Cultivo de algas

El cultivo de algas o algas marinas es la práctica de cultivar y cosechar algas . En su forma más simple, consiste en la gestión de lotes encontrados de forma natural. En su forma más avanzada, consiste en controlar completamente el ciclo de vida de las algas.

Cultivo subacuático de Eucheuma en Filipinas
Una persona se encuentra en aguas poco profundas, recolectando algas que han crecido en una cuerda.
Un cultivador de algas en Nusa Lembongan (Indonesia) recolecta algas comestibles que han crecido en una cuerda.

Los siete taxones de algas más cultivados son Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp., Saccharina japonica , Undaria pinnatifida , Pyropia spp. Y Sargassum fusiforme . Eucheuma y K. alvarezii se cultivan para obtener carragenina (un agente gelificante ); Gracilaria se cultiva para agar ; mientras que el resto se cultiva para la alimentación. Los países productores de algas más grandes son China, Indonesia y Filipinas. Otros productores notables incluyen Corea del Sur, Corea del Norte, Japón, Malasia y Zanzíbar.( Tanzania ). [1] El cultivo de algas se ha desarrollado con frecuencia como una alternativa para mejorar las condiciones económicas y reducir la presión pesquera y las pesquerías sobreexplotadas. [2]

La producción mundial de plantas acuáticas cultivadas, dominada abrumadoramente por algas marinas, aumentó en volumen de producción de 13,5 millones de toneladas en 1995 a poco más de 30 millones de toneladas en 2016. [3] En 2014, las algas marinas representaban el 27% de toda la acuicultura marina . [4] El cultivo de algas es un cultivo de carbono negativo , con un alto potencial para la mitigación del cambio climático . [4] El Informe especial del IPCC sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante recomienda "una mayor atención a la investigación" como táctica de mitigación. [5]

Paquetes de matorrales en el estuario del río Tama utilizados para el cultivo de algas Porphyra en Japón , c. 1921

El uso humano de las algas recolectadas en la naturaleza se remonta al menos al período Neolítico . [1]

El cultivo de gim (laver) en Corea se informa en libros del siglo XV, como Revised and Augmented Survey of the Geography of Korea y Geography of Gyeongsang Province . [6] [7]

El cultivo de algas comenzó en Japón ya en 1670 en la bahía de Tokio . [8] En otoño de cada año, los agricultores arrojaban ramas de bambú en aguas poco profundas y fangosas, donde se acumulaban las esporas de las algas. Unas semanas más tarde, estos ramales se trasladarían a un estuario de río . Los nutrientes del río ayudarían a crecer las algas. [8]

Cultivo de Eucheuma en Filipinas

En la década de 1940, los japoneses mejoraron este método colocando redes de material sintético atadas a postes de bambú. Esto efectivamente duplicó la producción. [8] Una variante más barata de este método se llama método hibi : cuerdas simples estiradas entre postes de bambú. A principios de la década de 1970, existía una demanda reconocida de algas y productos de algas marinas, que superaba la oferta, y el cultivo se consideraba el mejor medio para aumentar la producción. [9]

En los trópicos, el cultivo comercial de Caulerpa lentillifera (uvas de mar) se inició en la década de 1950 en Cebu , Filipinas , después de la introducción accidental de C. lentillifera en estanques de peces en la isla de Mactan . [10] [11] Esto fue desarrollado aún más por la investigación local, particularmente a través de los esfuerzos de Gavino Trono , desde entonces reconocido como un Científico Nacional de Filipinas . La investigación local y los cultivos experimentales llevaron al desarrollo de los primeros métodos de cultivo comercial para otras algas de agua caliente (dado que las algas comestibles rojas y marrones de agua fría favorecidas en el este de Asia no crecen en los trópicos), incluido el primer cultivo comercial exitoso de algas productoras de carragenina . Estos incluyen Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp. Y Halymenia durvillei . [12] [13] [14] [15] En 1997, se estimó que 40.000 personas en Filipinas se ganaban la vida mediante el cultivo de algas. [16] Filipinas fue el mayor productor mundial de carragenina durante varios decenios, hasta que Indonesia lo superó en 2008. [17] [18] [19] [20]

La práctica del cultivo de algas se ha extendido desde hace mucho tiempo más allá de Japón y Filipinas. El cultivo también es común en todo el sudeste asiático, Canadá, Gran Bretaña, España y Estados Unidos. [21]

En la década de 2000, el cultivo de algas marinas ha recibido una atención cada vez mayor debido a su potencial para mitigar tanto el cambio climático como otros problemas ambientales, como la escorrentía agrícola . [22] [23] El cultivo de algas se puede mezclar con otras actividades acuícolas , como los mariscos, para mejorar los cuerpos de agua, como en las prácticas desarrolladas por la organización sin fines de lucro estadounidense GreenWave . [22] El Informe especial del IPCC sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante recomienda "una mayor atención a la investigación" como táctica de mitigación. [5]

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Un agricultor estadounidense de algas marinas, Bren Smith de GreenWave explica sus métodos de cultivo, incluida la relación simbiótica que las algas marinas tienen con otros mariscos que cultiva.

Las primeras guías de cultivo de algas en Filipinas recomendaron el cultivo de algas Laminaria y los llanos de arrecifes a aproximadamente un metro de profundidad durante la marea baja. También recomendaron cortar los pastos marinos y eliminar los erizos de mar antes de la construcción de la granja. Luego, las plántulas se amarran a líneas de monofilamento y se ensartan entre estacas de manglar clavadas en el sustrato. Este método de fondo sigue siendo uno de los principales métodos que se utilizan en la actualidad. [24]

Hay nuevos métodos de cultivo con palangre que se pueden utilizar en aguas más profundas de aproximadamente 7 metros de profundidad. Utilizan líneas de cultivo flotantes ancladas al fondo y son los principales métodos utilizados en las aldeas del norte de Sulawesi , Indonesia . [25] [26] Las especies cultivadas con palangre incluyen las de los géneros Saccharina , Undaria , Eucheuma , Kappaphycus y Gracilaria . [27]

El cultivo de algas en Asia es un negocio de tecnología relativamente baja con una gran demanda de mano de obra. Ha habido muchos intentos en varios países para introducir alta tecnología para cultivar el crecimiento de plantas separadas en tanques en tierra con el fin de reducir la mano de obra, pero aún no han alcanzado la viabilidad comercial. [24]

Ha habido un debate considerable sobre cómo se pueden cultivar las algas marinas en mar abierto como un medio para regenerar las poblaciones de peces diezmadas y contribuir al secuestro de carbono . En particular, Tim Flannery ha destacado cómo el cultivo de algas marinas en mar abierto, facilitado por el sustrato y la surgencia artificial, puede permitir el secuestro de carbono si las algas marinas se hunden por debajo de un kilómetro de profundidad. [28] [29] [30] De manera similar, la ONG Climate Foundation y varios expertos en permacultura han postulado que la maricultura en alta mar de ecosistemas de algas marinas puede llevarse a cabo de manera que incorporen los principios básicos de la permacultura, constituyendo así la permacultura marina . [31] [32] [33] [34] [35] El concepto prevé el uso de afloramientos artificiales y plataformas flotantes sumergidas como sustrato para replicar ecosistemas de algas naturales que proporcionan hábitat y la base de una pirámide trófica para la vida marina. [36] Siguiendo los principios de la permacultura, las algas y los peces se pueden cosechar de forma sostenible mientras se captura el carbono atmosférico. A partir de 2020, se han llevado a cabo varias pruebas exitosas en Hawái, Filipinas, Puerto Rico y Tasmania. [37] [38] La idea ha recibido una atención pública sustancial, destacando como una solución clave cubierta por el documental 2040 de Damon Gameau y en el libro Drawdown: The Most Comprehensive Plan Ever Proposed to Reverse Global Warming editado por Paul Hawken .

Vista aérea de granjas de algas en Corea del Sur

Varios problemas ambientales pueden resultar del cultivo de algas. A veces, los cultivadores de algas talan manglares para usarlos como estacas para sus cuerdas. Sin embargo, esto afecta negativamente a la agricultura, ya que reduce la calidad del agua y la biodiversidad de los manglares debido al agotamiento. A veces, los agricultores también pueden eliminar la hierba marina de sus áreas de cultivo. Sin embargo, esto también se desaconseja, ya que afecta negativamente a la calidad del agua. [39]

El cultivo de algas ayuda a preservar los arrecifes de coral [16] al aumentar la diversidad donde se han introducido las algas y las algas, y también proporciona un nicho adicional para las especies locales de peces e invertebrados. La agricultura puede resultar beneficiosa al aumentar la producción de peces y mariscos herbívoros en la zona. [2] Pollnac y et al 1997binformó de un aumento en la población Siginid después del inicio del cultivo extensivo de algas eucheuma en aldeas en el norte de Sulawesi, Indonesia. [26]

El cultivo de algas también se puede utilizar para capturar, absorber y eventualmente incorporar nutrientes excesivos en el tejido vivo. "Bioextracción de nutrientes" es el término preferido para la biorremediación que involucra plantas y animales cultivados. La bioextracción de nutrientes (también llamada biocosecha) es la práctica de cultivar y cosechar mariscos y algas para eliminar el nitrógeno y otros nutrientes de los cuerpos de agua naturales. [40] (Ver artículo principal Contaminación por nutrientes ).

Se ha prestado una atención considerable a cómo el cultivo de algas marinas a gran escala en mar abierto puede actuar como una forma de secuestro de carbono para mitigar el cambio climático. Varios estudios académicos han demostrado que los bosques de algas cercanas a la costa constituyen una fuente de carbono azul , ya que las corrientes de las olas transportan los detritos de las algas hacia el océano medio y profundo, secuestrando así el carbono. [5] [4] [41] [42] [43] Además, nada en la tierra secuestra carbono más rápido que macrocystis pyrifera (también conocido como algas gigantes) que puede crecer hasta 60 m de longitud y tan rápidamente como 50 cm por día en condiciones ideales. [44] Por lo tanto, se ha sugerido que el cultivo de algas marinas a gran escala puede tener un impacto significativo en el cambio climático. Según un estudio, cubrir el 9% de los océanos del mundo con bosques de algas marinas "podría producir suficiente biometano para reemplazar todas las necesidades actuales en energía de combustibles fósiles, mientras elimina 53 mil millones de toneladas de CO2 por año de la atmósfera, restaurando los niveles preindustriales". . [45] Además de la mitigación del cambio climático, el cultivo de algas puede ser un paso inicial hacia la adaptación a las inevitables limitaciones ambientales que puedan surgir como resultado del cambio climático en un futuro próximo. Estos incluyen la protección esencial de la costa a través de la disipación de la energía de las olas, especialmente importante para las costas de manglares. La ingesta de dióxido de carbono reduciría el pH localmente, lo que sería muy beneficioso para los calcificadores como los crustáceos o para prevenir la irreversibilidad del blanqueamiento de los corales. Finalmente, el cultivo de algas proporcionaría una fuerte entrada de oxígeno a las aguas costeras, contrarrestando así los efectos de la desoxigenación del océano a través del aumento de la temperatura del océano. [4]

Cosecha de algas en Cabo Norte (Canadá)

Solo en Japón, el valor de producción anual de nori asciende a 2 mil millones de dólares y es uno de los cultivos más valiosos del mundo producidos por la acuicultura. La alta demanda de producción de algas ofrece abundantes oportunidades y trabajo para la comunidad local. Un estudio realizado por Filipinas mostró que las parcelas de aproximadamente una hectárea podrían tener un ingreso neto de la agricultura eucheuma de 5 a 6 veces el salario mínimo promedio de un trabajador agrícola. En el mismo estudio, también vieron un aumento en las exportaciones de algas marinas de 675 toneladas métricas (TM) en 1967 a 13,191 TM en 1980, que se duplicaron a 28,000 TM en 1988. [46]

Tanzania

El cultivo de algas ha tenido impactos socioeconómicos generalizados en Tanzania, y se ha convertido en una fuente muy importante de recursos para las mujeres, y es el tercer mayor contribuyente de divisas al país. [47] El 90% de los agricultores son mujeres, y la industria cosmética y del cuidado de la piel utiliza gran parte de este porcentaje. [48]

  • Los cultivadores de algas de Zanzíbar se enfrentan a un clima cambiante. Aquí, un agricultor atiende su finca en Paje, en la costa sureste de la isla.

  • Mwanaisha Makame y Mashavu Rum, que han estado cultivando algas en la hermosa isla de Zanzíbar durante 20 años, atraviesan la marea baja hasta su granja.

  • El alga crece bajo el agua durante 45 días. Cuando llega a un kilo, las mujeres lo recogen y lo secan, luego lo empaquetan en bolsas para exportarlo a países como China, Corea y Vietnam. Allí, se usa en medicamentos y champús.

  • Los agricultores tienen muchos problemas debido al cambio climático. Hace dos décadas, 450 cultivadores de algas vagaban por Paje. Ahora, solo quedan unos 150 agricultores.

  • Mwanaisha sostiene un grupo saludable de algas. Luego sostiene algas que los agricultores no podrán usar. Una sustancia blanca dura crece sobre él: la enfermedad del hielo, causada por las temperaturas más altas del océano y la luz solar intensa.

  • Los cultivadores de algas aprendieron a hacer jabón con sus algas en el Centro de Algas de Zanzíbar, un negocio que comenzó como una ONG en 2009. En sus hogares, mezclan agua, polvo de algas, aceite de coco, soda cáustica y aceites esenciales en una gran tina de plastico.

  • Más adelante en la semana, los productores de algas venderán sus jabones terminados en la ciudad de Zanzíbar oa clientes locales habituales. A medida que disminuyen los niveles de algas, han encontrado una manera de aumentar el valor de su trabajo.

  • El producto terminado: una barra de jabón de algas.

Las algas cultivadas se utilizan en una serie de diferentes productos producidos industrialmente, directamente como alimento y como materia prima para cosas como los biocombustibles.

Productos quimicos

Muchas algas se utilizan para producir productos químicos derivados que pueden utilizarse para diversos productos industriales, farmacéuticos o alimentarios. Dos productos derivados principales son la carragenina y el agar . Sin embargo, hay una amplia gama de ingredientes bioactivos que se pueden utilizar para una variedad de industrias, tales como la industria farmacéutica , [49] industrial de alimentos , [50] y la industria cosmética . [51]

Carragenina

Los carragenanos o carrageninas ( / ˌ k ær ə ɡ i n ə n z / Karr-ə-gee-nənz , desde Irish carraigín , "Little Rock") son una familia de lineales naturales sulfatados polisacáridos que se extraen de rojo algas comestibles . El alga roja más conocida y aún más importante utilizada para la fabricación de coloides hidrófilos para producir carragenina es Chondrus crispus (musgo irlandés), que es una planta parecida al perejil de color rojo oscuro que crece adherida a las rocas. Los carragenanos se utilizan ampliamente en la industria alimentaria por sus propiedades gelificantes, espesantes y estabilizantes. Su principal aplicación es en productos lácteos y cárnicos, debido a su fuerte unión a las proteínas alimentarias. En los últimos años, los carragenanos han surgido como un candidato prometedor en aplicaciones de ingeniería de tejidos y medicina regenerativa, ya que se asemejan a los glicosaminoglicanos nativos (GAG). Se han utilizado principalmente para ingeniería de tejidos, cobertura de heridas y administración de fármacos. [52]

Los carragenanos contienen entre un 15 y un 40% de éster- sulfato , lo que produce un polisacárido aniónico . Se pueden clasificar principalmente en tres clases diferentes según su contenido de sulfato. El kappa-carragenano tiene un grupo sulfato por disacárido, el iota-carragenano tiene dos y el lambda-carragenano tiene tres. [53]

Los extractos gelatinosos del alga Chondrus crispus se han utilizado como aditivos alimentarios desde aproximadamente el siglo XV. [54] La carragenina es una alternativa vegetariana y vegana a la gelatina en algunas aplicaciones o puede usarse para reemplazar la gelatina en productos de confitería. No hay evidencia clínica de que el carragenano sea un ingrediente alimentario peligroso, principalmente porque su destino después de la digestión no está determinado de manera adecuada. [55]

El primer cultivo comercial de Eucheuma y Kappaphycus spp. para carragenina se desarrolló en Filipinas . Los principales productores mundiales de carragenina son Filipinas e Indonesia . [56] [57] [58] El carragenano, junto con el agar , se utilizan para producir los tradicionales desiertos de gelatina en Filipinas llamados gulaman . [59]

Agar

Una placa de agar sangre utilizada para cultivar bacterias y diagnosticar infecciones.

Agar ( / eɪ ɡ ɑr / o / ɑ ɡ ər / ), o agar-agar, es una gelatinosa sustancia, obtenido de algas rojas . [60]

El agar es una mezcla de dos componentes: el polisacárido agarosa lineal y una mezcla heterogénea de moléculas más pequeñas llamada agaropectina . [61] Forma la estructura de soporte en las paredes celulares de ciertas especies de algas y se libera al hervir. Estas algas se conocen como agarofitas y pertenecen al filo Rhodophyta (algas rojas). [62] [63]

El agar se ha utilizado como ingrediente en postres en toda Asia, y también como sustrato sólido para contener medios de cultivo para trabajos microbiológicos . El agar se puede utilizar como laxante , supresor del apetito, sustituto vegetariano de la gelatina , espesante para sopas , en conservas de frutas , helados y otros postres, como agente clarificante en la elaboración de cerveza y para encolar papel y telas. [64]

El agente gelificante en agar es un polisacárido no ramificado obtenido de las paredes celulares de algunas especies de algas rojas, principalmente de tengusa ( Gelidiaceae ) y ogonori ( Gracilaria ). Para fines comerciales, se deriva principalmente de ogonori . [sesenta y cinco]

Comida

Un plato de algas picantes en escabeche

Las algas comestibles , o algas marinas, son algas marinas que se pueden comer y utilizar con fines culinarios . Por lo general, contienen grandes cantidades de fibra . [66] [67] Pueden pertenecer a uno de varios grupos de algas multicelulares : las algas rojas , las algas verdes y las algas pardas . [66]

Las algas también se cosechan o cultivan para la extracción de polisacáridos [68] como el alginato , el agar y el carragenano , sustancias gelatinosas conocidas colectivamente como hidrocoloides o ficocoloides . Los hidrocoloides han alcanzado importancia comercial, especialmente en la producción de alimentos como aditivos alimentarios. [69] La industria alimentaria explota las propiedades gelificantes, de retención de agua, emulsionantes y otras propiedades físicas de estos hidrocoloides. [70]

La mayoría de las algas comestibles son algas marinas, mientras que la mayoría de las algas de agua dulce son tóxicas. Algunas algas marinas contienen ácidos que irritan el canal digestivo, mientras que otras pueden tener un efecto laxante y equilibrador de electrolitos. [71] La mayoría de las macroalgas marinas no son tóxicas en cantidades normales, pero los miembros del género Lyngbya son potencialmente letales. [72] Normalmente, el envenenamiento es causado por comer pescado que se ha alimentado de Lyngbya o de otros peces que lo han hecho. [72] Esto se llama envenenamiento por ciguatera . [72] El manejo de Lyngbya majuscula también puede causar dermatitis por algas . [73] Algunas especies de Desmarestia son muy ácidas, con vacuolas de ácido sulfúrico que pueden causar problemas gastrointestinales graves. [72]

El plato que se sirve a menudo en los restaurantes chinos occidentales como "Algas crujientes" no son algas, sino repollo que se ha secado y luego frito. [74]

Combustible

Un matraz cónico de combustible para aviones "verde" hecho de algas.

El combustible de algas, el biocombustible de algas o el aceite de algas es una alternativa a los combustibles fósiles líquidos que utilizan algas como fuente de aceites ricos en energía. Además, los combustibles de algas son una alternativa a las fuentes de biocombustibles comúnmente conocidas, como el maíz y la caña de azúcar. [75] [76] Cuando se elabora a partir de algas (macroalgas) puede ser conocido como combustible de algas o aceite de algas.

Varias empresas y agencias gubernamentales están financiando esfuerzos para reducir los costos operativos y de capital y hacer que la producción de combustible de algas sea comercialmente viable. [77] [78] Al igual que el combustible fósil, el combustible de algas libera CO
2cuando se quema, pero a diferencia de los combustibles fósiles, el combustible de algas y otros biocombustibles solo liberan CO
2Se eliminó recientemente de la atmósfera mediante la fotosíntesis a medida que crecían las algas o la planta. La crisis energética y la crisis mundial de alimentos han encendido el interés en el cultivo de algas (algas agricultura) para la fabricación de biodiesel y otros biocombustibles utilizando tierras no aptas para la agricultura. Entre las características atractivas de los combustibles de algas se encuentran que pueden cultivarse con un impacto mínimo en los recursos de agua dulce , [79] [80] pueden producirse utilizando solución salina y aguas residuales , tienen un alto punto de inflamación , [81] y son biodegradables y relativamente inocuos para el medio ambiente si se derrama. [82] [83] Las algas cuestan más por unidad de masa que otros cultivos de biocombustibles de segunda generación debido a los altos costos operativos y de capital, [84] pero se afirma que producen entre 10 y 100 veces más combustible por unidad de área. [85] El Departamento de Energía de Estados Unidos estima que si el combustible de algas reemplazara todo el combustible de petróleo en los Estados Unidos, requeriría 15,000 millas cuadradas (39,000 km 2 ), que es solo el 0.42% del mapa de los Estados Unidos, [86] o aproximadamente la mitad de la superficie terrestre de Maine . Esto es menos de 1 / 7 del área de maíz cosechado en Estados Unidos en 2000. [87]

El director de la Organización de Biomasa de Algas declaró en 2010 que el combustible de algas podría alcanzar la paridad de precios con el petróleo en 2018 si se otorgan créditos fiscales a la producción . [88] Sin embargo, en 2013, Exxon Mobil Presidente y CEO Rex Tillerson dijo que después de comprometerse a gastar hasta $ 600 millones en 10 años en el desarrollo de una empresa conjunta con J. Craig Venter 's Synthetic Genomics en 2009, Exxon hacia atrás después de cuatro años (y $ 100 millones) cuando se dio cuenta de que el combustible de algas está "probablemente más lejos" que 25 años de la viabilidad comercial. [89] En 2017, Synthetic Genomics y ExxonMobil informaron de un gran avance en la investigación conjunta sobre biocombustibles avanzados. [90] El gran avance fue que lograron duplicar el contenido de lípidos (del 20% en su forma natural al 40-55 por ciento) en una cepa de Nannochloropsis gaditana modificada genéticamente . [91] Por otro lado, Solazyme , [92] Sapphire Energy , [93] y Algenol , [94] entre otros han comenzado la venta comercial de biocombustible de algas en 2012 y 2013, y 2015, respectivamente. Para 2017, la mayoría de los esfuerzos se habían abandonado o cambiado a otras aplicaciones, y solo quedaban unas pocas. [95]


  • Algacultura
  • Acuicultura de algas gigantes
  • Algas comestibles
  • Combustible de algas
  • Recursos naturales de los países insulares
  • Cultivador de algas

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