Nedostatek světlaLack of light

Světlo pohání fotosyntézu. Pokud je světla nedostatek, je produkce biomasy nízká. Na nedostatek světla řasy reagují zvýšenou produkcí fotosyntetických pigmentů, díky kterým zachytí více světla. Také mohou vytvářet pigmenty různých barev, které pomáhají rozšířit spektrum fotosynteticky aktivního světla. Mnoho řas dokáže rozpoznat směr, odkud světlo přichází a pomoci bičíků aktivně plavat směrem ke zdroji energie.Light drives photosynthesis. When there is a lack of light, biomass production is low. Algae respond to the lack by amplifying the production of photosynthetic pigments, allowing them to capture additional light. They also produce pigments of an array of colors that broaden the spectrum of photosynthetically active light. Many algae recognize the direction from which light is coming, and their flagella help them navigate towards the energy source.

Optimální osvětleníOptimal light exposure

Řasy jsou ve vodě jen zřídka vystaveny přímému slunečnímu záření. Ve vodě s hloubkou intenzita záření velmi rychle klesá. Většina řas optimálně roste při intenzitách světla, které jsou zhruba desetkrát menší než přímý sluneční svit.Algae in water are rarely exposed to direct sunlight. In deep waters, the intensity of solar radiation decreases rapidly. Most algae achieve optimal growth at a light intensity that is approximately ten times lower than direct sunlight.

Přesycení světlemExcessive light

Fotosyntetický aparát je složitý a křehký komplex enzymů a dalších makromolekul. Dokáže pohltit a zpracovat jen malou část světla, která na něj dopadne. Pokud je světla nadbytek, je fotosyntetický aparát přehlcen a jeho funkce se může zablokovat. Když světelný stres trvá delší dobu, buňky se poškodí a fotosyntéza se zastaví. Řasa se nadbytku světla může bránit produkcí reflexních vrstev či ochranných pigmentů.The photosynthetic apparatus is both a fragile and complex system of enzymes and other macromolecules. It can absorb and process a limited amount of light. If there is an excess of light, the apparatus becomes overwhelmed and its functions can be blocked. When light stress lasts too long, the cells are damaged and photosynthesis stops. Algae can prevent excess light by producing reflective layers and protective pigments.

V optimálních podmínkách dokáží řasy růst extrémně rychle. Optimalizují přísun energie tak, aby se dokázali dělit i když jsou ve tmě. Využívají k tomu zásoby energie a stavebního materiálu, které si před tím uložili v podobě organických molekul. Za příznivých podmínek se jediná řasová buňka může rozdělit na 16 nových buněk za méně než 24 hodin, nemusí se zdržovat s tvorbou listů, stonků či květů jako rostliny. Řasa se prostě jen rozdělí.In optimal conditions, algae grow extremely fast. They manage to optimize their energy supply so they can divide even in the dark. To achieve this, they use reserved energy and building materials stored in the form of organic molecules. If conditions are favorable, a single algal cell can divide into 16 new cells in less than 24 hours, without the necessity to grow leaves, stems, or blossoms like regular plants. The algae simply split.

Energetické rezervy se v řasách vytvářejí, když mají k dispozici více energie, než jsou schopné spotřebovat. Řasy akumulují energii v zásobních látkách také tehdy, když mají dostatek světla, ale jejich růst je limitován nějakou živinou typicky dusíkem nebo fosforem. Tuky, cukry nebo karbohydráty fosfor ani dusík neobsahují. Když řasám tyto základní prvky chybí, dochází k akumulaci zásob. Tyto produkty mohou být zajímavé pro technologické využití.Energy reserves are created in algae when they store more energy than they can consume. Algae accumulate energy in storage substances when they have enough light but their growth is limited by the lack of a particular nutrient, such as nitrogen or phosphorus. Fats, sugars and carbohydrates do not contain phosphorus or nitrogen. When algae lack these basic elements, stocks accumulate. The resulting by-products may be useful for technology.

Pigmenty a barvivaPigments and dyes

Trhu s pigmenty v současnosti dominují syntetické výrobky. Poptávka po přírodních přísadách a po přirozeně se vyskytujících barvivech, které jsou bezpečné a zdravé, však stále roste. Řasy jsou přirozeným zdrojem velkého množství vysoce hodnotných pigmentů, např. karotenoidů, které nacházejí uplatnění v potravinářství, kosmetice i farmacii. Důležitý je ale rozvoj nových metod extrakce těchto pigmentů.Synthetic products currently dominate the market for pigments. The demand for natural ingredients and natural dyes that are safe and healthy is growing. Algae are a natural source of many high-value pigments, such as carotenoids used in the food industry, cosmetics, and pharmaceuticals. The development of new methods of extraction of these pigments is essential.

Léčiva a doplňkyMedicines and supplements

Řasy a sinice vytvářejí řadu látek, které mohou být díky své unikátní chemické struktuře použity v humánní medicíně. Některé působí jako antibiotika, jiné lze využít k léčbě rakoviny. Současná věda se zabývá vyhledáváním těchto neznámých látek. Provádí se průzkum sinicových a řasových extraktů a nové látky jsou testovány na buněčných liniích a bakteriálních kulturách. Hlavním úkolem je nalézt látky, které budou vykazovat léčivé účinky.Due to their unique chemical structure, algae and cyanobacteria form multiple substances that we can apply in human medicine. Some are used for antibiotics, and others can help treat cancer. Modern science actively searches for these unknown substances. There is ongoing research on algal and cyanobacterial extracts, and new material is tested on cell lines and bacterial cultures. The main goal is to discover substances with healing effects.

Paliva a materiályFuels and materials

Řasy produkují sloučeniny, které lze použít jako suroviny k výrobě uhlíkově neutrálních a obnovitelných zdrojů paliv. Fotosyntéza využívá atmosférický oxid uhličitý a transformuje ho na organické molekuly, jako jsou tuky a polysacharidy. Z tuků se vyrábí bionafta, polysacharidy slouží jako základní surovina pro výrobu bioplastů nebo se kvasí na bioetanol. Zbytková a méně kvalitní řasová hmota slouží jako vstupní materiál do bioplynových stanic.Algae produce compounds that can be used as raw materials to develop carbon-neutral and renewable fuel sources. Photosynthesis transforms carbon dioxide into organic molecules, such as fats and polysaccharides. Biodiesel originates from fats, and polysaccharides either serve as a basic raw material in manufacturing bioplastics or are fermented into bioethanol. Residual and low-quality algal mass is acceptable as input material to biogas plants.

Potraviny a krmivaFood & feed

Řasy jsou základem potravní pyramidy vodních ekosystémů. Jsou zdrojem potravy pro zooplankton a pro nedospělá stádia měkkýšů, korýšů a ryb. Kultivace a využívání řas v akvakulturách je již dávno zaběhlou praxí. Řasová biomasa, bohatá na vitamíny a organicky vázané minerály, se také uplatňuje v jídelníčku hospodářských zvířat a podporuje jejich zdravý růst a vývoj. Obdobně působí konzumace vybraných druhů řas příznivě i na lidský organismus.Algae are the base of the biomass pyramid for marine ecosystems. They are a source of food for zooplankton and juvenile mollusks, crustaceans, and fish. Cultivation and use of algae in aquaculture is a long-established practice. Algal biomass, rich in vitamins and organically bound minerals, is also used in the diet of livestock and supports their healthy growth and development. The consumption of selected species of algae has a similar positive effect on the human organism.

Hnojiva a stimulantyFertilizers and stimulants

Řasy a sinice obsahují spektrum bioaktivních sloučenin. Některé druhy produkují látky využitelné jako hnojiva, biostimulanty a biopesticidy. K jejich kultivaci lze využívat komunální nebo zemědělskou odpadní vodu. Navrhujeme moderní zpracování řas v tzv. biorafinériích, které oddělí cenné bioaktivní sloučeniny a zbytek se využije jako biohnojivo, které lze aplikovat na zeleninu a květiny. Z bezcenné odpadní vody tak vzniká nová hodnotná surovina.Algae and cyanobacteria contain a spectrum of bioactive compounds. Some algae species produce substances that farmers can use as fertilizers, biostimulants and biopesticides. In turn, municipal and agricultural wastewater can be used for the cultivation of algae. We recommend the modern disposal of algae in biorefineries, which separates valuable bioactive compounds. The excess is used as a biofertilizer for vegetables and flowers. This way, we generate valued new raw material from residual wastewater.

Voda a živinyWater and nutrients

Voda je univerzální tekuté medium pro život řas. Vodu je ale třeba uměle obohatit o živiny, které jsou základními stavebními kameny pro vznik organické hmoty. S narůstáním organické hmoty živiny ubývají a musejí se do fotobioreaktoru doplňovat. Optimální růst ve fotobioreaktoru zajišťuje neustálá kontrola fyzikálně chemických parametrů a doplňování živin. Odčerpáváním narostlé organické hmoty a doplňováním media je docílen nepřetržitý růst.Water is a universal liquid medium to sustain algae. However, water must be artificially cultivated with nutrients, which is the prerequisite to forming organic matter. As the organic matter grows, the nutrients decrease and must be restocked. Constant control of physicochemical parameters and nutrient replenishment protects optimal growth in the photobioreactor. Removing the increasing organic matter and refilling the medium help achieve continuous growth.

VzduchAir

Výměna plynů je ve fotobioreaktorech zcela zásadní. Nedostatek oxidu uhličitého zastaví stavbu organické hmoty. Naopak nadbytek kyslíku, který při fotosyntéze vzniká, je pro řasy toxický. Zároveň se řasy se v kultivační nádobě nesmí usazovat. Řasám tedy musíme dodávat oxid uhličitý, odebírat kyslík a musejí být v neustálém pohybu. To zajistíme probubláváním vzduchem s přídavkem oxidu uhličitého.Gas exchange in photobioreactors is essential. Lack of carbon dioxide stops the formation of organic matter. On the contrary, the excess oxygen produced during photosynthesis is toxic to algae. Simultaneously, the algae can not settle in the culture vessel. As a result, we have to provide algae with carbon dioxide, remove oxygen and keep algae in motion. We achieve this by bubbling air with CO2.

SvětloLight

Světlo je hlavní faktor ovlivňující růst a produkci řas. Trvalý přísun světla podporuje fotosyntézu, proto jsou fotobioreaktory vybaveny umělým světelným zdrojem, který v noci nahrazuje sluneční záření. Někdy se sluneční záření nevyužívá vůbec. Barvou světla se dá řídit produkce specifických pigmentů. Změnou intenzity světla se zase kompenzuje houstnutí řasové kultury.Light is the main factor influencing the growth and production of algae. As continuous light promotes photosynthesis, the photobioreactors are equipped with an artificial light source at night. In some cases, sunlight is not used at all. The color of light can dictate the formation of specific pigments. Changing the intensity of light regulates the thickening of the algal culture.