Spirulina, chlorella … paliwo, pokarm i leki z wodorostów

Algi i biotechnologiaNiektóre mikroorganizmy, w szczególności mikro wodorosty, są w stanie dokonywać przemiany energii słonecznej na energię organicznej materii, z której z kolei można otrzymywać palne gazy jak np. metan i wodór. Rosnące zainteresowanie biotechnologiami opartymi na glonach wynika z możliwości wykorzystania ich biomasy nie tylko do przetwarzania energii promienistej, lecz także do uzyskiwania biologicznie aktywnych substancji pokarmowych, preparatów medycznych itp. Dzięki prostej budowie i dużemu stosunkowi powierzchni do objętości, wodorosty efektywnie pochłaniają promieniowanie świetlne, a w odpowiednich warunkach ich wzrost trwa przez cały rok. Przy wykorzystaniu glonów do celów energetycznych używa się rozmaitych sposobów przetwarzania ich masy na technicznie przydatne rodzaje paliwa i inne produkty. Należą do nich: wytwarzanie paliwa silnikowego z roślinnych węglowodorów, termochemiczna konwersja biomasy dla wytwarzania ciepła, gazów, pirolitycznych cieczy, ciężkiej frakcji ropy naftowej lub benzyny, zamiana biomasy na paliwa na bazie alkoholi, kwasów tłuszczowych itp.

Jednym z tych mikro wodorostów jest chlorella zawierająca 30-40% cukrów (można je przetwarzać na etanol) i do 40% lipidów (mogą służyć za substytut mazutu). Cenne zalety wykazuje także dunaliella, która może dokonywać syntezy glicerolu przydatnego do wyrobu olei i paliwa silnikowego. Specjalna hodowla biomasy w postaci mikro wodorostów przekształcanych następnie w alkohol lub metan stwarza możliwość realizacji sztucznego analogu dla procesu wytwarzania organicznego paliwa – jego szybkość przewyższa miliony razy naturalne procesy zachodzące w przyrodzie.

Z tego punktu widzenia wyjątkową wartość przedstawia jednokomórkowa roślina wodna o nazwie botriococus, która zawiera do 80% węglowodorów w suchej masie. Skład wytwarzanych przez nią węglowodorów pozwala na wykorzystanie ich jako źródła energii lub jako surowiec w przetwórstwie ropy naftowej (bezpośrednio lub po częściowym krakingu). W wyniku hydrokrakingu tych wodorostów uzyskuje się mieszaninę zawierającą m.in. 65% benzyny, 15% paliwa lotniczego i 3% olejów. Węglowodory gromadzą się w zewnętrznych częściach tego organizmu i można je z łatwością usunąć za pomocą siły odśrodkowej w wirówkach, przy czym komórka wodorostu nie ulega uszkodzeniu. Po odzyskaniu węglowodorów, biomasa jest z powrotem kierowana do dalszej hodowli.

Szczególne zainteresowanie naukowców w wielu krajach świata skupia się na niebieskozielonych mikro wodorostach spiruliny. Artrospira (znana potocznie spirulina) była pierwszą cyjanobakterią (tj. niebiesko-zielonym wodorostem), którą zaczęto hodować na skalę przemysłową. Po raz pierwszy odkryto ją w jeziorze Czad. Uczeni ze zdumieniem stwierdzili, że tubylcy od wieków dodawali do pożywienia kawałki wysuszonych wodorostów zebranych z powierzchni jeziora. Był to gatunek Spirulina platensis; inną odmianę tego wodorostu –Spirulina maxima odkryto w Meksyku, gdzie z jej walorów korzystali starożytni Aztekowie.

Szczegółowym badaniem spiruliny zajął się w latach 60. ubiegłego wieku francuski instytut ropy naftowej.

Spirulina stanowi unikatową materię biologiczną i może być stosowana jako biologicznie aktywny dodatek do żywności oraz jako stymulator wzrostu zwierząt. Zawiera do 70% białka wysokiej jakości, cały zespół witamin zwłaszcza grupy B oraz mikro- i makroelementów. Co najmniej 15% jej masy to pigment fikocyjanina, będący naturalnym niebieskim barwnikiem cenionym w przemyśle spożywczym i kosmetycznym. Mimo iż sam wodorost zawiera mnóstwo przydatnych elementów, to dodatkowo w procesie swego wzrostu przekształca wapń, magnez, żelazo, selen i inne pierwiastki z postaci mineralnej na formę przyswajalną przez organizmy ludzi i zwierząt. Fenotypowe własności spiruliny umożliwiają uzyskiwanie jej szybkich reakcji na zmiany w środowisku w trakcie hodowli i – w efekcie wpływanie – na jej skład chemiczny i produktywność. Te cenne zalety wykorzystuje się do sterowania biosyntezy różnych związków, np. węglowodanów, białek, tłuszczów, witamin, barwników. Zdumiewający jest zakres terapeutycznych zdolności spiruliny: obniżanie poziomu cholesterolu i cukru we krwi, zwalczanie stanów zapalnych i toksycznego działania określonych związków, obrona przed promieniowaniem radioaktywnym, stymulowanie rozwoju flory bakteryjnej w jelitach itd.

Już od dawna spirulinę stosuje się jako dodatek do pokarmu zwierząt. Dla przykładu zastąpienie kukurydzy czy innych ziaren przyczynia się do pigmentacji żółtek jaj, co podnosi dwukrotnie ich cenę. W krajach azjatyckich służy do dokarmiania ryb i skorupiaków, a także podnoszenia odporności na zachorowania. Po raz pierwszy spirulinę wyhodowano sztucznie w Kalifornii w 1976 r. Od tej pory na całym świecie, a zwłaszcza w Azji, założono 250 (2000 r.) gospodarstw prowadzących przemysłową hodowlę tego bezcennego wodorostu. Celem tych przedsięwzięć jest nie tylko dostarczanie wysokowartościowego pokarmu oraz surowca dla przemysłu farmaceutycznego i kosmetycznego, lecz także utylizacja i neutralizacja odpadów przemysłowych i komunalnych takich jak gazy CO2, SOx, NOx, ścieki, odchody zwierzęce i inne. Najczęściej kultywację spiruliny prowadzi się w basenach o głębokości 15-25 cm z powolnym przepływem wody. Przykładem uprawy spiruliny na największą skalę są kompleksy zbiorników w Tajlandii, gdzie uzyskano wydajność 36 t/ha/rok oraz w Kalifornii (20 t/ha/rok). Hodowla tych wodorostów jest całkowicie bezpieczna dla środowiska. Można ją prowadzić w rozmaitych akwenach zarówno w wodzie morskiej jak i słodkiej. W przeliczeniu na ilość otrzymanego białka, wymaga niewielkiej powierzchni np. 40 razy mniejszej niż kukurydza i 200 razy mniejszej niż wołowina. Uprawa ta jest przy tym mniej energochłonna (mniejszy wkład energii dla uzyskania ilości produktu o tej samej wartości energetycznej).

Produkcja spiruliny systematycznie rośnie: 850 t w 1985 r., 2000 t w 1996 r. i 8000 t w 2004 r; szczególnie szybki wzrost produkcji wykazują Chiny (600 t). W krajach podzwrotnikowych wodorosty te uprawia się w otwartych basenach wyposażonych w układy mieszania, zbierania, przerabiania i kontroli jakości biomasy. Przy zbieraniu „dzikich” spirulin nie można zapewnić warunków eliminujących z ich łańcucha pokarmowego niepożądanych i szkodliwych związków jak pestycydy czy metale ciężkie. Przy zamkniętym sposobie uprawy stosuje się bioreaktory w kształcie rur, kół lub pionowych i poziomych płyt. W jednym module takiej przykładowej instalacji o pojemności 700l biomasa krąży w rurkach o średnicy 24-36 mm. Zaletą „zamkniętej” technologii jest zmniejszenie strat wody na odparowanie oraz wyższa czystość wodorostów. Jednocześnie jednak ścianki bioreaktora zarastają wodorostami, a wydzielanie tlenu hamuje wzrost. Dlatego instalacje tego rodzaju są celowe jedynie dla uzyskiwania produktów o najwyższej jakości i czystości. Wzrost spiruliny można stymulować przez podawanie dwutlenku węgla do obiegu. W pilotażowych instalacjach z powodzeniem zastosowano nasycanie roztworu bioreaktora produktami spalania gazu ziemnego z elektrociepłowni o zawartości 8% CO2. Oczyszczone wstępnie spaliny z tlenków siarki i azotu zostają równomierne zmieszane w roztworze, co przy optymalnie dobranym natężeniu promieniowania zapewnia szybki przyrost kultury. Podobne rozwiązania sprawdziły się już w wielkich uprawach roślin szklarniowych. Eksperymenty te potwierdzają, że uprawa niektórych glonów może przyczynić się do redukcji emisji gazów cieplarnianych. Ocena energetycznej efektywności uprawy spiruliny wykazuje, że stosunek energii zawartej w uzyskanej biomasie do energii dostarczonej do hodowli wynosi 2 do 4. Główne wydatki energetyczne tego procesu występują na mieszanie roztworu, zbiór i separację wodorostów, ich suszenie, ogrzewanie roztworu oraz dostarczanie wody. Dlatego coraz więcej uwagi poświęca się zagadnieniu obniżenia wkładu energii na potrzeby procesu. Najlepsze perspektywy posiada wykorzystanie odnawialnych źródeł energii do zasilania urządzeń elektrycznych plantacji. Rozważa się użycie hybrydowych układów słoneczno-wiatrowych, które zapewnią niezawodność i niski koszt dostaw energii. Wykorzystując odpady hodowli zwierzęcej, gazy przemysłowe i ciepło odpadowe z pobliskich zakładów, osiągnie się opłacalne wytwarzanie nie tylko surowca dla przemysłu spożywczego, farmaceutycznego i kosmetycznego, lecz także odnawialne źródło paliw węglowodorowych.

źródło: www.cire.pl

1 komentuj

Dodaj komentarz

Chcesz się przyłączyć do dyskusji?
Nie wahaj się!

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *