RTU zinātniece: Neizmantotais mikroaļģu potenciāls – enerģētikā, pārtikas rūpniecībā, tekstilrūpniecībā, medicīnā

Vai zinājāt, ka nevis mežs vai cita zaļā biomasa, bet gan jūrā dzīvojošās aļģes saražo lielāko daļu skābekļa, ko mēs elpojam? Ir plašas iespējas tās izmantot aprites ekonomikā, viens no šobrīd aktuālākajiem pētniecības virzieniem – bioenerģijas iegūšana no mikroaļģēm. Salīdzinot ar tādiem enerģētiskiem kultūraugiem kā kukurūza vai rapsis, ko speciāli audzē, lai iegūtu biogāzi, mikroaļģes ir daudz vienkāršāk kultivējamas. Tām nav nepieciešama lekna augsne, lai labi augtu, un tās nekonkurē ar pārtikas audzēšanu. Tās var audzēt uz zemkopībā neizmantojamām platībām – sausām, neauglīgām. Tām nepieciešama gaisma, barības vielas un CO2, ko tās saista no atmosfēras. Šobrīd komerciāla aļģu kultivēšana lielākoties notiek milzīgos seklos baseinos, taču tās var kultivēt arī reaktoros, ziemā nepieciešamos apstākļus nodrošināt mākslīgi. Tās ir mazprasīgas, turklāt ātri vairojas. Ir pētījumi, kas liecina, ka mikroaļģēm ir augstāka fotosintēzes efektivitāte – tās daudz labāk izmanto saules enerģiju biomasas audzēšanai, salīdzinot ar sauszemes augiem. Tas nozīmē, ka biomasu ir iespējams iegūt daudz lielākos apjomos, tādēļ aļģēm ir labi priekšnoteikumi, lai tās izmantotu biogāzes ražošanā.

«Apēst» piesārņojumu
Par spīti mikroaļģu priekšrocībām, biomasas ražošana lielos apjomos bioenerģijas ražošanai pašlaik vēl ir salīdzinoši dārga. Lai to padarītu ekonomiski pievilcīgāku, tiek meklēti arvien jauni veidi, kā ar mazām izmaksām iegūtu aļģu biomasu. Ir vairāki iespējamie risinājumi, kas vienlaikus arī pozitīvi ietekmē klimatu. Proti, aļģu barībai var izmantot notekūdeņus. Aļģes labi spēj uzņemt barības vielas, kas ir notekūdeņos, un izmantot tās savai augšanai – biomasas palielināšanai. Notekūdeņi parasti ir bagāti ar fosforu un slāpekli, ko ne vienmēr izdodas pietiekami labi attīrīt ar konvencionālām attīrīšanas metodēm. Līdz ar to palielinās risks dabā nonākt līdz galam neattīrītiem notekūdeņiem, kas veicina eitrofikāciju ūdenstilpēs. 

Pētījumi ir ļoti daudzsološi, jo mikroaļģes spēj patērēt pat 90 – 100% slāpekļa un fosfora, kas ir notekūdeņos. Tiek arī pētīts, kādus notekūdeņus būtu efektīvāk izmantot, piemēram, lauksaimniecības notekūdeņos, kuros nonāk arī mājdzīvnieku mēsli, ir augsta amonjaka koncentrācija. Amonjaks ir slāpekļa forma, ko aļģes uzņem vislabāk, tādēļ to ir iespējams izmantot mikroaļģu kultivēšanā. Tiesa, ir jāuzmanās ar tā daudzumu, jo pārāk lielā koncentrācijā tas aļģēm ir kaitīgs. Pētījumos arī secināts, ka notekūdeņus varētu attīrīt, izmantojot aļģu un baktēriju simbiozi. Proti, aļģes attīra notekūdeņus no fosfora un slāpekļa, ar ko baktērijas netiek galā. Savukārt baktērijas izmanto aļģu ražoto skābekli, lai vēl labāk sašķeltu pāri palikušos biodegradējamos produktus, kas ir notekūdeņos. 

Augšanai aļģēm nepieciešams CO2, ko tās saista no atmosfēras. Pētījumi rāda, ka tās aug vēl straujāk, ja CO2 koncentrācija ir augtāka par atmosfērā esošo. Tas nozīmē, ka lielākas aļģu biomasas iegūšanai var izmantot no tehnoloģiskiem procesiem atgūtu CO2, samazinot tā nonākšanu atmosfērā. Piemēram, pētījumi rāda, ka aļģes labi spēj uzņemt dažādās dūmgāzēs esošo CO2, kas citādi piesārņotu atmosfēru. 

Uzbūvē pilotiekārtu
Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta zinātnieki projektā SMARB («Integrēta CO2 biofiltra un mikroaļģu biomasas ražošanas tehnoloģija biogāzes stacijām, izmantojot inovatīvu saliktu modulāru atvērtu riņķplūsmas baseinu pieeju», Nr.lzp-2018/1-0232) attīsta integrētu CO2 biofiltra un mikroaļģu kultivēšanas tehnoloģiju, lai to ieviestu lauksaimniecības biogāzes stacijās. 

Esam izveidojuši prototipu mikroaļģu kultivēšanas sistēmai, eksperimentējam, mēģinot nodrošināt apstākļus, kādi rodas ūdens ziedēšanas laikā. Meklējam optimālo temperatūru, nodrošinām koncentrētas barības vielas. Veicam biomasas iegūšanas eksperimentus. Ir uzbūvēta un uzstādīta pilotiekārta kādā biogāzes stacijā Latvijā, kur aļģu «barošanai» tiek izmantots biogāzes ražošanas blakusprodukts – digestāts. Praktiski, tie ir jau pārstrādāti lauksaimniecības atkritumi. Pilotiekārtai pievadām dūmgāzes, eksperimentējam ar CO2 apjomu. Proti, CO2 no biogāzes stacijas nenonāk atmosfērā, bet gan mikroaļģu baseinā.

Nenovērtēts potenciāls
Mikroaļģes ir arī lielisks biorafinērijas piemērs. Biorafinērija nozīmē izmantot biomasu ne tikai bioenerģijas iegūšanai, bet no tās izdalīt arī citus vērtīgus savienojumus, tādējādi palielinot ekonomisko izdevīgumu un samazinot ietekmi uz vidi. Faktiski tas nozīmē – iegūt pēc iespējas vairāk augstvērtīgu produktu no vienas biomasas. 

Mikroaļģēm ir potenciāls pārtikas rūpniecībā, tekstilrūpniecībā, lauksaimniecībā un medicīnā. Tās satur daudz augstvērtīgu ķīmisku vielu. Komerciāli tās jau tiek kultivētas proteīnu, lipīdu, karotinoīdu iegūšanai. Pašlaik lielākās komerciālās kultivēšanas platformas audzē divas līdz četras specifiskas mikroaļģu sugas. Piemēram, Rietumaustrālijā kultivēšanas dīķos 740 ha platībā tiek audzētas aļģes, no kurām iegūst betakarotīnu – A vitamīna priekšteci. 

Pašlaik aktīvi tiek pētīta arī pigmentu ieguve no aļģēm, kam ir plašs pielietojums kā krāsvielai tekstilindustrijā un akvakultūrā, piemēram, lašu gaļas iekrāsošanai. Tāpat tiek pētīta arī aļģu pretvēža un pretvīrusu iedarbība. 

Pasaulē ir ļoti liela mikroaļģu daudzveidība, tiek lēsts, ka ir no 30 tūkst. līdz vienam miljonam dažādu aļģu sugu. Aprakstīti ir tikai daži simti līdz tūkstoši, mazāk ir izpētītu, vēl mazāk tādu, ko izmanto pētījumos. Tas viss apliecina, ka to potenciāls šobrīd nav pietiekami izpētīts un izmantots.