Микроводоросли меняют представление о биотопливе
Само название «микроводоросли» говорит об их крошечных размерах. Эти организмы могут быть как одноклеточными, так и многоклеточными, образовывать колонии или нитевидные структуры, а их размеры варьируются от единиц до сотен микрометров. Однако они очень важны для природы и человека. Встретить их можно, наверное, на каждом квадратном метре (а то и сантиметре) поверхности земной суши и тем более воды. Ведь микроводоросли есть во всех водоёмах — и солёных, и пресных, в горячих источниках и городских сточных водах, а также в почве. Их концентрация в благоприятных условиях, например при так называемом цветении водоёмов, может достигать миллиардов клеток на один литр воды.
Возникает закономерный вопрос, относятся ли микроводоросли к растениям? В современной классификации живых организмов выделяют пять самых крупных подразделений, или царств: животные, растения, грибы, бактерии и вирусы. Микроводоросли представляют собой разнородную (полифилетическую) группу и в зависимости от строения могут относиться либо к растениям, либо, если клетки не имеют выраженного ядра, — к бактериям, а именно — к цианобактериям, или цианеям, называвшимся ранее сине-зелёными водорослями. Артроспиру, более известную под коммерческим названием «спирулина», долгое время ошибочно классифицировали как водоросль из-за сходства внешнего вида и физиологических требований к культивированию. Но современные молекулярно-генетические и биохимические исследования, а также отсутствие у артроспиры оформленного ядра позволили систематикам уверенно отнести этот организм к цианобактериям.
Однако все микроводоросли, включая сине-зелёные, объединяет с растениями способность к фотосинтезу: они поглощают углекислый газ (CO2) и солнечный свет, выделяя кислород и создавая биомассу. Возможно, именно фотосинтез — важнейшая функция микроводорослей: они продуцируют до 50% всего кислорода на Земле, поглощая при этом десятки миллиардов тонн углерода ежегодно, что в разы или даже на порядок больше, чем выбрасывает человек в процессе своей хозяйственной деятельности.
Микроводоросли относятся к автотрофным организмам, или продуцентам, способным синтезировать органическое вещество из неорганического материала. Однако они могут переходить на миксотрофный (от греч. mixis — «смешение» и trophé — «пища, питание») тип питания, при котором используют также простые органические соединения.
Некоторые микроводоросли обладают очень высоким содержанием липидов (жиров, или масел) в клетках — в среднем до 20—50% от сухого веса, а иногда и до 80%. Именно это свойство позволяет рассматривать микроводоросли как сырьё для производства экологически чистого биотоплива, что выводит их в разряд возобновляемых источников энергии. Однако производство биотоплива — далеко не единственная сфера их применения. Они содержат широкий спектр полезных веществ, что делает их сырьём для производства кормов и пищевых добавок. В частности, концентрация белка в микроводорослях достигает 50—70% по сухому весу. А в качестве лекарств и биологически активных добавок микроводоросли востребованы благодаря содержащимся в них аминокислотам, полиненасыщенным жирным кислотам, витаминам, пигментам, фитостеринам, полисахаридам в легко усвояемом для человека и животных виде. Кроме того, микроводоросли используются для очистки сточных вод, промышленных и сельскохозяйственных стоков, загрязнённой почвы — они эффективно поглощают избыток азота, фосфора, тяжёлые металлы. Применяются они и как биоудобрения в сельском хозяйстве, а также для производства натуральных пищевых красителей, антиоксидантов, косметических продуктов.
Важное свойство микроводорослей — высокая скорость размножения. В естественной среде удвоение биомассы может происходить за период времени до 48 часов. Общую массу микроводорослей на Земле подсчитать очень трудно. Но, например, в Мировом океане она оценивается в диапазоне от 400—500 до 1500 млн тонн, что соответствует примерно 200 млн тонн углерода. Это составляет всего 0,2% всей фитомассы Земли, то есть немного. Дело в том, что микроводоросли активно поедаются другими организмами — зоопланктоном, моллюсками, мелкой рыбой, что ограничивает рост фитомассы. Размножение может сдерживаться также слишком низкими или высокими температурами, недостатком солнечной энергии, неподходящими кислотностью или щёлочностью среды — для большин-ства водорослей оптимальна нейтральная среда с pH от 6 до 8.
Мировой рынок водорослей (охватывающий как макро-, так и микроводоросли), по прогнозам, к 2028 году достигнет 6,3 млрд долларов США, что отражает растущий спрос на продукты на их основе в пищевой, нутрицевтической, косметической и фармацевтической промышленности. Среди всех микроводорослей, используемых в производстве пищевых добавок, ключевые позиции занимают хлорелла и артроспира: на их долю приходится примерно 80% мирового рынка продуктов питания из данных организмов. Артроспира, благодаря своему исключительному питательному профилю, функциональным качествам и научно подтверждённой пользе для здоровья, занимает лидирующие позиции.
К числу крупнейших производителей микроводорослей относятся США, Китай, страны ЕС. При этом цели промышленного культивирования различны: от производства пищевых и кормовых добавок до выпуска косметической продукции, биополимеров и биотоплива. В качестве примеров компаний, занимающихся выращиванием микроводорослей, можно назвать Corbion N. V., Algae Biosciences Corp., Earthrise Nutritionals, Beijing Algal Ecological Science and Technology Development Co., Algae Biotech S. L.