Εισαγωγή σελ. 6. Κεφάλαιο Α σελ. 8. Α.1. Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας σελ. 8. Α.1.1 Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Α.Π.Ε. σελ. 9. Α.2 Βιομάζα σελ.

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙ ΕΥΤΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ ΟΥ & ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΘΕΜΑ: ΑΛΓΗ, ΠΡΩΤΗ ΥΛΗ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΠΟΥ ΑΣΤΗΣ: ΦΙΛΙΠΠΙ ΗΣ ΗΛΙΑΣ Α.Ε.Μ.:32466 ΕΙΣΗΓΗΤΡΙΑ: κ. ΑΝΑΣΤΑΣΙΑ Ν. ΛΑΖΑΡΙ ΟΥ ΚΑΒΑΛΑ 2012 1

2

Περιεχόμενα Εισαγωγή σελ. 6 Κεφάλαιο Α σελ. 8 Α.1. Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας σελ. 8 Α.1.1 Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Α.Π.Ε. σελ. 9 Α.2 Βιομάζα σελ. 9 Α.3 Βιοκαύσιμα σελ. 10 Κεφάλαιο Β σελ. 12 Β.1 Άλγη σελ. 12 Β.1.1 Ταξινόμηση άλγης σελ. 13 Β.1.1.1 Γενική ταξινόμηση σελ. 13 Β.1.1.2 Ταξινόμηση ανάλογα με το περιεχόμενο σε χλωροφύλλη σελ. 14 Β.1.1.3 Ταξινόμηση ανάλογα με το περιβάλλον που αναπτύσσεται σελ. 17 Β.1.1.4 Ταξινόμηση ανάλογα με την παραγωγή ελαίου σελ. 17 Β.1.2 Κύκλος ανάπτυξης της άλγης σελ. 18 Β.2 Ιδιότητες Άλγης σελ. 21 Β.2.1 Μέγεθος και δομή σελ. 21 Β.2.2 Ανάπτυξη άλγης σελ. 22 Β.2.2.1 Καμπύλες ανάπτυξης της άλγης σελ. 22 Β.2.3 Θερμοκρασία σελ.24 Β.2.4 Φως και ανάμιξη σελ.24 Β.2.5 Οσμή και οξυγόνο σελ. 25 Β.2.6 Θρεπτικά συστατικά σελ. 25 Β.2.6.1 Θρεπτικά συστατικά με την χρήση λυμάτων σελ. 25 Β.2.7 Χημική σύνθεση άλγης σελ. 26 3

Β.3 Καλλιέργεια Άλγης σελ. 28 Β.3.1 Μέθοδοι καλλιέργειας σελ. 28 Β.3.1.1 Ανοιχτές λίμνες (open-ponds) σελ. 29 Β.3.1.2 Φωτοβιοαντιδραστήρες σελ. 31 Β.3.1.3 Κλειστές Λίμνες (Closed Ponds) σελ. 34 Β.3.2 ιάφορες καλλιέργειες σελ. 35 Β.3.2.1 Καλλιέργεια άλγης στην έρημο σελ. 35 Β.3.2.2 Καλλιέργεια άλγης σε θαλάσσιο περιβάλλον σελ. 36 Β.3.2.3 Παραγωγή άλγης σε ανοιχτούς ωκεανούς σελ. 37 Β.3.2.4 Καλλιέργεια άλγης για τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα σελ. 38 Β.4: Συγκομιδή Άλγης σελ. 40 Β.4.1 Φιλτράρισμα σελ. 41 Β.4.2 Φυγοκέντριση σελ. 41 Β.4.3 Επίπλευση σελ. 42 Β.4.4 Κροκίδωση σελ. 43 Β.4.5 Συγκομιδή μακροάλγης σελ. 44 Β.5 Εξαγωγή Ελαίου από Άλγη σελ. 44 Β.5.1 Φυσική εξαγωγή (Μηχανική μέθοδος) σελ. 44 Β.5.2 Χημική εξαγωγή (Χημικές μεθόδους) σελ. 45 Β.5.3 Κέικ (πίτα) Άλγης σελ. 47 Κεφάλαιο Γ σελ. 48 Γ.1 Βιοκαύσιμα από άλγη σελ. 48 Γ.1.1 SVO (Straight Vegetable Oil) Αυτούσιο έλαιο άλγης σελ. 48 Γ.1.1.1 Μέθοδοι μείωσης του ιξώδους στο αλγέλαιο σελ. 48 Γ.1.2 Βιοαιθανόλη σελ. 49 Γ.1.3 Βιοβουτανόλη σελ. 51 Γ.1.4 Βιοβενζίνη σελ. 52 Γ.1.5 Βιομεθάνιο (βιοαέριο) σελ. 52 4

Γ.1.6 Βιοκαύσιμα αεριωθούμενων σελ. 53 Γ.1.7 Βιοϋδρογόνο σελ. 54 Γ.1.8 Βιοντήζελ σελ. 56 Γ.1.8.1 Μέθοδοι παραγωγής σελ. 58 Γ.1.8.2 Ιδιότητες βιοντήζελ σε σχέση με το συμβατικό ντήζελ σελ. 60 Γ.1.9 Χημικά προϊόντα σελ. 61 Γ.1.10 Βιομάζα σελ. 62 Γ.1.11 Άλλες χρήσεις σελ. 63 Γ.2 Γιατί άλγη; σελ. 66 Γ.2.1 Πλεονεκτήματα σελ. 66 Γ.2.1.1 Υψηλή απόδοση σελ. 67 Γ.2.1.2 Ταχεία ανάπτυξη σελ. 68 Γ.2.1.3 Αναπτύσσεται παντού σελ. 68 Γ.2.1.4 Φιλική προς το περιβάλλον σελ. 68 Γ.2.1.5 Πολλές χρήσεις σελ. 69 Γ.2.2 Μειονεκτήματα σελ. 69 Γ.2.3 Προκλήσεις για την καλλιέργεια της άλγης σελ. 69 Γ.3 Επενδύσεις Προοπτικές: σελ. 70 Συμπεράσματα σελ. 72 Βιβλιογραφία-Ιστοσελίδες σελ. 73 5

Εισαγωγή Τα μεγάλα ενεργειακά προβλήματα που προκύπτουν από τη χρήση συμβατικών πηγών ενέργειας και η προσπάθεια για μια παγκόσμια δέσμευση με σκοπό τη στροφή σε καθαρές μορφές ενέργειας, είναι η αφορμή για το αντικείμενο της παρούσας πτυχιακής εργασίας. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, οι δυνατότητες ανάπτυξης της τεχνολογίας και της επιχειρηματικότητας και τα οφέλη από τη χρήση της, πρέπει να αναδειχθούν ως τεχνολογίες υψηλής προοπτικής στη μελλοντική επιχειρηματική ζωή. Στη χώρα μας υπάρχει ανάγκη, αυτές οι πράσινες τεχνολογίες να αναπτυχθούν περισσότερο για να αντιμετωπιστούν τα μεγάλα σύγχρονα προβλήματα, όπως είναι το οικονομικό, το κοινωνικό και το περιβαλλοντικό πρόβλημα. Μέχρι σήμερα το πλέον αποτελεσματικό ρυθμιστικό πλαίσιο για την περιορισμένη εκπομπή των αερίων του θερμοκηπίου και την ανάπτυξη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας έχει γίνει από την Ευρωπαϊκή Ένωση το 2007. Έτσι, οι πλέον φιλόδοξοι στόχοι μέχρι το 2020 που έθεσε η Ευρωπαϊκή Επιτροπή είναι για: Τη βελτίωση της απόδοσης των ενεργειακών συστημάτων Την αύξηση του ποσοστού ενέργειας που παράγεται μέσω των ΑΠΕ Την αύξηση του ποσοστού των βιοκαυσίμων στις μεταφορές Στην εργασία αυτή πιο συγκεκριμένα θα γίνει αναφορά στην ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που έχει να κάνει με τη βιομάζα και ειδικότερα με τη βιομάζα που παράγεται από την καλλιέργεια και χρήση άλγης. 6

7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Α Α.1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας ορίζονται ως οι ήπιες μορφές ενέργειας προερχόμενες από φυσικές διαδικασίες που γίνονται στο περιβάλλον. Ο ορισμός ήπιες μορφές ενέργειας δόθηκε συγκεκριμένα για κάποια βασικά τους χαρακτηριστικά: Πρώτον, για την εκμετάλλευσή τους δεν χρειάζεται κάποια ενεργητική προσπάθεια όπως εξόρυξη, άντληση ή οποιαδήποτε άλλη εκμετάλλευση, όπως των μέχρι τώρα χρησιμοποιούμενων πηγών ενέργειας, π.χ. πετρέλαιο. εύτερον, πρόκειται για «καθαρές» μορφές ενέργειας δηλαδή φιλικές προς το περιβάλλον, με τη μη αποδέσμευση ρυπογόνων ουσιών προς αυτό. Ο όρος ανανεώσιμες αναφέρεται στην ιδιότητά τους να ανανεώνονται συνεχώς και να μην υπάρχει κίνδυνος να εκλείψουν με τη χρήση τους όπως γίνεται με τις παρούσες χρησιμοποιούμενες μορφές ενέργειας. Γενικά οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας βασίζονται στην ηλιακή ακτινοβολία, με εξαίρεση την ενέργεια από τις παλίρροιες που εκμεταλλεύεται την βαρύτητα. Για παράδειγμα η βιομάζα είναι ηλιακή ενέργεια δεσμευμένη στους ιστούς των φυτών μέσω της φωτοσύνθεσης. Οι κυριότερες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας είναι: 1. Ηλιακή ενέργεια: Η ενέργεια που προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία. Αξιοποιείται μέσω ηλιακών συλλεκτών εκμεταλλευόμενα την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και την θερμότητα του ήλιου. 2. Αιολική ενέργεια: Η κινητική ενέργεια που προέρχεται από τον αέρα. Χρησιμοποιούνται ανεμογεννήτριες, ανεμόμυλοι, αιολικά πάρκα για παραγωγή μηχανικής ή ηλεκτρικής ενέργειας. 3. Γεωθερμική ενέργεια: Θερμότητα που προέρχεται από το εσωτερικό της γης με τη μορφή ατμού ή θερμού νερού. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τηλεθέρμανση και παραγωγή ηλεκτρισμού. 4. Υδραυλική ενέργεια: Ενέργεια που προέρχεται από υδατοπτώσεις για παραγωγή ηλεκτρισμού. 5. Βιομάζα: Βιολογικής προέλευσης ύλη που χρησιμοποιείται για την παραγωγή πληθώρας βιοκαυσίμων τα οποία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή κινητικής κυρίως ενέργειας. 8

Α.1.1 Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Α.Π.Ε.: Πλεονεκτήματα: i. Φιλικές προς το περιβάλλον ii. Ανεξάντλητες iii. Ευέλικτες εφαρμογές iv. Ενεργειακή απεξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα v. Απλός εξοπλισμός vi. Χαμηλό λειτουργικό κόστος Μειονεκτήματα: i. Μικρός συντελεστής απόδοσης ii. Εξάρτηση από την εποχή και τις καιρικές συνθήκες iii. Κακή αισθητική και θόρυβος Α.2 Βιομάζα Η βιομάζα χρησιμοποιεί τους υδατάνθρακες των φυτών (κυρίως αποβλήτων της βιομηχανίας, ξύλου, αστικών λυμάτων, τροφίμων και ζωοτροφών της βιομηχανίας) με σκοπό να αποδεσμεύσει την ενέργεια που δεσμεύτηκε από το φυτό κατά την φωτοσύνθεση. Η βιομάζα είναι μια ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που ανανεώνεται συνεχώς λόγω της φωτοσύνθεσης. Κατά την καύση της βιομάζας η δεσμευμένη ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική. Τα ανόργανα στοιχεία που περιέχονται στην τέφρα εμπλουτίζουν το έδαφος με θρεπτικά συστατικά. Η βιομάζα μπορεί να διαχωριστεί σε δύο είδη: την παραδοσιακή που περιλαμβάνει τα καυσόξυλα, το κάρβουνο για οικιακή χρήση, φυτικά υπολείμματα καθώς και κοπριά ζώων. Υπάρχει και η σύγχρονη βιομάζα που η χρησιμοποίησή της έχει ως σκοπό την υποκατάσταση των συμβατικών πηγών ενέργειας. Περιλαμβάνει ξερά κλαδιά, γεωργικά υπολείμματα, αστικά απόβλητα και ενεργειακές καλλιέργειες όπως έλαια και φυτά που περιέχουν σάκχαρα. Μέθοδοι επεξεργασίας της βιομάζας είναι η καύση για την παραγωγή θερμότητας. Η πυρόλυση είναι μια θερμική διαδικασία κατά την οποία γίνεται αποικοδόμηση της βιομάζας απουσία οξυγόνου. Στην πυρόλυση παράγονται το βιοέλαιο (70 % ), το βιοαέριο (15 %) και ο ξυλάνθρακας (15 %). Υπάρχει επίσης και η διαδικασία της αεριοποίησης της βιομάζας όπου γίνεται η θερμική αποικοδόμησή της, απουσία οξυγόνου. Τα παραγόμενα προϊόντα είναι το βιοαέριο, η πίσσα και ο ξυλάνθρακας. Τα υγρά βιοκαύσιμα που προέρχονται από την επεξεργασία της βιομάζας είναι κυρίως το βιοντήζελ και η βιοαιθανόλη. 9

Τα πλεονεκτήματα τα οποία χαρακτηρίζουν τη βιομάζα ως ανανεώσιμη πηγή ενέργειας είναι η θετική συνεισφορά σχετικά με το φαινόμενο του θερμοκηπίου και την όξινη βροχή αφού κατά την εκμετάλλευσή της δεν παράγονται ρυπογόνα αέρια. Η βιομάζα είναι καλύτερη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας από τις άλλες, κυρίως λόγω του υψηλότερου βαθμού απόδοσής της. Τα φυτά που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή βιομάζας και στη συνέχεια βιοκαυσίμων είναι: Το καλαμπόκι, η σόγια, η ελαιοκράμβη, το βαμβάκι, ο ηλίανθος, τα φυστίκια, ο φοίνικας, το φυτό Jatropha και άλγη. Η άλγη έχει καλύτερες ιδιότητες και μπορεί να παράγει πολύ περισσότερο έλαιο σε σχέση με τα υπόλοιπα ενεργειακά φυτά. Α.3 Βιοκαύσιμα Τα βιοκαύσιμα είναι στερεά, υγρά ή αέρια καύσιμα παραγόμενα από τη βιομάζα. Τα βιοκαύσιμα που μπορούν να παραχθούν είναι: Βιοντήζελ: Μεθυλεστέρας που παράγεται από φυτικά ή ζωικά έλαια με παρόμοια ποιότητα με το συμβστικό ντήζελ. Βιοαιθανόλη: Αιθανόλη που παράγεται από τη βιομάζα. Βιομεθανόλη: Μεθανόλη που παράγεται από τη βιομάζα. Βιοβουτανόλη: Βουτανόλη που παράγεται από τη βιομάζα. Βιομεθάνιο: Μεθάνιο που παράγεται από τη βιομάζα. Βιοκαύσιμα αεριωθούμενων: Καύσιμα που παράγεται από τη βιομάζα και χρησιμοποιούνται στα αεροσκάφη. Βιοϋδρογόνο: Υδρογόνο που παράγεται από τη βιομάζα. Βιοαέριο: Αέριο που παράγεται από τη βιομάζα και έχει ποιότητα παρόμοια με του φυσικού αερίου. 10

11

ΚΕΦΑΛΑΙΟ Β Β.1 Άλγη Η άλγη είναι μια μεγάλη και διαφορετική ομάδα απλών, φωτοσυνθετικών, τυπικά αυτότροφων οργανισμών, που κυμαίνονται από μονοκύτταρες σε πολυκύτταρες μορφές. Είναι φωτοσυνθετικοί όπως τα φυτά και απλοί επειδή οι ιστοί τους δεν οργανώνονται σε πολλά διαφορετικά όργανα που βρίσκονται στα φυτά της γης. Έτσι είναι μια πολυφυλετική κατηγορία οργανισμών που διαφέρει όμως από τα φυτά λόγω απουσίας ριζών, βλαστών και φύλλων. Για το λόγο αυτό επί του παρόντος αποκλείεται να θεωρηθούν ως φυτά. Κατανέμονται σε όλο τον κόσμο και βρίσκονται στη θάλασσα, στα γλυκά νερά και στα λύματα. Οι περισσότεροι είναι μικροσκοπικοί, αλλά μερικοί είναι αρκετά μεγάλοι, π.χ. κάποια θαλάσσια φύκια που μπορεί να υπερβαίνουν τα πενήντα μέτρα σε μήκος. Χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: Την μικροάλγη και την μακροάλγη. Οι μονοκύτταρες μορφές είναι γνωστές ως μικροάλγη ενώ οι πολυκύτταρες μορφές αποτελούν την μακροάλγη. Η μικροάλγη αποτελεί μια τεράστια ομάδα των φωτοσυνθετικών, ετερότροφων οργανισμών που διαθέτουν εξαιρετικό δυναμικό για την καλλιέργεια σαν ενεργειακά φυτά. Μπορούν να καλλιεργηθούν κάτω από δύσκολες αγρο-κλιματικές συνθήκες και είναι σε θέση να παράγουν ένα ευρύ φάσμα εμπορικά ενδιαφερόντων υποπροϊόντων, όπως λίπη, έλαια, σάκχαρα και λειτουργικές βιοδραστικές ενώσεις. Τα φύκια (μακροάλγη) είναι ένας χαλαρός καθημερινός όρος που περιλαμβάνει μακροσκοπικούς, πολυκύτταρους, βενθικής θαλάσσιας άλγης. Ο όρος περιλαμβάνει ορισμένα μέλη της κόκκινης, της καφέ και της πράσινης άλγης. Η άλγη έχει χλωροφύλλη και μπορεί να κατασκευάζει η ίδια την τροφή της, μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης. Σχεδόν όλη η άλγη είναι ευκαρυωτικά κύτταρα και η φωτοσύνθεση γίνεται μέσα στη δομή της μεμβράνης που ονομάζεται χλωροπλάστες. Τα κυανοβακτήρια περιλαμβάνονται στην άλγη αν και έχει προκαρυωτική δομή των κυττάρων. Η άλγη είναι ένα εξαιρετικά σημαντικό είδος διότι παράγει περισσότερο οξυγόνο 12

απ όλα τα φυτά του κόσμου μαζί. Αποτελούν σημαντική πηγή ζωής για πολλά ζώα όπως μικρές γαρίδες ή φάλαινες και είναι μέρος της τροφικής αλυσίδας με πολλούς οργανισμούς να ζουν χάρη σ αυτή. Με την πρόσφατη έρευνα και το ενδιαφέρον για την χρήση άλγης στην παραγωγή βιοντήζελ έχει τη δυνατότητα να καταστεί ακόμη πιο σημαντική. Προτιμάται η μικροάλγη αντί της μακροάλγης για τους εξής λόγους: o Η μακροάλγη δεν ενδείκνυται για καλλιέργεια λόγω του μεγέθους της και των ειδικών απαιτήσεων που χρειάζονται για να μεγαλώσουν. Η μακροάλγη επίσης δεν έχει μεγάλη περιεκτικότητα σε υδρογονάνθρακες. o Σε αντίθεση με την μικροάλγη που έχει υψηλό ποσοστό σε λιπίδια και υδρογονάνθρακες όπως επίσης και λιγότερο περίπλοκη δομή και γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης. Β.1.1 Ταξινόμηση άλγης Β.1.1.1 Γενική ταξινόμηση: Η ταξινόμηση της άλγης σε ταξινομικές ομάδες βασίζεται στους ίδιους κανόνες που χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση των φυτών της γης, αλλά η οργάνωση των ομάδων της άλγης έχει αλλάξει σημαντικά από το 1960. Η έρευνα που χρησιμοποιεί ηλεκτρονικά μικροσκόπια κατέδειξε τις διαφορές στα χαρακτηριστικά, στη δομή και τη λειτουργία των κυττάρων της άλγης που είναι σημαντικά για την ταξινόμηση της. Ομοιότητες και διαφορές μεταξύ της άλγης, των μυκήτων, των πρωτόζωων έχουν οδηγήσει τους επιστήμονες να προτείνουν σημαντικές ταξινομικές αλλαγές οι οποίες συνεχίζονται. Ταξινομικές ομάδες Ομάδα 1 Bacillariophyta 2 Chlorophycophyta Πράσινη άλγη 3 Chrysophycophyta Χρυσή άλγη 4 Cyanobacteria Μπλέ-πράσινη άλγη 5 Phaecophycophyta Καφέ άλγη 6 Dinophyta δινομαστιγωτά 7 Rhodophycophyta Κόκκινη άλγη 13

Για παράδειγμα ορισμένοι επιστήμονες τοποθετούν τις τάξεις Bacillariophyceae, Phaeophyceae, and Xanthophyceae στο τμήμα Chromophyta, ενώ άλλοι τοποθετούν κάθε τάξη σε χωριστά τμήματα: Bacillariophyta, Phaeophyta, and Xanthophyta. Οι κλάσεις διακρίνονται από τη δομή των κυττάρων τους, την διαδικασία διαίρεσης των πυρήνων τους (μίτωση), την κυτταροπλασματική διαδικασία διαίρεσης (κυτταροκίνηση), και το κύτταρο που καλύπτουν. Πολλοί επιστήμονες συνδυάζουν την Micromonadophyceae με την Pleurastrophyceae, ονομάζοντας τη συνδυασμένη ομάδα Prasinophyceae. Β.1.1.2 Ταξινόμηση ανάλογα με το περιεχόμενο σε χλωροφύλλη: Αν και όλα τα φύκια περιέχουν χλωροφύλλη, τα κύρια τμήματα μπορούν ως επί το πλείστον να διακριθούν με βάση το κυρίαρχο προφανές χρώμα τους, λόγω άλλων φωτοσυνθετικών χρωστικών ουσιών που καλύπτουν την πράσινη χλωροφύλλη. Οι κύριοι κλάδοι της άλγης είναι οι εξής: Chromista: Αυτός ο κλάδος περιλαμβάνει την καφέ άλγη, την χρυσή άλγη και τα διάτομα. Τα κυτταροοργανίδια σε αυτήν την άλγη περιέχουν χλωροφύλλες Α και C. Κόκκινος Κλάδος (Red Line): Αυτός είναι ένας πρώιμος κλάδος της θαλάσσιας άλγης. Ένα χαρακτηριστικό της κόκκινης άλγης είναι ότι τα κυτταροοργανίδιά της, περιέχουν μόνο ένα είδος χλωροφύλλης την χλωροφύλλη Α. Η κόκκινη άλγη μπορεί να είναι ορατή πάνω σε βράχια. 14

Dinoflagellates: Αυτά εξελίχθηκαν σε ξεχωριστή γραμμή που περιλαμβάνει, κατά περίεργο τρόπο, τα πρώτιστα και εμφανίζουν μια μεγάλη ποικιλία μορφής. Το μεγαλύτερο, το Noctiluca, μπορεί να είναι τόσο μεγάλο όσο 2 χιλιοστά σε διάμετρο. Πολλοί είναι φωτοσυνθετικοί, παράγουν οι ίδιοι την τροφή τους χρησιμοποιώντας την ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία, και παρέχουν μια πηγή τροφίμων για άλλους οργανισμούς. Η πιο δραματική επίδραση των δινομαστιγωτών για τη ζωή γύρω τους προέρχεται από τα παράκτια θαλάσσια είδη τα οποία "ανθίζουν" κατά τη διάρκεια των ζεστών μηνών του καλοκαιριού. Αυτά τα είδη αναπαράγονται σε μεγάλους αριθμούς, και το νερό μπορεί να εμφανιστεί χρυσό ή κόκκινο, δημιουργώντας μια κόκκινη παλίρροια. The Euglenids: Είναι ανεξάρτητοι μονοκύτταροι οργανισμοί που περιλαμβάνουν τόσο φωτοσυνθετικά όσο και μη φωτοσυνθετικά είδη. Είναι μια από τις πιο γνωστές ομάδες των μαστιγωτών, που βρίσκονται 15

συνήθως σε γλυκά νερά, ιδίως όταν είναι πλούσια σε οργανικά υλικά, με μερικά θαλάσσια και ενδοσυμβιοτικά μέλη. Πράσινος κλάδος (The Green Line): Σχετίζεται με τα φυτά. Τα φυτά και η πράσινη άλγη έχουν χλωροφύλλη Α και Β την οποία χρησιμοποιούν για να συλλάβουν την ενέργεια του φωτός και για να τροφοδοτήσουν την κατασκευή των τ σακχάρων, αλλά σε αντίθεση με τα φυτά είναι κυρίως υδρόβια. Η πράσινη άλγη είναι η πιο ποικιλόμορπ ρφη ομάδα, με περισσότερα από 7.000 είδη που αναπτύσσονται σεε μια ποικιλία βιοτόπων. Αυτή η γενεαλογίαα της πράσινης άλγης οδήγησεε σε ψηλότερα φυτά της ξηράς. 16

Β.1.1.3 Ταξινόμηση ανάλογα με το περιβάλλον που αναπτύσσεται: Η κατάταξη της άλγης σύμφωνα με τον βιότοπό της περιλαμβάνει επτά ομάδες: o Υδρόφιλη άλγη: Είναι υδρόβια, δεν επιπλέει ή είναι εντελώς βυθισμένη. o Εδαφική άλγη: Επίγεια άλγη που ονομάζεται και εδαφική. Ζει πάνω ή μέσα στην επιφάνεια της γης. Η εδαφική άλγη ταξινομείται σε δύο τύπους: Σαπρόφυτα π.χ Mesotaemium, Botryduium Κρυπιόφυτα π.χ Nostoc, Anabaena o Αέρια άλγη: Βρίσκεται πάνω σε κορμούς δέντρων, σε τοίχους, σύρματα περίφραξης, βράχους. Κατατάσσονται σε τέσσερις κατηγορίες: Επιφυλόφυτα π.χ Trentepohlia Επιφλόφυτα Επιζωόφυτα π.χ Chaetophorales Λιθόφυτα π.χ Sctonema, Vaucheria, Nostoc o Κρυοφυτική άλγη: Άλγη που ζει σε πάγο ή χιόνι π.χ Chlamydomonas, Ankistrodesmus and Mesotaenium. o Συμβιωτική ή Ενδοφυτική: Αναπτύσσεται με άλλα φυτά. Υπάρχουν τρεις τύποι: Συμβιωτική με μύκητες π.χ Chroococcus, Nostoc, Chlorella and palmella Ζεί μέσα στο πτεριδόφυτο Azolla π.χ Anabaena azollae. Βρίσκεται στις κοραλοειδής ρίζες της Cycas π.χ Anabaena cicadae o Ενδοζωική άλγη: Ζει μέσα στο σώμα των ζώων π.χ σε σφουγγάρια. o Παράσιτα: Η άλγη ζει ως παράσιτο σε άλλα φυτά π.χ Cephaleuros virescens. Οι κύριες κατηγορίες και μερικά παραδείγματα των καλλιεργούμενων ειδών είναι: 17

o Bacillariophyceae (Diatoms ) o Chlorophyceae (Green algae) o Rhodophyceans (Red algae) o Haptophyceae o Prasinophyceae o Cryptophyceae o Xanthophyceae o Eustigmatophyceae o Dinophyceans o Euglenopyhceans o Cyanophyceae (blue-green algae) Επίσης η πλειοψηφία των φυκιών που καλλιεργούνται σκόπιμα κατατάσσονται στην κατηγορία των μικροφυκιών (microalgae) σε σχέση με την κατηγορία των μακροφυκιών (macroalgae) που όμως έχουν κι αυτά βιομηχανικές χρήσεις αλλά λόγω του μεγέθους τους και τις ειδικές απαιτήσεις του περιβάλλοντος στο οποίο πρέπει να μεγαλώσουν, δεν προσφέρονται τόσο εύκολα για καλλιέργεια. Η έρευνα για την παραγωγή ελαίου εστιάζεται κυρίως στην μικροάλγη (microalgae) που είναι φωτοσυνθετικά σωματίδια μικρότερα από 0,4 χιλιοστά σε διάμετρο, δεν έχουν ρίζες ή φύλλα και συμπεριλαμβάνουν τα διάτομα και τα κυανοβακτήρια σε αντίθεση με τη μακροάλγη (macroalgae) που είναι τα φύκια ή τα φαιοφύκια δηλαδή υδρόβια φυτά που καλλιεργούνται απ ευθείας στη θάλασσα. Η βιοποικιλότητα της μικροάλγης είναι τεράστια και αντιπροσωπεύει έναν ανεκμετάλλευτο πόρο. Έχει υπολογιστεί ότι υπάρχουν περίπου 200.000-800.000 είδη από τα οποία περιγράφονται μόνο τα 35.000. Τα περισσότερα από αυτά τα είδη μικροάλγης παράγουν μοναδικά προϊόντα όπως καροτενοειδή, αντιοξειδωτικές ουσίες, λιπαρά οξέα, ένζυμα, πολυμερή, πεπτίδια, τοξίνες και στερόλες. Η προτίμηση της μικροάλγης οφείλεται κυρίως στην λιγότερο περίπλοκη δομή του, στον γρήγορο ρυθμό 18

ανάπτυξης και για ορισμένα είδη στο υψηλό περιεχόμενο σε έλαιο. Γίνονται όμως και έρευνες για την μακροάλγη λόγω της υψηλής διαθεσιμότητά της. Β.1.1.4 Ταξινόμηση άλγης ανάλογα με την παραγωγή ελαίου: Οι άλγες θεωρούνται πολλά υποσχόμενοι οργανισμοί όσον αφορά την προοπτική παραγωγής βιοκαυσίμων. Τελευταία, όλο και περισσότερες εταιρείες ακόμη και πανεπιστημιακά ιδρύματα επενδύουν στην έρευνα σχετικώς με την καλλιέργειά τους. Πρόκειται για σημαντικές επενδύσεις, που σκοπεύουν να επιταχύνουν τη μετάβαση από τα εργαστήρια στη βιομηχανική παραγωγή. Πολλές και μεγάλες εταιρείες αναζητούν μία νέα πηγή παραγωγής πετρελαίου, το οποίο θα επεξεργάζεται στα διυλιστήρια και θα διακινείται μέσω της υπάρχουσας υποδομής. Μια τέτοια πηγή θα μπορούσαν να είναι οι άλγες, αφού στα κύτταρά τους παράγουν λιπίδια με μοριακή δομή πολύ όμοια μ' εκείνην προϊόντων πετρελαίου. Εκτός αυτού, οι μικροοργανισμοί είναι ιδιαιτέρως ολιγαρκείς, υπάρχουν κι αναπτύσσονται ακόμη και σε όχι και τόσο καθαρό υδάτινο περιβάλλον όπως και σε αλμυρό υδάτινο περιβάλλον, μπορούν να καλλιεργηθούν σε δεξαμενές και για την ταχεία ανάπτυξή τους, πέραν του νερού, είναι αναγκαία το ηλιακό φως, οι μεταλλικές θρεπτικές ουσίες και μεγάλες ποσότητες CΟ₂. Τα επόμενα είδη μελετούνται για την καταλληλότητα για την παραγωγή ελαίου: Βraunii Botryococcus Τα Botryococcenes είναι τα σημαντικότερα συστατικά πετρελαίου των πράσινων αλγών Braunii Botryococcus. Οι υδρογονάνθρακες που παράγει αυτό το είδος, μπορούν να μετατραπούν χημικά σε καύσιμα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αέριο πετροχημικής βιομηχανίας για την υδροπυρόλυση σε εγκαταστάσεις καθαρισμού πετρελαίου για να παραγάγει βενζίνη, κηροζίνη, και ντήζελ. Μέχρι και 86% του ξηρού βάρους του μπορεί να είναι υδρογονάνθρακες. Υπάρχουν διάφορες προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν προκειμένου να παραχθούν οικονομικά επιθυμητά αλκάνια όπως αυτά της βενζίνης. Το BB, έχει εύλογο και γρήγορο τρόπο παραγωγής. Άλλες ευεργετικές ιδιότητες που μπορούν να αναπαραχθούν σε αυτό είναι η αντίσταση στην ασθένεια, ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα ενάντια σε άλλους οργανισμούς και ικανότητα επιβίωσης στα λιγότερο ιδανικά κλίματα. Σε αυτήν την περίπτωση μπορεί να απαιτηθεί και ένας φωτοαντιδραστήρας. Εντούτοις, υπάρχουν ιδιότητες του braunii Botryococcus που καθιστούν τη συγκομιδή της, λίγο διαφορετική από τη συγκομιδή άλλων άλγεων. Έναντι άλλων πράσινων ειδών, έχει έναν σχετικά παχύ κυψελοειδή τοίχωμα. Ένα μεγάλο μέρος των χρήσιμων υδρογονανθράκων είναι έξω από το κύτταρο. Αυτό δίνει την ελπίδα ότι τα άλγη δεν θα είναι απαραίτητο να καταστραφούν 19

προκειμένου να εξαχθεί το χρήσιμο πετρέλαιό τους. Υπάρχουν πολλές διαθέσιμες μέθοδοι για να εξαγάγουν το botryococcene. Κάποια που παρουσιάζει μεγάλη χρήση είναι η εξαγωγή του ελαίου με εξάνιο ως διαλύτη. Εντούτοις, όπως όλους τους οργανισμούς το BB είναι λιγότερο παραγωγικό στα γηρατειά. Πολύ επιστήμονες θεωρούν ότι αυτό το είδος είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία του πετρελαίου. Neocloris Oleoabundans Είναι μικροάλγη που ανήκει στην ομάδα chloroplyceae, της τάξης της πράσινης άλγης. Τα λιπίδια που περιέχει έναντι του ξηρού της βάρους είναι της τάξης του 35-55%. Nannochloropsis salina Ονομάζεται και nannochloris oculata. Είναι μια μικρή πράσινη άλγη που χρησιμοποιείται εκτεταμένα στην βιομηχανία για την ανάπτυξη του ζωοπλαγκτόν, περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 31-68%. Chlorella sp Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 28-38% του ξηρού της βάρους. Schizochytrium Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 50-77% του ξηρού της βάρους. Nitzschia sp Περιέχει λιπίδια σε ποσοστό 45-47% του ξηρού της βάρους. Β.1.2 Κύκλος ανάπτυξης της άλγης: Υπάρχουν πολλοί κύκλοι ζωής της άλγης. Ωστόσο, δεν υπάρχει τακτική και σταθερή εναλλαγή της γενιάς, που βρίσκονται σε ανώτερα φυτά. Τα περισσότερα είδη άλγης έχουν δυο αναγνωρίσιμες φάσεις, τα σπορόφυτα και τα γαμετόφυτα. Οι κύριοι τύποι των κύκλων ζωής της άλγης παρουσιάζονται από την πράσινη άλγη (Η κόκκινη άλγη έχει ακόμα πιο πολύπλοκο κύκλο ζωής). Μερικά είδη πράσινης άλγης είναι μονοκύτταροι και επιδεικνύουν τον απλούστερο κύκλο ζωής. 20

Πάνω από 40 χρόνια γίνεται συνεχής έρευνα του κυτταρικού κύκλου των άλγεων και η τεχνογνωσία που λαμβάνεται χρησιμοποιείται σε πολύ ευρύ φάσμα στη βασική και την εφαρμοσμένη καλλιέργειά τους. Τα θέματα που μελετώνται είναι τα εξής: ο ρόλος των περιβαλλοντικών παραγόντων όπως η ένταση του φωτός και της θερμοκρασίας σχετικά με την εξέλιξη του κυτταρικού κύκλου. Επίσης μελετώνται οι μοριακοί μηχανισμοί που ευθύνονται για τη ρύθμιση του κυτταρικού κύκλου, της μετάβασης στη μίτωση και την ανταπόκριση στις βλάβες στο DNA. Μελετάται επίσης η ανάπτυξη διαδικασιών που θα επιτρέπουν τη χρήση των αποβλήτων CO₂ και λυμάτων για την παραγωγή βιομάζας φυκών, με ελεγχόμενη σύνθεση για διάφορες εφαρμογές, όπως η παραγωγή βιοκαυσίμων. Β.2 Ιδιότητες Άλγης Κατά την καλλιέργεια άλγης διάφοροι παράγοντες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη καθώς διαφορετικά είδη άλγης έχουν διαφορετικές απαιτήσεις. Β.2.1 Μέγεθος και δομή Ένας θαλλός είναι το κύριο σώμα της φυτικής μορφής της άλγης. Για την μονοκύτταρη άλγη ο θαλλός είναι το ίδιο το μονό κύτταρο, ενώ για την πολυκύτταρη άλγη ο θαλλός αποτελείται από τον ολόκληρο συνεχές οργανισμό. Υπάρχουν επίσης συγκροτήματα άλγης που επιφανειακά φαίνεται να είναι μακροσκοπικοί, πολυκύτταροι οργανισμοί, αλλά με μια πιο προσεκτική εξέταση διαπιστώνεται ότι στην πραγματικότητα αποτελείται από ένα γιγάντιο, μονοκύτταρο (coenocytic) θαλλό. Ο υδροβιότοπος είναι μια σχετικά ήπια και αμετάβλητη θέση, και οι ιδιότητές του βοήθησαν στην διαμόρφωση των οργανισμών που ζουν εκεί. Επειδή το νερό υποστηρίζει το σώμα της άλγης, η περισσότερη άλγη παρουσιάζει μια έλλειψη ακαμψίας, και συνήθως κυματίζει απαλά με τα υδάτινα ρεύματα και τα κύματα. εδομένου ότι το νερό περιβάλλει το φυτό από όλες τις πλευρές, τα ατομικά κύτταρα της άλγης απορροφούν την υγρασία και τα μέταλλα άμεσα από το περιβάλλον της. Το σχήμα των φυτών απεικονίζει επίσης αυτή την άμεση επαφή με το νερό. Τα περισσότερα είδη άλγης είναι σχετικά επίπεδα κάτι που μεγιστοποιεί την επιφάνεια για τη απορρόφηση του νερού, των μεταλλικών συστατικών και του ηλιακού φωτός. Το μήκος κυμαίνεται ανάλογα με το είδος από χιλιοστά έως μέτρα. 21

Β.2.2 Ανάπτυξη άλγης Για να αναπτυχθεί η άλγη χρειάζονται τέσσερις παράγοντες που είναι σημαντικοί για την καλλιέργεια. Αυτοί οι παράγοντες είναι το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα, μεταλλικά ιχνοστοιχεία και φως. Έτσι η αντίδραση που γίνεται μέσα στο νερό είναι: διοξείδιο του άνθρακα + φως = γλυκόζη + οξυγόνο Β.2.2.1 Καμπύλες ανάπτυξης της άλγης Η παρακολούθηση της ανάπτυξης της άλγης γίνεται μέσω της καμπύλης ανάπτυξής της. Οι μικροοργανισμοί παρακολουθούνται σε κλειστά συστήματα και ασυνεχή λειτουργία (batch cultures), στα οποία συστήματα δεν υπάρχει προσθήκη νέου θρεπτικού μέσου. Έτσι όπως φαίνεται στην καμπύλη, η συγκέντρωση των θρεπτικών συστατικών μειώνεται (καμπύλη με διακεκομμένη γραμμή), ενώ η συγκέντρωση των προϊόντων μεταβολισμού αυξάνεται (καμπύλη με συνεχή γραμμή). Η καμπύλη αποτελείται από τέσσερα διακριτά τμήματα που αντιστοιχούν στις φάσεις ανάπτυξης του μικροοργανισμού. Αυτές οι τέσσερεις φάσεις είναι: Φάση καθυστέρησης-προσαρμογής (1): Όταν ο μικροοργανισμός εισέρχεται σε ένα νέο θρεπτικό μέσο, συνήθως δεν παρατηρείται έναρξη της ανάπτυξης του. Αν και δεν γίνεται κυτταρική διαίρεση και ορατή αύξηση της βιομάζας, το κύτταρο συνθέτει καινούργια συστατικά και προσαρμόζει τον ενζυμικό του μηχανισμό. Το στάδιο αυτό ονομάζεται φάση προσαρμογής. 22

Η ανάγκη προσαρμογής του ενζυμικού μηχανισμού οφείλεται σε διάφορους παράγοντες. Ενδεχομένως να υπάρχει ανάγκη προσαρμογής του ενζυμικού μηχανισμού κατά την μεταφορά του μικροοργανισμού σε διαφορετικό θρεπτικό μέσο, αφού για κάθε υπόστρωμα απαιτείται η χρήση διαφορετικών ενζύμων. Όταν η επίδραση των παραγόντων αυτών ελαχιστοποιείται, μειώνεται και η χρονική διάρκεια της φάσης καθυστέρησης. Φάση εκθετικής ανάπτυξης(2-3): Στη φάση αυτή οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται και πολλαπλασιάζονται με το μέγιστο δυνατό ρυθμό που τους επιτρέπει το γενετικό τους δυναμικό, το είδος του μέσου καλλιέργειας και οι συνθήκες επώασης. Ο ρυθμός ανάπτυξης είναι σταθερός σε όλη τη διάρκεια φάσης γιατί τα κύτταρα διαιρούνται ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Επειδή όμως η διαίρεση δεν γίνεται συντονισμένα για όλα τα κύτταρα, η καμπύλη ανάπτυξης, έχει ομαλή αυξητική πορεία και δεν εμφανίζει «βήματα». Ο μέγιστος ρυθμός ανάπτυξης που παρατηρείται στη φάση αυτή αποτελεί ειδική κινητική σταθερά, που αλλάζει ανάλογα με το είδος του μικροοργανισμού. Φάση στασιμότητας (4): Η αύξηση της μικροβιακής βιομάζας κάποια στιγμή σταματά. Η φάση αυτή συνήθως αρχίζει όταν ο μικροβιακός πληθυσμός φτάσει στο επίπεδο των 10 9 κύτταρα/ml για τα βακτήρια και 10 6 κύτταρα/ml για την μικροάλγη και τους μύκητες. Οι μικροβιακοί πληθυσμοί εισέρχονται στη φάση αυτή για πολλούς λόγους. Σημαντικότερος και προφανέστερος είναι ο περιορισμός των θρεπτικών υλικών. Όταν το προσφερόμενο υπόστρωμα καταναλωθεί η ανάπτυξη φθίνει. Στην περίπτωση των αερόβιων μικροοργανισμών περιοριστικό παράγοντα μπορεί να αποτελέσει η ανεπάρκεια οξυγόνου, λόγο μειωμένης διαλυτότητας στο ασφυκτικά γεμάτο με μικροβιακή βιομάζα υγρό. Άλλος ένας σημαντικός παράγοντας είναι η συσσώρευση μεταβολιτών που δρουν τοξικά είτε με άμεσο είτε με έμμεσο τρόπο. Για παράδειγμα στις ζυμωτικές διεργασίες, όπου τα προϊόντα είναι όξινα, η πτώση του ph παρεμποδίζει την ανάπτυξη ακόμα και αν υπάρχει επάρκεια θρεπτικών συστατικών. Στη φάση στασιμότητας ο πληθυσμός των ζωντανών κυττάρων παραμένει σταθερός με εξισορρόπηση των ρυθμών ανάπτυξης και θανάτου. Φάση θανάτου (5): Η πλήρης εξάντληση των θρεπτικών συστατικών ή η μεγάλη συσσώρευση τοξικών ουσιών οδηγεί τελικά στο σταδιακό θάνατο των μικροβιακών κυττάρων. Η φάση θανάτου είναι συνήθως λογαριθμική, όπως η φάση ανάπτυξης, αν και βεβαία ο ρυθμός θανάτου διαφέρει. Γενικά ο ρυθμός θανάτου είναι πολύ αργός λόγο της ικανότητας των μικροβιακών κυττάρων να 23

προσαρμόζονται σε ακραίες συνθήκες και να επιβιώνουν. Η μετάβαση, από την φάση καθυστέρησης στην εκθετική φάση και από την εκθετική στην στάσιμη, δεν γίνεται αυτόματα. Μεταξύ τους παρεμβάλλονται οι συνθήκες της επώασης, και το είδος του μικροοργανισμού. Β.2.3 Θερμοκρασία Η θερμοκρασία του νερού θα πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ ενός εύρους έτσι ώστε να υποστηρίζει το είδος άλγης που καλλιεργείται. Το κάθε είδος έχει διαφορετική θερμοκρασία ανάπτυξης. Η μικροάλγη έχει ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών για την ανάπτυξή της. Η ψυχρόφιλη: Αναπτύσσεται κάτω από τη θερμοκρασία των 0 C και το μέγιστο που μπορεί να φτάσει η θερμοκρασία είναι μερικοί βαθμοί πάνω από το 0. Με αυτόν τον τρόπο αναπτύσσονται κυρίως τα διάτομα. Θερμόφιλη: Αναπτύσσεται μέχρι την θερμοκρασία των 75 C, κυρίως τα κυανοβακτήρια. Μεσοφιλική: Είναι το διάστημα μεταξύ της ψυχρόφιλης και της θερμόφιλης. Το βιομηχανικό ενδιαφέρον εστιάζεται κυρίως σε μια άλγη που αναπτύσσεται γύρω στους 25 C. Μια θερμοκρασία κάτω από 16 C μπορεί να επιβραδύνει την ανάπτυξη ενώ μια θερμοκρασία πάνω από 35 C μπορεί να είναι θανατηφόρα ανάλογα με το είδος. Β.2.4 Φώς και ανάμιξη Το φώς δεν πρέπει να είναι ούτε πολύ δυνατό ούτε πολύ αδύναμο καθώς διαπερνά μόνο 3 ίντσες (7,6 εκ.) έως 4 ίντσες (10 εκ.) από το νερό. Στις περισσότερες καλλιέργειες άλγης το φως διαπερνά την επιφάνεια του νερού μόνο κατά 76-100 χιλιοστά. Καθώς η άλγη αναπτύσσεται και πολλαπλασιάζεται η καλλιέργεια γίνεται τόσο πυκνή που εμποδίζει το φως να εισέλθει βαθύτερα στο νερό. Η άμεση ακτινοβολία του ήλιου είναι πολύ δυνατή για τις περισσότερες άλγες οι οποίες χρειάζονται μόνο το ένα δέκατο της ποσότητας του φωτός που δέχονται από τον άμεσο φως του ήλιου. Αναδεύοντας το νερό η άλγη κινείται και δεν παραμένει στην επιφάνεια. Η ανάδευση γίνεται με μηχανικούς τροχούς και με τη βοήθεια συμπιεσμένου αέρα που εισέρχεται από τον πυθμένα ανυψώνει την άλγη από τα χαμηλότερα επίπεδα. Η ανάδευση επίσης εμποδίζει την υπερέκθεση στον ήλιο. Τέλος η άλγη μπορεί να εφοδιάζεται με φως από συστήματα κατασκευασμένα από 24

πλαστικό ή γυαλί τα οποία τοποθετούνται μέσα στην δεξαμενή κα παρέχουν τον πλήρη έλεγχο της έντασης του φωτός. Β.2.5 Οσμή και οξυγόνο Η οσμή που συσχετίζεται με έλη, βάλτους και κάθε λιμνάζοντα νερά, μπορεί να οφείλεται στην εξάντληση του οξυγόνου που προκαλείται από την αποσύνθεση της νεκρής άλγης. Υπό ανοξικές συνθήκες τα βακτήρια που ζουν στις καλλιέργειες άλγης, σπάζουν το οργανικό στοιχείο και παράγουν υδρόθειο και αμμωνία που προκαλούν την οσμή. Αυτή η έλλειψη οξυγόνου έχει ως αποτέλεσμα τον θάνατο των υδρόβιων οργανισμών. Ετσι σ ένα σύστημα που η άλγη σκόπιμα καλλιεργείται, συντηρείται και συγκομίζεται ο ευτροφισμός και η έλλειψη οξυγόνου είναι απίθανο να συμβούν. Επίσης μερικές ζωντανές άλγες, ειδικά ορισμένες μπλε-πράσινες άλγες (κυανοβακτήρια) όπως η Anabaena, παράγουν χημικές ουσίες που δίνουν μια ιδιαίτερη και δυνατή μουχλιασμένη μυρωδιά. Ενδεχόμενος θάνατος των κυανοβακτηρίων απελευθερώνει επιπλέον αέριο το οποίο παγιδεύεται στα κύτταρα. Αυτά τα χημικά μπορούν να ανιχνευθούν σε χαμηλά επίπεδα (σε μέρη ανά δισεκατομμύριο-ppb) και μαζί με τις τοξίνες που απελευθερώνουν τα κυανοβακτήρια μπορούν να προκαλέσουν προβλήματα γεύσης και οσμής στο πόσιμο νερό. Β.2.6 Θρεπτικά συστατικά Θρεπτικά συστατικά όπως το άζωτο, ο φώσφορος και το κάλιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν λίπασμα για την άλγη. Ο σίδηρος, το πυρίτιο και μερικά άλλα ιχνοστοιχεία μπορούν να θεωρηθούν ως σημαντικά θρεπτικά συστατικά για την άλγη και η έλλειψη αυτών μπορεί να περιορίσει την ανάπτυξη και την παραγωγικότητα σε μια περιοχή. Β.2.6.1 Θρεπτικά συστατικά με την χρήση λυμάτων: Τα θρεπτικά συστατικά μπορούν να προέλθουν από τα αστικά και βιομηχανικά λύματα. Τα λύματα που προέρχονται από οικιακές και βιομηχανικές πηγές περιέχουν πλούσιες οργανικές ενώσεις οι οποίες επιτυχαίνουν την ανάπτυξη της άλγης. Ωστόσο επειδή δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν απ ευθείας πρέπει να υποβληθούν σε επεξεργασία μέσω της αναερόβιας χώνευσης. Αν το νερό των λυμάτων δεν επεξεργαστεί πριν φτάσει στην άλγη θα την μολύνει μέσα στον αντιδραστήρα και το λιγότερο θα σκοτώσει μεγάλο μέρος του επιθυμητού στελέχους της άλγης. Σε εγκαταστάσεις βιοαερίου τα οργανικά απόβλητα συνήθως μετατρέπονται σε ένα μίγμα από διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και οργανικό λίπασμα. Το οργανικό λίπασμα που βγαίνει από τον χωνευτήρα είναι υγρό και σχεδόν 25

κατάλληλο για την ανάπτυξη της άλγης αφού πρώτα καθαριστεί και αποστειρωθεί. Η αξιοποίηση των νερών που προέρχονται από τα λύματα και τους ωκεανούς υποστηρίζεται σθεναρά έναντι της χρήσης του γλυκού νερού λόγω της συνεχόμενης εξάντλησης των υδάτινων πόρων. Ωστόσο, τα βαρέα μέταλλα, τα ιχνοστοιχεία και οι μολυσματικές ουσίες μπορούν να μειώσουν την ικανότητα των κυττάρων να παράγουν λιπίδια βιοσυνθετικά καθώς και να δημιουργήσουν διάφορες επιπτώσεις στα κύτταρα. Σε ορισμένες περιπτώσεις έχει βρεθεί ότι ορισμένα στελέχη της άλγης μπορούν να αφαιρέσουν το 90% του νικελίου και του ψευδαργύρου από τα βιομηχανικά απόβλητα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Έχουν την δυνατότητα να συσσωρεύουν τα βαρέα μέταλλα και να εξαλείψουν τις τοξικές ουσίες από τα λύματα. Ορισμένες φορές μπορούν να απομακρύνουν τους παθογόνους οργανισμούς στο τριτογενές στάδιο επεξεργασίας. Χρησιμοποιώντας την άλγη για την επεξεργασία λυμάτων έχει πολλά πλεονεκτήματα από την συμβατική επεξεργασία λυμάτων. Τα πλεονεκτήματα αυτά είναι: 1. Μικρότερο κόστος επεξεργασίας 2. Χαμηλή απαίτηση ενέργειας 3. Μείωση του σχηματισμού ιλύος 4. Παραγωγή βιομάζας από άλγη Το Ωκεανογραφικό Ινστιτούτο Woods Hole και το Ωκεανογραφικό Ινστιτούτο Harbor Branch σύμφωνα με τα συμπεράσματα του προγράμματος υδάτινων ειδών του υπουργείου ενέργειας της Αμερικής (United States Department of Energy) χρησιμοποιούν υγρά απόβλητα για την εκτροφή άλγης. Το 2009 ανακοινώθηκε ένα σχέδιο παραγωγής ελαίου χρησιμοποιώντας άλγη καλλιεργούμενη από επεξεργασία λυμάτων με σκοπό την παραγωγή 150 έως 300 τόνων άλγης το χρόνο από 5 εκτάρια (50.000 m²) λιμνών άλγης. Β.2.7 Χημική σύνθεση άλγης: Η άλγη αποτελείται από προκαρυωτικά καθώς και ευκαρυωτικά κύτταρα με πυρίνα και οργανίδια. Όλη η άλγη έχει πλαστίδια και χλωροφύλλη για την πραγματοποίηση της φωτοσύνθεσης. Οι διάφοροι κλάδοι της άλγης έχουν διαφορετικούς συνδυασμούς των μορίων χλωροφύλλης. Μερικοί έχουν μόνο χλωροφύλλη Α, κάποιοι Α και Β, ενώ σε άλλους κλάδους Α και C. Όλη η άλγη αποτελείται κυρίως από τα παρακάτω σε διάφορες αναλογίες: πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λίπη και νουκλεϊνικά οξέα. Ενώ τα ποσοστά ποικίλλουν ανάλογα με το είδος της άλγης. Υπάρχουν είδη άλγης που αποτελούνται μέχρι και 40% της συνολικής μάζας τους, από λιπαρά οξέα. Είναι αυτά τα λιπαρά οξέα (έλαια) που μπορούν να εξαχθούν και να μετατραπούν σε βιοντήζελ. 26

Τα έλαια της άλγης έχουν υψηλή περιεκτικότητα σε ακόρεστα λιπαρά οξέα και κάποια είδη εξ αυτών είναι τα εξής: Το αραχιδικό οξύ (ΑΑ) Εικοσαπεντανοϊκό οξύ (ΕΡΑ) εκαεξενικό οξύ (DHA) Γ-λινολενικό οξύ (GLA) Λινελαϊνικό οξύ (LA) Χημική σύνθεση άλγης σε ξηρή ουσία % Γένος Πρωτεϊνες Υδατάνθρακες Λιπίδια Νουκλεϊκό οξύ Scenedesmus obliquus 50-56 10-17 12-14 3-6 Scenedesmus quadricauda 47-1.9 - Scenedesmus dimorphus 8-18 21-52 16-40 - Chlamydomonas rheinhardii 48 17 21 - Chlorella vulgaris 51-58 12-17 14-22 4.5 Chlorella pyrenoidosa 57 26 2 - Spirogyra sp. 6-20 33-64 11-21 - Dunaliella bioculata 49 4 8 - Dunaliella salina 57 32 6 - Euglena gracilis 39-61 14-18 14-20 - Prymnesium parvum 28-45 25-33 22-38 1-2 Tetraselmis maculata 52 15 3 - Porphyridium cruentum 28-39 40-57 9-14 - Spirulina platensis 46-63 8-14 4-9 2-5 Spirulina maxima 60-71 13-16 6-7 3-4.5 Synechoccus sp. 63 15 11 5 Anabaena cylindrica 43-56 25-30 4-7 - 27

Β.3 Καλλιέργεια Άλγης Για να είναι βιώσιμη μια μονάδα παραγωγής μικροάλγης θα πρέπει να πληρεί κάποια βασικά κριτήρια. Μέσα σε αυτά συμπεριλαμβάνεται, η δυνατότητα εύκολης τροφοδοσίας της καλλιέργειας με νερό, εύκολης παροχής με θρεπτικά συστατικά, καθώς και ύπαρξη ευνοϊκών κλιματολογικών και γεωφυσικών χαρακτηριστικών. Βασικό ρόλο στην επιλογή αυτή διαδραματίζει η ηλιακή ενέργεια. Έτσι για την εφαρμογή της πρώτης εναλλακτικής θα πρέπει να εγκατασταθούν μηχανήματα δέσμευσης και αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας, έτσι ώστε αυτή να είναι διαθέσιμη όλο το εικοσιτετράωρο στην καλλιέργεια. Σε αντίθετη περίπτωση οι μικροάλγες θα φωτοσυνθέτουν και συνεπώς θα αναπτύσσονται, μόνο κατά την διάρκεια της ημέρας και συγκεκριμένα τις ώρες με ηλιοφάνεια. Β.3.1 Μέθοδοι καλλιέργειας Η πρώτη επιλογή που θα γίνει θα πρέπει να είναι αν οι μικροάλγες θα αναπτυχθούν σε κλειστά ή ανοιχτά συστήματα. Οι προηγούμενες παράμετροι εξαρτώνται άμεσα από το κόστος της εγκατάστασης καθώς και από το σκοπό που αυτή θα εξυπηρετεί. Πέραν όμως του μηχανολογικού εξοπλισμού πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην επιλογή του είδους της μικροάλγης που θα χρησιμοποιηθεί, καθώς και των θρεπτικών συστατικών που απαιτούνται για την ανάπτυξή της. Συνήθως επιλέγονται είδη των οποίων τα χαρακτηριστικά είναι ήδη γνωστά. Βασικά χαρακτηριστικά που θα πρέπει να είναι γνωστά πριν την επιλογή του είδους μικροάλγης που θα καλλιεργηθεί είναι: 1. Παραγωγικότητα, συνήθως μετρούμενη ως βιομάζα ανά όγκο και χρόνο. 2. Περιεκτικότητα σε λιπίδια και λιπαρά οξέα, δηλαδή στα στοιχεία τα οποία επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα και ποσότητα του παραγόμενου βιοκαυσίμου. 3. Αντοχή σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως υψηλή θερμοκρασία, υψηλή περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα ή οξείδια αζώτου κλπ. 4. εσμευτική ικανότητα διοξειδίου του άνθρακα όπου βασικό στόχο αποτελεί η δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από τα παραγόμενα καυσαέρια ενός ηλεκτροπαραγωγού σταθμού. 5. Ευκολία διαχωρισμού βιομάζας από το διάλυμα. 6. Πιθανότητα επιπλέον χρήσεων 28

Τα παραπάνω χαρακτηριστικά σε συνδυασμό με την σωστή επιλογή μηχανολογικού εξοπλισμού και σωστό σχεδιασμό της μονάδας μπορούν να οδηγήσουν σε κερδοφόρα αποτελέσματα. Β.3.1.1 Ανοιχτές λίμνες (open-ponds): Είναι ρηχές τεχνητές λίμνες που χρησιμοποιούνται για την καλλιέργεια άλγης. Χωρίζονται σε μια ορθογώνια σχάρα, με κάθε ορθογώνιο να περιλαμβάνει ένα κανάλι σε σχήμα οβάλ. Κοιτώντας από πάνω, αρκετές μικρές λίμνες μοιάζουν με λαβύρινθο. Κάθε ορθογώνιο περιέχει έναν τροχόκουπί για να κάνει το νερό να ρέει συνεχώς γύρω από το κύκλωμα. Στην παρακάτω εικόνα η άλγη κάνει μια κυκλική κίνηση αφού ανακατεύεται με τον τροχό καθώς το διοξείδιο του άνθρακα και τα θρεπτικά συστατικά εισάγονται στο σύστημα. Η μέθοδος αυτή είναι ιδιαίτερα ευάλωτη στην μόλυνση από άλλους μικροοργανισμούς όπως άλλα είδη φυκιών ή βακτηρίων. Γι αυτό οι καλλιεργητές επιλέγουν κλειστά συστήματα για μικροκαλλιέργειες. Τα ανοικτά συστήματα δεν προσφέρουν έλεγχο θερμοκρασίας και φωτισμού και η περίοδος της καλλιέργειας εξαρτάται από τη τοποθεσία και περιορίζεται στους ζεστούς μήνες. Επίσης μειονέκτημα αποτελούν οι συνθήκες χαμηλού φωτισμού, οι απώλειες λόγω εξάτμισης, η διάχυση του CO₂ στην ατμόσφαιρα και η απαίτηση των μεγάλων περιοχών της γης. 29

Τα ανοικτά συστήματα έχουν μικρό κόστος κατασκευής με ελάχιστη απαίτηση μια τάφρο. Είναι πιο εύκολο να κατασκευαστούν και να λειτουργήσουν από τα περισσότερα κλειστά συστήματα. Οι μεγάλες λίμνες έχουν τη μεγαλύτερη ικανότητα παραγωγής σε σχέση με άλλα συστήματα του συγκρίσιμου κόστους. Επίσης οι καλλιέργειες αυτές μπορούν να εκμεταλλευθούν ασυνήθιστες συνθήκες που ταιριάζουν μόνο σε συγκεκριμένες άλγες. Για παράδειγμα η σπιρουλίνα ευδοκιμεί σε νερά με υψηλή συγκέντρωση του διττανθρακικού νατρίου και η Dunaliella salina μεγαλώνει σε εξαιρετικά αλμυρό νερό. Μερικά αλυσιδωτά διάτομα εμπίπτουν σ αυτή την κατηγορία αφού μπορούν να φιλτράρονται από ένα ρεύμα νερού που ρέει μέσω ενός σωλήνα εκροής. Μια μαξιλαροθήκη φτιαγμένη από πλεκτό ύφασμα δένεται πάνω από τον σωλήνα αφήνοντας τις άλλες άλγες να διαφύγουν. Τα αλυσιδωτά διάτομα κρατούνται μέσα στην τσάντα και ενοφθαλμίζουν νέες δεξαμενές ή λίμνες. Περικλείοντας μια λίμνη με διάφανο ή ημιδιάφανο φράγμα την μετατρέπει αποτελεσματικά σε ένα κλειστό σύστημα που σημαίνει τη λύση πολλών προβλημάτων που σχετίζονται με ένα ανοικτό σύστημα, επιτρέπει να αναπτυχθούν περισσότερα είδη, εκτείνει την περίοδο καλλιέργειας και αν η λίμνη θερμανθεί μπορεί να παράγει όλο τον χρόνο. Ανοιχτές λίμνες 30

Β.3.1.2 Φωτοβιοαντιδραστήρες: Ένας φωτοβιοαντιδραστήρας είναι ένας βιοαντιδραστήρας που ενσωματώνει μερικούς τύπους πηγών φωτός για να παρέχει φωτονική ενέργεια στον αντιδραστήρα. Μπορεί να περιγραφεί ως ένα κλειστό, φωτιζόμενο σκεύος για καλλιέργειες που έχει σχεδιαστεί για την ελεγχόμενη παραγωγή βιομάζας των φωτοτροφικών υγρών κυτταροκαλλιεργειών. Αν και μια ανοιχτή λίμνη θα μπορούσε να θεωρηθεί φωτοβιοαντιδραστήρας, ο όρος αυτός αναφέρεται μόνο στα κλειστά συστήματα που δεν έχουν άμεση ανταλλαγή αερίων και ρύπων με το περιβάλλον. Οι φωτοβιοαντιδραστήρες, παρά το υψηλό κόστος τους, έχουν μερικά σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι των ανοικτών συστημάτων: Προλαμβάνουν ή ελαχιστοποιούν την μόλυνση Προσφέρουν καλύτερο έλεγχο των συνθηκών βιοκαλλιέργειας, δηλαδή του pη, της έντασης του φωτός, του διοξειδίου του άνθρακα, της θερμοκρασίας κτλ. Εμποδίζουν την εξάτμιση του νερού Μικρότερες απώλειες διοξειδίου του άνθρακα Επιτρέπουν υψηλότερες συγκεντρώσεις των κυττάρων Επιτρέπουν την παραγωγή σύνθετων βιοφαρμακευτικών ουσιών Υπάρχουν όμως και ορισμένες απαιτήσεις: Ψύξη Ανάμιξη Έλεγχος της συσσώρευσης οξυγόνου και ακαθαρσιών Αυτές καθιστούν τα συστήματα αυτά πιο ακριβά για την κατασκευή και την λειτουργία τους από τα ανοιχτά συστήματα αλλά περισσότερο αποτελεσματικά. Νέα φθηνότερα συστήματα σχεδιάζονται και μαζί με την χρήση ρεμάτων αποβλήτων καθιστούν την παραγωγή της μικροάλγης εμπορικά ελκυστική. Επειδή οι φωτοβιοαντιδραστήρες είναι κλειστά συστήματα ο καλλιεργητής πρέπει να παρέχει όλα τα θρεπτικά συστατικά συμπεριλαμβανομένου διοξειδίου του άνθρακα. Ένας φωτοβιοαντιδραστήρας μπορεί να λειτουργεί με ομαδοποιημένο τρόπο ο οποίος περιλαμβάνει την ανασύσταση του αντιδραστήρα μετά από 31

κάθε συγκομιδή, αλλά και την πιθανότητα αύξησης της συγκομιδής συνεχώς. Η συνεχής λειτουργία του απαιτεί τον πλήρη έλεγχο όλων των στοιχείων έτσι ώστε να αποφευχθεί η άμεση κατάρρευση. Ο καλλιεργητής παρέχει αποστειρωμένο νερό, θρεπτικά συστατικά, αέρα, και διοξείδιο του άνθρακα στις σωστές τιμές. Αυτό επιτρέπει στον αντιδραστήρα να λειτουργεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ένα πλεονέκτημα είναι ότι η άλγη που φυτρώνει στη φάση καταγραφής παρέχει περισσότερη περιεκτικότητα σε θρεπτικά συστατικά από την άλγη που βρίσκεται σε φάση γήρατος. Μέγιστη περιεκτικότητα εμφανίζεται όταν ο ρυθμός ανταλλαγής (χρόνος για την ανταλλαγή ενός όγκου του υγρού) είναι ίσος με τον χρόνο διπλασιασμού (σε μάζα ή όγκο) της άλγης. Φωτοβιοαντιδραστήρας ιαφορετικοί τύποι φωτοβιοαντιδραστήρων περιέχουν: i) εξαμενές ii) Σάκους πολυαιθυλενίου iii) Πλαστικούς ή Γυάλινους σωλήνες 32

Σάκοι Πολυαιθυλενίου 33

Πλαστικοί ή Γυάλινοι σωλήνες Β.3.1.3 Κλειστές Λίμνες (Closed Ponds): Μια εναλλακτική λύση στις ανοιχτές λίμνες είναι οι κλειστές λίμνες όπου ο έλεγχος του περιβάλλοντος είναι πολύ καλύτερος απ ότι στις ανοιχτές λίμνες. Τα κλειστά συστήματα λιμνών κοστίζουν περισσότερο από τις ανοιχτές λίμνες και πολύ λιγότερο από ό,τι οι φωτοβιοαντιδραστήρες για παρόμοιες περιοχές λειτουργίας. Η τροποποίηση στα συστήματα των ανοιχτών λιμνών γίνεται με την κάλυψη της ανοιχτής λίμνης τοποθετώντας από πάνω ένα θερμοκήπιο. Αν και αυτό συνήθως οδηγεί σε ένα μικρότερο σύστημα, επιλύει πολλά από τα προβλήματα που συνδέονται με ένα ανοικτό σύστημα. Επιτρέπει την ανάπτυξη περισσοτέρων ειδών, επιτρέπει στα είδη που καλλιεργούνται να μείνουν κυρίαρχα και επεκτείνει την καλλιεργητική περίοδο αν δεν υπάρχει θέρμανση, ενώ αν υπάρχει θέρμανση η παραγωγή γίνεται όλο το χρόνο. Μπορεί επίσης να αυξηθεί και το ποσοστό του διοξειδίου του άνθρακα με συνέπεια την αύξηση της ανάπτυξης της άλγης. Συνήθως οι κλειστές λίμνες χρησιμοποιούνται στην καλλιέργεια σπιρουλίνας. Αυτά τα κλειστά συστήματα κατασκευάζονται με πλεξιγκλάς. 34

Κλειστές λίμνες Β.3.2 ιάφορες καλλιέργειες Β.3.2.1 Καλλιέργεια άλγης στην έρημο: Η άλγη μπορεί να καλλιεργηθεί σε λίμνες αλμυρού νερού στην έρημο ή ακόμα πιο αποτελεσματικά σε ιδιόκτητο φωτοβιοαντιδραστήρα που θα λύσει τα προβλήματα που προέκυψαν στις ανοιχτές λίμνες με λίγο περισσότερο κόστος. Είναι κατανοητό ότι οι φωτοβιοαντιδραστήρες θα μπορούσαν να τοποθετηθούν σε ένα περιβάλλον της ερήμου, αν και μια από τις προκλήσεις για την καλλιέργεια άλγης είναι να κρατήσει το νερό σε μια πολύ σταθερή θερμοκρασία περίπου 20 βαθμούς Κελσίου που θα επηρεάσει θετικά τη βέλτιστη τοποθέτηση των φωτοβιοαντιδραστήρων. Οι κύριες είσοδοι για την καλλιέργεια της άλγης είναι το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα και το ηλιακό φως. Η δραστηριότητα αυτή θα ήταν καλύτερο να επιτευχθεί πιο κοντά στην έρημο, στην οποία τα εποχιακά επίπεδα ηλιακού φωτός και οι θερμοκρασίες δεν διαφέρουν τόσο πολύ όσο διαφέρουν πιο μακριά από τον Ισημερινό. Τα συστήματα αυτά απαιτούν πολύ λίγο νερό λόγω της κλειστής διαδικασίας του κυκλώματος, δεν επιβαρύνουν με σημαντικό κόστος εργασίας και δεν χρησιμοποιούν εξοπλισμό για καύση ορυκτών καυσίμων. 35

Τα στελέχη της άλγης που είναι κατάλληλα για καλλιέργεια στην έρημο είναι: Haematococcus pluvialis Microcoleus vaginatus Chlamydomonas perigranulata Synechocystis. Β.3.2.2 Καλλιέργεια άλγης σε θαλάσσιο περιβάλλον: Τα θαλάσσια φυτά κατανέμονται σε δύο μορφές. Μερικά είδη θαλάσσιας άλγης είναι τόσο μικροσκοπικά τα οποία μπορούν να φανούν μόνο σε μικροσκόπιο. Μερικά άλλα είναι μεγάλα (μακροάλγη ή φύκια) και ένα παράδειγμα είναι η macrocystis, ένα είδος φαιοφυκών που ανήκουν στην ομάδα της καφέ άλγης, η οποία μπορεί να φθάσει τα 60 μέτρα σε μήκος. Λόγω της περιεκτικότητάς του σε άλατα, το αλμυρό νερό είναι πιο οικονομικό από το γλυκό νερό για την καλλιέργεια άλγης. Τα κύρια θρεπτικά συστατικά που απαιτούνται για την ανάπτυξη 36

της άλγης είναι ήδη παρόντα στο θαλασσινό νερό. Η μακροάλγη καλλιεργείται στη θάλασσα συνδέοντάς την σε στάσιμες επιπλέοντες γραμμές. εν χρειάζεται χώμα και είναι ήδη εφοδιασμένη με το νερό που χρειάζεται κάτι που αποτελεί σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με την παραγωγή στην ξηρά καθώς το νερό είναι ο πιο περιοριστικός παράγοντας για τις περισσότερες γεωργικές επεκτάσεις και ιδιαίτερα με την κλιματική αλλαγή. Β.3.2.3 Παραγωγή άλγης σε ανοιχτούς ωκεανούς: Πολλές χώρες έχουν περιορισμένες εκτάσεις για την εκτροφή ή η καλλιέργεια ελαιούχων καλλιεργειών, όπως η άλγη, αλλά έχουν πολύ μεγαλύτερες εκτάσεις ωκεανών. Έτσι, ένα φυσικό ερώτημα που τίθεται είναι: πώς μπορεί να καλλιεργηθεί άλγη σε ωκεανούς για παραγωγή βιοντήζελ; Οι περισσότερες έρευνες μέχρι σήμερα έχουν επικεντρωθεί στην ξηρά και σε ελεγχόμενους χώρους. Για να πάρουμε υψηλές αποδόσεις ελαίου ανά στρέμμα το περιβάλλον πρέπει να ελέγχεται σε σημαντικό βαθμό, ώστε να κρατήσει άλλα είδη από το καταστρέψουν τις αποδόσεις. Θα είναι εξαιρετικά δύσκολο στα ανοιχτά, ανεξέλεγκτα περιβάλλοντα για να σταματήσει τα ανεπιθύμητα στελέχη άλγης από την καταστροφή άλγης υψηλού περιεχομένου σε έλαιο, τα οποία δεν είναι ιδιαίτερα ανταγωνιστικά σε τέτοια ανοιχτά περιβάλλοντα. Επίσης πρέπει να εξετασθούν τα προβλήματα όπως η συγκομιδή σε ανοικτό ωκεανό κλπ. Σε αυτό το στάδιο της έρευνας η συγκομιδή συγκεκριμένων στελεχών άλγης στο ανοιχτό περιβάλλον των ωκεανών φαίνεται να είναι ένα αρκετά δύσκολο θέμα. Επιπλέον, οι πρόσφατες τεχνικές έχουν αναπτυχθεί για την παραγωγή μεγάλης κλίμακας των θαλάσσιας μικροάλγης κάτω από συνθήκες ετεροτροφικής ανάπτυξης χρησιμοποιώντας τον οργανικό άνθρακα αντί του φωτός ως πηγή ενέργειας. Οι ετεροτροφικές καλλιέργειες άλγης έχουν έως και χίλιες φορές υψηλότερη πυκνότητα από φωτοαυτοτροφικών καλλιεργειών και μπορεί να συντηρηθεί με ξήρανση. 37

Τα είδη άλγης που είναι κατάλληλα για καλλιέργεια σε θάλασσα ταξινομούνται σε τέσσερις ομάδες: κόκκινη άλγη, καφέ άλγη, πράσινη άλγη και διάτομα. Τα στελέχη είναι: Isochrysis galbana Tetraselmis sp. Synechococcus sp. Chlorococcum littorale Chlamydomonas sp. Nannochloropsis salina Phaeodactylum tricornutum Dunaliela tertiolecta Chaetoceros muelleri Botryococcus braunii Emiliania huxleyi Β.3.2.4 Καλλιέργεια άλγης για τη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα: Η άλγη ζει με μεγάλη συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα και του διοξειδίου του αζώτου. Οι ρύποι αυτοί που απελευθερώνονται από τα αυτοκίνητα, εργοστάσια παραγωγής τσιμέντου, ζυθοποιεία, εργοστάσια λιπασμάτων, χαλυβουργεία μπορούν να χρησιμεύσουν ως θρεπτικά συστατικά για την άλγη. Οι εγκαταστάσεις παραγωγής άλγης μπορούν να τροφοδοτούνται με τα καυσαέρια από τα εργοστάσια αυξάνοντας την παραγωγή άλγης, καθαρίζοντας τον αέρα και παράλληλα μετατρέποντας τα έλαια της άλγης σε βιοντήζελ και τα υπόλοιπα συστατικά σε αιθανόλη. Η τεχνολογία αυτή προσφέρει μια ασφαλή και βιώσιμη λύση στα προβλήματα που συνδέονται με την υπερθέρμανση του πλανήτη. Η ακαδημία επιστημών της Τσεχίας και το ινστιτούτο έρευνας καυσίμων πραγματοποίησαν μια έρευνα για την αξιοποίηση των καυσαερίων για την καλλιέργεια της μικροάλγης Chlorella spp., σε έναν υπαίθριο φωτοαντιδραστήρα. Τα καυσαέρια παράχθηκαν από την καύση φυσικού αερίου σε έναν λέβητα που χρησιμοποιήθηκε για την υπαίθρια καλλιέργεια Chlorella sp., σε μια έκταση 55 τετραγωνικών μέτρων. Εκτιμήθηκε ότι περίπου το 50 % των καυσαερίων απανθρακοποιήθηκαν. Έτσι η άλγη μπορεί να καλλιεργηθεί κοντά σε ένα εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι εταιρίες Inventure Chemical and Seambiotic έχουν ανακοινώσει ότι έχουν συστήσει μια κοινοπραξία για την κατασκευή ενός πιλοτικού εμπορικού εργοστασίου βιοκαυσίμων από άλγη που δημιουργείται 38

από τις εκπομπές CO₂ ως τροφοδοτική ύλη. Το εργοστάσιο χρησιμοποιήσει στελέχη άλγης που η Seambiotic έχει αναπτύξει συνδυασμό με τις διαδικασίες μετατροπής που αναπτύχθηα καν από Inventure για την παραγωγή αιθανόλης, βιοντήζελ και άλλων χημικών. θα σε την Στο παρακάτω διάγραμμα ροήςς από το εργαστάσιοο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας το διοξείδιο του τ άνθρακα που παράγεται κατά την καύση ορυκτών καυσίμων πηγαίνει στο σύστημα καλλιέργειας άλγης και κ στη συνέχεια από τις διαδικασίες ανάκτησης του ελαίου από την άλγη, της διύλισης και της μετεστερεοποίησης παράγεται βιοντήζελ. Τέλος η άλγη μπορεί να καλλιεργηθεί κοντά σε εργοστάσια παραγωγής τσιμέντου τα οποία εκπέμπουν περίπου ενάμιση τόνο διοξειδίου του άνθρακα για κάθε τόνο τσιμέντου που παράγεται. Κατά μέσο όρο κάθε μονάδα εκπέμπει 100.000 τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως. Σύμφωνα με τη ιακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή, υπάρχουν περισσότερ ρα από 1.175 εργοστάσια παραγωγής τσιμέντου σε παγκόσμιο επίπεδο από τα οποία συνολικά παράγονται 932 εκατομμύρια τόνοι διοξειδίου του άνθρακα. Επειδή τα εργοστάσια τσιμέντου παράγουν άφθονα ποσά διοξειδίου του άνθρακα και πολλά βρίσκονται σε τροπικές ή υποτροπικές περιοχές του κόσμου, είναι ιδανικοί υποψήφιοι για να επωφεληθούν από την τεχνολογία της άλγης για την μετατροπή των αερίων σε έλαιο άλγης. Πολλές εταιρείες όπως η HR Biopetroleum, η Pond Biofuels και η Associated Cement Companies εργάζονται για την χρησιμοποίηση των καυσαερίων από εργοστάσια τσιμέντου για την παραγωγή άλγης. 39