Merry Christmas!

Merry Christmas!

From everyone at 

Croatian Center of Renewable Energy Sources, we wish you very happy holidays and a prosperous new year.

Read more

Benefits of Astaxanthin

                                                                       Astaxanthin

Astaxanthin is a naturally occurring high-value  ketocarotenoid pigment with excellent antioxidant effects belonging to the  xanthophyll group of carotenoids, or the oxygenated carotenoids.  The hydroxyl and keto functional groups  present in the ending ionone ring of astaxanthin  is responsible for its uniquely powerful  antioxidant activity. They differs from other antioxidants in its ability to  penetrate the blood brain and retina barriers. Therefore, it is believed to  protect the brain and nervous system from neurodegenerative diseases (e.g.  cerebral thrombosis and stroke) and aging. 

Natural astaxanthin production  and commercialization is estimated to be a 1.2 billion dollar annual market.  Today, essentially all commercial astaxanthin for aquaculture is produced  synthetically from petrochemical sources, with an annual turnover of over $200  million, and a selling price of around $2000 per kilogram of pure astaxanthin.  Natural astaxanthin is sold for over $7000 per kg.

Source of Astaxanthin
Astaxanthin is present in many types of seafood, including  salmon, trout, red sea bream, shrimp and lobster, as well as in birds such as  flamingo and quail. As of today, astaxanthin is commercially produced from the  microalga Hematococcus pluvialis.
Benefits of Astaxanthin

• Astaxanthin acts as a chain-breaking  anti-oxidant, and therefore protect lipid-rich cell membranes from degradative  oxidation.
• Natural astaxanthin is a dietary supplement  with extremely powerful antioxidant benefits for human applications.
• Astaxanthin traps more free radicals than any  other antioxidant. 
• Astaxanthin has been proven to cross the human  blood-brain barrier, and therefore has the ability to directly act as a superb  antioxidant in the brain and the eyes.
• Astaxanthin enhances the action of other  antioxidants like Vitamin E and C.
• Astaxanthin protects nucleic acid components  of DNA, avoiding mutations to genetic material due to oxidative stress and  protects muscle cells from damaging effects of active oxygen produced upon  swimming upstream.
• Astaxanthin has been documented to  prevent age-related macular degeneration (AMD) and enhance immune functions.

Applications of Astaxanthin

• Astaxanthin finds application in  the nutraceutical Industry, pharmaceutical  Industry and food coloration application
• Astaxanthin is  used as an animal feed additive to impart  coloration to salmonids (salmon and trout), as well as to red sea bream and  Tai.
• Recent studies revealed the wrinkling  and moisturizing effect of astaxanthin which suggest its potential  cosmeceutical applications in protection against skin aging.

Algae Strains for Astaxanthin Production

The most commonly  used algae strain that is used for Astaxanthin production is Haemotococcus Pluvalis. H  pluvialis is believed to accumulate the highest levels of astaxanthin in  nature. Commercially grown H pluvialis can accumulate more than 40g  of astaxanthin per kilogram of dry biomass. Other strains that could be used  for astaxanthin production include: Chlorella vulgaris, Chlorella zofingiensis,  Coelastrella striolata var. multistriata

Haematocyst of Haemotococcus pluvialis with red pigment astaxanthin.

Astaxanthin

Commerical Production of Astaxathin
Natural astaxanthin is produced in a two-stage culture process and its concentration can reach 1.5% to 4% of the dry weight.



Market Scope
The demand for natural astaxanthin is now emerging in the multi-billion dollar nutraceutical market. Astaxanthin is principally consumed by the salmon feed industry. The annual worldwide aquaculture market of this pigment is estimated at US$ 200 million with an average price of US$ 2500/kg.
The global astaxanthin market is estimated at about $257 million, most of which is used in fish coloration (2009 data; estimates by BCC Research for astaxanthin market size are however lower). The human uses market is growing and estimated at about $27-$40 million. Most astaxanthin is derived from the algae, H pluvialis, which is commonly consumed by fish and crustaceans – like salmon and lobster – and is responsible for their pink coloration.

Market Sectors	Market Size   ( as of 2009) ( Million USD)	Potential Market(2020) ( Million USD)
Animal feed colouring agents	300	800
Antioxidant nutraceuticals	30	300
Pharmaceuticals	Emerging	500
Cosmetics	Emerging	30

Table: Market Sectors and Future Market Potential  of Astaxanthin

Prominent Players in the Astaxanthin Market

Company	Location
Alga Technologies	Israel
Cyanotech	Hawaii
CCRES	Croatia
Algaetech International	Malaysia
Parry Nutraceuticals	India
Mera Pharmaceuticals Inc.,	Hawaii
Fuji Chemicals	Japan, Sweden
Valensa International	Florida

University and Research Efforts
Arizona State University – Recently developed a harvesting system for Astaxanthin production from Hematococcus combining acidification and dissolved air flotation. This system is capable of harvesting more than 95% of the biomass without the need for a coagulant or flocculent, and extracting over 95% of the intracellular astaxanthin from Haematococcus biomass.	Ben-Gurion University of Negev Professor Sammy Boussiba of the Microalgal Biotechnology Laboratory in the Ben Gurion University of Negev has developed the biotechnology of producing astaxanthin-rich Haematococcus pluvialis biomass.

Challenges in Astaxanthin Production

• Although natural sources have long been exploited for astaxanthin production, it is still uncertain if natural astaxanthin can be produced at lower cost than that of synthetic astaxanthin or not.
• One of the major limitations with the H pluvialis production system is that the astaxanthin gets trapped behind thick cells walls, thus complicating the extraction process and the production yields.
• Production capacity of H pluvialis is constrained by its intrinsic slow growth, low cell yield, ease of contamination by bacteria and protozoa, and susceptibility to adverse weather conditions. These challenges are magnified as processes are scaled up, and therefore require advanced technology to control

H pluvialis cannot be efficiently cultivated in dark heterotrophic mode, which requires high levels of irradiance, making the process economically less reasonable.
Astaxanthin - Factoids

• One of the technical challenges to developing Haematococcus algae astaxanthin has been the tough cell wall of the spores, which must be ruptured to allow the cell contents to be effectively digested by animals.  Cyanotech Corporation in Hawaii uses a combination of closed photobioreactors and open culture ponds to successfully mass produce astaxanthin-rich Haematococcus biomass, and proprietary milling technology to crack the cell walls.
• Commercial production of astaxanthin is being carried out in USA, India, Japan and Israel
• Astaxanthin is a carotenoid. Astaxanthin has been shown in studies to have 100-500 times the antioxidant capacity of Vitamin E as well as 10 times beta-carotene’s antioxidant capacity. Astaxanthin is found in many places in nature, but it is usually in small quantities as in salmon or shrimp.  
• By far the most concentrated and natural source of astaxanthin is the Haematococcus pluvialis algae.  These green algae also provide other important carotenoids such as beta-carotene. It accumulate the highest levels of astaxanthin in nature; commercially more than 40g of astaxanthin per kilo of dry biomass.
• Research shows that due to astaxanthins potent antioxidant activity, it may be beneficial in cardiovascular, immune, inflammatory and neurodegenerative diseases. Some sources have demonstrated its potential as an anti-cancer agent. Research supports the assumption that it protects body tissues from oxidative damage. It also crosses the blood-brain barrier, which makes it available to the eye, brain and central nervous system to alleviate oxidative stress that contributes to ocular, and neurodegenerative diseases such as glaucoma and Alzheimers.
• Astaxanthin, as other carotenoids, can act as a quencher of singlet oxygen and other free radicals by absorbing the excited energy of singlet oxygen onto the polyene electron-rich chain, resulting first in the excitation of the carotenoid to a triplet state, and then in the dissipation of the extra energy in the form of heat by relaxation back to the ground state. In this way, it prevents cellular components or tissues from being damaged. The carotenoid structure remains unchanged, and ready to act as a radical quencher.
• Astaxanthin has been shown to protect against free radicals and promote numerous health functions. Astaxanthin offers protection against a broad range of human diseases like neuro-degenerative disorders. The antioxidant of astaxanthin is stronger than ?-carotene and vitamin E by 40x and 1,000x respectively.

CCRES ALGAE PROJECT
part of 
Croatian Center of Renewable Energy Sources (CCRES)

Read more

Uzgoj algi u Republici Hrvatskoj

Alge se danas sve više koriste u proizvodnji biodizela, bioplina, bioplastike te goriva za zrakoplove, ali i u prehrambenoj industriji. Kao dodatni proizvodi pri destiliranju ulja iz algi dobivaju se i korisni sastojci za farmaceutiku, kozmetiku, ili kao organska gnojiva. Alge su do nedavno bile uglavnom predmet znanstvenih i laboratorijskih istraživanja, no danas su proizvodni pogoni rasprostranjeni po sve ve?em broju zemalja. Australija se posljednjih nekoliko godina profilira kao "Saudijska Arabija biodizela ekstrahiranog iz algi", prije svega zahvaljuju?i efikasnom spoju klimatskih i terenskih uvjeta te mudre vladine politike i razumijevanja za veliki komercijalni potencijal tog novog ekološki ?istog izvora energije.

Kada je u ljeto ove godine u australskom New South Walesu, tamošnji ministar energetike službeno otvorio prvu veliku elektranu koja destiliranjem zelenih algi dobiva biogorivo, interes svjetskih medija još više se okrenuo ka tom novom, alternativnom izvoru energije, koji ujedno nudi i dio odgovora na pitanje suo?avanja svijeta s daljnjim posljedicama klimatskih promjena.

Dosadašnja nastojanja korištenja algi kao energenata
Australija, me?utim, nije bila prva. Potaknuto naftnim šokovima, Ameri?ko ministarstvo energije još je 1970-ih godina zapo?elo s projektima istraživanja mogu?e komercijalizacije uzgoja algi, no zbog previsokih cijena i nekonkurentnosti sa tada niskom cijenom sirove nafte projekti su dvadesetak godina kasnije obustavljeni. Tek s naglim porastom cijene nafte na svjetskom tržištu do preko 100 USD po barelu, mogu?nosti novih tehnologija u?inile su spektar obnovljivih izvora znatno atraktivnijim, uklju?uju?i i uzgoj algi. No procjene jednog od vode?ih ameri?kih instituta u tom podru?ju, Lawrence Berkeley National Laboratory, su da barel biogoriva proizvedenog iz algi košta izme?u 240 i 332 USD (2010), što je i dalje ekonomski neopravdano u odnosu na naftu. Uska ekonomska ra?unica, naravno ne uklju?uje i brojne druge prednosti dobivanja biogoriva iz algi.

Ameri?ko ministarstvo energije sredinom prošlog mjeseca izabralo je Sveu?ilište u Arizoni za koordinatora projekta u okviru javno-privatnog partnerstva u visini od 15 milijuna USD s ciljem pronalaženja optimalnog modela komercijalizacije uzgoja algi i proizvodnje biogoriva. Projekt nazvan ”ATP²” podrazumijeva povezivanje sveu?ilišnih istraživa?kih potencijala sa svim zainteresiranim tvrtkama u podru?ju energetike. Klju?nu znanstvenu ulogu imaju danas vode?i svjetski centri za uzgoj algi na Colorado državnom sveu?ilištu te u okviru Arizona centra za tehnologiju i inovacije uzgoja algi (Algal Growth System).

Ameri?ka nacionalna asocijacija za alge upravo je ovih dana održala godišnji simpozij namijenjen svim poduzetnicima koji planiraju investirati i upustiti se u proizvodnju bioenergije iz algi. Interes za programe obuke eksponencijalno raste.

Ameri?ka tvrtka Aurora Algae objavila je prije nekoliko dana kako, nakon uspješnih pilot istraživanja, kre?e s novim velikim projektom uzgoja algi u zapadnom podru?ju Australije na planiranoj površini od 400 hektara na kojoj kani proizvesti 600 metri?kih tona biomase mjese?no. Tvrtka procjenjuje da je tamošnja klima, broj sun?anih dana, te razumijevanje i podrška australske vlade za nove alternativne izvore hrane i energije bili odlu?uju?i faktori za tamošnju investiciju od oko 300 milijuna USD.

Royal Dutch Shell se još prije par godina povezao sa novom vladinom start-up tvrtkom HR Biopetroleum na jednom havajskom otoku s namjerom uzgoja algi na 100,000 hektara koriste?i bazene s morskom vodom. Nedostaci tog projekta potaknuli su nove tehnologije uzgoja algi, pri ?emu se kao vode?a profilirala tvrtka „Vertigo“ sa svojim „Bio Reactor Systemom“ koji alge uzgaja u plasti?nim plosnatim balonima koji vise u staklenicima. Takva proizvodnja pove?ala je prinos za preko jedne tre?ine u odnosu na uzgoj u otvorenim bazenima. Sun?eva svjetlost dosezala je znatno ve?u površinu algi nego kad su na površini vode. Tim modelom, nakon ekstrakcije ulja, ostatak se koristi kao sto?na hrana ili u proizvodnji celuloznog etanola. Kanadska tvrtka ”International Energy” otišla je jedan tehnološki korak dalje i razvila sustav koji iz algi izvla?i ulje bez da ih pri tome ubija.

„Lufthansa“ je, tako?er, me?u prvima prepoznala komercijalni interes i sredinom rujna ove godine potpisala ugovor s ameri?ko-australskom tvrtkom „AlgeaTec“ za izgradnju nove bioelektrane koja bi zelene alge pretvarala u gorivo za njihove zrakoplove.

Što ?ini alge tako atraktivnim energentom?
Alge rastu i do stotinu puta brže od biljnih kultura koje se tradicionalno koriste za proizvodnju biogoriva. Alge apsorpcijom sunca i CO2 proizvode ugljikohidrate koji se jednostavno pretvaraju u biodizel ili bioplin, koji se zatim postoje?om infrastrukturom lako prevozi na daljnje korištenje. Uzgoj algi ne traži ni zemlju niti pitku vodu, što dodatno pove?ava atraktivnost takvih projekata.

Uzgoj algi i njihova prerada u biogorivo ne lu?i nikakve štetne plinove i bezopasne su za okoliš. Alge konzumiraju CO2 i time još dodatno smanjuju zaga?enje, tako da je njihovo instaliranje i uzgoj optimalan upravo gdje postoji ve?a koli?ina uglji?nog dioksida, a to naravno mogu biti i gradska okruženja. Jednako tako, idealne lokacije mogle bi biti i neposredno uz neku klasi?nu elektranu na kruta goriva ili postrojenje za preradu otpadnih voda gdje bi se alge dodatno opskrbljivale nitratima i fosfatima. No glavna prednost korištenja algi jest da se uzgajališta mogu instalirati prakti?ki bilo gdje na svijetu gdje je dovoljno sunca. Pomislimo li na ogromna prostranstva Afrike i relativno jednostavni proces instaliranja takvih sustava, logi?no se name?e potreba da se tehnologija uzgoja i prerada algi pokuša što više popularizirati i približiti onima koji bi od nje mogli imati najve?e neposredne koristi.

Alge kao mogu?e rješenje prehrane stanovništva
U nedavnom izvješ?u FAO-a upozorava se, naime, kako u svijetu danas gladuje preko 870 milijuna ljudi, te kako proizvodnja hrane postaje klju?ni globalni prioritet. Tradicionalna poljoprivredna proizvodnja je vrlo slabo prilago?ena klimatskim promjenama i porastu temperature kao i naglim i nepravilnim oscilacijama klju?nih klimatskih parametara. Dovoljno je samo jednokratno naglo zahla?enje ili prejaki toplinski val da do?e do uništavanja plodova. Jednako teške posljedice donose i sve ?eš?e oluje te velike koli?ine padalina i popratne poplave. Proces fotosinteze mogu? je samo unutar odre?enih temperaturnih raspona, što zna?i da opada iznad 35 stupnjeva celzija, a prakti?ki prestaje iznad 40 stupnjeva. Isto pravilo vrijedi i za proces polenizacije.

Zna?aj korištenja algi slijedom njihovog energetskog i prehrambenog potencijala neki podižu i na razinu nacionalne sigurnosti. Tako Mark Edward, ugledni profesor sa ve? spomenutog Sveu?ilišta u Arizoni, koji je upravo objavio novu knjigu „Mikrofarme mira: Strategija zelene alge za prevenciju rata” zastupa tezu da ?e se zbog posljedica klimatskih promjena te porasta svjetske populacije sve više ratova u budu?nosti voditi zbog nestašice pitke vode i hrane, odnosno zbog tu?e plodne zemlje na kojoj se može uzgajati potrebna hrana. Kao mogu?e rješenje za izbjegavanje sukoba, on sugerira upravo mikrofarme za uzgoj zelenih algi i mikro-sjemenki uz primjenu novih visokih tehnologija uzgoja. Cijena instaliranja takvih farmi, uz primjenu danas ve? poznatih novih tehnologija uzgoja, kao i educiranje onih koji ?e s njima upravljati neusporedivo je manja nego cijena vo?enja sukoba ili post-ratne obnove.

Profesor Edward u svojoj novoj knjizi navodi kako je klju?ni problem klasi?ne poljoprivrede u tome što se temelji na zemlji i korijenju. Biljke naime oko 30 posto ukupne dostupne energije troše upravo na korijenje, ?etvrtinu na stabljiku i preko tre?ine na sjemenje. U nedostatku dovoljnih izvora energije, biljka ?e kao prioritete postaviti korijenje zbog izvora vlastite prehrane te samu stabljiku kao strukture na kojoj se nalazi sjemenje. U kona?nici, upravo sjemenje najviše trpi pri nedostatku energije i potrebne vode.

Sve biljke na zemlji nastale su iz alga u procesu koji je zapo?eo prije 500 milijuna godina. Alge, za razliku od biljaka na zemlji, nisu toliko podložne klimatskim promjenama jer su gotovo potpuno neovisne o zemlji, a njihova struktura ne uklju?uje “suvišne” dijelove koji troše veliki dio dostupne energije.

Proizvodnja hrane, a primarno žitarica, zahtijeva iznimno velike površine plodne zemlje, a samo jedna tona zrna žitarica zahtijeva preko 10,000 tona vode. Uspješni uzgoj sjemenja i bilja traži i iznimno velika sredstva uložena u umjetna gnojiva. Samo cijena fosfora koji se masovno koristi u poljoprivredi porasla je za ?ak 7 puta u posljednjih dvije godine. Zaštita bilja i žitarica traži i velike iznose uložene u pesticide i razli?ita sredstva koja dodatno podižu cijenu proizvodnje hrane. Pri proizvodnji genetski modificirane hrane potrebna je i ve?a koli?ina vode. Umjetna gnojiva pak vrlo brzo propadnu na dubinu znatno ispod korijenja bilja što im naravno smanjuje u?inkovitost. Tome treba dodati kako se tek oko 5 posto pesticida u?inkovito iskoristi, dok prakti?ki velika ve?ina propada u zemlju i truje podzemne vode, ?ine?i iznimno velike štete širem podru?ju. Površine pesticide pak raznosi vjetar i dodatno zaga?uje okoliš.

Nove znanstvene spoznaje i suvremeni pristupi poljoprivrednoj proizvodnji temeljeni na zemlji, prema profesoru Edwardu, ne pridonose zna?ajno pove?anju efikasnosti proizvodnje, niti rješavaju klju?no pitanje velikih nestašica hrane s kojima ?e se ?ovje?anstvo suo?iti. Zato se u posljednje vrijeme sve više pozornosti pridaje mogu?im promjenama globalne strategije proizvodnje hrane, prema novim oblicima prehrambene proizvodnje koji ne bi ovisili o klimatskim promjenama i vremenskim uvjetima.

Prijedlog rješenja nudi se u instaliranju alternativnih mikrofarmi koje bi proizvodile 20 do 30 puta više alternativne hrane po hektaru nego klasi?ne žitarice uzgojene na zemlji. Umjesto klasi?nih modela uzgoja s korištenjem umjetnih gnojiva, pesticida i navodnjavanja, model mikorfarmi nudi okretanje ka sun?evoj energiji, uglji?nom dioksidu i steriliziranim otpadnim vodama. Mikro-plodovi koji se mogu uzgajati uklju?uju široki spektar razli?itih mikroorganizama kao što su alge, gljive, planktoni i drugo.

Hrvatska i energetski potencijal uzgoja zelenih algi
Hrvatski centar obnovljivih izvora energije (HCOIE) godinama promi?e sve prednosti korištenja alternativnih izvora energije, pa tako i korištenje energije iz zelenih algi.  Upravo s tim ciljem osnovan je i poseban Hrvatski centar za biogorivo iz alga. Iako su alge vrlo otporne na razli?ite klimatske uvjete, idealnim se smatra umjerena temperatura u rasponu od 20-30 stupnjeva celzija uz puno sun?anih dana.

Hrvatskoj je, naravno, potrebno više stru?njaka upu?enih u to podru?je, ali i snažniji poduzetni?ki duh te adekvatno zakonodavstvo i mehanizam koji bi poticali razvoj svih novih alternativnih tehnologija za korištenje novih i obnovljivih izvora energije. Prije svega potrebno je bolje informirati javnost o svim novim globalnim trendovima, kako u podru?ju obnovljivih izvora energije, tako i o novim tehnologijama proizvodnje hrane.

Prije nekoliko godina njema?ki istraživa?ki tim sa Sveu?ilišta u Bremenu predložio je da se na podru?ju od 20-30 km uzduž mediteranske obale izgradi serija bioreaktora u kojima bi alge apsorbirale CO2 i proizvodile ?istu bioenergiju. Podru?je s dosta sunca i blizu mora idealna je lokacija za takve energetske instalacije. Iako je njihova prvobitna ideja podrazumijevala jug Španjolske, nema naravno nikakvih razloga da i Hrvatska, ukoliko pokaže interes za takve projekte ne pokuša prona?i zainteresirane investitore. ?injenica da su klimatski uvjeti idealni za instaliranje uzgajališta algi, da je njihov uzgoj i prerada u biogorivo ekološki potpuno prihvatljiv, te da uzgoj algi neposredno poti?e i razvoj niza prate?ih industrija (farmaceutska, kozmeti?ka, prehrambena) sigurno bi trebala nai?i na odre?enu pozornost onih koji sudjeluju u kreiranju budu?e energetske slike zemlje. Budu?i da se alge hrane sa CO2 , instaliranje njihovih uzgajališta neki povezuju i sa neposrednom blizinom klasi?nih elektrana na ugljen ili kruta goriva, jer zajedno ?ine sinergiju koja je ekološki iznimno prihvatljiva.

Primjer venecijanskog zaljeva i problem tamošnjih algi pou?an je primjer inovativnog pristupa problemima. Po?etkom 1990-ih godina, nagomilane alge po?ele su se komercijalno koristiti u proizvodnji specijalnih papira. Prije dvije godine grupa talijanskih stru?njaka predložila je da se alge nagomilane u Venecijanskom zaljevu iskoriste i za proizvodnju ?ak 40 MW energije, odnosno polovicu ukupno potrebne energije za opskrbu centra grada. Talijanska vlada je tada odlu?ila uložiti ?ak 200 milijuna eura  za ekološki projekt kojim bi se iskoristio energetski potencijal nakupljenih algi te ujedno zna?ajno smanjila emisija štetnih plinova. Taj projekt trebao bi ujedno biti i prvi konkretan veliki primjer efikasne komercijalizacije morskih algi u jednoj urbanoj sredini.

Po?etkom 2012. godine osnovan je konzorcij od 12 organizacija iz 6 mediteranskih zemalja (Italija, Gr?ka, Cipar, Malta, Libanon i Egipat) financirana ve?im dijelom iz EU ENPI fondova koji bi istražio mogu?nost komercijalnog korištenja morskih algi u proizvodnji energije. Vjerojatno ne postoji poseban razlog da se i Hrvatska aktivnije ne uklju?i u niz sli?nih inovativnih me?unarodnih projekata.

Budu?i da alge vjerojatno mnoge ipak najprije asociraju na gadljive zelene naslage koje ometaju kupanje na jadranskim plažama, utoliko je korisno bolje upoznati i popularizirati mogu?nost njihovog korištenja i u neke vrlo korisne svrhe. Možda je uzgoj algi jedan od budu?ih inovacijskih iskoraka toliko nam potrebnog poduzetni?kog duha, tim više što su uvjeti za njihov uzgoj u Hrvatskoj iznimno dobri.

 Autor/izvor:  dr.sc. Damir Kušen, veleposlanik RH u Finskoj

Read more