Питание водорослей является типичным примером получения ими энергии для жизни. К примеру, растения используют солнечную энергию, а животные питаются растениями, которых съедают другие хищники.
Пищевая цепочка представляет собой последовательность того, кто кого съедает в экосистеме (биологическом сообществе) для приобретения питательных веществ и той энергии, которая поддерживают жизнедеятельность.
Автотрофами именуют живые организмы, производящие собственную пищу (органического происхождения) из простых молекул. Выделяют два основных типа автотрофов:
Фотоавтотрофы (фотосинтезирующие организмы), например, растения, которые используют энергию солнца для их преобразования в органические вещества — углеводы путем фотосинтеза из углекислого газа. Иными примерами фотоавтотрофов являются цианобактерии и водоросли.
Хемоавтотрофы приобретают органические соединения посредством химических реакций, в которых задействованы определенные неорганические соединения: аммиак, сероводород, водород.
Именно автотрофы считаются базой любой экосистемы на нашей планете. Они входят во многие пищевые сети и цепи, а энергия, которая получается в ходе хемосинтеза либо фотосинтеза, поддерживается остальными организмами экологических систем.
Говоря о том, какой способ питания для водорослей характерен, отметим, что они - типичные представители фотоавтотрофов. Если ведется речь о значении в питательных цепочках, то автотрофы называют производителями либо продуцентами.
Чем характеризуется такая цепь питания? Водоросли применяют химическую либо солнечную энергию для производства из углекислого газа собственной пищи (углеводов). Гетеротрофы вместо энергии солнца получают энергию, используя побочные продукты либо иные организмы. Их типичными примерами являются грибы, животные, бактерии, люди. Есть несколько вариантов гетеротрофов с разнообразными экологическими функциями: от насекомых до грибов.
Водоросли, являясь фототрофными организмами, могут существовать только при наличии солнечного света, минеральных веществ, а также органических соединений. Основной средой их обитания является вода.
Существуют некоторые сообщества водорослей:
Специфичность их питания состоит в том, что в отличие от животных организмов и бактерий, в процессе эволюции у водорослей выработалась способность применять для своего питания полностью окисленные неорганические соединения: воду и углекислоту.
Питание водорослей осуществляется благодаря солнечной энергии, сопровождается данный процесс выделением молекулярного кислорода.
Применение световой энергии для сложных биологических синтезов у водорослей является возможным благодаря тому, что у растений есть комплекс пигментов, поглощающих свет. Из них особое значение имеет хлорофилл.
Процесс углеродного и светового питания растений именуют фотосинтезом. В общем виде питание водорослей соответствует следующему химическому уравнению:
CO2+12h3O = C6h3O6+6h3O+2815680 Дж
На каждые 6 грамм-молекул воды и кислоты синтезируется одна грамм-молекула глюкозы. В ходе процесса выделяется 2815680 Дж энергии, образуется 6 грамм-молекул кислорода.
Функция процесса состоит в биохимическом преобразовании световой энергии в химическую энергию.
Каждый вариант пищевых цепей завершается хищником либо суперхищником, то есть существом, которое не имеет естественных врагов. Например, это акула, крокодил, медведь. Их называют «хозяевами» собственных экологических систем. Если один из организмов умирает, его съедают детритофаги (черви, стервятники, крабы, гиены). Оставшаяся часть разлагается бактериями и грибами (редуцентами), продолжается обмен энергии.
Питание водорослей сопровождается перетеканием энергии, ее потеря характерна для каждого звена пищевой цепи.
Для одноклеточных жгутиконосцев характерна определенная организация. Амебоидная присуща видам, которые лишены плотной оболочки, а для передвижения используют цитоплазматические отростки. Пальмеллоидная образована клетками, которые погружены в тетраспору (общую слизь).
Ценобии — это колонии одноклеточных, в которых разделены между группами особей функции.
Он насчитывает порядка двух тысяч видов. Эта древнейшая группа водорослей, остатки которых найдены в докембрийских отложениях. Для них характерен фотоавторофный способ питания. Именно эта группа водорослей максимально распространена в природе.
Есть среди них и одноклеточные формы. В сине-зеленых водорослях нет четкого ядра, митохондрий, оформленных пластид, а пигменты располагаются в ламеллах - особых фотосинтетических пластинах.
Размножение осуществляется простым делением клетки для одноклеточных видов, для нитчатых — благодаря фрагментам материнской нити. Они могут фиксировать азот, поэтому поселяются в тех местах, в которых практически нет питательной среды. Такой способ питания водорослей позволяет им комфортно существовать даже на вулканах после их извержения.
Зеленые водоросли имеют хлорофиллы «а» и «б». Такой набор есть у высших и эвгленовых растений. У них также есть определенный набор дополнительных пигментов, в том числе ксантофиллы: зеаксантин, лютеин.
Для них характерен фотоавтотрофный тип питания водорослей, связанный с фотосинтезом по значимости и масштабам. В различных отделах есть такие виды, которые можно именовать строгими фотосинтетиками.
Питание водорослей можно объяснить на основе их химического состава. Он неоднороден. В зеленых водорослях отмечается повышенное содержание белков — 40-45%. В их числе - аланин, лейпин, бикарбоновые кислоты, алгинин. До 30% в них присутствуют углеводы, до 10% - липиды. В золе есть медь, цинк.
Питание водорослей неразрывно связано с солнечной энергией и фотосинтезом. В настоящее время существенно возрос интерес к водорослям не только как к источнику питательных веществ, но и как к прекрасному сырью для получения биодизельного топлива.
Актуальными являются установки по выращиванию бурых водорослей, которые затем перерабатываются в экологически безопасное биодизельное топливо.
Водоросли — незаменимые помощники космических исследований. С их помощью экипаж космического корабля получает кислород. Подходит для подобных целей простейшая водоросль — хлорелла, отличающаяся высокой активностью фотосинтеза. Опытные водорослевые установки уже функционируют на территории нашей страны, а также в европейских государствах.
Являясь автотрофами, синтезируя из неорганических веществ органические соединения, они используют солнечный свет, получая нужное питание. Осуществляется это посредством фотосинтеза — серьезного процесса, который состоит из двух фаз: световой и темновой.
Первая фаза связана с выбиванием из хлорофилла хроматофора пучками света электронов, требуемых для некоторых процессов: фотофосфорилированием (преобразуется АДФ в АТФ), фотолиз воды (выделение гидроксильных групп), скопление НАДФ, углекислого газа, водорода.
Во время темновой фазы все то, что накопилось за день, применяется в цикле Кальвина. Продукт биохимических реакций - глюкоза, она и является пищей для водорослей.
fb.ru
Экология потребления.Наука и техника:Статья рассказывает о реальности и перспективах пищевого и энергетического использования водорослей, экономических и экологических аспектах производства водорослевого биотоплива.
Водоросли относятся к числу наиболее быстрорастущих живых организмов, что не могло не вызвать интереса к их использованию, как в пищевых, так и непосредственно энергетических целях — в качестве биотоплива. Активные исследования и культивирование водорослей идут начиная с 1960-х годов как в мире, так и в России. Статья рассказывает о реальности и перспективах пищевого и энергетического использования водорослей, экономических и экологических аспектах производства водорослевого биотоплива.
Водоросли в системе живых организмов
Начиная разговор о водорослях и их ценности для энергетики, нельзя не упомянуть, что вся энергия на Земле, за исключением приливной и геотермальной, является прямой или трансформированной энергией солнечных лучей.
Нагревание Солнцем поверхности суши приводит к движению воздуха, что создаёт ветряную энергию. В свою очередь, ветер на поверхности океана создаёт волновую энергию. Нагревание Солнцем водной поверхности ведёт к испарению воды и создаёт круговорот воды в природе, без которого не было бы энергии движущейся воды.
Наконец, без Солнца невозможны жизнь, прирост биомассы и биоэнергия. Более того, нефть, газ, уголь, торф — всё это именно биомасса, в различной степени трансформированная, и тоже производная от солнечной энергии.
Что касается водорослей, то эта группа живых организмов создаёт, без преувеличения, фундамент жизни на Земле, непосредственно используя солнечную энергию для роста.
Водоросли (лат. Algae) в обиходном понимании — это растения, связанные с водной средой обитания, что, однако, не всегда так. Водоросли — весьма неоднородная совокупность. Не все водоросли живут только в воде, равно как и не все водные растения относят к водорослям.
Живые организмы классифицируются различными способами. Принятая в настоящее время классификация включает два крупнейших подразделения (таксона) или две империи живых организмов:
1. Вирусы — доклеточные организмы.
2. Клеточные организмы. Клеточные организмы разбиваются на два основных таксона менее высокого порядка (надцарства или домена):
1. Прокариоты — организмы без выраженного ограниченного мембраной клеточного ядра.
2. Эукариоты — организмы с клеточным ядром.
Прокариоты включают в себя два царства организмов — археи или архебактерии и бактерии или эубактерии. Эукариоты — более обширная группа живых организмов, включающая уже известные царства грибов, растений и животных.
Организмы, объединяемые понятием «водоросли», находятся почти на всех ступенях таксономической лестницы клеточных организмов — от бактерий до растений (табл. 1) — и включают две основные группы: прокариотические водоросли — царство в домене прокариот, включающее подцарства (по другой классификации — отделы) сине-зелёных и прохлорофитовых водорослей; настоящие водоросли — подцарство в царстве растений, включающее ряд отделов.
Интересно, что таксономическое положение прокариотических сине-зелёных водорослей остаётся дискуссионным вопросом. Микробиологи Роже Стениер и Корнелис Ван Ниль, сформулировавшие теорию деления живых организмов на два глобальных домена — прокариоты и эукариоты, предложили считать термины «прокариот» и «бактерия» эквивалентными. С этого момента синезелёные водоросли классифицируются двояко — как бактерии (цианобактерии) и как растения, будучи фотосинтезирующими организмами. Кроме того, все клеточные живые организмы можно разбить на одноклеточные (простейшие, низшие, протисты) и многоклеточные (высшие) и выстроить классификацию на этой основе, выделяя простейших в отдельное царство. Среди водорослей есть и одноклеточные, и многоклеточные, а также колониальные организмы, образующие систему взаимосвязанных клеток.
Размеры водорослей варьируются в широком диапазоне — от 0,5–1 мкм (10–6 м) у ряда цианобактерий до десятков метров у некоторых растительных форм водорослей. Водоросли живут как в морских, так и в пресных водах, а также в почве.
Общим свойством зелёных растений и водорослей, в том числе прокариотических, является способность к фотосинтезу или преобразованию электромагнитной энергии солнечных лучей в энергию химических связей органических веществ, осуществляемому на свету благодаря наличию фотосинтезирующих пигментов — хлорофиллу у растений, бактериохлорофилла и бактериородопсина у прокариот.
Реакция фотосинтеза — трансформация углекислого газа и воды в глюкозу и кислород — выглядит так:
Для зелёных растений и водорослей фотосинтез является источником питания и роста. В свою очередь, именно фотосинтезирующим организмам мы обязаны появлением и сохранением пригодной для дыхания атмосферы.
Фотосинтезирующие организмы принадлежат разряду автотрофных, использующих для питания непосредственно неорганическое вещество, преобразуемое ими в органическое. Остальные организмы, в том числе животные и человек, — гетеротрофные, неспособные синтезировать органическое вещество из неорганического. Для них, в свою очередь, автотрофы создают необходимую кормовую базу и являются источником физического существования. Таким образом, водоросли относятся к организмам, с одной стороны, обязанным своим существованием непосредственно Солнцу, с другой — являющимся основой всей остальной органической жизни на Земле.
В связи с этим необходимо рассмотреть ключевые количественные показатели — объём и прирост биомассы растений и водорослей. Биомасса Земли в целом оценивается в 1,3 трлн тонн, из которых на фитомассу (растения) приходится более 1,2 трлн тонн, или более 95 % всей земной биомассы (табл. 2).
Отметим, что если в категориях биомассы рассматривать человека и население Земли, то она при населении около 7 млрд человек составит величину порядка 300 млн тонн — примерно 1/3000 или 0,03 % от всей земной биомассы и около 1 % от всей зоомассы.
При этом ежегодный прирост биомассы составляет 17 % от общей её величины или около 220 млрд тонн, в том числе океанической биомассы — более 87 млрд тонн.
Наиболее высокие скорости размножения и, соответственно, прироста биомассы характерны для мельчайших организмов, к числу которых относится и большая часть водорослей. В частности, только биомасса фитопланктона (плавучих морских водорослей) в Мировом океане оценивается (в сыром весе) в 1,5 млрд тонн, а его годовой прирост — в 550 млрд тонн. Иными словами, за год масса водорослей способна вырасти в 350 раз. По некоторым оценкам, на водоросли приходится 2/3 всей биомассы Земли. Точные же подсчёты в данном случае вряд ли возможны.
С наибольшей скоростью размножаются мельчайшие одноклеточные водоросли или микроводоросли — промежутки времени между делениями клеток в благоприятных условиях могут сокращаться до 20 минут и даже меньше. В этом случае всего за сутки одна клетка теоретически может дать примерно 5 × 1021 потомков. При массе одной клетки около 665 фемтограмм (6,65 × 10–16 кг или 6,65 × 10–13 г) их общая масса в течение суток превысит 100 тонн, а величина, равная всей нынешней биомассе Земли, будет достигнута ещё 12 часов спустя. Даже в реальных, а не идеальных условиях высокая скорость размножения водорослей, покрывающих поверхности водоёмов, хорошо известна, а при выращивании в пруду микроводоросль спирулина (Spirulina), как показывает практика, удваивает свою биомассу каждые двапять дней.
Водоросли как пища и как топливо
Благодаря столь огромному потенциалу размножения — при этом за счёт почти исключительно солнечной энергии и воды, без потребления органических веществ! — микроводоросли ещё несколько десятилетий назад стали объектом пристального внимания и исследований возможности использования в качестве пищевого и энергетического продукта.
Перспектива культивирования водорослей с ежегодным сбором десятков и сотен тонн биомассы с 1 га водной поверхности — в разы и даже на порядки больше, чем урожайность любой известной сельскохозяйственной культуры, и без существенных затрат — не могла не выглядеть крайне заманчивой.
Первоначальным было пищевое использование водорослей, имеющее давнюю историю. В частности, известно, что ацтеки, инки, а также народы Центральной и Восточной Африки, живущие в районах озера Чад и Великой рифтовой долины, употребляли в пищу лепёшки из высушенной спирулины.
В связи с этим, начиная с 1960-х годов в мире появляется интерес к водорослям (большей частью, к спирулине), прежде всего как пище — и для животных, и для человека. Был также обнаружен ряд полезных свойств водорослей, связанных с укреплением иммунитета, профилактикой и лечением ряда заболеваний, повышением продуктивности домашнего скота и сельскохозяйственных культур.
Во второй половине 1970-х годов спирулина в виде порошка или капсул появилась на мировых продовольственных рынках, где она презентовалась в качестве нового естественного продукта — энергетической натуральной пищевой добавки с высоким содержанием белка, то есть «пищи будущего».
В США предприятия по выращиванию микроводорослей в искусственных прудах, работающие в экспериментальном режиме, были созданы в 1977 году. Первые пруды появились в пустынной местности в графстве Имперская долина (Imperial Valley) на юго-востоке штата Калифорния. Условия там благоприятны благодаря сочетанию тёплой и солнечной погоды с возможностью подачи воды из реки Колорадо.
Параллельно выращиванием водорослей занялась Япония, далее в процесс включились предприятия в Индии, Китае, Таиланде, Тайване и Мексике.
В течение 1980-х годов и первой половины 1990-х годов производство микроводорослей в мире выросло до 1000 тонн. К концу 2000-х годов мировые объёмы производства микроводорослей, включая спирулину, хлореллу (chlorella), дуналиеллу (dunaliella), хематококкус (haematoccocus), достигли 10 тыс. тонн в сухом весе.
Почти в это же время, в 1980–1990-е годы, в СССР и России начали исследование и культивирование спирулины в пищевых целях, для использования в качестве биодобавок, как в пищу человеку, так и в корм для скота и птицы.
В этих работах активное участие принимали также и сотрудники Научно-исследовательской лаборатории возобновляемых источников энергии (НИЛВИЭ) географического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. Был установлен положительный эффект использования спирулины, в частности, в качестве пищевых добавок для птицы. В настоящее время в России существуют отдельные небольшие производства спирулины.
Что касается возможностей непосредственно энергетического использования водорослей — для получения биотоплива, то активные исследования в этом направлении начались также в 1960–1970-е годы. Лидерами в этих изысканиях стали, в частности, Французский институт нефти (Institut francais du petrole, IFP) и Национальная лаборатория возобновляемой энергии (National Renewable Energy Laboratory, NREL) Министерства энергетики США (Department of Energy, DoE).
NREL в 1978 году начала программу исследования возможностей получения топлива из микроводорослей Aquatic Species Program (буквально — Программа водных видов или водной флоры). Она была свёрнута к 1996 году, когда обнаружилось, что биотопливо из водорослей будет слишком дорогим по сравнению с ископаемыми углеводородами, однако в 2010 году было объявлено о возобновлении исследований в связи с нестабильностью цен на нефть и ростом требований к энергетической безопасности, экологической чистоте и снижению эмиссии парниковых газов.
В последние несколько лет биотопливо из водорослей получают и используют в экспериментальном режиме.
Параллельно исследования в этом направлении проходили в СССР, в том числе в НИЛВИЭ. В частности, в 1989–2002 годах лаборатория проводила исследования биопродуктивности и возможностей использования микроводорослей в качестве источника энергии, для получения биогаза и жидкого биотоплива, на базе экспериментального полигона Морского гидрофизического института АН УССР на южном берегу Крыму у посёлка Кацивели. Сотрудниками лаборатории была разработана и сконструирована система «Биосоляр», предназначенная для выращивания микроводорослей — фотосинтезирующие блоки или биогенераторы, с размещением в море и на суше, общей площадью несколько сотен квадратных метров.
В качестве объекта эксперимента была выбрана микроводоросль спирулина платенсис (Spirulina platensis), также называемая артоспира (Arthospira platensis). Одной из особенностей эксперимента была постепенная адаптация вида (в естественных условиях спирулина живёт в пресноводных субтропических и тропических водоёмах) к морской воде Чёрного моря. Опыты показали достаточно высокую продуктивность — годовой выход биомассы с каждого блока водорослевой плантации площадью 70 м2 достигал одной тонны. Экстраполируя — это более 140 тонн с 1 га, хотя достижение такого результата на больших площадях в российских условиях — отдельная задача.
Кроме того, исходное сырьё для получения биотоплива — липиды (жиры), содержание которых в разных видах различно. Спирулина обладает высокой долей белка — около 60 % сухой массы, что в числе прочего делает её ценным пищевым продуктом. В то же время содержание липидов — всего 7 %. Для сравнения, в семенах рапса и подсолнечника на липиды приходится 30–60 % массы, в семенах сои и кукурузы — 15–25 % и выше, в плодах масличной пальмы — 45–70 %. Именно эти культуры в настоящее время используются в качестве основного сырья для производства биотоплива. Поэтому идёт работа с микроводорослями, имеющими более высокое содержание липидов, пока носящая и в нашей стране (включая НИЛВИЭ), и в мире главным образом экспериментальный характер.
Водоросли как источник энергии – преимущества и недостатки
Итак, микроводоросли очень высокопродуктивны. Урожай с одного гектара теоретически может ежемесячно достигать тонн и даже десятков тонн в сухом весе, что в разы и даже на порядки выше, чем у традиционных сельскохозяйственных культур. При этом содержание липидов у ряда видов, таких как ботриококкус брауни (Botryococcus braunii), дуналиелла (Dunaliella), наннохлорис (Nannochloris), стихококкус (Stichococcus) в оптимальных условиях может достигать 80 %. Таким образом, теоретически возможный выход биотоплива в десятки и даже сотни раз выше, чем у используемых в настоящее время масличных культур (табл. 3).
При этом можно избежать конфликта с продовольственно-ориентированным использованием сельскохозяйственных земель. Плантации микроводорослей могут располагаться в естественных и искусственных водоёмах, на неудобных и неиспользуемых землях и морских акваториях, при этом занимая существенно меньшие площади.
Наконец, выращивание традиционных сельскохозяйственных культур на суше сопряжено с большим объёмом выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ. На фоне этого культивирование водорослей выглядит экологически абсолютно безопасным, более того, увеличивающим поглощение углекислого газа и выделение кислорода в атмосферу, что создаёт двойной положительный эффект — получение пищи и топлива, сопровождающееся не загрязнением, а с очищением среды. Проблема, как обычно, состоит в том, что реальные условия, как правило, далеки от оптимальных и теоретически возможных.
В рамках упоминавшейся выше программы ASP в США микроводоросли с большим содержанием липидов культивировались в открытых прудах в штате НьюМексико (юго-запад страны). Средняя продуктивность составляла 20 г/м2 в сутки (что соответствует 73 тонн с одного гектара в год), а в отдельные периоды — до 70 г/м2 в сутки.
Тем не менее, выяснилось, что невозможно в течение длительного времени поддерживать монокультуру микроводорослей в открытой системе, где неизбежно присутствуют и другие организмы. Кроме того, высокая продуктивность водорослей возможна при достаточно большой подкормке азотом, в отсутствие его она падает. В данном случае видно сходство с традиционными сельхозкультурами, также требующими азотных удобрений. В то же время при отсутствии азота содержание жиров в клетках водорослей выше. Итак, задача одновременного роста биопродуктивности и содержания липидов, обусловливающих энергоэффективность культуры, оказывается неразрешимой, и требуется поиск оптимального соотношения того и другого.
Японские исследователи из Научноисследовательского института инновационных технологий Земли (Research Institute of Innovative Technology for the Earth (RITE)), работавшие над этой же задачей в 1991–1999 годы, пришли к сходным результатам.
В 1997–2001 годах крупный исследовательский проект в этом же направлении осуществлялся на Гавайских островах, с микроводорослью хематококкус плювиалис (Haematococcus pluvialis), которую на первой стадии выращивали в закрытых фотобиореакторах, на второй — помещали в условия открытых водоёмов. Средняя продуктивность биомассы культивируемой водоросли составила 38 тонн с 1 га, максимальная превышала 90 тонн, выход биотоплива, соответственно, был 11,4–27,5 тонн с 1 га, что в несколько раз выше, чем у самых продуктивных масличных культур на суше.
В то же время, при выращивании в открытых условиях и биопродуктивность, и содержание липидов оказываются существенно ниже, а выращивание в закрытом биореакторе ведёт к существенно более высоким затратам.
В переводе на энергетический эквивалент получается, что для получения 1 л биодизеля из микроводорослей требуются энергозатраты, эквивалентные 0,56– 0,81 л топлива (в среднем около 0,7 л), включающие электроэнергию, питательные вещества и другое. В данном случае, помимо экономической составляющей, присутствует и экологическая — поскольку энергия, идущая на выращивание водорослей, добывается уже из невозобновляемых источников и экологически безопасной не является, то есть экологический эффект производства биодизеля в значительной степени обесценивается. Кроме того, существует отрицательный экологический эффект, связанный с азотной подкормкой и водопотреблением плантаций водорослей, то есть такой же, как и в традиционном сельскохозяйственном производстве. Кроме того, речь идёт о затратах без учёта инвестиций, оплаты труда, других издержек, связанных, в частности, с транспортировкой топлива.
Расчёты затрат на получение биодизеля из микроводорослей дают существенно различающиеся результаты, в очень высокой степени зависящие от вида и способа производства водоросли, природных условий и других факторов. В частности, по расчётам участников программы ASP, стоимость 1 л «водорослевого» биодизеля составила 26–86 центов ($ 39–127 за баррель), в гавайском проекте — около 40 центов ($ 56 за баррель), а исследователи из Британской Колумбии (Канада) дают существенно более высокие цифры — от $ 2,5 до $ 7 за 1 л.
По нашим расчётам, инвестиционные затраты на обустройство 1 га водорослевых плантаций в открытых условиях, включая монтаж культиваторов, оборудование для приготовления питания, перемешивания, сушки и фильтрации биомассы и другое, составят около $ 50 тыс.
Операционные затраты в крайне высокой степени зависят от местных условий, начиная от климата и заканчивая уровнем оплаты труда. Их можно оценить в $ 50–100 тыс. в год, но в условиях России они могут быть в несколько раз выше, в частности, из-за существенно большего по сравнению с субтропиками и тропиками расхода электроэнергии и короткого вегетационного периода при выращивании в открытых условиях.
Это вполне приемлемые условия при выращивании водорослей в качестве пищевых и лекарственных добавок, но как источник топлива они оказываются слишком дорогими.
При данных затратах, даже в случае сбора с 1 га 30 тонн биомассы ежегодно, каждая тонна будет обходиться в $ 1600– 3200 ($ 1,6–3,2 за 1 кг), даже без учёта первоначальных инвестиций и затрат на получение собственно биотоплива. Это близко к цифрам, приводимым канадскими исследователями.
Перспективы водорослевой энергетики
Интерес к водорослям в качестве источника биотоплива закономерен при ценах нефти в $ 100 за баррель и выше, как было во второй половине 2000-х годов. В настоящее время ситуация далеко не столь благоприятна, и вряд ли можно предсказать, изменится ли она в лучшую для возобновляемой энергетики сторону в обозримом будущем.
В настоящее время идёт и будет продолжаться поиск путей снижения затрат на производство биоэнергии из водорослей. Помимо прочего, он включает поиск, отбор и выведение культур водорослей с повышенным содержанием липидов, более продуктивных и жизнестойких.
В качестве же пищевого продукта (что тоже можно считать источником энергии) водоросли уже используются и имеют очевидные перспективы. Вероятно, как и в случае с торфом, в дальнейшем целесообразно комплексное использование выращиваемых водорослей с созданием целого спектра пищевых, лекарственных, энергетических продуктов на выходе. Для России это также могло бы стать одним из направлений среднеи долгосрочного инновационного роста и создания высокотехнологичной экономики на отечественной интеллектуальной и производственной базе. опубликовано econet.ru
econet.ru
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Съедобные водоросли — виды водорослей, пригодных для употребления человеком в пищу. Этот продукт характеризуется большим содержанием пищевых волокон, белков (англ. complete protein)[1] и иода[2]. Подавляющее большинство съедобных водорослей принадлежат к трём отделам: красные, зелёные (хлорофиты и харофиты) и бурые водоросли. Помимо прямого поглощения этих водорослей, из них также добывают альгиновую кислоту, агар-агар и каррагинан — все эти вещества широко используются в пищевой промышленности, в основном как загустители и пищевые добавки.
Подавляющее большинство съедобных водорослей добывается в море, водоросли из пресной воды, как правило, несъедобны и даже ядовиты.
Съедобные водоросли культивируются и добываются практически на всех побережьях земного шара, но особое распространение они имеют в Японии (генетические исследования показали, что пищеварительная система японцев приспособлена к перевариванию водорослей лучше, чем у других наций[3]), Китае и Корее, где используются в пищу с доисторических времён[4]; на Филиппинах[5]. Среди стран западного полушария можно отметить следующих крупнейших производителей и потребителей съедобных водорослей: Исландия, западная Норвегия, северная и северо-западная Франция, северная и западная Ирландия, Уэльс, Юго-Западная Англия[6]. В Новой Зеландии некоторые виды красных и зелёных водорослей традиционно входят в рацион маори[7]. В городе Тиви[en] (Филиппины) местные жители сравнительно недавно изобрели новую разновидность национального блюда пансит, важной составляющей которого являются водоросли[8].
В западных странах блюдо китайских ресторанов[en] под названием «Хрустящие водоросли», как правило, представляет собой обычную капусту, высушенную и поджаренную[9][10].
ru.wikipedia.org
Без съедобных водорослей не обходится почти ни одно блюдо у жителей азиатских стран. И если в древние времена к большинству видов водорослей относились насторожено, то теперь известно огромное количество водорослей, которые активно употребляются в пищу. Основная категория, по которой разделяют их на сорта, – это цвет. Они бывают красными, бурыми и зелеными.
В национальной кухне многих стран, и не только среди жителей Азии, самыми популярными и часто употребляемыми считаются следующие названия съедобных водорослей:
И этот список еще далеко не полный, а лишь заключает в себе самые часто используемые разновидности водорослей. Фото съедобных водорослей представлено ниже.
Также нельзя забывать о нори, которые используются в приготовлении суши, а также вакамэ, агар-агар, комбу и многие другие. На самом деле водоросли – это многофункциональный продукт, некоторые сорта используются также в приготовлении десертов, в качестве желирующих загустителей. Чаще всего съедобные водоросли используются в приготовлении салатов и первых блюд. А морскую капусту можно даже употреблять в пищу как самостоятельное блюдо в качестве гарнира.
На самом деле первый вариант от второго мало чем отличается. И морские, и пресноводные водоросли очень полезные и имеют необычный вкус. Однако к минусам сразу же можно отнести тот факт, что в пресноводных водорослях йода содержится чуть меньше. Самыми популярными пресными видами съедобных водорослей можно считать следующие:
Чтобы водоросли принесли максимальную пользу организму, следует употреблять их в сушеных или свежих формах.
Морские съедобные водоросли – это ценный продукт, польза которого в активных веществах, витаминах, различных элементах, которые оказывают лишь положительное влияние на организм человека. Одно из самых важных свойств продукта – оказание противоопухолевого воздействия. Удивительным является тот факт, что морские жители очень схожи по своему составу с человеческой кровью. Какими еще свойствами обладают эти морские растения?
Помимо этого, некоторые сорта морских водорослей используются даже в производстве многих лекарств и лечебных добавок.
Но и это еще не все, куда же косметология без водорослей? Используются морские жители для множества процедур, которые проводятся в салоне красоты и которые можно легко провести в домашних условиях. Также можно найти множество косметических продуктов, в состав которых входят морские водоросли. А для худеющих водоросли – настоящее спасение. Это не только низкокалорийный продукт, который поможет избавиться от лишнего веса, но и отличный ингредиент для обертываний, которые помогут справиться с целлюлитом и лишними сантиметрами на талии.
С каждым годом водоросли, которые можно употреблять в пищу, становятся все более популярными, именно поэтому они активно используются в приготовлении самых изысканных блюд. Универсальности водорослей может позавидовать абсолютно любой продукт. Здесь в ход идут и гарниры, и салаты, и закуски, и без первых и вторых блюд никуда. А сушеные морские жители могут даже стать необычной специей, которая придаст вкусу новые нотки. Плюс продукта в том, что замечательно сочетается он со многими овощами, грибами, фруктами.
Самый большой вред водоросли могут принести только в том случае, если у человека имеется индивидуальная непереносимость. Чтобы избежать негативных последствий, лучше принимать в пищу морские растения в умеренных количествах. Также осторожнее с употреблением водорослей стоит быть тем, кто страдает туберкулезом, болезнями почек, щитовидной железы, язвой. В этих случаях лучше уточнить у врача, стоит ли употреблять съедобные водоросли в пищу или все-таки воздержаться.
Каждая разновидность водорослей может готовиться по-разному. Например, спирулину врачи рекомендуют добавлять абсолютно в любые вторые и первые блюда, ведь это настоящий источник витаминов и микроэлементов. Благодаря спирулине можно сделать экстравагантное блюдо, так как продукт придает приятный изумрудно-зеленый оттенок. Добавляют данный вид водорослей не только в салаты, но и в омлеты, и даже в тесто для выпечки. При этом блюдо приобретет дополнительный приятный коричный вкус. Что касается ульвы, то это продукт чуть ли не номер один в скандинавской, ирландской и, конечно же, китайский и японской национальных кухнях. Чаще всего используется в салатах и супах, однако нередко можно встретить морской салат как самостоятельное блюдо. А если к нему добавить еще лимонный сок и немного лука, получится очень вкусно.
Из ульвы можно приготовить самые настоящие полезные чипсы. Для этого нужно тщательно вымыть листья в соленой воде и высушить на подоконнике под солнышком. Через два часа можно похрустеть вкусными и здоровыми чипсами. Что касается таких зеленых водорослей, как аонори, то полюбились они кулинарам за нежный вкус и приятный аромат. Многофункциональность продукта удивляет. Водоросли можно использовать как приправу, можно даже просто потушить и подавать как гарнир вместе с соевым соусом. Использование водорослей в привычных блюдах – это возможность вдохнуть в привычную еду новую жизнь. Специалисты рекомендуют покупать исключительно сушеные или свежие водоросли. И не забывайте, что польза – это мера, переедать не стоит, так как при некоторых заболеваниях это может привести к пагубным последствиям.
fb.ru
☰
Водоросли относят к низшим растениям. Их более 30 тысяч видов. Среди них есть как одноклеточные, так и многоклеточные формы. Некоторые водоросли имеют очень большие размеры (несколько метров в длину).
Название «водоросль» говорит о том, что эти растения обитают в воде (в пресной и морской). Однако водоросли можно встретить во многих влажных местах. Например, в почве и на коре деревьев. Некоторые виды водорослей способны, как и ряд бактерий, обитать на ледниках и в горячих источниках.
Водорослей относят к низшим растениям, так как у них нет настоящих тканей. У одноклеточных водорослей тело состоит из одной клетки, некоторые водоросли образуют колонии клеток. У многоклеточных водорослей тело представлено слоевищем (другое название — таллом).
Поскольку водоросли относят к растениям, то все они являются автотрофами. Кроме хлорофилла клетки многих водорослей содержат красные, синие, бурые, оранжевые пигменты. Пигменты находятся в хроматофорах, которые имеют мембранную структуру и выглядят как ленты или пластинки и т. п. В хроматофорах нередко откладывается запасное питательное вещество (крахмал).
По содержанию и преобладанию того или иного пигмента, придающего окрас таллому, водоросли делят на зеленые, красные и бурые.
Водоросли размножаются как бесполым, так и половым путем. Среди типов бесполого размножения преобладает вегетативное. Так, одноклеточные водоросли размножаются делением их клетки надвое. У многоклеточных форм происходит фрагментация слоевища.
Однако бесполое размножение у водорослей может быть не только вегетативным, но и с помощью зооспор, которые образуются в зооспорангиях. Зооспоры представляют собой подвижные клетки с жгутиками. Они способны активно плавать. Через какое то время зооспоры отбрасывают жгутики, покрываются оболочкой и дают начало водоросли.
У ряда водорослей наблюдается половой процесс, или конъюгация. При этом между клетками разных особей происходит обмен ДНК.
При половом размножении у многоклеточных водорослей образуются мужские и женские гаметы. Они образуются в специальных клетках. При этом на одном растении могут образовываться гаметы обоих типов или только одного (только мужские, или только женские. После выхода гаметы сливаются с образованием зиготы. Чаще всего зигота превращается в спору, которая какое-то время находится в стадии покоя, переживая таким образом неблагоприятные условия. Обычно после зимовки споры водорослей дают начало новым растениям.
Хламидомонада обитает в загрязненных органикой мелких водоемах, лужах. Хламидомонада является одноклеточной водорослью. Ее клетка имеет овальную форму, но один из концов слегка заострен и на нем находится пара жгутиков. Жгутики позволяют достаточно быстро передвигаться в воде ввинчиванием.
Название этой водоросли происходит от слов «хламида» (одежда древних греков) и «монада» (простейший организм). Клетка хламидомонады покрыта пектиновой оболочкой, которая прозрачна и неплотно прилегает к мембране.
В цитоплазме хламидомонады есть ядро, светочувствительный глазок (стигма), крупная вакуоль, содержащая клеточный сок, а также пара мелких пульсирующих вакуолей.
Хламидомонада обладает способностью двигаться по направлению к свету (благодаря стигме) и кислороду. Т.е. она обладает положительным фототаксисом и аэротаксисом. Поэтому хламидомонада обычно плавает в верхних слоях водоемов.
Хлорофилл находится в большом хроматофоре, который имеет вид чаши. Здесь протекает процесс фотосинтеза.
Несмотря на то, что хламидомонада как растение способна к фотосинтезу, она также может поглощать готовые органические вещества, присутствующие в воде. Это ее свойство используется человеком для очистки загрязненных вод.
В благоприятных условиях хламидомонада размножается бесполым способом. При этом ее клетка отбрасывает жгутики и делится, образуя 4 или 8 новых клеток. В результате хламидомонада достаточно быстро размножается, что приводит к так называемому цветению воды.
В неблагоприятных условиях (холод, засуха) хламидомонада под своей оболочкой образует гаметы в количестве 32 или 64 штук. Гаметы выходят в воду и сливаются попарно. В результате образуются зиготы, которые покрываются плотной оболочкой. В таком виде хламидомонада переносит неблагоприятные условия среды. Когда условия становятся благоприятными (весной, период дождей), зигота делится, образуя четыре клетки-хламидомонады.
Одноклеточная водоросль хлорелла обитает в пресных водоемах и влажной почве. Хлорелла имеет шаровидную форму без жгутиков. Также у нее нет светочувствительного глазка. Таким образом, хлорелла неподвижна.
Оболочка хлореллы плотная, в ее состав входит целлюлоза.
В цитоплазме присутствует ядро и хроматофор с хлорофиллом. Фотосинтез протекает весьма интенсивно, поэтому хлорелла выделяет много кислорода и производит много органического вещества. Также как хламидомонада, хлорелла способна усваивать готовые органические вещества, присутствующие в воде.
Для хлореллы характерно бесполое размножение делением.
Плеврококк образует зеленый налет на почве, коре деревьев, скалах. Представляет собой одноклеточную водоросль.
Клетка плеврококка имеет ядро, вакуоль, хроматофор в виде пластинки.
Плеврококк не образует подвижные споры. Размножается путем деления клетки надвое.
Клетки плеврококка могут образовывать небольшие группы (по 4-6 клеток).
Улотрикс представляет собой зеленую многоклеточную нитчатую водоросль. Обычно обитает в реках на поверхностях расположенных недалеко от поверхности воды. Улотрикс имеет ярко-зеленый цвет.
Нити улотрикса не ветвятся, одним концом они прикрепляются к субстрату. Каждая нить состоит из ряда небольших клеток. Нити растут за счет поперечного деления клеток.
Хроматофор у улотрикса имеет вид незамкнутого кольца.
В благоприятных условиях некоторые клетки нити улотрикса образуют зооспоры. У спор по 2 или 4 жгутика. Когда плавающая зооспора прикрепляется к предмету, она начинает делится, образуя нить водоросли.
В неблагоприятных условиях улотрикс способен размножаться половым путем. В некоторых клетках его нити образуются гаметы, имеющие по два жгутика. После выхода из клеток они попарно сливаются, образуя зиготы. В последствие зигота разделится на 4 клетки, каждая из которых даст начало отдельной нити водоросли.
Спирогира, также как улотрикс, является зеленой нитчатой водорослью. В пресных водоемах именно спирогира встречается чаще всего. Скапливаясь, она образует тину.
Нити спирогиры не ветвятся, состоят из цилиндрических клеток. Клетки покрыты слизью и имеют плотные целлюлозные оболочки.
Хроматофор спирогиры выглядит как спирально закрученная лента.
Ядро спирогиры подвешено в цитоплазме на протоплазменных нитях. Также в клетках есть вакуоль с клеточным соком.
Бесполое размножение у спирогиры осуществляется вегетативным способом: путем деления нити на фрагменты.
У спирогиры наблюдается половой процесс в форме конъюгации. При этом две нити располагаются рядом, между их клетками образуется канал. По этому каналу содержимое из одной клетки переходит в другую. После этого образуется зигота, которая, покрывшись плотной оболочкой, перезимовывает. Весной из нее вырастает новая спирогира.
Водоросли активно участвуют в круговороте веществ в природе. В результате фотосинтеза они выделяют большое количество кислорода и связывают углерод в органические вещества, которыми питаются животные.
Водоросли участвуют в образовании почвы и формировании осадочных пород.
Многие виды водоросли используются человеком. Так из морских водорослей получают агар-агар, йод, бром, калийные соли, клеящие вещества.
В сельском хозяйстве водоросли используются как кормовая добавка в рацион животных, а также как калийное удобрение.
С помощью водорослей очищают загрязненные водоемы.
Некоторые виды водорослей используются человеком в пищу (ламинария, порфира).
biology.su
