algas podem ser cultivadas em um espaço muito concentrado. Eles produzem até 100 vezes mais óleo por acre do que as plantas terrestres [fonte: Edwards].
• Versatilidade: Estima-se que existam mais de 70.000 espécies de algas, muitas delas ainda não classificadas [fonte: Guiry]. Os produtores podem escolher aqueles adequados às condições e objetivos, selecionando variedades para uma faixa de temperatura específica ou salinidade da água, por exemplo.
• Não competição: As algas não competem com as culturas atuais por terra ou água doce. Eles podem ser cultivados em lagos em locais, como desertos, que não sustentam plantas terrestres. Algumas variedades preferem água salina ou poluída.

Atraídos por todas essas vantagens, os cultivadores de algas têm trabalhado diligentemente para encontrar maneiras eficientes e econômicas de cultivar e colher as plantas. O fator custo é atualmente o grande desafio que deve ser vencido para tornar as algas comercialmente viáveis.

Toda algacultura requer três princípios básicos: água, luz e nutrientes.

Água é o mais fácil. Não precisa ser potável; diferentes tipos de algas crescem bem em água doce, água salgada e água suja. A luz solar, por ser gratuita, é a preferida. Mas a luz solar atinge apenas 3 ou 4 polegadas (7 a 10 centímetros) em uma massa de algas, então os produtores devem agitar as algas para expô-las totalmente à luz [fonte: Chemeurope.com]. O principal nutriente é o dióxido de carbono, que pode vir do ar ou de outra fonte. A agitação ou o borbulhar dissolve-o na água. O produtor deve fornecer outros nutrientes, como nitrogênio e oligoelementos, se eles ainda não estiverem na água.

Existem três sistemas básicos para o cultivo de algas, cada um com suas vantagens e desvantagens:

1. Lago aberto: A maneira mais simples e barata de cultivar algas é em lagos grandes e rasos. A água costuma ser dividida em pistas concêntricas ou canais adutores, com rodas de pás para mover a mistura de algas em um círculo. Isso ajuda a trazer as algas para a superfície, onde são expostas à luz, e mistura nutrientes e dióxido de carbono no líquido. O método de lagoa aberta produz menos biomassa de algas do que outros métodos. Ele perde água por evaporação, então mais deve ser adicionado. E permite a contaminação por predadores ou algas indesejáveis.
2. Lago fechado: Este método é semelhante a um tanque aberto, mas a água é coberta por uma estufa de acrílico. Isso aumenta o custo, mas permite maior controle do processo. Reduz a evaporação e a contaminação e prolonga a estação de crescimento. Os produtores podem cultivar algas o ano todo se o espaço for aquecido.
3. Biofotorreator: Sistema completamente fechado, o biofotorreator é composto por tubos de vidro ou acrílico onde as algas são expostas à luz. As bombas movem a água, nutrientes e algas através dos tubos e tanques de armazenamento. Alguns reatores coletam as algas automaticamente quando estão prontos. Essa abordagem dá aos produtores maior controle sobre o processo e a maneira mais eficiente de produzir biomassa de algas. Mas também é o mais caro de configurar e operar.

Todos esses sistemas são projetados para o cultivo de microalgas, as variedades unicelulares que flutuam na água. Os produtores geralmente cultivam macroalgas em mar aberto. A água já contém os nutrientes de que as algas precisam e proporciona boas condições de cultivo. O método tradicional era simplesmente colher algas selvagens, e isso ainda é feito em áreas costeiras de todo o mundo.

Com o aumento da demanda, os produtores passaram a cultivar algas marinhas. Para algumas variedades, como as algas, os esporos são presos a cordas que são então ancoradas no oceano e a alga marinha pode crescer. Outros tipos crescem de pedaços de algas marinhas que são fixadas em redes ou depositadas em piscinas.

A agricultura existe há 10.000 anos [fonte: Lienhard]. A algacultura é relativamente nova. Cientistas e engenheiros estão estudando ativamente as melhores maneiras de criar algas com eficiência. A colheita de plantas é outro assunto de intensa pesquisa.

Controlando as Variáveis

O criador de algas deve controlar duas variáveis ​​importantes para obter uma boa safra. O nível de pH da água é importante - as algas preferem um pH de 7 a 9 - ligeiramente alcalino. A temperatura também é crítica. As algas crescem principalmente entre 60 e 80 graus Fahrenheit (16 a 27 graus Celsius) e espécies diferentes têm preferências diferentes [fonte: oilgae.com].

Um trabalhador empilha cestos de algas colhidas na orla. iStockphoto / Thinkstock

Colher microalgas significa remover as plantas microscópicas da água em que crescem e concentrá-las em uma pasta. O cultivador então precisa remover a umidade, deixando uma biomassa densa. O tamanho diminuto das microalgas apresenta um problema quando se trata de colheita.

Um método é filtração. O agricultor pode fazer com que a água que contém as algas passe por uma membrana de celulose cujos poros são menores que as células das algas. Isso pode ser difícil porque os filtros rapidamente se enchem de algas e ficam entupidos. Os pesquisadores estão procurando maneiras melhores de filtrar algas com eficiência.

Floculação, outro método de colheita, significa fazer com que as algas se juntem. Adicionar produtos químicos ou tipos de algas que se aglomeram naturalmente pode fazer com que as microalgas formem aglomerados que se tornam mais fáceis de coletar.

Outra forma de colher algas é por flutuação. Aqui, o cultivador usa ar comprimido para criar uma espuma de bolhas e algas que traz as pequenas plantas à superfície, onde podem ser retiradas.

Uma centrífuga é outro método de colheita. Girar um recipiente cheio de água e algas faz com que as algas se acumulem em uma extremidade.

Para colher suas safras de forma mais eficaz, os produtores de algas às vezes combinam esses métodos. Eles podem usar a floculação para formar aglomerados de algas e, em seguida, separá-los com flotação ou centrifugação. Encontrar uma maneira realmente eficiente de colher microalgas é a chave para reduzir o custo do cultivo.

A colheita de macroalgas envolve diferentes problemas. A coleta de algas marinhas selvagens é um processo trabalhoso. Alguns tipos de algas marinhas cultivadas em condições controladas podem ser coletadas em redes. As algas levantadas em cordas podem ser puxadas e penduradas para secar. Florestas de kelp em mares rasos podem ser cortadas por máquinas, tirando o topo dos leitos de kelp submarinos.

Uma vez colhidas, as algas devem ser drenadas de sua água e secas. Uma centrífuga pode girar a água, mas é relativamente cara. Alguns sistemas combinam a colheita e o processamento, espalhando as algas em filtros de correia que permitem a drenagem da água e, em seguida, removendo mais água usando um meio capilar que retira água da biomassa das algas.

O próximo passo é quebrar as paredes celulares das algas para extrair o óleo de dentro. As algas são submetidas a um parafuso ou prensa de pistão. Produtos químicos, pulsos eletromagnéticos ou ultrassom também podem ser usados ​​para quebrar as células. Quando o óleo é drenado, a biomassa restante é comprimida em uma torta para ser usada como suplemento para ração animal ou como fertilizante.

As algas encontraram uma ampla gama de utilizações, as mais interessantes no campo da energia.

O burburinho sobre as algas é que elas são uma fonte ideal de energia renovável e podem ser o combustível verde definitivo. Pesquisas do governo dos EUA e empresas como Boeing, Chevron e Honeywell estão desenvolvendo maneiras de tornar a cultura da alga uma base economicamente viável para uma nova geração de energia [fonte: Chemeurope.com]. Parte da atração é a variedade de combustíveis em que as algas podem ser convertidas.

• Biodiesel é a maneira mais simples de explorar o potencial energético das algas. Como qualquer óleo vegetal, o óleo de algas pode ser quimicamente transformado em combustível biodiesel. Em comparação com plantas terrestres como soja ou milho, as algas usam menos terra e água doce, crescem mais rápido e têm maiores concentrações de óleo.
• Combustíveis refinados para transporte são outra área promissora para as algas. Algumas algas produzem óleo que pode ser refinado em gasolina ou mesmo combustível de aviação, e sem os compostos de enxofre e nitrogênio do petróleo. Os fabricantes podem processá-lo nas mesmas refinarias do estoque à base de petróleo. Em 2011, o primeiro vôo a jato comercial movido a óleo de algas voou de Houston para Chicago [fonte: Fehrenbacher].
• Etanol, que é comumente adicionado à gasolina, pode ser produzido a partir de algas e também de plantas terrestres. Além do óleo, as algas são constituídas por carboidratos e paredes de celulose. Esses materiais podem ser fermentados por levedura em etanol ou álcool de grãos.
• Metano, o principal ingrediente do gás natural, é produzido quando as bactérias digerem as algas. Um combustível limpo e versátil, o metano pode ser usado para produzir eletricidade ou motores de veículos. Representa outra opção de biocombustível para algas.

As algas realmente prosperam em águas poluídas, o que significa que podem ser usadas para tratamento de águas residuais. As algas transformam poluentes de águas residuais municipais, industriais ou agrícolas em subprodutos utilizáveis ​​como ração animal ou biomassa para conversão em energia. As algas acumulam naturalmente metais pesados ​​para remoção ou reciclagem.

Como o dióxido de carbono, o gás de efeito estufa que contribui para a mudança climática, é o alimento favorito das algas, as plantas podem ser usadas para captura de carbono. Eles convertem o gás em compostos de carbono orgânico em um ritmo muito mais rápido do que as plantas terrestres. Uma libra (453,6 gramas) de algas consome 2 libras (907,2 gramas) de dióxido de carbono [fonte: Edwards]. Alimente o gás residual de uma usina de energia a carvão em uma massa de algas, e elas literalmente o comem. O gás residual pode ser armazenado para eliminação permanente da atmosfera ou convertido em combustível para reduzir o uso de combustíveis fósseis.

As algas continuam a desempenhar um papel importante como alimentos e suplementos humanos. As pessoas comem algas marinhas em saladas e sushi e tomam suplementos feitos com a microalga espirulina. As algas fornecem proteínas completas, ácidos graxos ômega-3 e vitaminas. Carageen é extraído da alga vermelha conhecida como musgo irlandês e usado como espessante.

As algas também são utilizadas como ração para gado e animais marinhos, como camarões e crustáceos. A biomassa deixada após o processamento das algas pode, às vezes, ser aplicada como fertilizante orgânico em campos agrícolas. As algas também encontram usos menores em cosméticos e produtos farmacêuticos.

As pesquisas sobre cultivo, colheita e processamento de algas estão avançando em muitas frentes. Dado o seu imenso valor, não há dúvida de que esta simples "erva daninha" terá um papel crescente no futuro da nossa sociedade e economia.

Green Crude

Se parece estranho imaginar seu carro funcionando com algas marinhas, pense novamente. A matéria-prima que convertemos em gasolina hoje foi formada ao longo de milhões de anos a partir da proliferação de algas que se estabeleceram no fundo do mar e foram cobertas por sedimentos. O calor e a compressão transformaram as minúsculas plantas em petróleo bruto. Os promotores do combustível à base de algas se referem a ele como "petróleo verde" [fonte: Jha].

Antes de pesquisar para este artigo, eu honestamente não sabia que algas e algas marinhas eram formas diferentes da mesma plantinha verde. Estou surpreso com o potencial das algas em tantas direções: alimentos, energia, controle de poluição. Projetos-piloto parecem estar surgindo em todos os lugares, de experimentos com algas em Long Island Sound a esforços de biodiesel em West Virginia e um projeto de absorção de carbono em Oregon. Tive a impressão de que podemos muito bem estar à beira de uma revolução das algas.

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• Algas marinhas

Fontes

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• Edwards, Mark. "A Minúscula Planta que Salvou Nosso Planeta", Revista da Indústria de Algas. 24 de abril de 2010. (24 de agosto de 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/part-one-the-tiny-plant-that-saved-our-planet/
• Edwards, Mark. "Quais são as vantagens competitivas das algas?" Revista da Indústria de Algas. 26 de maio de 2010. (24 de agosto de 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/what-are-algaes-competitive-advantages/
• Edwards, Mark. “Por que as algas são a maneira mais eficiente de capturar energia solar para a produção de alimentos e energia?”, Revista da Indústria de Algas. 29 de setembro de 2010. (24 de agosto de 2012) http://www.algaeindustrymagazine.com/algae-101-part-13-why-is-algae-the-most-efficient-way-to-capture-solar -energy-for-food-and-energy-production /
• Fehrenbacher, Katie. "Solazyme's algae jet fuel powers United flight," Gigaom, 7 de novembro de 2011. (24 de agosto de 2012) http://gigaom.com/cleantech/solazymes-algae-jetfuel-powers-united-flight/
• Departamento de Pesca e Aquicultura, Nações Unidas. "Introdução às algas comerciais." (24 de agosto de 2012) http://www.fao.org/docrep/006/y4765e/y4765e04.htm
• Guiry, Michael D. "Quantas espécies de algas existem?" Journal of Phycology, junho de 2012. (24 de agosto de 2012) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1529-8817.2012.01222.x/abstract
• Guiry, Michael D. "The Seaweed Site: information on marine alggae: Introduction." (24 de agosto de 2012) http://www.seaweed.ie/aquaculture/introduction.php
• Jha, Alok. "'Óleo de algas' promete combustível favorável ao clima", The Guardian, 31 de julho de 2008. (24 de agosto de 2012) http://www.guardian.co.uk/environment/2008/jul/31/biofuels.travelandtransport
• Lienhard, John H. "Inventing Agriculture," Engines of Our Ingenuity, No. 540. (24 de agosto de 2012) http://www.uh.edu/engines/epi540.htm
• Mehta, SK e Gaur, JP. "Uso de algas para remoção de íons de metais pesados ​​de águas residuais: progresso e perspectivas." Revisões críticas em biotecnologia. Vol. 25, No. 3. pp. 113-152. Julho-setembro de 2005. (3 de setembro de 2012) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16294830
• oilgae.com. “Cultivo de Algas”. (24 de agosto de 2012) http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.htmlhttp://www.oilgae.com/algae/oil/biod/cult/cult.html