Algák: mikroméretben hatalmas lehetőségek?
description
Transcript of Algák: mikroméretben hatalmas lehetőségek?
2012
. nov
embe
r
A nagyüzemi sertéstenyésztés-
ben általánosan alkalmazott, al-
mozás nélküli tartástechnológia
egyik következménye a jelentős
mennyiségű hígtrágyaképződés,
amelynek szakszerűtlen kezelése
és elhelyezése komoly környe-
zeti kockázattal jár. A Debreceni
Egyetem AGTC és a Monergo
Kft. együttműködésével 2009-
től végzett algakísérletek célja
a hazai körülmények között is
gazdaságosan működtethető és
viszonylag szerény beruházással,
állattartó telepeken létrehozható
algatermesztési (félig nyílt) tech-
nológia kidolgozása volt. Ennek
érdekében laboratóriumi és nyi-
Dr. habil Bai Attila egyetemi docens, Debreceni Egyetem, [email protected] Vaszkó Gábor ügyvezető igazgató, Monergo Kft., [email protected] Csányi Ferenc ügyvezető igazgató, Első Magyar Algatechnika Kft., [email protected] Tőzsér Béla ügyvezető igazgató, Envihorizont Kft., [email protected]
Algák: mikroméretben hatalmas lehetőségek?
Évmilliókkal ezelőtt az algák tisztították meg a Föld légkörét az akkor jelentős koncentrációban jelen lévő szén-
dioxidtól, ennek köszönhetően alakultak ki a magasabb rendű növények, majd a mai élővilág. Az algák ezt követően
is hasznunkra voltak. A tavak és a tengerek mélyére süllyedtek, ahol hosszú idő alatt igen rossz hatásfokkal, de összes-
ségében hatalmas mennyiségű olajjá alakultak. Amit a természet évmilliókkal korábban elvégzett, mi is megtehetjük
ma. A mikroalgákból jóval gyorsabban juthatunk óriási mennyiségű energiához és tápanyaghoz úgy, hogy közben
a termesztéshez számottevő mértékű szén-dioxidot is felhasználunk. Hazánkban is több kutató és vállalkozó foglalkozik
az algákban rejlő biológiai, technológiai, gazdasági lehetőségekkel, közülük mutatunk be néhányat.
tott körülmények között végez-
tünk kísérleteket négy algafajjal
(Chlorella vulgaris, Scenedesmus
quadricauda, Scenedesmus di
mor phus, Spirulina platensis),
eredményeink felhasználásával pe-
dig komplex gazdasági értékelést.
Laboratóriumi kísérleteink
(1. kép) eredményei alapján meg-
állapítottuk, hogy a sertés-hígtrá-
gyán való algatermesztésben nem
a teljes (hígítás nélküli) hígtrágya
tápanyag-koncentrációja, hanem
a fotoszintetikus aktivitásra gya-
korolt hatásán keresztül a fény
a fő limitáló tényező. Kijelent-
hetjük, hogy a teljes sertés-híg-
trágya semmiképpen nem alkal-
mas üzemi körülmények között
az algával való hasznosításra, ez
csakis hígított vagy szűrt/ülepített
sertés-hígtrágyával lehetséges.
Eredményeink rámutattak arra,
hogy nagyobb tápanyag-koncent-
ráció, valamint tiszta szén-dioxid
adagolása során ugyan nagyobb
hozamok érhetők el, azonban
ezzel párhuzamosan növekszik
a biomassza fehérjetartalma, ami
a lipidtartalom csökkenésével
jár, s ez csökkentette a vizsgá-
latainkban megcélzott biodízel
előállítható mennyiségét. A la-
borvizsgálatokból nyert adatok
szerint elsősorban a Chlorella
vulgarisszal érdemes folytatni
a nagyüzemi kísérleteket, ameny-
nyiben célunk a minél nagyobb és
egyöntetű biomasszatömeg elő-
1. kép. Laboratóriumi kísérletek
2. kép. Szabadföldi kísérletek
állítása a legkisebb kockázattal.
A Chlorellában található lipid
ös szetétele nagyon hasonlít az
európai olajnövények össze-
tételéhez, ami megkönnyítheti
a hajtóanyagkénti hasznosítást.
Emiatt a nyílt, szabadföldi kísér-
leteinket ezzel az algafajjal vé-
geztük el.
Szabadföldi kísérleteinkkel
(2., 3. kép) a tápanyagellátás, a le-
vegőztetés, a hőmérséklet, a na-
gyobb tóméret, valamint a nyitott
körülmények hatásait vizsgáltuk
1000 literes medencékben, me-
lyek 500 liter vizet 30 centiméteres
vízmagasságban tartalmaztak.
Megállapítottuk, hogy a tápanyag-
ellátásnak az optimum-pontig je-
lentős hozamnövelő hatása van,
míg a levegőztetés csak mérsékelt
2 innotéka
tanulmány
2012
. nov
embe
r
és bizonytalan növekedést idéz
elő. Az intenzívebb tápanyagellá-
tás indokolttá teheti a hosszabb
rotációs idő alkalmazását.
Összességében a kisüzemi
szabadföldi kísérleteink alapján a
12-14 napos rotáció megvalósítá-
sát tartjuk a legindokoltabbnak a
közepes intenzitású technológiai
változatban, a sertéstrágya hígfá-
zisát is tápanyagként hasznosítva,
ami nagyobb algahozamot ered-
ményez a jóval nagyobb ráfordí-
tású (levegőztetéses, intenzíveb-
ben műtrágyázott) változatoknál
is. Nem javasoljuk a levegőztetést,
helyette a lassú keverést ajánljuk.
Az optimális rotációs idő alatt
egy évre (200 napos tenyészidő-
szakra) vonatkoztatott termésát-
lagok – technológiai változattól
függően – elérték a 202-288 t/
ha-t. Kísérleteinket 2013-tól vár-
hatóan kiterjesztjük a takarmányo-
zási célú hasznosításra, melynek
során nemcsak a nagyobb, üzemi
mennyiségű alga-előállítás a cé-
lunk, hanem annak bekeverhető-
sége a sertéstakarmányba, va-
lamint hatása az állati termékek
mennyiségére és minőségére.
Éghajlati viszonyaink között az
algakultúrák egyöntetűsége és a
termésmennyiség növelése a drá-
gább zárt rendszerekben (fotobio-
reaktorokban) jobban biztosítható.
Itt a természetes fény mellett
mesterségesen szabályozható
világítással, steril körülmények
és optimális hőmérséklet mellett
szaporíthatók az algák. Az intenzív
szaporulat következtében a reak-
torméretek egyéb biotechnológiai
eljárásokhoz viszonyítottan kicsi-
nek mondhatók. Az alábbiakban
bemutatott cégek fő profilja a
fotobio-reaktoros technológiák
alkalmazása.
Az Első Magyar Algatech-
nika Kft. 2007 óta foglalkozik
mikroalgákkal kapcsolatos ku-
tatással, fejlesztéssel és terme-
léssel. Célja egy olyan komplett
termék és technológia létreho-
zása, mellyel az intenzív nagy-
üzemi algatermelés jelen prob-
lémáira megoldást nyújt, és a
nagyüzemi gyártás alapjait meg-
teremti. Az algatermelés mellett
a megrendelői igényeket, a
technológiaértékesítést a saját
továbbfejlesztett berendezései
(fotobio-reaktor, szűrő-szárító be-
rendezés) felhasználásával, a vevő
igényei szerinti konfigurációban
és a kívánt algatörzs telepítésével
végzi. Az előállított algafajok:
• Scenedesmus sp., magas
keményítő- és olajtartalmú
zöldalga, mely minden
olyan felhasználási területen
megfelelő alapanyagként
használható, ahol a fel-
dolgozás magas kemé-
nyítőtartalmat igényel.
• Haematococcus
pluvialis, magas astaxantin
(antioxidáns) tartalmú (25-
35%) algafaj, felhasználási
területe: gyógyszeripar.
• Clorella sp., magas fehér-
jetartalmú zöldalga, például
állati takarmányozás céljára
kiválóan alkalmas lehet.
Az Első Magyar Algatechnika
Kft. monopolhelyzetét erősíti,
hogy komplex megoldást nyújt
az algatermesztés területén.
Fotobio-reaktor rendszerük köz-
üzem nélküli területeken, vagy
meglévő etanolüzemekhez, szén-
erőművekhez vagy más, szén-di-
oxidot előállító üzemekhez csatla-
kozva működik. A fejlesztések mai
állása szerint a cégnek egy 2400
liter kapacitású fotobio-reraktora
van (4. kép).
Az alga-előállítási folyamat
során a laborból származó kis
mennyiségű algaszuszpenziót
az előnevelő szobában, 30 literes
előnevelő csövekben növesztik
megfelelő sűrűségűre, hogy az-
zal a fotobio-reaktor elindítható
legyen. Az előnevelés megkö-
zelítőleg 2-3 hetet vesz igénybe,
ennek során meghatározott
mikro- és makroelemekből álló
tápoldattal látják el a növekvő
algaszuszpenziót. Amikor elér-
ték a kívánt sűrűséget, átoltják
a fotobio-reaktorba, hogy ott sza-
porodjanak tovább. Átoltáskor
szintén tápoldatot adnak hozzá.
A rendszert számítógéppel ve-
zérlik. A pH, hőmérséklet, ORP
(oxidációs-redukciós potenciál),
DO (oldott oxigén), valamint a
konduktivitás szenzoradataiból
értesülnek a rendszer állapo-
táról, és szabályozzák, hogy
éppen mennyi szén-dioxid, táp-
oldat hozzáadása szükséges.
A fotobio-reaktorban az alga
mennyisége megközelítőleg két
nap alatt duplázódik, ha a hő-
mérséklet és a fényviszonyok
3. kép. A kapott alga biomassza
4. kép. A fotobio-reaktor rendszer
3
tanulmány
2012
. nov
embe
r
optimálisak, valamint elegendő
szén-dioxid és tápanyag áll ren-
delkezésre. Az algaszuszpenzió
állapotát, sűrűségét folyamatosan
ellenőrzik. A szűrés előtt előülepí-
téssel sűrű algamasszát hozunk
létre, majd ezt vezetjük az előüle-
pítőből a szűrőberendezésbe. Az
előülepítés átlagosan két napig
tart. A szűréshez a rendszerből
kivett algát vízzel és tápoldattal
pótolják, így téve folytonossá
a fotobio-reaktorban lévő alga
kívánt mértékű szaporodását.
A szüret, a további felhasználástól
függően lehet sötétzöld gyurma-
szerű massza, melynek víztar-
talma igen magas (80%), pehely,
illetve, tömegállandóságig szárí-
tott anyag csekély víztartalommal,
ami tovább porítható.
Az Envihorizont Kft. által ki-
fejlesztett piramidális fotobio-
reaktor egy testre szabható, telje-
sen automatizált, számítógéppel
vezérelt, nagy termelékenységet
garantáló rendszer, amely lehe-
tővé teszi, hogy hatalmas meny-
nyiségű mikroalga növekedjen
folyamatosan bármilyen éghajlati
körülmények között. Az eljárás
alapja az a tény, hogy a nagy ho-
zamok alapfeltétele, hogy ezek
a fényhasznosító szervezetek
5. kép. Piramidális fotobio-reaktor
folyamatosan kapjanak termé-
szetes vagy mesterséges fényt.
A fotoszintézishez szükséges
fényminőségen és intenzitáson
kívül az áramlások biztosítására
gázbefúvást, keverést, hőmérsék-
let-szabályozást kell alkalmazni.
Az algák tápanyagigényének biz-
tosítására a tápvízhez kiegészí-
tésképpen szervetlen és szerves
adalékokat szükséges hozzáadni.
A kedvező összetételű termálvizek
kiváló vizes szubsztrátumot ké-
peznek. Szennyvíz, hígtrágya-fel-
használás esetén szerves anyag-
gal táplálkozni képes (heterotróf)
mikroalgafajokat kell alkalmazni.
Ezeknek a műveleteknek az ösz-
szességét a leghatékonyabban
a kis helyigényű, piramidális tí-
pusú fotobio-reaktor képes biz-
tosítani. A folyamatok optimá-
lis végbemenetelét a beépített
auto mata vezérlés szabályozza
(5. kép). A cég az algaszaporí-
tást olyan többcélú rendszer
keretében valósítja meg, mely a
szén-dioxid megkötése mellett
energia- és egyéb biotechnológiai
termékek (archaeák, fajélesztők,
sejtszaporulatok, szuperkritikus
extraktumok) előállítására is al-
kalmas – kedvező üzemeltetési
költségekkel. Egy 100 köbméte-
res fotobio-reaktorban naponta
képződő algatömeg: 200–4200
kilogramm között változik, fajtától
és technológiától függően. 200
kilogramm algából nyerhető vég-
termékek:
• 4 kilogramm hidrogén, mely-
nek energiatartalma 460 MJ
(110 kWh);
• az egészséges táplálkozás-
hoz fontos ω3 zsírsavból 110
gramm (100 felnőtt egynapi
szükséglete);
• 100-110 liter biodízel, ami
1200-1500 kilométer út meg-
tételéhez elegendő.
Összességében az alga sok-
féle célra felhasználható, ener-
giaforrásként is sokoldalú növény,
melynek hazai körülményekre
adaptált mikrobiológiai, termesz-
téstechnológiai háttere még
további részletes vizsgálatokat
tesz szükségessé, melyek ered-
ményeiről alkalomadtán szívesen
nyújtunk tájékoztatást.� •
4 innotéka
tanulmány