ΜΙΚΡΟΦΤΚH: ΚΑΛΛΙΔΡΓΔΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΥΑΝΙΚΔ ΔΦΑΡΜΟΓΔ

Transcript

1 ΜΙΚΡΟΦΤΚH: ΚΑΛΛΙΔΡΓΔΙΑ ΚΑΙ ΒΙΟΜΗΥΑΝΙΚΔ ΔΦΑΡΜΟΓΔ Γηώξγνο Μάξθνπ 1, Ισάλλεο Σδνβελήο 2, Ηιίαο Νεξαηδήο 3 1. Γεσπνληθφ Παλεπηζηήκην Αζελψλ, Σκήκα Αμηνπνίεζεο Φπζηθψλ Πφξσλ θαη Γεσξγηθήο Μεραληθήο, Ηεξά νδφο 75, Αζήλα. markoug@aua.gr 2. Δζληθφ θαη Καπνδηζηξηαθφ Παλεπηζηήκην Αζελψλ, Σκήκα Βηνινγίαο, Σνκέαο Οηθνινγίαο θαη Σαμηλνκηθήο, Παλεπηζηεκηνχπνιε Αζελψλ, Εσγξάθνπ.. itzoveni@eexi.gr 3. Σερλνινγηθφ Δθπαηδεπηηθφ ίδξπκα Αζελψλ, ρνιή Σερλνινγίαο Σξνθίκσλ θαη Γηαηξνθήο, Αγίνπ ππξίδσλνο, 12210Αηγάιεσ. enerat@teiath.gr Πεξίιεςε Σα κηθξνθχθε απνηεινχλ κία θαηεγνξία νξγαληζκψλ ζηελ νπνία ζηξέθεηαη ην ελδηαθέξνλ ηεο βηνκεραλίαο δηεζλψο ηα ηειεπηαία ρξφληα γηα παξαγσγή λέσλ πξντφλησλ. Ζ βηνκάδα ησλ κηθξνθπθψλ ρξεζηκνπνηείηαη εδψ θαη κεξηθέο δεθαεηίεο ζηηο πδαηνθαιιηέξγεηεο σο δσληαλή ηξνθή αιιά θαη ζηελ παξαγσγή πξντφλησλ δηαηξνθήο, είηε απηνχζηα είηε κεηά απφ επεμεξγαζία. Ζ θαιιηέξγεηα πνηθίιεη αλάινγα κε ην ηειηθφ πξντφλ θαη γεληθά δελ ζεσξείηαη απιή. Απαηηείηαη ζπλδπαζκφο ηεο ηερλνινγίαο θπηηθήο παξαγσγήο κε απηήλ ηεο κηθξνβηαθήο ηερλνινγίαο δεδνκέλεο ηεο θχζεο ησλ νξγαληζκψλ νη νπνίνη είλαη κηθξνζθνπηθνί (θαηά θαλφλα κνλνθχηηαξνη) πδξφβηνη, θαη θσηνζπλζεηηθνί. Παξά ηα κεγάια πξνβιήκαηα πνπ πθίζηαληαη ζηελ παξαγσγή θαη ηελ πξν-επεμεξγαζία (ζπγθνκηδή, μήξαλζε, θηι) νη πξννπηηθέο είλαη ελζαξξπληηθέο. Σελ ηειεπηαία δεθαεηία κεγάια πνζά επελδχνληαη κε γεσκεηξηθή πξφνδν ζηελ έξεπλα ησλ κηθξνθπθψλ, θπξίσο γηα ηελ παξαγσγή βηνθαπζίκσλ ζε δηάθνξεο ρψξεο θαη ηδίσο ζηηο ΖΠΑ. 1. Δηζαγσγή Σα θχθε (ιαηηληθά alga, πι. algae) είλαη κηα κεγάιε πνιπθπιεηηθή θαηεγνξία κνλνθχηηαξσλ ή πνιπθχηηαξσλ νξγαληζκψλ κε ζρήκαηα θαη κεγέζε πνπ πνηθίινπλ ζεκαληηθά. Ο φξνο «θχθε» πεξηιακβάλεη δχν κεγάιεο θχξηεο κνξθνινγηθέο θαηεγνξίεο: ηα καθξνθχθε (macroalgae ή θνηλψο seaweeds), ζπλήζσο ζαιάζζηα είδε, θαη ηα κηθξνθχθε (microalgae). Σν θξηηήξην ηεο δηάθξηζεο κεηαμχ ησλ δχν απηψλ θαηεγνξηψλ είλαη κφλν ην κέγεζνο. Σα καθξνθχθε έρνπλ κήθνο κεξηθψλ εθαηνζηψλ, ην νπνίν ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο κπνξεί λα θηάζεη θαη πνιιά κέηξα (50-70) φπσο ζηα γηγάληηα Φαηνθχθε (θαθέ θχθε, kelp). Σνπλαληίνλ, ηα κηθξνθχθε έρνπλ κήθνο απφ κεξηθά κηθξφκεηξα (ζπλήζσο κm ηα κνλνθχηηαξα κέρξη κm ζηηο πεξηπηψζεηο ησλ λεκαησδψλ πνιπθχηηαξσλ ζρεκαηηζκψλ φπσο ην θπαλνβαθηήξην Arthrospira (Spirulina) platensis) έσο θάπνηεο εθαηνληάδεο ( έσο θαη κm ζε νξηζκέλα δηάηνκα). ηελ ηξέρνπζα ηαμηλφκεζή ηνπο ζηνλ φξν «θχθε» ζπκπεξηιακβάλνληαη κνλνθχηηαξνη ή πνιπθχηηαξνη Ο 2 -γφλνη θσηνζπλζέηνληεο αιιά θαη κε, επθαξπσηηθνί νξγαληζκνί, εμαηξνπκέλσλ φκσο ησλ αλψηεξσλ θπηψλ (Barsanti and Gualtiery, 2006). Σα ηειεπηαία εμειίρζεθαλ απφ κεγάια πξάζηλα θχθε (Υισξφθπηα) γηα ηελ δσή ζηελ ρέξζν (van den Hoek, et al., 1997). Σα θπαλνβαθηήξηα, ζηα νπνία αλήθεη θαη ε Arthrospira (Spirulina) platensis, παξφιν πνπ είλαη πξνθαξπσηηθνί νξγαληζκνί, ζε αξθεηέο πεξηπηψζεηο ζεσξνχληαη φηη αλήθνπλ ζηα κηθξνθχθε επεηδή είλαη θσηνζπλζέηνληεο νξγαληζκνί (Brodie and Lewis, 2007). ηελ παξνχζα κειέηε ηα θπαλνβαθηήξηα ζα ζεσξνχληαη φηη αλήθνπλ ζηα 9

2 κηθξνθχθε θαη ζε φζα ζεκεία ζα ρξεηαζηεί λα γίλεη δηαρσξηζκφο ζα γίλεηαη κε βάζε ηνλ φξν πξνθαξπσηηθά θαη επθαξπσηηθά κηθξνθχθε. Ζ βηνινγία, ε θπζηνινγία θαη ε νηθνινγία ησλ κηθξνθπθψλ δηαθέξνπλ αλάινγα κε ηελ ηαμηλφκεζε ηνπ κηθξνθχθνπο. Οη βαζηθφηεξεο νκάδεο κηθξνθπθψλ (θχια ή δηαηξέζεηο) είλαη ηα Υισξνθχθε (Chlorophyta), ηα Πξαζηλνθχθε (Prasinophytes), ηα Δηεξνθνληφθπηα (Heterokontophyta) κε θχξηεο ππνδηαηξέζεηο ηα Υξπζνθχθε (Chrysophyceae), ηα Γηάηνκα (Bacillariophyceae ή Diatomeae) ηα Δπζηηγκαηνθχθε (Eustigmatophyceae) θαη ηα Ραθηδνθχθε (Raphidophytes), ηα Απηφθπηα (Haptophytes, Prymnesiophyceae), ηα Κξππηνθχθε (Cryptophyceae), ηα Γηλνκαζηηγσηά (Dinophyta) θαη ηα Κπαλνβαθηήξηα (Cyanobacteria blue-green algae) (Barsanti and Gualtiery, 2006, Darley, 1982, Metting, 1996, Waterbury, 2006). Δπίζεκα έρνπλ θαηαγξαθεί πάλσ απφ είδε (> δηάηνκα) αιιά ν πξαγκαηηθφο αξηζκφο ηνπο κάιινλ είλαη θαηά πνιχ κεγαιχηεξνο (Metting, 1996). Σα κηθξνθχθε πεξηιακβάλνπλ θνθθνεηδείο, καζηηγσηέο, ή παικεινεηδείο κνξθέο θαη ηξηρψκαηα αιιά θαη κεγάινπο απνηθηαθνχο ζρεκαηηζκνχο κε λήκαηα, κηθξνζαιινχο ή πην πεξίπινθεο ζπζζσκαηψζεηο. Μαδί κε ηα καθξνθχθε πνπ δηαβηνχλ ζηελ παξαιηαθή δψλε, ην θπηνπιαγθηφ θαη ηα βελζηθά κηθξνθχθε ηνπ εχθσηνπ ππζκέλα, απνηεινχλ ηνπο θχξηνπο (είηε κνλαδηθνχο) πξσηνγελείο παξαγσγνχο ζηελ ζάιαζζα ή ζηα εζσηεξηθά χδαηα (Falkowski, 1980, Reynolds, 2006) θαζψο θαη ζε αθξαία πεξηβάιινληα φπσο νη ζεξκνπεγέο (Brock, 1967) ή νη παγεηψλεο (Bunt and Wood, 1963). Δλ νιίγνηο απνηεινχλ ηελ βάζε δηαηξνθήο γηα ην 70 % ηεο γήηλεο παξαγσγήο βηνκάδαο (Andersen, 1996) ελψ επζχλνληαη πεξίπνπ γηα ην 50 % ηεο γήηλεο θσηνζπλζεηηθήο παξαγσγήο νμπγφλνπ (Wiessner, et al., 1995). Ζ ρξήζε ηνπο ζηελ αλζξψπηλε δηαηξνθή έρεη θαηαγξαθεί απφ αξραηνηάησλ ρξφλσλ (Jassby, 1988) θαη έρεη επξέσο ηεθκεξησζεί ζηελ παξαδνζηαθή θαη ηελ ζχγρξνλε πδαηνθαιιηέξγεηα (De Pauw and Persoone, 1988, Guedes and Malcata, 2012). Ζ ελαγψληα αλαδήηεζε λέσλ πιηθψλ θαη πξψησλ πιψλ γηα ηελ βηνκεραλία νδήγεζε ζηελ αλάπηπμε ηεο ιεγφκελεο κπιε βηνηερλνινγίαο εζηηάδνληαο ζηνπο πδξφβηνπο κηθξννξγαληζκνχο (Bongiorni and Pietra, 1996, Kreeger, 1996). Απφ ηελ άιιε πιεπξά ε έληνλε ζπδήηεζε πνπ δηεμήγεην γηα ηελ αληηκεηψπηζε ησλ ζπλεπεηψλ ηνπ ππεξπιεζπζκνχ θαη ηελ πίεζε πνπ απηφο αζθεί ζηνπο δηαζέζηκνπο πφξνπο ηηο πξνεγνχκελεο δεθαεηίεο (Anonymous, 1994, Anonymous, 1999, Cairns, 1998, Greep, 1998, Klatzmann, 1996) νδήγεζε πνιινχο ζηελ δηεξεχλεζε ηεο πηζαλήο θαηαθπγήο θαη ζηα κηθξνθχθε είηε σο δηαηξνθηθή ιχζε κε παξαγσγή κνλνθπηηαξηθήο πξσηεΐλεο (Kay and Barton, 1991, Kuhad, et al., 1997) είηε σο αλάθηεζε ηνπ ξππαζκέλνπ λεξνχ (de la Noüe, et al., 1992) επαλαθέξνληαο ζην πξνζθήλην θαη ηελ πξφηαζε ρξήζεο ηνπο ζηελ αμηνπνίεζε άγνλσλ εθηάζεσλ ηδίσο κε εμαικπξηζκέλνπο πδξνθφξνπο νξίδνληεο γηα δηάθνξα πξντφληα (Barclay, et al., 1987, Dubinsky, et al., 1978, Isichei, 1990, Mitsui, 1980, Regan and Gartside, 1983). Όιε απηή ε ζπδήηεζε θηλεηνπνίεζε ζεακαηηθά πφξνπο θαη επηζηεκνληθέο νκάδεο ζηελ δεθαεηία ηνπ 2000 ζηελ θαηεχζπλζε ηεο αμηνπνίεζεο κηθξνθπθψλ κε πνιιέο πξννπηηθέο γηα ηηο επφκελεο δεθαεηίεο (Mata, et al., 2010, Spolaore, et al., 2006, Wijffels and Barbosa, 2010). 2. Δθαξκνγέο θαη ρξήζεηο κηθξνθπθώλ 2.1 Παξαγσγή δηαθόξσλ πξντόλησλ Σα κηθξνθχθε θαιιηεξγνχληαη ζε παγθφζκην επίπεδν θπξίσο σο δσληαλή ηξνθή ζηηο (1), 8,

3 πδαηνθαιιηέξγεηεο αιιά θαη γηα ηελ παξαγσγή δηαθφξσλ πξντφλησλ, θαηά ην πιείζηνλ πςειήο αμίαο θαη αθνξνχλ πξντφληα ηξνθήο, θνζκεηνινγίαο, θαξκαθεπηηθήο ρξήζεο, θαη γεληθά βηνκεραληθή ρξήζε. Αξθεηά είδε ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ παξαγσγή βηνκάδαο σο ηξνθήο θαη ζπκπιεξσκάησλ δηαηξνθήο παξαγσγή κε πςειά επίπεδα πξσηεΐλεο, ιηπαξψλ νμέσλ (εηθνζαπεληαελντθνχ νμένο-epa, δνθνζαεμαελντθνχ νμέσο-dha, γ- ιηλνιεληθνχ νμένο-gla θιπ), βηηακηλψλ, αλφξγαλσλ ζηνηρείσλ θιπ. Ζ παξαγσγή απηψλ ησλ πξντφλησλ ελδερνκέλσο λα έρνπλ εθαξκνγή ζηελ αλζξψπηλε δηαηξνθή, ζηελ δηαηξνθή δψσλ, ςαξηψλ θιπ.. Πνιινί απφ ηνπο κεηαβνιίηεο ησλ θπθψλ έρνπλ θαξκαθεπηηθή αμία, είηε επεηδή είλαη αληηνμεηδσηηθά, είηε επεηδή εληζρχνπλ ην αλνζνπνηεηηθφ θαη ην λεπξηθφ ζχζηεκα ηνπ αλζξψπνπ θαη ησλ δψσλ, είηε επεηδή έρνπλ ηνζηαηηθή δξάζε. Σα θπξηφηεξα ζηειέρε πνπ θαιιηεξγνχληαη αλήθνπλ ζηα γέλε Chlorella, Dunaliella, Arthrospira Nannochloropsis, Isochrysis, Haematococcus θαη Schizochytrium (Brennan and Owende, 2010, Harun, et al., 2010, Pulz and Gross, 2004). Σα κηθξνθχθε επίζεο θαιιηεξγνχληαη γηα ηελ παξαγσγή δηαθφξσλ πξντφλησλ γηα γεληθή βηνκεραληθή ρξήζε. Σα ζεκαληηθφηεξα πξντφληα είλαη δηάθνξεο ρξσζηηθέο νπζίεο φπσο ε ρισξνθχιιε, θπθνθπαλίλε, θαξνηελνεηδή (π.ρ. αζηαμαλζίλε, β-θαξνηέλην) θιπ. Δπίζεο κηα ζεκαληηθή εθαξκνγή ησλ θπθψλ είλαη ε παξαγσγή ιηπαζκάησλ θαη εδαθνβειηησηηθψλ πξντφλησλ. Ζ ρξήζε κηθξνθπθψλ σο εδαθνβειηησηηθνχ παξάγνληα είλαη κηα πξαθηηθή πνπ εθαξκνδφηαλ ζε παιαηφηεξεο επνρέο. Ζ εδαθνβειηησηηθή δξάζε ησλ θπθψλ νθείιεηαη ζηελ ηθαλφηεηα ηεο βηνκάδαο ηνπο λα θαηαθξαηνχλ κεγάιεο πνζφηεηεο λεξνχ θαη λα βειηηψλνπλ ηα δνκηθά θαη πνηνηηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ εδάθνπο. Δπίζεο ηα θχθε κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ σο ιίπαζκα αξγήο απνδέζκεπζεο (slow release) θαη εηδηθά ηα αδσηνδεζκεπηηθά (nitrogen-fixing) είδε φπσο ηα Anabaena θαη Nostoc, ηα νπνία δεζκεχνπλ ην άδσην απφ ηελ αηκφζθαηξα θαη ηελ κεηαηξέπνπλ ζε νξγαληθή κνξθή εληφο ηεο βηνκάδαο ηνπο, κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ παξαγσγή ιηπαζκάησλ κε ζαθψο πην ήπηεο πεξηβαιινληηθέο επηπηψζεηο ζε ζρέζε κε ηελ ηππηθή δηαδηθαζία παξαγσγήο αδσηνχρσλ ιηπαζκάησλ κέζσ ηεο δηεξγαζίαο Haber Bosch (Grewe and Pulz, 2012, Metting, 1996, Pulz and Gross, 2004, Pulz, et al., 2008, Razon, 2012, Spolaore, et al., 2006). 2.2 Παξαγσγή βηνθαπζίκσλ Πξνζθάησο, ηα κηθξνθχθε έρνπλ πξνζειθχζεη πνιχ έληνλα ην ελδηαθέξνλ πνιιψλ εξεπλεηψλ γηα ηελ παξαγσγή βηνελέξγεηαο σο κηα απφ ηηο απαληήζεηο ζηα πεξηβαιινληηθά πξνβιήκαηα πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηελ απμαλφκελε ρξήζε νξπθηψλ θαπζίκσλ γηα ηελ θάιπςε ησλ ελεξγεηαθψλ αλαγθψλ θαη απφ ηελ ζπζζψξεπζε CO 2 ζηελ αηκφζθαηξα. Ζ παξαγσγή βηνκάδαο κηθξνθπθψλ θαη θαη επέθηαζε βηνελέξγεηαο έρεη φια εθείλα ηα πιενλεθηήκαηα ηεο ρξήζεο αλαλεψζηκσλ πεγψλ ελέξγεηαο. Σν πνην ζεκαληηθφ ίζσο πιενλέθηεκα ηεο παξαγσγήο βηνκάδαο κηθξνθπθψλ είλαη φηη ην CO 2 κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί απεπζείαο απφ ηελ πεγή έθιπζήο ηνπ παξνρεηεχνληάο ην θαηεπζείαλ ζην πγξφ ππφζηξσκα αλάπηπμήο ηνπο (Ferreira, et al., 2012, Rosa, et al., 2011). Καηά απηφλ ηνλ ηξφπν ην CO 2 επαλαρξεζηκνπνηείηαη απφ ηα κηθξνθχθε ηα νπνία ην κεηαηξέπνπλ πάιη ζε νξγαληθή χιε (βηνκάδα) κέζσ ηεο θσηνζχλζεζεο δεκηνπξγψληαο έλαλ θιεηζηφ θχθιν ζηηο κεηακνξθψζεηο ηνπ άλζξαθα. Σα θπξηφηεξα πιενλεθηήκαηα ηεο θαιιηέξγεηαο κηθξνθπθψλ γηα παξαγσγή ελέξγεηαο είλαη ηα εμήο: 1) είλαη απνδνηηθά βηνινγηθά ζπζηήκαηα γηα ηελ αμηνπνίεζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο, έρνληαο ζπγθξίζηκν ή θαη κεγαιχηεξν ξπζκφ αλάπηπμεο ζε ζχγθξηζε κε ηα επίγεηα θπηά 11

4 2) είλαη απινί νξγαληζκνί ρσξίο πνιχπινθα αλαπαξαγσγηθά φξγαλα ησλ νπνίσλ κπνξεί λα αμηνπνηεζεί νιφθιεξε ε βηνκάδα ηνπο 3) είλαη κηθξννξγαληζκνί πνπ αθνινπζνχλ ππφ επλντθέο ζπλζήθεο έλαλ απιφ θχθιν θπηηαξηθήο δηαίξεζεο, 4) ε θαιιηέξγεηά ηνπο κπνξεί λα γίλεη ζε αικπξφ ή πθάικπξν λεξφ, 5) ε θαιιηέξγεηά ηνπο κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί ρξεζηκνπνηψληαο σο ιηπάζκαηα απφβιεηα θαη απφλεξα απφ δηαθφξνπο παξαγσγηθνχο ηνκείο, 6) ε ζηξεκκαηηθή απφδνζε ζε βηνκάδα είλαη ζπγθξίζηκε ή θαη κεγαιχηεξε ζε ζρέζε κε εθείλε ησλ επίγεησλ θπηψλ θαη ε παξαγσγή ηνπο κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί ζε κε θαιιηεξγήζηκεο εθηάζεηο Παξφια απηά, ε θαιιηέξγεηα κηθξνθπθψλ παξνπζηάδεη αξθεηά κεηνλεθηήκαηα, κε ηα βαζηθφηεξα λα είλαη ην κεγάιν θφζηνο εγθαηάζηαζεο ησλ θαιιηεξγεηηθψλ κνλάδσλ θαη ιεηηνπξγίαο ηνπο θαη θαη επέθηαζε ην απμεκέλν θφζηνο παξαγσγήο βηνκάδαο (Amin, 2009, Brennan and Owende, 2010, Chisti, 2007, Singh, et al., 2011). Γηα ηελ παξαγσγή βηνελέξγεηαο απφ κηθξνθχθε, ην ελδηαθέξνλ έρεη επηθεληξσζεί ζρεδφλ απνθιεηζηηθά ζε εθείλα κφλν ηα είδε πνπ ε βηνκάδα ηνπο πεξηέρνπλ απμεκέλε πνζφηεηα ζε ιηπίδηα. Σα ιηπίδηα ελδηαθέξνπλ γηαηί απνηεινχλ ηελ πξψηε χιε γηα ηελ παξαγσγή βηνληίδει κεηά ηελ κεηεζηεξνπνίεζή ηνπο ζε κεζπιεζηέξεο (Chisti, 2007). Σα κηθξνθχθε, πέξα απφ ηα ιηπίδηα, πεξηέρνπλ κεγάιεο πνζφηεηεο πξσηετλψλ θαη πδαηαλζξάθσλ ζε επίπεδα ζρεδφλ ίζα κε ηα ιηπίδηα (Πίλαθαο 1), (Becker, 1994). Σα κηθξνθχθε απνηεινχλ πξψηε χιε γηα ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο ή βηνθαπζίκσλ κέζσ δηαθφξσλ ελεξγεηαθψλ ηερλνινγηψλ κεηαηξνπήο ηεο βηνκάδαο ζε ελέξγεηα, φπσο γηα παξάδεηγκα κέζσ ηεο αλαεξφβηαο ρψλεπζεο γηα ηελ παξαγσγή βηναεξίνπ, ππξνιπηηθψλ ειαίσλ κέζσ ηεο ππξφιπζεο, αεξίσλ ζχλζεζεο (syngas) κέζσ ηεο αεξηνπνίεζεο, βηναηζαλφιεο κέζσ ηεο αλαεξφβηαο δχκσζεο θαη δηαθφξσλ άιισλ βηνθαπζίκσλ (Demirbas, 2010, Harun, et al., 2010, Kruse and Hankamer, 2010, Lam and Lee, 2012). Πίλαθαο 1 Πεξηεθηηθφηεηα νξηζκέλσλ κηθξνθπθψλ ζε πξσηεΐλεο, ιηπίδηα θαη πδαηάλζξαθεο (Πεγή: Brennan and Owende (2010)). Δίδνο Πξσηεΐλεο (%) Ληπίδηα (%) Τδαηάλζξαθεο (%) Euglena gracilis Chlamydomonas reinhardtii Chlorella pyrenoidosa Chlorella vulgaris Dunaliella salina Arthrospira (Spirulina) maxima Arthrospira (Spirulina) platensis) Scenedesmus obliquus Γηαρείξηζε απνβιήησλ θαη απόλεξσλ Ήδε απφ ηε δεθαεηία ηνπ 1960 είρε πξνηαζεί ε θαιιηέξγεηα κηθξνθπθψλ ζε απφβιεηα θαη απφλεξα ηνπ βηνκεραληθνχ, αζηηθνχ, γεσξγν-θηελνηξνθηθνχ θαη ηνπ ηνκέα ηεο βηνκεραλίαο ηξνθίκσλ (Oswald, 2003). Ζ θαιιηέξγεηα θπθψλ ζηα απφβιεηα έρεη έλα (1), 8,

5 δηηηφ ζθνπφ: απφ ηελ κία λα παξαρζεί ρξήζηκε βηνκάδα (ε νπνία λα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαηάιιεια πρ σο εδαθνβειηησηηθφ ή γηα βηνελέξγεηα) θαη απφ ηελ άιιε λα επηηεπρζεί απνξξχπαλζε ησλ απνβιήησλ θαη ησλ απφλεξσλ κε ηελ κείσζε ηεο ζπγθέληξσζεο ησλ νξγαληθψλ θαη αλφξγαλσλ ξχπσλ (θαηά θχξην ιφγν ληηξηθά/ακκσληαθά θαη θσζθνξηθά ζηνηρεία). Ζ απνξξχπαλζε ησλ απνβιήησλ είλαη ζηελ νπζία κηα αλάθηεζε ησλ ζξεπηηθψλ ζηνηρείσλ πνπ πεξηέρνληαη ζηα απφβιεηα θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν κεηψλεηαη ε επίδξαζή ηνπο ζηα θαηλφκελα ηνπ επηξνθηζκνχ, ηεο ξχπαλζεο ππφγεησλ λεξψλ θιπ. ηνλ ηνκέα ηεο παξαγσγήο βηνελέξγεηαο ε θαιιηέξγεηα ησλ κηθξνθπθψλ ρξεζηκνπνηψληαο απφβιεηα θαη απφλεξα θεξδίδεη φια θαη πην πνιχ έδαθνο γηαηί βειηηψλεη ηελ βησζηκφηεηα ηνπ εγρεηξήκαηνο (δεο παξαθάησ) (Pittman, et al., 2011). Σα κηθξνθχθε γηα λα κπνξέζνπλ λα απμεζνχλ/πνιιαπιαζηαζηνχλ ζα πξέπεη λα πξνζιάβνπλ κε ηνλ έλα ή άιιν ηξφπν θάπνηα ζπγθεθξηκέλα αλφξγαλα ζηνηρεία (C, N, P, K, S θιπ). Δηδηθά νξηζκέλα κηθξνθχθε πνπ πεξηέρνπλ πςειέο πνζφηεηεο πξσηετλψλ, ε θαιιηέξγεηά ηνπο πξνυπνζέηεη ηελ εθαξκνγή ζεκαληηθψλ πνζνηήησλ αλφξγαλσλ αδσηνχρσλ ιηπαζκάησλ. Απφ ηελ ζθνπηά ηεο πεξηβαιινληηθήο πξνζηαζίαο, αιιά θαη ηεο νηθνλνκηθφηεηαο, ε ρξήζε ζπλζεηηθψλ αδσηνχρσλ (αιιά θαη θσζθνξηθψλ) ιηπαζκάησλ δελ απνηεινχλ ιχζε αεηθνξίαο. Γηα ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ ησλ θαιιηεξγεηψλ ζε ζξεπηηθά ζηνηρεία αιιά θαη γηα ηελ απνθπγή ρξήζεο ζπλζεηηθψλ ιηπαζκάησλ, ε θαιιηέξγεηα ησλ κηθξνθπθψλ κπνξεί λα γίλεη ζε ππνζηξψκαηα ηα νπνία πεξηέρνπλ απφβιεηα. Δηδηθά ηα απφβιεηα ηνπ θηελνηξνθηθνχ ηνκέα, πνπ έρνπλ απμεκέλεο ζπγθέληξσζε αδψηνπ, πξνζηδηάδνπλ γηα ηελ ρξήζε ηνπο γηα ηελ θαιιηέξγεηα κηθξνθπθψλ (Abeliovich, 2007, Markou and Georgakakis, 2011, Posten and Schaub, 2009, Rawat, et al., 2011). Οξηζκέλα απφβιεηα ηνπ γεσξγν-θηελνηξνθηθνχ ηνκέα πνπ έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί κε επηηπρία γηα ηελ θαιιηέξγεηα κηθξνθπθψλ είλαη ηνπ ρνηξνζηαζίνπ (Cañizares and Domínguez, 1993), βνπζηαζίνπ (Lincoln, et al., 1996), πηελνηξνθηθά απφβιεηα (Mahadevaswamy and Venkataraman, 1986), ειαηνηξηβείνπ (Hodaifa, et al., 2008) θαη ηπξνθνκείνπ (Blier, et al., 1995). Ζ ρξήζε ησλ απνβιήησλ γηα θαιιηέξγεηα κηθξνθπθψλ γίλεηαη είηε ζε πξσηνγελέο (αδηαρείξηζηα απφβιεηα) είηε ζε ηξηηνγελέο ζηάδην. Σν ηξηηνγελέο ζηάδην αλαθέξεηαη ζηελ ρξήζε απνβιήησλ πνπ έρνπλ ππνζηεί ήδε δηαρείξηζε είηε κε αεξφβηα ζηαζεξνπνίεζή ηνπο είηε κε αλαεξφβηα ρψλεπζή ηνπο (Cañizares, et al., 1994, de la Noüe and Bassères, 1989, Martin, et al., 1985). Ζ παξαγσγή βηνκάδαο κε ηε ρξήζε απνβιήησλ θπκαίλεηαη έληνλα αλάινγα κε ην είδνο ηνπ κηθξνθχθνπο θαη ην είδνο ηνπ απνβιήηνπ. ε πεηξακαηηθέο έξεπλεο έρεη αλαθεξζεί παξαγσγή απφ 5 g m -2 d -1 (μεξή νπζία) (Mulbry and Wilkie, 2001) κέρξη θαη 70,0 g m -2 d -1 (μεξή νπζία) (Lincoln, et al., 1996). Ζ κείσζε ησλ αλφξγαλσλ ξππαληψλ (N θαη P) ζηα απφβιεηα κεηά ηελ δηαρείξηζή ηνπο κε κηθξνθχθε κπνξεί λα αλέιζεη ζην 70-90% (Mulbry, et al., 2008) θαη ε κείσζε ησλ νξγαληθψλ ξππαληψλ κέρξη θαη 70% (COD) (González, et al., 2008). Αξθεηά είδε κηθξνθπθψλ έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα λα αλαπηχζζνληαη κημνηξνθηθά, πνπ ζεκαίλεη φηη κπνξνχλ λα αμηνπνηήζνπλ νξγαληθέο νπζίεο σο πεγή ελέξγεηαο ή/θαη άλζξαθα (δεο παξαθάησ). Ζ κημνηξνθηθή αλάπηπμε έρεη ην πιενλέθηεκα φηη είλαη πην ηαρεία απφ ηελ απηνηξνθηθή ή ηελ εηεξνηξνθηθή. Απηφ ην γεγνλφο είλαη ζεκαληηθφ γηαηί ζε απφβιεηα κε νξγαληθφ θνξηίν ε αλάπηπμε ηέηνησλ εηδψλ κπνξεί λα είλαη πην ηαρεία απμάλνληαο ηελ παξαγσγηθφηεηα ζε βηνκάδα (Abreu, et al., 2012, Chojnacka and 13

6 Zielińska, 2011, Heredia-Arroyo, et al., 2011) θαη ηαπηνρξφλσο κεηψλνληαο ε εμνπδεηεξψλνληαο ηελ αλάγθε ρξήζεο αλφξγαλνπ άλζξαθα (Markou, et al., 2012). 3 Σερλνινγία παξαγσγήο κηθξνθπθώλ Ζ θαιιηέξγεηα ησλ κηθξνθπθψλ κπνξεί λα πξαγκαηνπνηεζεί ζε αλνηθηνχο ή θιεηζηνχο ηχπνπο θαιιηεξγεηψλ. ηηο αλνηθηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο, ηα κηθξνθχθε θαιιηεξγνχληαη ζε ηερλεηνχο ή θπζηθνχο πεξηέθηεο, φπσο δεμακελέο, λεξφιαθθνη, ιίκλεο θιπ. ηηο θιεηζηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο ε θαιιηέξγεηα γίλεηαη εληφο δηαθφξσλ ζρεκάησλ θιεηζηψλ πεξηεθηψλ πνπ νλνκάδνληαη θσηνβηναληηδξαζηήξεο (photobioreactors). Οη θσηνβηναληηδξαζηήξεο απνηξέπνπλ ηελ άκεζε επαθή ηεο θαιιηέξγεηαο κε ηηο εμσηεξηθέο ζπλζήθεο θαη έηζη ηελ πξνζηαηεχνπλ απφ ηνπο δηάθνξνπο πεξηβαιινληηθνχο θηλδχλνπο (Pulz, 2001, Richmond, 1992). 3.1 Αλνηθηνύ ηύπνπ θαιιηέξγεηεο Οη αλνηθηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο έρνπλ ην πιενλέθηεκα φηη έρνπλ ζρεηηθά κηθξφηεξν θφζηνο εγθαηάζηαζεο θαη ιεηηνπξγίαο απφ ηηο θιεηζηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο θαη έρνπλ ζρεηηθά θαιή δπλαηφηεηα καδηθήο θαιιηέξγεηαο κηθξνθπθψλ (Jorquera, et al., 2010). ηηο αλνηθηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο φκσο ηα κηθξνθχθε είλαη εθηεζεηκέλα ζηνπο πεξηβαιινληηθνχο παξάγνληεο θαη ζπλήζσο επηκνιχλνληαη απφ δηάθνξα άιια είδε κηθξνθπθψλ ή βαθηεξίσλ ή άιισλ κηθξννξγαληζκψλ. Οη επηκνιχλζεηο κε άιινπο κηθξννξγαληζκνχο αιινηψλεη ηελ ζχζηαζε ησλ θαιιηεξγεηψλ θαη δπζρεξαίλεη ηελ εθαξκνγή ηεο κνλν-θαιιηέξγεηαο. Έληνλεο επηκνιχλζεηο κπνξεί λα έρνπλ σο απνηέιεζκα ηελ κηθξή παξαγσγή ή θαη ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο ηελ θαηάξξεπζε ηεο θαιιηέξγεηαο είηε ιφγσ ηεο επηθξάηεζεο άιισλ κηθξννξγαληζκψλ είηε ιφγσ ηεο εκθάληζεο παξαζηηηθψλ αζζελεηψλ (Day, et al., 2011). Οη αλνηθηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο πάζρνπλ επηπιένλ ιφγσ ηεο εμάηκηζεο λεξνχ πνπ έρεη σο απνηέιεζκα ηελ απψιεηα ζεκαληηθψλ πνζνηήησλ λεξνχ θαη ηελ αχμεζε ηεο ζπγθέληξσζεο αιάησλ πνπ απφ έλα επίπεδν θαη πάλσ επηδξνχλ αλαζηαιηηθά ζηελ αχμεζε ησλ κηθξνθπθψλ. Σν γεγνλφο απηφ νδεγεί ζηελ αλάγθε αλαπιήξσζεο λεξνχ άξα θαη ρξήζε κεγάισλ πνζνηήησλ ηνπ. Παξφια απηά ην λεξφ πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζα κπνξεί λα είλαη πθάικπξν ή αικπξφ, αλάινγα κε ην είδνο ηνπ κηθξνθχθνπο πνπ θαιιηεξγείηαη θαη ηελ αλεθηηθφηεηά ηνπ ζηελ παξνπζία αιάησλ (Bilanovic, et al., 2009) αληιψληαο θαη ρξεζηκνπνηψληαο έηζη κε πφζηκν ή/θαη κε αξδεχζηκν λεξφ απφ δηάθνξεο πεγέο. Δπίζεο ε παξαγσγή αλά κνλάδα επηθάλεηαο είλαη κηθξφηεξε ζε ζρέζε κε ηηο θιεηζηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο κε απνηέιεζκα ε ζπγθέληξσζε ηεο βηνκάδαο λα είλαη ζρεηηθά κηθξή αλεβάδνληαο πνιχ ην θφζηνο ζπγθνκηδήο (Norsker, et al., 2011). Δπίζεο ζε νξηζκέλεο ηνπνζεζίεο, νη πεξίνδνη θαιιηέξγεηαο είλαη πεξηνξηζκέλεο, ιφγσ έληνλσλ επνρηαθψλ πεξηβαιινληηθψλ δηαθπκάλζεσλ ή ρακειψλ ζεξκνθξαζηψλ θαη ειηνθάλεηαο. Γηα ηνλ ιφγν απηφ ρψξεο κε κεγάιε δηάξθεηα θαη έληαζε ειηνθάλεηαο, φπσο ε Διιάδα, έρνπλ πιενλέθηεκα γηα ηελ εγθαηάζηαζε θαιιηέξγεηαο κηθξνθπθψλ, δεδνκέλνπ φηη ε παξαγσγή ζε βηνκάδα κπνξεί λα είλαη σο θαη δέθα θνξέο κεγαιχηεξε ζε ζρέζε κε πεξηνρέο κε κηθξή δηάξθεηα θαη έληαζε ειηνθάλεηα (Brányiková, et al., 2011). ε γεληθέο γξακκέο ηα θπξηφηεξα κεηνλεθηήκαηα ησλ αλνηθηψλ θαιιηεξγεηψλ είλαη: 1) απψιεηεο ιφγσ εμάηκηζεο, 2) ζεξκνθξαζηαθέο κεηαβνιέο, 3) κηθξή απνηειεζκαηηθφηεηα ζηελ αμηνπνίεζε ηνπ CO 2, 4) αλαπνηειεζκαηηθή αλάδεπζε ηνπ ππνζηξψκαηνο θαη 5) κηθξή αμηνπνίεζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο (Brennan and Owende, (1), 8,

7 2010). Σα πξνβιήκαηα ησλ αλνηθηψλ θαιιηεξγεηψλ κπνξνχλ λα αληηκεησπηζηνχλ κε ηελ ρξήζε θαηάιιεισλ ζπλζεθψλ γηα ην είδνο ηνπ κηθξνθχθνπο. Απνηειεζκαηηθέο ζπλζήθεο είλαη ζπλήζσο νη αθξαίεο θαη εμεηδηθεπκέλεο ζπλζήθεο φπνπ κφλν ην επηιερζέλ κηθξνθχθνο κπνξεί λα αλαπηπρζεί, ελψ είλαη αθαηάιιειεο γηα ηνπο ππφινηπνπο κηθξννξγαληζκνχο. Παξαδείγκαηα εηδψλ πνπ θαιιηεξγνχληαη ζε αθξαίεο ζπλζήθεο είλαη ε Dunaliella salina πνπ θαιιηεξγείηαη ζε αικπξά λεξά (>20% άιαο) ή ε Arthrospira (Spirulina) platensis πνπ θαιιηεξγείηαη ζε αιθαιηθά πεξηβάιινληα (> ph 9,2). Δπίζεο γηα κηα απνηειεζκαηηθή θαιιηέξγεηα κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζνχλ είδε κηθξνθπθψλ κε ζρεηηθά πςεινχο ξπζκνχο αλάπηπμεο γηα ηελ επηθξάηεζε έλαληη άιισλ κηθξννξγαληζκψλ φπσο ηα κηθξνθχθε ησλ γελψλ Chlorella, Scenedesmus και Phaeodactylum (Borowitzka, 1999, Brennan and Owende, 2010, Chen, 1996, Ugwu, et al., 2008). Σν ζχζηεκα αλάδεπζεο ησλ αλνηθηψλ θαιιηεξγεηψλ είλαη κεγάιεο ζεκαζίαο θαη ζηελ νπζία αληηθαηνπηξίδεη ηελ εμέιημε ησλ δηαθφξσλ ηχπσλ δεμακελψλ. Ζ αλάδεπζε είλαη αλαγθαία γηαηί εκπνδίδεη ηελ ζπζζσκάησζε θαη θαζίδεζε ησλ κηθξνθπθψλ, απμάλεη ηελ αμηνπνίεζε ηνπ θσηφο, νκνγελνπνηεί ην ππφζηξσκα θαζηζηψληαο ηα δηαιπηά αλφξγαλα ή/θαη νξγαληθά ζηνηρεία πην πξνζπειάζηκα γηα ηελ πξφζιεςή ηνπο απφ ηα κηθξνθχθε (Chaumont, 1993). Ο θπξηφηεξνο ηχπνο αλνηθηψλ ηερλεηψλ δεμακελψλ είλαη ε επηκήθεο ιεθάλε (raceway) θαη ε θπθιηθή ιεθάλε. Οη αγσγνί (δηάδξνκνη) ηεο επηκήθνπο ιεθάλεο κπνξεί λα έρνπλ δηάθνξα ζρήκαηα (απινί, νθεηνεηδήο, κε παξάιιεινπο αγσγνχο θιπ) θαη ε αλάδεπζή ηνπο γίλεηαη ζπλήζσο κε πηεξπγσηφ ηξνρφ (paddle wheel), ελψ ε θπθιηθή ιεθάλε αλαδεχεηαη κε θηλνχκελν βξαρίνλα (Richmond, 1992). εκαληηθή παξάκεηξνο γηα ηνλ ζρεδηαζκφ αλνηθηψλ δεμακελψλ είλαη ην βάζνο ηεο δεμακελήο, ην νπνίν δελ ζα πξέπεη λα είλαη πνιχ κεγάιν γηα λα επηηξέπεηαη ε δηείζδπζε ηνπ θσηφο, αιιά λα κελ είλαη θαη πνιχ κηθξφ γηα λα κελ αιιάδεη ε ζπγθέληξσζε ησλ ηφλησλ ηνπ ππνζηξψκαηνο ιφγσ ηεο εμάηκηζεο ηνπ λεξνχ. Σν βάζνο ηεο δεμακελήο ζεσξείηαη βέιηηζην κεηαμχ 20 θαη 30 cm. Παξφια απηά αλαιφγσο ην είδνο ηνπ κηθξνθχθνπο θαη ηηο θιηκαηηθέο ζπλζήθεο ηεο πεξηνρήο ην βάζνο ηεο δεμακελήο κπνξεί λα είλαη κεγαιχηεξν ή κηθξφηεξν (Borowitzka, 1999). 3.2 Κιεηζηνύ ηύπνπ θαιιηέξγεηεο ηηο θαιιηέξγεηεο θιεηζηνχ ηχπνπ, νη ζπλζήθεο είλαη πεξηζζφηεξν ή ιηγφηεξν ειεγρφκελεο, αλαιφγσο αλ πξφθεηηαη γηα θαιιηέξγεηεο ζηεγαζκέλεο ή ππαίζξηεο. ηηο ππαίζξηεο θαιιηέξγεηεο νη ζπλζήθεο δελ ειέγρνληαη πιήξσο (ειηαθή έληαζε θαη ζεξκνθξαζία). Αληίζεηα ζηηο ζηεγαζκέλεο θαιιηέξγεηεο νη ζπλζήθεο κε ηνλ έλα ή άιιν ηξφπν είλαη πην ειεγρφκελεο. Οη θιεηζηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο πξαγκαηνπνηνχληαη ζε θιεηζηνχο πεξηέθηεο, ηνπο θσηνβηναληηδξαζηήξεο (photobioreactors). Σα πιηθά θαηαζθεπήο θαη ηα ζρήκαηα ησλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ πνηθίινπλ πνιχ. Τπάξρνπλ θσηνβηναληηδξαζηήξεο επίπεδνη ζαλ ειηαθνί ζπιιέθηεο θαηαθφξπθνη ή θεθιηκέλνη, θπιηλδξηθνί κε επηκήθεο αγσγνχο θαηαζθεπαζκέλνη απφ δηάθνξα δηάθαλα πιηθά (γπαιί ή πιαζηηθφ), ή ειηθνεηδνχο κνξθήο. Δπίζεο απιήο θαηαζθεπήο θσηνβηναληηδξαζηήξεο ζεσξνχληαη απηνί ηνπ ηχπνπ ζαθψλ πνιπαηζπιελίνπ (Brennan and Owende, 2010, Carvalho, et al., 2006, Chisti, 2007, Pulz, 2001). 15

8 Δηθόλα 1. Γηάθνξνη ηχπνη ζπζηεκάησλ θαιιηέξγεηαο κηθξνθπθψλ. (1) Πιαζηηθνί ζάθνη 300 ιίηξσλ, (2) επίπεδνη θσηναληηδξαζηήξεο, (3) νξηδφληηνη ζσιελσηνί θσηναληηδξαζηήξεο θαη (4) αλνηθηή δεμακελή ηχπνπ raceway (Φσηνγξαθίεο απφ ηε ζπιινγή Η. Σδνβελή). Σα ζεκαληηθφηεξα πιενλεθηήκαηα ησλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ είλαη: 1) θαιχηεξνο έιεγρνο ησλ ζπλζεθψλ θαιιηέξγεηαο, 2) κεγαιχηεξνο ιφγνο επηθάλεηαο/φγθνπ, 3) ζε νξηζκέλνπο ηχπνπο θσηνβηναληηδξαζηήξσλ θαιχηεξνο έιεγρνο ηεο παξνρέηεπζεο θαη ηεο θίλεζεο ησλ αεξίσλ (πρ CO 2 ), 4) πεξηνξηζκφο ηεο εμάηκηζεο λεξνχ απφ ην ππφζηξσκα θαιιηέξγεηαο, 5) θαιχηεξε ζεξκηθή θαηαλνκή ζην ππφζηξσκα θαιιηέξγεηαο, 6) ζρεηηθά εχθνιε εγθαηάζηαζε ζε αλνηρηφ ρψξν, 7) πξνζηαζία απφ επηκνιχλζεηο απφ δηάθνξνπο κηθξννξγαληζκνχο 8) ζρεηηθά πςειέο απνδφζεηο ζε ζρέζε κε ηηο αλνηθηέο δεμακελέο θαη 9) ε δπλαηφηεηα θαιιηέξγεηαο ζε ηχπν κημνηξνθίαο ή εηεξνηξνθίαο ρσξίο ηδηαίηεξα πξνβιήκαηα επηκφιπλζεο (Chen, 1996, Chisti, 2007). Παξφια ηα πιενλεθηήκαηα ησλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ ζε ζρέζε κε ηηο αλνηθηέο δεμακελέο, νη θαιιηέξγεηεο απηνχ ηνπ ηχπνπ έρνπλ απμεκέλα θφζηε θαηαζθεπήο θαη ιεηηνπξγίαο φπσο θαη ε πεξηνξηζκέλε δπλαηφηεηα λα θαηαζθεπαζηνχλ ζε κεγάιεο θιίκαθαο εγθαηαζηάζεηο (scaled-up). Έλαο απφ ηνπο θπξηφηεξνπο ιφγνπο γηα ηελ πεξηνξηζκέλε δπλαηφηεηα λα θαηαζθεπαζηνχλ ζε κεγάιεο θιίκαθα εγθαηαζηάζεηο είλαη ε ζπγθέληξσζε ηνπ δηαιπκέλνπ νμπγφλνπ ζην πγξφ ππφζηξσκα αλάπηπμεο. Καηά ηελ θσηνζχλζεζε ησλ κηθξνθπθψλ παξάγεηαη κνξηαθφ νμπγφλν ην νπνίν ιφγσ ησλ ζπλζεθψλ εληφο ηνπ θσηνβηναληηδξαζηήξα δηαιχεηαη ζην πγξφ ππφζηξσκα αλάπηπμεο. Σν δηαιπκέλν νμπγφλν ζα πξέπεη λα απνκαθξχλεηαη κε θάπνην ηξφπν γηαηί κεγάιεο ζπγθεληξψζεηο δηαιπκέλνπ νμπγφλνπ είλαη αλαζηαιηηθέο ηεο αλάπηπμεο πνπ κεξηθέο θνξέο ζε ζπλδπαζκφ κε πςειέο εληάζεηο θσηφο πξνθαιείηαη θσηννμείδσζε. Απηφ ην (1), 8,

9 γεγνλφο πεξηνξίδεη αξθεηά ην κήθνο ησλ αγσγψλ ην νπνίν δελ ζα πξέπεη λα μεπεξλά ηα 80m (Molina, et al., 2001). Βέβαηα παξάγνληεο φπσο ε ειηαθή έληαζε, ε ζπγθέληξσζε ηεο βηνκάδαο, ν ξπζκφο ξνήο ηνπ πγξνχ θιπ επεξεάδνπλ ζεκαληηθά ηηο δηαζηάζεηο ησλ αγσγψλ (Chisti, 2007, Lehr and Posten, 2009, Molina, et al., 2001). Ο ζρεδηαζκφο ησλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ είλαη κηα πνιχπινθε ππφζεζε θαη πξνυπνζέηεη ηελ θαιή γλψζε δηαθφξσλ θπζηθψλ θαη βηνινγηθψλ θαηλνκέλσλ γηα ηνλ επηηπρή ζρεδηαζκφ ησλ δηαθφξσλ ππνζπζηεκάησλ. Σα θπξηφηεξα ππνζπζηήκαηα ησλ θσηνβηναληηδξαζηήξσλ είλαη: 1) ην ζχζηεκα θσηηζκνχ, 2) ην ζχζηεκα εκπινπηηζκνχ κε CO 2, 3) ην ζχζηεκα αλάδεπζεο, 4) ην ζχζηεκα απνκάθξπλζε Ο 2 θαη δηαρσξηζκφ αεξίσλ, 5) ην ζχζηεκα ζέξκαλζεο/ςχμεο θαη 6) ην ζχζηεκα ζξέςεο (Chisti and Moo-Young, 2002, Eriksen, 2008, Molina, et al., 2001) 3.3 Δίδε κεηαβνιηζκνύ Ζ πιεηνςεθία ησλκηθξνθπθψλ είλαη Ο 2 -γφλνη θσηνζπλζέηνληεο κηθξννξγαληζκνί πνπ ζεκαίλεη φηη ε πεγή ελέξγεηαο είλαη ν ήιηνο θαη ε πεγή άλζξαθα ην CO 2. Παξφια απηά, νξηζκέλα κηθξνθχθε έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα λα αθνινπζνχλ δηάθνξνπο ηχπνπο κεηαβνιηζκνχ θαη λα ελαιιάζζνπλ ηνλ κεηαβνιηζκφ ηνπο αλάινγα ηεο κνξθήο ηεο δηαζέζηκεο ελέξγεηαο θαη ηνπ δηαζέζηκνπ άλζξαθα. Οη κεηαβνιηθνί ηχπνη κε ηνπο νπνίνπο κπνξνχλ λα αλαπηπρζνχλ νξηζκέλα κηθξνθχθε είλαη: 1) Φσηναπηόηξνθνο: ζηνλ ηχπν απηφ ηα κηθξνθχθε αλαπηχζζνληαη ρξεζηκνπνηψληαο σο πεγή ελέξγεηαο ηνλ ήιην θαη σο πεγή άλζξαθα ην CO 2 ή άιιεο αλφξγαλεο κνξθέο, 2) Δηεξόηξνθνο:. ηνλ ηχπν απηφ ηα κηθξνθχθε ρξεζηκνπνηνχλ σο πεγή ελέξγεηαο θαη πεγή άλζξαθα δηάθνξεο νξγαληθέο νπζίεο φπσο γιπθφδε, νμηθφ νμχ, γιπθεξίλε θιπ, 3) Μημόηξνθνο: ηα κηθξνθχθε ζηνλ ηχπν απηφ είλαη ζε ζέζε λα απμάλνληαη/πνιιαπιαζηάδνληαη είηε αμηνπνηψληαο ηνλ ήιην σο πεγή ελέξγεηαο είηε αμηνπνηψληαο δηάθνξεο νξγαληθέο νπζίεο θαη σο πεγή άλζξαθα είηε ην CO 2 είηε ηηο νξγαληθέο νπζίεο θαη 4) Φσηνεηεξόηξνθνο: ζηνλ ηχπν απηφ ηα κηθξνθχθε ρξεζηκνπνηνχλ σο πεγή ελέξγεηαο ηνλ ήιην θαη ζαλ πεγή άλζξαθα ηηο νξγαληθέο ελψζεηο (Chojnacka and Marquez-Rocha, 2004). Ο εηεξφηξνθνο θαη κημφηξνθνο κεηαβνιηζκφο κπνξνχλ λα απνηειέζνπλ ηδαληθή θαιιηεξγεηηθή ηερληθή γηα ηελ παξαγσγή κηθξνθπθψλ, γηαηί έηζη αληηκεησπίδεηαη ην πξφβιεκα ηεο αμηνπνίεζεο ηνπ θσηφο ζε θαιιηέξγεηεο κε κεγάιε ππθλφηεηα ή ζε θαιιηέξγεηεο κε θσηνπαξεκπφδηζε (θαηά ηνπο θαινθαηξηλνχο κήλεο). ηηο εηεξφηξνθεο ή/θαη κημφηξνθεο θαιιηέξγεηεο ε πξνζζήθε νξγαληθνχ άλζξαθα ζην ππφζηξσκα θαιιηέξγεηαο δίλεη κεγαιχηεξε ζπγθέληξσζε βηνκάδαο ζε ζρέζε κε ηηο θσηναπηφηξνθεο θαιιηέξγεηεο. Γεληθά φκσο ν κημφηξνθνο κεηαβνιηζκφο έρεη κεγαιχηεξνπο ξπζκνχο αλάπηπμεο θαη κεγαιχηεξε ηειηθή παξαγσγή ζε βηνκάδα ζε ζρέζε κε ηνπο άιινπο ηξεηο κεηαβνιηζκνχο (Chojnacka and Marquez-Rocha, 2004). Ζ πξνζζήθε φκσο νξγαληθνχ άλζξαθα πξνυπνζέηεη αμεληθέο ζπλζήθεο θαιιηέξγεηαο ιφγσ ηνπ θηλδχλνπ ηεο ππέξκεηξεο αλάπηπμεο βαθηεξίσλ θαη ηελ ηειηθή ηνπο επηθξάηεζε ζηηο θαιιηέξγεηεο. Δηδηθά γηα ηελ παξαγσγή κηθξνθπθψλ γηα ελεξγεηαθνχο ζθνπνχο, φπνπ ην δήηεκα ηεο κείσζεο ηνπ θφζηνπο ησλ ρξεζηκνπνηνχκελσλ ζξεπηηθψλ πιηθψλ είλαη πνιχ ζεκαληηθφ, γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε εηεξφηξνθσλ ή κημφηξνθσλ θαιιηεξγεηψλ είλαη δπλαηφ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ νξγαληθά απφβιεηα ηνπ παξαγσγηθνχ ηνκέα (Abreu, et al., 2012, Andrade and Costa, 2007, Chen, 1996, Chojnacka and Zielińska, 2011, Gao, et al., 2010, Zhang, et al., 2011). 3.4 Παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθώλ Οη θαιιηέξγεηεο ησλ κηθξνθπθψλ είλαη αξθεηά πνιχπινθα ζπζηήκαηα θαη ε αλάπηπμή ηνπο επεξεάδεηαη απφ δηαθνξεηηθνχο βηνηηθνχο θαη αβηνηηθνχο παξάγνληεο. Οη θπξηφηεξνη παξάγνληεο πνπ επεξεάδνπλ ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ είλαη: ν θσηηζκφο, ε 17

10 ζεξκνθξαζία, ηα ζξεπηηθά ζπζηαηηθά (C, N, P θαη κηθξνζηνηρείσλ), ην ph ηνπ ζξεπηηθνχ ππνζηξψκαηνο, ε αιαηφηεηα ηνπ ζξεπηηθνχ ππνζηξψκαηνο, δηάθνξεο παξεκπνδηζηηθέο θαη αλαζηαιηηθέο νπζίεο πνπ παξάγνληαη απφ ηα ίδηα ηα κηθξνθχθε ή πνπ κπνξεί λα ππάξρνπλ ζην ζξεπηηθφ ππφζηξσκα, ν αεξηζκφο, ε αλάδεπζε, ε παξνπζία ή κε άιισλ εηδψλ κηθξννξγαληζκψλ ζηελ θαιιηέξγεηα. Παξαθάησ ζα γίλεη κηα ζρεηηθά ζχληνκε αλάιπζε νξηζκέλσλ απφ ηνπο παξαπάλσ παξάγνληεο Φσηηζκόο Ζ δηάξθεηα, ε έληαζε θαη ε πνηφηεηα ηνπ θσηηζκνχ είλαη θαζνξηζηηθνί παξάγνληεο γηα ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ. Ζ πνηφηεηα ηνπ θάζκαηνο ηνπ θσηφο θαη ε έληαζή ηνπ πξέπεη λα επηιέγνληαη κε ηέηνην ηξφπν ψζηε λα επηηξέπνπλ ηελ κέγηζηε αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ. Σν θάζκα ηνπ θσηφο πνπ αμηνπνηείηαη απφ ηα κηθξνθχθε είλαη κεηαμχ nm (ελεξγή θσηνζπλζεηηθή αθηηλνβνιία). Σα δηάθνξα είδε κηθξνθπθψλ πεξηέρνπλ ζε δηαθνξεηηθέο αλαινγίεο ηηο δηάθνξεο θσηνζπλζεηηθέο ρξσζηηθέο νπζίεο θαη σο εθ ηνχηνπ αμηνπνηνχλ ιηγφηεξν ή πεξηζζφηεξν δηαθνξεηηθά κήθε θχκαηνο. O θσηηζκφο είλαη ζε γεληθέο γξακκέο ν θαζνξηζηηθφηεξνο παξάγνληαο γηα ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ θαη εηδηθά ζηηο αλνηθηνχ ηχπνπ θαιιηέξγεηεο ζπλήζσο είλαη θαη ν πεξηνξηζηηθφο παξάγνληαο (Janssen, 2002, Suh and Lee, 2003). Γεληθά ν ξπζκφο αλάπηπμεο ησλ κηθξνθπθψλ απμάλεηαη κε ηελ αχμεζε ηεο έληαζεο ηεο αθηηλνβνιίαο κέρξη έλα φξην. Σα πεξηζζφηεξα κηθξνθχθε θνξέλνληαη ζε έληαζε θσηηζκνχ κεηαμχ 200 θαη 400 κe m -1 s -1, αιιά απηφ εμαξηάηαη απφ ηελ ππθλφηεηα ηεο θαιιηέξγεηαο. Μεηά ην φξην απηφ ν ξπζκφο αλάπηπμεο παξακέλεη ζηαζεξφο θαη απφ έλα ζεκείν θαη έπεηηα κεηψλεηαη ιφγσ ηεο βιάβεο πνπ πθίζηαληαη ηα θχηηαξα ιφγσ θσηννμείδσζεο (Carvalho, et al., 2011, Fernandes, et al., 2010, Molina Grima, et al., 1999). Ζ πεγή ηνπ θσηφο κπνξεί λα είλαη είηε θπζηθή (ήιηνο) είηε ηερλεηή (ιακπηήξεο). Δηδηθά ζε πεξηπηψζεη κηθξνθπθψλ πνπ θαιιηεξγνχληαη γηα πςειήο αμίαο πξντφληα ν ηερλεηφο θσηηζκφο παξέρεη πην ζηαζεξέο ειεγρφκελεο ζπλζήθεο θαη έηζη πξνηηκάηαη. Νέεο ηερλνινγίεο ιακπηήξσλ φπσο ηα LED (light emitting diode) ηα νπνία έρνπλ ζρεηηθά κηθξή θαηαλάισζε ελέξγεηαο ή νη νπηηθέο ίλεο ή θαη πβξηδηθά ζπζηήκαηα θπζηθνχ θαη ηερλεηνχ θσηηζκνχ ζεσξνχληαη φηη ζα ζπκβάινπλ αξθεηά ζηελ βειηηζηνπνίεζε ηεο παξαγσγήο κηθξνθπθψλ (Chen, et al., 2011, Wang, et al., 2007) Θεξκνθξαζία Ζ ζεξκνθξαζία είλαη ν πην θαζνξηζηηθφο παξάγνληαο γηα ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ κεηά ηνλ θσηηζκφ. Πνιιά κηθξνθχθε κπνξνχλ λα αληέμνπλ ζεξκνθξαζίεο κέρξη θαη 15 C ρακειφηεξα απφ ηελ βέιηηζηε ζεξκνθξαζία αλάπηπμήο ηνπο, αιιά ππάξρεη πηζαλφηεηα κε κηα κεηαβνιή ηεο ηάμεο ησλ 2-4 C πάλσ απφ ην βέιηηζην ζεκείν λα ππάξμεη πιήξεο απψιεηα ηεο θαιιηέξγεηαο. ηνπο θσηνβηναληηδξαζηήξεο ππάξρεη ν θίλδπλνο ηεο ππεξζέξκαλζεο πνπ ζε δεζηέο κέξεο ε ζεξκνθξαζία κπνξεί λα αλέιζεη ζηνπο 55 C. Γηα ηνπο παξαπάλσ ιφγνπο θαίλεηαη φηη είλαη αλαγθαίν λα ππάξρεη εγθαηεζηεκέλν ζχζηεκα ςχμεο ηεο θαιιηέξγεηαο (Richmond, 1999). Ζ ζεξκνθξαζία είλαη επίζεο ζεκαληηθφο παξάγνληαο γηαηί έρεη ζπλεξγηζηηθή δξάζε κε ηνλ θσηηζκφ. ε ρακειέο ζεξκνθξαζίεο κεηψλεηαη θαη ην ζεκείν έληαζεο ηνπ θσηηζκνχ πνπ δεκηνπξγεί αλαζηαιηηθέο ζπλζήθεο ή θσηννμείδσζε. Με άιια ιφγηα ζε ςπρξέο πεξηνρέο ή πεξηφδνπο ηνπ έηνπο ε θσηννμείδσζε είλαη πην έληνλε θαη ζπρλφηεξν θαηλφκελν (Carvalho, et al., 2009, Jensen and Knutsen, 1993, Richmond, 1999). Σα πεξηζζφηεξα κηθξνθχθε αλαπηχζζνληαη κεηαμχ C, αιιά ππάξρνπλ θαη ζεξκφθηια ζηειέρε πνπ κπνξνχλ λα αλαπηπρζνχλ θαη ζε ζεξκνθξαζίεο σο C (Vonshak, 2002). (1), 8,

11 3.4.3 Θξεπηηθά ζηνηρεία Σα κηθξνθχθε γηα λα πνιιαπιαζηαζηνχλ πέξα απφ ηελ ελέξγεηα θαη ηνλ άλζξαθα ρξεηάδνληαη θαη δηάθνξα άιια αλφξγαλα ζηνηρεία ηα νπνία είλαη αλαγθαία γηα ηηο δηάθνξεο κεηνβνιηθέο θπηηαξηθέο δηεξγαζίεο. Σα θπξηφηεξα ζξεπηηθά ζηνηρεία (καθξνζηνηρεία) πνπ είλαη αλαγθαία γηα ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ, πέξα απφ ηνλ άλζξαθα είλαη ην άδσην (N), ν θψζθνξνο (P) θαη ην θάιην (K). Αλαγθαία αιιά ζε κηθξφηεξεο πνζφηεηεο ηα κηθξνζηνηρεία φπσο ην ζείν (S). ν ζίδεξνο (Fe), ην καγλήζην (Mg), ην αζβέζηην (Ca), φπσο θαη δηάθνξα άιια κέηαιια (πρ κφιπβδνο, ληθέιην, θιπ) (Richmond, 2004) Άλζξαθαο Σα κηθξνθχθε σο θσηνζπλζέηνληεο κηθξννξγαληζκνί κεηαηξέπνπλ ηελ ειηαθή ελέξγεηα θαη ηνλ αλφξγαλν άλζξαθα (CO 2 ) κέζσ πνιχπινθσλ βηνρεκηθψλ δηεξγαζηψλ ζε νξγαληθφ άλζξαθα (γιπθφδε). Σν CO 2 φηαλ είλαη δηαιπκέλν ζην λεξφ γηα ηηο ηηκέο ηνπ ph ζην νπνίν αλαπηχζζνληαη ηα πεξηζζφηεξα κηθξνθχθε βξίζθεηαη είηε ζε κνξθή δηηαλζξαθηθήο ξίδαο (HCO 3 ), είηε ζε κνξθή αλζξαθηθήο ξίδαο (CO 3 2 ζε κεγαιχηεξεο ηηκέο ηνπ ph). Σα κηθξνθχθε (κε εμαίξεζε νξηζκέλεο θαηεγνξίεο φπσο γηα παξάδεηγκα ηα ξνδνθχθε) έρνπλ έλαλ κεραληζκφ (carbon concentrating mechanism) θαηά ηνλ νπνίν ην δηαιπκέλν CO 2 ζπγθεληξψλεηαη γχξσ απφ ην θχηηαξν θαη είηε ν άλζξαθαο απνξξνθάηαη σο δηηαλζξαθηθή ξίδα είηε κε ηελ βνήζεηα ελδχκσλ (carbonic anhydrase) απνξξνθάηαη ζε κνξθή CO 2 (Badger and Price, 2003, Giordano, et al., 2005). Ζ ζπγθέληξσζε ηνπ CO 2 ζηελ αηκφζθαηξα είλαη πεξίπνπ 360 ppmv (0,036%) θαη δεδνκέλνπ φηη ηα κηθξνθχθε κπνξνχλ λα αλαπηπρηνχλ ζε ππφζηξσκα θαιιηέξγεηαο πνπ λα πεξηέρεη σο θαη 15% δηαιπκέλν CO 2 θαη φηη γηα ηελ παξαγσγή ελφο θηινχ μεξήο βηνκάδαο κηθξνθπθψλ ρξεηάδνληαη πεξίπνπ 1.8 θηιά CO 2 ε παξνρή CO 2 απφ ηελ αηκφζθαηξα πξνυπνζέηεη λα παξνρεηεχνληαη ζηηο θαιιηέξγεηεο κεγάινη φγθνη αέξα γηα ηελ ηθαλνπνηεηηθή αλάπηπμε βηνκάδαο. Γηα ηνλ ιφγν απηφ ην CO 2 κπνξεί λα παξέρεηαη ζε κεγαιχηεξεο ζπγθεληξψζεηο είηε ρξεζηκνπνηψληαο κε ηνμηθά θαπζαέξηα απφ παξαγσγηθέο δξαζηεξηφηεηεο είηε ρξεζηκνπνηψληαο δηάθνξα αλζξαθηθά άιαηα, φπσο γηα παξάδεηγκα ε αλζξαθηθή ή δηηαλζξαθηθή ζφδα γηα είδε κηθξνθπθψλ πνπ θαιιηεξγνχληαη ζε πςειά επίπεδα ph (Brennan and Owende, 2013, Doucha, et al., 2005, Ferreira, et al., 2012, Wang, et al., 2008). Καηά ηελ θσηνζχλζεζε θαη θαηά ηελ κεηαηξνπή ηεο δηηαλζξαθηθήο ξίδαο ζε CO 2 θαη ηελ δέζκεπζή ηνπ παξάγνληαη ηφληα OH, ζχκθσλα κε ηελ ρεκηθή αληίδξαζε HCO 3 CO 2 + OH θαη σο εθ ηνχηνπ ε ηάζε ζηηο θαιιηέξγεηεο ησλ κηθξνθπθψλ είλαη λα απμάλεηαη ην ph ηνπο. ε πεξηπηψζεηο κε-ξχζκηζεο ηνπ ph νη ηηκέο ηνπ κπνξεί λα αλέιζνπλ αθφκα θαη ζην 11 κε αλάινγεο επηπηψζεηο ζηελ θαιιηέξγεηα. Έλαο ηξφπνο ξχζκηζεο ηνπ ph είλαη ε παξνρέηεπζε CO 2 πνπ δεζκεχεη ηφληα OH γηα ηελ παξαγσγή HCO 3, ελψ επίζεο κπνξεί λα γίλεη κε δηάθνξα νμέα (αλφξγαλα ή θαη νξγαληθά) (Grobbelaar, 2004). Οξηζκέλα κηθξνθχθε, φπσο αλαθέξζεθε θαη λσξίηεξα, κπνξνχλ λα αμηνπνηήζνπλ θαη νξγαληθφ άλζξαθα σο πεγή άλζξαθα. Σα κηθξνθχθε έρνπλ ηελ ηθαλφηεηα λα αλαπηχζζνληαη αμηνπνηψληαο δηάθνξεο νξγαληθέο νπζίεο ηηο νπνίεο απνξξνθνχλ κε ζπγθεθξηκέλνπο κεραληζκνχο αλάινγα κε ηελ νξγαληθή νπζία. Γηα παξάδεηγκα ε απνξξφθεζε γιπθφδεο γίλεηαη κεηά απφ θσζθνξπιίσζε, ε γιπθεξφιε κε απιή δηάρπζε εληφο ησλ θπηηάξσλ θαη ηα νξγαληθά νμέα κε ηε ρξήζε κεηαθνξηθψλ πξσηετλψλ ησλ κεκβξαλψλ (Perez-Garcia, et al., 2011) Άδσην 19

12 Σν άδσην είλαη έλα απφ ηα βαζηθφηεξα ζξεπηηθά ζηνηρεία γηαηί ζπκκεηέρεη ζε αξθεηά ζεκαληηθά βηνρεκηθά καθξνκφξηα (πξσηεΐλεο, DNA, RNA θιπ) θαη ε παξνρή ηνπ είλαη δσηηθήο ζεκαζίαο γηα ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ. Ζ πεξηεθηηθφηεηα ηνπ αδψηνπ ζηελ βηνκάδα ησλ κηθξνθπθψλ, εηδηθά ζε εθείλα πνπ πεξηέρνπλ κεγάιεο πνζφηεηεο πξσηετλψλ, κπνξεί λα αλέιζεη αθφκα θαη ζην 10%. Σν άδσην κπνξεί λα πξνζιεθζεί απφ δηάθνξεο κνξθέο φπσο ακκσληαθφ άδσην, ληηξηθφ θαη ιηγφηεξν απφ ηε ληηξψδε κνξθή. Δπίζεο νξηζκέλα είδε κηθξνθπθψλ (φπσο ηα θπαλνβαθηήξηα Nostoc, Oscillatoria, Anabaena θιπ) κπνξνχλ λα δεζκεχζνπλ κνξηαθφ άδσην απφ ηελ αηκφζθαηξα. Όηαλ ην άδσην είλαη ζε κνξηαθή κνξθή δηαρέεηαη θαηεπζείαλ εληφο ησλ θπηηάξσλ δηαπεξλψληαο ηηο κεκβξάλεο. Σα κηθξνθχθε γεληθά πξνηηκνχλ ηελ πξφζιεςε αδψηνπ ππφ ακκσληαθή κνξθή γηαηί δελ ρξεηάδνληαη λα μνδέςνπλ ελέξγεηα φπσο ρξεηάδεηαη γηα ηα ληηξηθά ηα νπνία πξέπεη πξψηα λα αλαρζνχλ ζε ακκσληαθή κνξθή (Boussiba and Gibson, 1991, Grobbelaar, 2004). Παξφια απηά ε παξνρή ληηξηθψλ αιάησλ έρεη δείμεη φηη έρεη θαιχηεξα απνηειέζκαηα ζηελ παξαγσγή βηνκάδαο (Costa, et al., 2001). Δπηπιένλ, κεγάιεο ζπγθεληξψζεηο ακκσλίαο ζηα ππνζηξψκαηα αλάπηπμεο δξνπλ ηνμηθά θαη αλαζηέιινπλ ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ (Azov and Goldman, 1982). Γηα ηελ κείσζε ηνπ θφζηνπο παξαγσγήο ρξεζηκνπνηψληαο ληηξηθά άιαηα, αξθεηνί εξεπλεηέο πξνζπάζεζαλ λα ηα αληηθαηαζηήζνπλ κε θηελφηεξα πιηθά. Απηφ πνπ δείρλεη λα έρεη ελδηαθέξνλ γηα ηελ παξαγσγή κηθξνθπθψλ ζε κεγάιε θιίκαθα είλαη ε ρξήζε νπξίαο (CH 4 N 2 O). ηελ νπξία ην άδσην είλαη ζε νξγαληθή κνξθή θαη πδξνιχεηαη πξνο ακκψλην. Ζ νπξία πέξα απφ πεγή αδψηνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί επίζεο θαη σο πεγή άλζξαθα. Έλα απφ ηα κεηνλεθηήκαηα ηεο ρξήζεο νπξίαο είλαη φηη ην παξαγφκελν ακκψλην, εηδηθά ζε αιθαιηθά ππνζηξψκαηα αλάπηπμεο δηαθεχγεη θαη ράλεηαη ζηελ αηκφζθαηξα (Danesi, et al., 2002, Hsieh and Wu, 2009, Matsudo, et al., 2009) Φώζθνξνο Οπζηαζηηθήο ζεκαζίαο ζξεπηηθφ ζηνηρείν γηα ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ είλαη θαη ν θψζθνξνο, ν νπνίνο ζπκκεηέρεη σο ζηνηρείν ζε δηάθνξα καθξνκφξηα, φπσο θσζθνιηπίδηα, αδελνζηλνηξηθσζθνξηθφ νμχ (ATP) θ.α. Σα κηθξνθχθε πεξηέρνπλ ιηγφηεξν απφ 1% θψζθνξν ζηε βηνκάδα ηνπο, παξφια απηά ν θψζθνξνο πνιχ ζπρλά είλαη ν πεξηνξηζηηθφο παξάγνληαο αλάπηπμεο, εηδηθφηεξα ζε θπζηθά πεξηβάιινληα (πρ ιίκλεο). Ο θψζθνξνο πξνζιακβάλεηαη απφ ηα κηθξνθχθε σο νξζνθσζθνξηθή ξίδα (PO 4 3 ). Ζ δηαιπηφηεηα ηνπ θσζθφξνπ επεξεάδεηαη πνιχ ηζρπξά απφ ηελ παξνπζία ηφλησλ (πρ Mg 2+, Fe 3+, Al 3+ ) κε πνην ζεκαληηθφ ην ηφλ ηνπ αζβεζηίνπ (Ca 2+ ) κε ην νπνίν ζρεκαηίδεη ην ζρεδφλ αδηάιπην πδξνμπαπαηίηε (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ). Γηα ηελ δηάιπζε ηνπ θσζθφξνπ απφ ηελ κνξθή απηή απαηηνχληαη δηάθνξεο κηθξνβηαθέο δξαζηεξηφηεηεο. Όηαλ ν θψζθνξνο είλαη ζε νξγαληθή κνξθή ηφηε ηα κηθξνθχθε εθθξίλνπλ θσζθαηάζεο θαη κε απηφ ηνλ ηξφπν ν νξγαληθφο θψζθνξνο κεηαηξέπεηαη ζε νξζνθσζθνξηθφ θψζθνξν. Ζ θσζθαηάζεο εθθξίλνληαη ζε κεγαιχηεξν βαζκφ φηαλ ν νξζνθσζθνξηθφο θψζθνξνο είλαη ζε πνιχ ρακειέο ζπγθεληξψζεηο. (Oliver and Ganf, 2000, Stal, 2012). Όηαλ ε ζπγθέληξσζε θσζθφξνπ ζην πεξηβάιινλ είλαη ρακειή ηφηε ηα κηθξνθχθε ηνλ απνζεθεχνπλ ζε κεγαιχηεξεο πνζφηεηεο απφ απηέο πνπ ρξεηάδνληαη άκεζα. Ζ απνζήθεπζε ηνπ θσζθφξνπ γίλεηαη ππφ κνξθή πνιπθσζθνξηθψλ θφθθσλ θαη κπνξεί λα θαιχςεη ηηο αλάγθεο δχν ή αθφκα θαη ηξηψλ θχθισλ δηαίξεζεο (γεληέο) (Oliver, et al., 2012, Powell, et al., 2011) Αιαηόηεηα Τπάξρνπλ ήδε κηθξνθπθψλ, φπσο γηα παξάδεηγκα ε Dunaliella salina πνπ αλαπηχζζνληαη θαιχηεξα ζε αικπξά ή πθάικπξα λεξά πξνυπνζέηνληαο ζρεηηθά κεγάιεο ζπγθεληξψζεηο αιάησλ. Άιια κηθξνθχθε φπσο γηα παξάδεηγκα ην Chlorella, Arthrospira, (1), 8,

13 Porphyridium θιπ είλαη απιψο αλεθηηθά σο αλζεθηηθά ζε κεγάιεο ζπγθεληξψζεηο αιάησλ, παξφιν πνπ δελ ηηο πξνυπνζέηνπλ. Πνιιά είδε δελ αλαπηχζζνληαη ζε ππνζηξψκαηα κε αιαηφηεηα πεξηζζφηεξε απφ 4 g l -1. Γηα ηα είδε πνπ έρνπλ αλζεθηηθφηεηα ζηελ αιαηφηεηα, απηή βξέζεθε φηη πξέπεη λα θπκαίλεηαη κεηαμχ 20 θαη 24 g l -1, αλ θαη θάζε είδνο έρεη ηελ δηθηά ηνπ βέιηηζηε ηηκή. Ζ απμεκέλε αιαηφηεηα επεξεάδεη αξλεηηθά ηελ αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ επηδξψληαο άκεζα ζην ζχζηεκα ηεο θσηνζχλζεζεο (θσηνζχζηεκα ΗΗ) (Barsanti and Gualtiery, 2006, Bilanovic, et al., 2009, Richmond, 2004) ph Σα πεξηζζφηεξα κηθξνθχθε αλαπηχζζνληαη ζε πεξηβάιινληα κε ph πνπ θπκαίλεηαη κεηαμχ 7 θαη 9. Παξφια απηά ππάξρνπλ είδε πνπ είλαη νμχθηια (φπσο ην Chlamydomonas acidophila) αιιά θαη αιθαιφθηια (φπσο ην Arthrospira). Απφηνκε αιιαγή ζην ph κπνξεί λα έρεη θαηαζηξνθηθέο επηπηψζεηο ζηελ θαιιηέξγεηα. Όπσο αλαθέξζεθε θαη πξηλ, θαηά ηελ θσηνζχλζεζε ην ph ηεο θαιιηέξγεηαο έρεη ηελ ηάζε λα απμάλεηαη. Αλ ην ph απμεζεί πάλσ απφ κηα ηηκή ηφηε επέξρεηαη θπηηαξφιπζε. Σν αληίζεην ζπκβαίλεη φηαλ ρξεζηκνπνηείηαη ακκσλία σο πεγή αδψηνπ, φπνπ θαηά ηελ πξφζιεςή ηεο απφ ηα κηθξνθχθε παξάγνληαη ηφληα Ζ +, σζψληαο ην ph λα κεησζεί. Μεγάιεο ηηκέο ηνπ ph επλννχλ ηελ ζηεξενπνίεζε θαη θαζίδεζε ηνπ θσζθφξνπ κε αλάινγεο επηπηψζεηο ζηελ θαιή αλάπηπμε ησλ κηθξνθπθψλ (Borowitzka, 1998, Richmond, 2004). 3.5 πγθνκηδή Ζ ζπγθνκηδή ησλ κηθξνθπθψλ είλαη έλα πεδίν κε κεγάια πεξηζψξηα έξεπλαο, δεδνκέλνπ φηη νη κέζνδνη ζπγθνκηδήο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη κέρξη ηψξα είλαη είηε αλαπνηειεζκαηηθέο είλαη ελεξεγεηνβφξεο. Σν θφζηνο ηεο ζπγθνκηδήο κπνξεί λα αλέιζεη ζην 20-30% ηνπ ζπλνιηθνχ θφζηνπο παξαγσγήο ηεο βηνκάδαο (Molina Grima, et al., 2003). Ζ κέζνδνη ζπγθνκηδήο πνπ έρνπλ αλαπηπρζεί κέρξη ζηηγκήο βαζίδνληαη ζε ρεκηθέο, θπζηθέο, βηνινγηθέο θαη ειεθηξηθέο ηδηφηεηεο ησλ κηθξνθπθψλ. Γηα ηελ ζπγθνκηδή ηεο βηνκάδαο ρξεζηκνπνηνχληαη νη εμήο ζεκαληηθφηεξεο κέζνδνη: α) θηιηξάξηζκα β) θπγνθέληξηζε γ) ζπζζσκάησζε-θξνθίδσζε θαη δ) επίπιεπζε (flocculation). Σν θηιηξάξηζκα ζε ζχγθξηζε κε ηηο άιιεο κεζφδνπο είλαη ε πην αληαγσληζηηθή κέζνδνο ζπγθνκηδήο κηθξνθπθψλ. Τπάξρνπλ δηάθνξνη ηχπνη θηιηξαξίζκαηνο, φπσο ην θηιηξάξηζκα εθαπηφκελεο ξνήο (TFF, tangential flow filtration), δηαζηαπξνχκελεο ξνήο (cross-flow filtration), θηιηξάξηζκα κε ηχκπαλν, θηιηξάξηζκα κέζσ ιεπηφθνθθσλ πιηθψλ φπσο άκκνο ή ηιχο θαη θηιηξάξηζκα ππφ πίεζε ή ππφ θελφ Απφ ηηο παξαπάλσ κεζφδνπο θιηηαξίζκαηνο, ε θαζεκηά πξνζηδηάδεη ζηα ραξαθηεξηζηηθά κηθξνθχθνπο πνπ πξφθεηηαη λα ζπγθνκηζηεί. Δπεηδή νη δηαζηάζεηο ησλ κηθξνθπθψλ πνηθίινπλ έληνλα, είλαη δχζθνιε ε εχξεζε κηαο θαζνιηθήο κεζφδνπ ζπγθνκηδήο πνπ λα έρεη ηθαλνπνηεηηθά απνηειέζκαηα ζε φια ηα είδε κηθξνθπθψλ. Σν θπξηφηεξν κεηνλέθηεκα ηνπ θηιηξαξίζκαηνο γηα ηελ ζπγθνκηδή ηεο βηνκάδαο είλαη ε έκθξαμε ησλ πφξσλ ηνπ κέζνπ θηιηξαξίζκαηνο, ην νπνίν κπνξεί λα αληηκεησπηζηεί κε αλάπνδεο πιχζεηο ησλ θίιηξσλ (Christenson and Sims, 2011, Molina Grima, et al., 2003, Salim, et al., 2010, Uduman, et al., 2010). Ζ θπγνθέληξηζε ζαλ κέζνδνο ζπγθνκηδήο έρεη εμεηαζηεί αξθεηά θαη έρεη απνδεηρζεί φηη έρεη θαιχηεξα απνηειέζκαηα ζε ζχγθξηζε κε άιιεο κεζφδνπο. Πξνηηκάηαη ζαλ κέζνδνο φηαλ είλαη λα ζπγθνκηζηεί βηνκάδα κηθξνθπθψλ κε κεγάιε πξνζηηζέκελε αμία γηαηί ζαλ κέζνδνο είλαη ελεξγεηνβφξνο θαη πξνζζέηεη κεγάια θφζηε ζην ηειηθφ πξντφλ (Christenson and Sims, 2011, Molina Grima, et al., 2003). Ζ κέζνδνο ζπγθνκηδήο κε ζπζζσκάησζε βαζίδεηαη ζην γεγνλφο φηη ηα θχηηαξα ησλ κηθξνθπθψλ είλαη ειεθηξηθά αξλεηηθψο θνξηηζκέλα εκπνδίδνληαο έηζη ηελ ζπλάζξνηζή ηνπο θαη ηελ δεκηνπξγία ζπζζσκαησκάησλ. Οπδεηεξνπνηψληαο ην ειεθηξηθφ 21

14 θνξηίν είλαη δπλαηφ λα δεκηνπξγεζεί ζπζζσκάησκα πνπ θαζηδάλεη ζην θάησ κέξνο ηνπ πεξηέθηε ηνπο. Γηα ηελ νπδεηεξνπνίεζε ησλ ειεθηξηθψλ θνξηίσλ ρξεζηκνπνηνχληαη δηάθνξεο ρεκηθέο νπζίεο φπσο κεηαιιηθά άιαηα ((Fe 2 (SO 4 ) 3 ), FeCl 3 θιπ) δηάθνξα πνιπκεξή (ρηηνζίλε, θαηηνληθφ άκπιν θιπ) ή θαη ρξήζε ρεκηθψλ νπζηψλ γηα ηελ αχμεζε ηεο ηηκήο ηνπ ph ηεο θαιιηέξγεηαο (NaOH, Ca(OH) 2 ). Ζ ρξήζε κεηαιιηθψλ αιάησλ κπνξεί λα είλαη αλεπηζχκεηε φηαλ ηα κηθξνθχθε θαιιηεξγνχληαη θαη πξννξίδνληαη γηα δηάθνξεο ρξήζεηο φπνπ ε βηνκάδα ζα πξέπεη λα έρεη θάπνηα ζπγθεθξηκέλα ραξαθηεξηζηηθά θαη λα είλαη απαιιαγκέλε απφ ηα δηάθνξα κέηαιια (Papazi, et al., 2010, Salim, et al., 2010, Vandamme, et al., 2012, Vandamme, et al., 2010). 4. Βησζηκόηεηα θαη αεηθνξεία Σα ζπζηήκαηα θαιιηέξγεηαο κηθξνθπθψλ φπσο πεξηγξάθεθαλ παξαπάλσ, είλαη πνιχπινθα θαη ην θφζηνο παξαγσγήο βηνκάδαο είλαη κεγάιν. Σα θπξηφηεξα ππνζπζηήκαηα πνπ ζπκβάινπλ ηδηαίηεξα ζην απμεκέλν θφζηνο παξαγσγήο είλαη: 1) ζχζηεκα θσηηζκνχ, 2) αλάδεπζε, 3) ζπγθνκηδή θαη 4) ε ρξήζε ζξεπηηθψλ ζηνηρείσλ. ε γεληθέο γξακκέο νη αλνηρηέο δεμακελέο, νη νπνίεο είλαη νη πην ζπρλά ρξεζηκνπνηνχκελεο γηα θαιιηέξγεηα κηθξνθπθψλ ζε κεγάιε θιίκαθα είλαη θαη απηέο πνπ έρνπλ ιηγφηεξν θφζηνο εγθαηάζηαζεο θαη ιεηηνπξγίαο (Norsker, et al., 2011). Μέρξη ζηηγκήο ζε κεγάιε θιίκαθα ηα κηθξνθχθε θαιιηεξγνχληαη γηα ηελ παξαγσγή πξντφλησλ κεγάιεο αμίαο φπσο γηα παξάδεηγκα ηα κηθξνθχθε Arthrospira (Spirulina), Chlorella, Dunaliella θηι γηα ηελ παξαγσγή ζπκπιεξσκάησλ δηαηξνθήο, πξντφλησλ θνζκεηνινγίαο θ.α. (Πίλαθαο 2). Ζ θαιιηέξγεηα ησλ κηθξνθπθψλ γηα παξαγσγή βηνελέξγεηαο κέρξη ζηηγκήο θξίλεηαη νηθνλνκηθά αζχκθνξε αιιά θαη κε αεηθφξα. Γηάθνξεο κειέηεο βαζηζκέλεο ζηε κεζνδνινγία ηεο Αλάιπζεο Κχθινπ Εσήο (Life cycle analysis-lca) θαη Κφζηνο Κχθινπ Εσήο (Life cycle cost-lcc) δείρλνπλ φηη κε ηελ παξνχζα ηερλνινγία νη εηζξνέο ελέξγεηαο είλαη κεγαιχηεξεο απφ ηηο εθξνέο, πνπ ζεκαίλεη φηη ην ελεξγεηαθφ ηζνδχγην είλαη αξλεηηθφ. Οη αλνηρηέο δεμακελέο ππνινγίδεηαη φηη έρνπλ 32% ιηγφηεξεο ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο γηα ηελ θαηαζθεπή θαη ιεηηνπξγία ηνπο. Δπίζεο ιηγφηεξν θαιχηεξα απνηειέζκαηα έδσζαλ είδε κηθξνθπθψλ πνπ αλαπηχζζνληαη ζε πθάικπξα σο αικπξά λεξά ζε ζρέζε κε απηά πνπ αλαπηχζζνληαη ζε γιπθά λεξά. Παξφια απηά φιεο νη κειέηεο LCA θαηαιήγνπλ ζην ζπκπέξαζκα φηη ην ηζνδχγην κπνξεί λα βειηησζεί κε ηελ ρξήζε απνβιήησλ γηα ηελ θάιπςε ησλ αλαγθψλ αλάπηπμεο ηεο βηνκάδαο (Clarens, et al., 2010, Razon and Tan, 2011, Resurreccion, et al., 2012, Soratana and Landis, 2011). Πίλαθαο 1 Παγθφζκηα παξαγσγή πξντφλησλ απφ κηθξνθχθε (Πεγή: Brennan and Owende (2010)) Μηθξνθύθνο Arthrospira (Spirulina) Δηήζηα παξαγσγή 3000 ηφλνη μεξνχ βάξνπο Chlorella 2000 ηφλνη μεξνχ βάξνπο Παξαγσγόο ρώξα Κίλα, Ηλδία, ΖΠΑ, Μηαλκάξε, Ηαπσλία Σατβάλ, Γεξκαλία, Ηαπσλία Υξήζε Σηκή ( ) Γηαηξνθή Κνζκεηνινγία Φπθν-πξσηεΐλεο Γηαηξνθή Κνζκεηνινγία Ηρζπνθαιιηέξγεηα 36 kg mg kg l -1 (1), 8,

15 Dunaliella 1200 ηφλνη μεξνχ βάξνπο Aphanizomenon flos-aquae 500 ηφλνη μεξνχ βάξνπο Απζηξαιία, Ηζξαήι, ΖΠΑ, Ηαπσλία ΖΠΑ Γηαηξνθή Κνζκεηνινγία Β-θαξνηίλε kg -1 Γηαηξνθή Haematococcus 300 ηφλνη μεξνχ βάξνπο Ηζξαήι, Ηλδία ΖΠΑ, Ηρζπνθαιιηέξγεηα Αζηαμαλζίλε 50 l -1 Crypthecodinium 240 ηφλνη μεξνχ βάξνπο ΖΠΑ Ληπαξά νμέα (DHA) 43 g -1 Schizochytrium 10 ηφλνη μεξνχ βάξνπο ΖΠΑ Ληπαξά νμέα (DHA) 43 g -1 Βηβιηνγξαθία 1. Abeliovich A. (2007) "Water pollution and bioremediation by microalgae: Water purification. Algae in wastewater oxidation ponds". In: eds. Handbook of Microalgal Culture, p Abreu A. P., Fernandes B., Vicente A. A., Teixeira J. and Dragone G. (2012) "Mixotrophic cultivation of Chlorella vulgaris using industrial dairy waste as organic carbon source". Bioresource Technology, 118): Amin S. (2009) "Review on biofuel oil and gas production processes from microalgae". Energy Conversion and Management, 50(7): Andersen R. A. (1996) "Algae". In: J. C. Hunter-Cevera and C. A. Belt eds. Maintaining Cultures for Biotechnology and Industry, London, UK, p Andrade M. R. and Costa J. A. V. (2007) "Mixotrophic cultivation of microalga Spirulina platensis using molasses as organic substrate". Aquaculture, 264(1-4): Anonymous (1994) "World reserves growing faster than production". Gas World International, 199(4907): Anonymous (1999) "Resurgent Oil Demand, OPEC Cohesion Set Stage for Optimistic Outlook for Oil Industry at the Turn of the Century". Oil Gas Journal, 97(42): Azov Y. and Goldman J. C. (1982) "Free ammonia inhibition of algal photosynthesis in intensive cultures". Applied and Environmental Microbiology, 43(4): Badger M. R. and Price G. D. (2003) "CO 2 concentrating mechanisms in cyanobacteria: molecular components, their diversity and evolution". Journal of Experimental Botany, 54): Barclay W. R., Terry K. L., Nagle N. J., Weissman J. C. and Goebel R. P. (1987) "Potential of New Strains of Marine and Inland Saline-Adapted Microalgae for Aquaculture". Journal of the World Aquaculture Society, 18(4): Barsanti L. and Gualtiery P. (2006) "Algae: Anatomy, biochemistry and biotechnology". New York, CRC Taylor & Francis 12. Becker E. W. (1994) "Microalgae: Biotechnology and Microbiology". Cambrigde, Cambridge Univesrity Press 13. Bilanovic D., Andargatchew A., Kroeger T. and Shelef G. (2009) "Freshwater and marine microalgae sequestering of CO 2 at different C and N concentrations 23

16 Response surface methodology analysis". Energy Conversion and Management, 50(2): Blier R., Laliberté G. and de la Noüe J. (1995) "Tertiary treatment of cheese factory anaerobic effluent with Phormidium bohneri and Micractinum pusillum". Bioresource Technology, 52(2): Bongiorni L. M. and Pietra F. (1996) "Marine natural products for industrial applications". Chemistry and Industry, 2): Borowitzka M. (1998) "Limits to growth". In: Y. S. Wong and N. F. Y. Tam eds. Wastewater treatment with algae, p Borowitzka M. A. (1999) "Commercial production of microalgae: ponds, tanks, tubes and fermenters". Journal of Biotechnology, 70(1 3): Boussiba S. and Gibson J. (1991) "Ammonia translocation in cyanobacteria". FEMS Microbiology Letters, 88(1): Brányiková I., Maršálková B., Doucha J., Brányik T., Bišová K., Zachleder V. and Vítová M. (2011) "Microalgae novel highly efficient starch producers". Biotechnology and Bioengineering, 108(4): Brennan L. and Owende P. (2010) "Biofuels from microalgae-a review of technologies for production, processing, and extractions of biofuels and coproducts". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(2): Brennan L. and Owende P. (2013) "Biofuels from microalgae: Towards meeting advanced fuel standards". In: J. W. Lee eds. Advanced biofuels and bioproducts, p Brock T. D. (1967) "Life at high temperatures". Science, 158): Bunt J. S. and Wood E. J. C. (1963) "Microbiology and Antarctic sea ice". Nature, 199): Cairns J. (1998) "Malthus, exemptionism and the risk/uncertainty paradox". Hydrobiologia, 384): Cañizares R. O. and Domínguez A. R. (1993) "Growth of Spirulina maxima on swine waste". Bioresource Technology, 45(1): Cañizares R. O., Rivas L., Montes C., Domínguez A. R., Travieso L. and Benitez F. (1994) "Aerated swine-wastewater treatment with K-carrageenan-immobilized Spirulina maxima". Bioresource Technology, 47(1): Carvalho A., Monteiro C. and Malcata F. (2009) "Simultaneous effect of irradiance and temperature on biochemical composition of the microalga Pavlova lutheri". Journal of Applied Phycology, 21(5): Carvalho A., Silva S., Baptista J. and Malcata F. (2011) "Light requirements in microalgal photobioreactors: an overview of biophotonic aspects". Applied Microbiology and Biotechnology, 89(5): Carvalho A. P., Meireles L. A. and Malcata F. X. (2006) "Microalgal reactors: A review of enclosed system designs and performances". Biotechnology Progress, 22(6): Chaumont D. (1993) "Biotechnology of algal biomass production: a review of systems for outdoor mass culture". Journal of Applied Phycology, 5(6): Chen C.-Y., Yeh K.-L., Aisyah R., Lee D.-J. and Chang J.-S. (2011) "Cultivation, photobioreactor design and harvesting of microalgae for biodiesel production: A critical review". Bioresource Technology, 102(1): Chen F. (1996) "High cell density culture of microalgae in heterotrophic growth". Trends in Biotechnology, 14(11): Chisti Y. (2007) "Biodiesel from microalgae". Biotechnology Advances, 25(3): (1), 8,

17 34. Chisti Y. and Moo-Young M. (2002) "Bioreactors". In: R. A. Meyers eds. Encyclopedia of Physical Science and Technology, San Diego, p Chojnacka K. and Marquez-Rocha F. J. (2004) "Kinetic and stoichiometric relationships of the energy and carbon metabolism in the culture of microalgae". Biotechnology Advances, 3): Chojnacka K. and Zielińska A. (2011) "Evaluation of growth yield of Spirulina (Arthrospira) sp. in photoautotrophic, heterotrophic and mixotrophic cultures". World Journal of Microbiology and Biotechnology): Christenson L. and Sims R. (2011) "Production and harvesting of microalgae for wastewater treatment, biofuels, and bioproducts". Biotechnology Advances, 29(6): Clarens A. F., Resurreccion E. P., White M. A. and Colosi L. M. (2010) "Environmental life cycle comparison of algae to other bioenergy feedstocks". Environmental Science & Technology, 44(5): Costa J. A. V., Cozza K. L., Oliveira L. and Magagnin G. (2001) "Different nitrogen sources and growth responses of Spirulina platensis in microenvironments". World Journal of Microbiology and Biotechnology, 17(5): Danesi E. D. G., de O. Rangel-Yagui C., de Carvalho J. C. M. and Sato S. (2002) "An investigation of effect of replacing nitrate by urea in the growth and production of chlorophyll by Spirulina platensis". Biomass and Bioenergy, 23(4): Darley W. M. (1982) "Algal biology: A physical approach". In: J. F. Wilkinson eds. Basic microbiology, London, p Day J. G., Slocombe S. P. and Stanley M. S. (2011) "Overcoming biological constraints to enable the exploitation of microalgae for biofuels". Bioresource Technology): 43. de la Noüe J. and Bassères A. (1989) "Biotreatment of anaerobically digested swine manure with microalgae". Biological Wastes, 29(1): de la Noüe J., Laliberté G. and Proulx D. (1992) "Algae and waste water". Journal of Applied Phycology, 4(3): De Pauw N. and Persoone G. (1988) "Micro-algae for aquaculture". In: M. A. Borowitzka and L. J. Borowitzka eds. Micro-Algal Biotechnology, Cambridge, p Demirbas A. (2010) "Use of algae as biofuel sources". Energy Conversion and Management, 51(12): Doucha J., Straka F. and Lívanský K. (2005) "Utilization of flue gas for cultivation of microalgae (Chlorella sp.) in an outdoor open thin-layer photobioreactor". Journal of Applied Phycology, 17(5): Dubinsky Z., Berner T. and Aaronson S. (1978) "Potential of large-scale algal culture for biomass and lipid production in arid lands". 49. Eriksen N. (2008) "The technology of microalgal culturing". Biotechnology Letters, 30(9): Falkowski P. G. (1980) "Primary Productivity in the Sea". New York, Plenum Press 51. Fernandes B., Dragone G., Teixeira J. and Vicente A. (2010) "Light regime characterization in an airlift photobioreactor for production of microalgae with high starch content". Applied Biochemistry and Biotechnology, 161(1): Ferreira L. S., Rodrigues M. S., Converti A., Sato S. and Carvalho J. C. M. (2012) "Arthrospira (Spirulina) platensis cultivation in tubular photobioreactor: Use of nocost CO 2 from ethanol fermentation". Applied Energy, 92(0):

18 53. Gao C., Zhai Y., Ding Y. and Wu Q. (2010) "Application of sweet sorghum for biodiesel production by heterotrophic microalga Chlorella protothecoides". Applied Energy, 87(3): Giordano M., Beardall J. and Raven J. (2005) "CO2 concentrating mechanisms in algae: mechanisms, environmental modulation, and evolution". Annual Review of Plant Biology, 56): González C., Marciniak J., Villaverde S., León C., García P. A. and Muñoz R. (2008) "Efficient nutrient removal from swine manure in a tubular biofilm photobioreactor using algae-bacteria consortia". Water Science and Technology, 58(1): Greep R. O. (1998) "Whither the global population problem". Biochemical Pharmacology, 55(4): Grewe C. B. and Pulz O. (2012) "The Biotechnology of Cyanobacteria". In: B. A. Whitton eds. Ecology of Cyanobacteria II, p Grobbelaar J. U. (2004) "Algal niutrition. Mineral nutrition". In: A. Richmond eds. Handbook of microalgal culture: Biotechnology and applied phycology, Oxford, p Guedes A. C. and Malcata F. X. (2012) "Nutritional Value and Uses of Microalgae in Aquaculture". In: Z. Muchlisin eds. Aquaculture, p. 60. Harun R., Jason W. S. Y., Cherrington T. and Danquah M. K. (2010) "Microalgal biomass as a cellulosic fermentation feedstock for, bioethanol production". Renewable and Sustainable Energy Reviews, In Press, Uncorrected Proof): 61. Harun R., Singh M., Forde G. M. and Danquah M. K. (2010) "Bioprocess engineering of microalgae to produce a variety of consumer products". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(3): Heredia-Arroyo T., Wei W., Ruan R. and Hu B. (2011) "Mixotrophic cultivation of Chlorella vulgaris and its potential application for the oil accumulation from nonsugar materials". Biomass and Bioenergy, 35(5): Hodaifa G., Martínez M. E. and Sánchez S. (2008) "Use of industrial wastewater from olive-oil extraction for biomass production of Scenedesmus obliquus". Bioresource Technology, 99(5): Hsieh C.-H. and Wu W.-T. (2009) "Cultivation of microalgae for oil production with a cultivation strategy of urea limitation". Bioresource Technology, 100(17): Isichei A. O. (1990) "The role of algae and cyanobacteria in arid lands. A review". Arid Soil Research and Rehabilitation, 4(1): Jassby A. (1988) "Spirulina: a model of microalgae as human food". In: C. Lembi and J. R. Waaland eds. Algae and Human Affairs, Cambridge, p Jensen S. and Knutsen G. (1993) "Influence of light and temperature on photoinhibition of photosynthesis Spirulina platensis". Journal of Applied Phycology, 5(5): Jorquera O., Kiperstok A., Sales E. A., Embiruçu M. and Ghirardi M. L. (2010) "Comparative energy life-cycle analyses of microalgal biomass production in open ponds and photobioreactors". Bioresource Technology, 101(4): Kay R. A. and Barton L. L. (1991) "Microalgae as food and supplement". Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 30(6): Klatzmann J. (1996) "Overpopulation, threat or myth?". Comptes Rendus de l' Academie d'agriculture de France, 82): Kreeger K. Y. (1996) "Industry investors show increased interest in denizens of the deep". The Scientist, 10): 8-9 (1), 8,

19 72. Kruse O. and Hankamer B. (2010) "Microalgal hydrogen production". Current Opinion in Biotechnology, 21(3): Kuhad R. C., Singh A., Tripathi K. K., Saxena R. K. and Eriksson K.-E. L. (1997) "Microorganisms as an Alternative Source of Protein". Nutrition Reviews, 55(3): Lam M. K. and Lee K. T. (2012) "Microalgae biofuels: A critical review of issues, problems and the way forward". Biotechnology Advances, 30(3): Lehr F. and Posten C. (2009) "Closed photo-bioreactors as tools for biofuel production". Current Opinion in Biotechnology, 20(3): Lincoln E. P., Wilkie A. C. and French B. T. (1996) "Cyanobacterial process for renovating dairy wastewater". Biomass and Bioenergy, 10(1): Mahadevaswamy M. and Venkataraman L. V. (1986) "Bioconversion of poultry droppings for biogas and algal production". Agricultural Wastes, 18(2): Markou G., Chatzipavlidis I. and Georgakakis D. (2012) "Cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis in olive-oil mill wastewater treated with sodium hypochlorite". Bioresource Technology, 112(0): Markou G. and Georgakakis D. (2011) "Cultivation of filamentous cyanobacteria (blue-green algae) in agro-industrial wastes and wastewaters: A review". Applied Energy, 88(10): Martin C., de la Noüe J. and Picard G. (1985) "Intensive cultivation of freshwater microalgae on aerated pig manure". Biomass, 7(4): Mata T. M., Martins A. A. and Caetano N. S. (2010) "Microalgae for biodiesel production and other applications: A review". Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(1): Matsudo M. C., Bezerra R. P., Sato S., Perego P., Converti A. and Carvalho J. C. M. (2009) "Repeated fed-batch cultivation of Arthrospira (Spirulina) platensis using urea as nitrogen source". Biochemical Engineering Journal, 43(1): Metting F. B. (1996) "Biodiversity and application of microalgae". Journal of Industrial Microbiology, 17(5): Mitsui A. (1980) "Biosaline Research: The Use of Photosynthetic Marine Organisms in Food and Feed Production". In: A. Hollaender, J. C. Aller, E. Epstein, A. San Pietro and O. R. Zaborsky eds. The Biosaline Concept, New York, p Molina E., Fernández J., Acién F. G. and Chisti Y. (2001) "Tubular photobioreactor design for algal cultures". Journal of Biotechnology, 92(2): Molina Grima E., Belarbi E. H., Acién Fernández F. G., Robles Medina A. and Chisti Y. (2003) "Recovery of microalgal biomass and metabolites: process options and economics". Biotechnology Advances, 20(7-8): Molina Grima E., Fernández F. G. A., Garc a Camacho F. and Chisti Y. (1999) "Photobioreactors: light regime, mass transfer, and scaleup". Journal of Biotechnology, 70(1 3): Mulbry W., Kondrad S., Pizarro C. and Kebede-Westhead E. (2008) "Treatment of dairy manure effluent using freshwater algae: Algal productivity and recovery of manure nutrients using pilot-scale algal turf scrubbers". Bioresource Technology, 99(17): Mulbry W. W. and Wilkie A. C. (2001) "Growth of benthic freshwater algae on dairy manures". Journal of Applied Phycology, 13(4): Norsker N.-H., Barbosa M. J., Vermuë M. H. and Wijffels R. H. (2011) "Microalgal production A close look at the economics". Biotechnology Advances, 29(1):

20 91. Oliver R. L. and Ganf G. G. (2000) "Freshwaters blooms". In: B. A. Whitton and M. Potts eds. The ecology of cyanobacteria: their diversity in time and space, New York, p Oliver R. L., Hamilton D. P., Brookes J. D. and Ganf G. G. (2012) "Physiology, Blooms and Prediction of Planktonic Cyanobacteria". In: B. A. Whitton eds. Ecology of Cyanobacteria II, p Oswald W. J. (2003) "My sixty years in applied algology". Journal of Applied Phycology, 15(2): Papazi A., Makridis P. and Divanach P. (2010) "Harvesting Chlorella minutissima using cell coagulants". Journal of Applied Phycology, 22(3): Perez-Garcia O., Escalante F. M. E., de-bashan L. E. and Bashan Y. (2011) "Heterotrophic cultures of microalgae: Metabolism and potential products". Water Research, 45(1): Pittman J. K., Dean A. P. and Osundeko O. (2011) "The potential of sustainable algal biofuel production using wastewater resources". Bioresource Technology, 102(1): Posten C. and Schaub G. (2009) "Microalgae and terrestrial biomass as source for fuels--a process view". Journal of Biotechnology, 142(1): Powell N., Shilton A., Pratt S. and Chisti Y. (2011) "Luxury uptake of phosphorus by microalgae in full-scale waste stabilisation ponds". Water Science and Technology, 63(4): Pulz O. and Gross W. (2004) "Valuable products from biotechnology of microalgae". Applied Microbiology and Biotechnology, 65(6): Pulz O., Scheibenbogen K. and Groß W. (2008) "Biotechnology with Cyanobacteria and Microalgae". In: eds. Biotechnology Set, p Pulz O. P. (2001) "Photobioreactors: production systems for phototrophic microorganisms". Applied Microbiology and Biotechnology, 57(3): Rawat I., Ranjith Kumar R., Mutanda T. and Bux F. (2011) "Dual role of microalgae: Phycoremediation of domestic wastewater and biomass production for sustainable biofuels production". Applied Energy, 88(10): Razon L. F. (2012) "Life cycle energy and greenhouse gas profile of a process for the production of ammonium sulfate from nitrogen-fixing photosynthetic cyanobacteria". Bioresource Technology, 107(0): Razon L. F. and Tan R. R. (2011) "Net energy analysis of the production of biodiesel and biogas from the microalgae: Haematococcus pluvialis and Nannochloropsis". Applied Energy, 88(10): Regan D. L. and Gartside G. (1983) "Liquid Fuels from Microalgae in Australia". Melbourne, CSRIO 106. Resurreccion E. P., Colosi L. M., White M. A. and Clarens A. F. (2012) "Comparison of Algae Cultivation Methods for Bioenergy Production Using a Combined Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing Approach". Bioresource Technology, (0): In press 107. Reynolds C. S. (2006) "The ecology of phytoplankton". Cambridge University Press 108. Richmond A. (1992) "Open systems for the mass production of photoautotrophic microalgae outdoors: physiological principles". Journal of Applied Phycology, 4(3): Richmond A. (1999) "Physiological principles and modes of cultivation in mass production of photoautotrophic microalgae". In: Z. Cohen eds. Chemical from Microalgae, Philadelphia, p (1), 8,