Otkriće spada u okvir kružnog gospodarstva, gdje se otpad poput kontaminirane vode pretvara u vrijedan resurs. Istraživači su otkrili da su dubina na kojoj mikroalge rastu unutar reaktora i razrjeđivanje vode dva ključna čimbenika u usmjeravanju proizvodnje biomase prema određenom biokemijskom profilu. To omogućuje proizvodnju proizvoda s visokim udjelom proteina za poljoprivredu ili proizvoda s visokim udjelom lipida za energetski sektor, bez potrebe za dodatnim složenim procesima.
Parametri koji definiraju kvalitetu biomase
Studija detaljno opisuje kako i dubina uzgoja i brzina razrjeđivanja vode izravno utječu na uklanjanje onečišćujućih hranjivih tvari poput dušika i fosfora. Istovremeno, ovi uvjeti pogoduju nakupljanja proteina ili lipida u mikroalgama, što određuje njihovu kasniju upotrebu. Biomasa bogata proteinima može se koristiti kao bio-gnojivo ili kao sastojak u stočnoj hrani , dok biomasa s visokim udjelom masti postaje idealan kandidat za proizvodnju biogoriva.
Tomás Lafarga, glavni istraživač na Sveučilištu u Almeriji (UAL) i autor članka, objašnjava da promjene u radnim parametrima utječu na biokemijski sastav mikroalgi, pogodujući većoj akumulaciji proteina ili lipida ovisno o primijenjenom režimu. Ova fina kontrola nad konačnim proizvodom ono je što razlikuje ovu tehniku od drugih metoda obrade vode, budući da ne samo da čisti vodu već i stvara prilagođeni resurs za različite proizvodne sektore.
Nevidljivi savez između mikroalgi i bakterija
Zanimljiv aspekt procesa je da mikroalge ne djeluju izolirano. Kada se reaktor napaja otpadnom vodom, neizbježno je da će se bakterije i drugi mikroorganizmi također razmnožavati, formirajući mikrobni konzorcij. Daleko od toga da je nedostatak, ova suradnička zajednica je ključna za rast algi. Bakterije proizvode ugljikov dioksid, koji mikroalge koriste za fotosintezu , a alge zauzvrat stvaraju kisik koji koristi bakterijama, uspostavljajući simbiozu koja ubrzava proizvodnju biomase.
Prema Lafargi, kada se otpadna voda koristi za napajanje reaktora s mikroalgama, neizbježno je da će mikroorganizmi početi rasti unutar nje. Ovaj konzorcij, koji tvore mikroalge i bakterije, uspostavlja obostrano korisnu interakciju, što rezultira značajnim rastom mikroalgi. Ovaj fenomen uočen je u pilot postrojenju CIESOL, gdje su korišteni otvoreni reaktori kapaciteta 10 000 litara, punjeni netretiranom gradskom otpadnom vodom.
Matematički modeli i NIR skener za praćenje usjeva
Za provođenje istraživanja, tim je radio s mikroalgom Scenedesmus almeriensis i drugim autohtonim vrstama s tog područja. Također su razvili matematički model koji predviđa rast kultura na temelju brzine razrjeđivanja vode. Ovaj alat im omogućuje predviđanje ponašanja mikroalgi unutar reaktora, olakšavajući kontrolu i poboljšanje procesa. Spektroskopija bliskog infracrvenog zračenja (NIR) djeluje kao skener, analizirajući sastav biomase u sekundama , bez potrebe za destruktivnom kemijskom analizom.
Ova tehnika, prvi put primijenjena na jeftinu biomasu mikroalgi, mjeri koncentraciju proteina, minerala i drugih spojeva online. Prema Lafargi, radi poput skenera sa suhom biomasom, pa se uzorak uzima iz reaktora i informacije se dobivaju gotovo trenutno. Sljedeći korak je integracija ovih senzora izravno u reaktore kako bi se pratio makromolekularni sastav biomase u stvarnom vremenu, čime se eliminira potreba za ručnim uzorkovanjem.
Pročišćena voda za navodnjavanje i obećavajuća budućnost
Osim biomase, otpadna voda pročišćena u ovim reaktorima također pronalazi drugi život. Pročišćena voda ne može se ispuštati u okoliš, ali se može ponovno upotrijebiti za poljoprivredno navodnjavanje , što je ključna prednost u regijama pogođenim sušom poput Andaluzije. Istraživači već koriste vodu iz svojih reaktora u eksperimentalnom stakleniku, pokazujući njezinu održivost za navodnjavanje usjeva.
Projekt je financiran od strane Regionalnog ministarstva za sveučilište, industriju, energetiku i inovacije andaluzijske regionalne vlade, putem Andaluzijskog plana za sušu (PLAnd Sequía Andalucía), kao i iz programa Europske unije Obzor Europa. Ova institucionalna podrška naglašava važnost razvoja održivih rješenja za gospodarenje vodama i valorizaciju otpada u kontekstu klimatskih promjena i nestašice vode.
Ukratko, istraživanje pokazuje da su mikroalge puno više od pukih vodenih organizama: one su svestran alat za pročišćavanje vode, proizvodnju obnovljivih sirovina i doprinos kružnom gospodarstvu. Korištenjem tehnika poput matematičkog modeliranja i NIR spektroskopije, njihov kontrolirani uzgoj omogućuje dobivanje prilagođene biomase, spremne za transformaciju u gnojiva, stočnu hranu ili biogoriva, a pročišćena voda može se ponovno upotrijebiti za navodnjavanje. Ovo je još jedan korak prema budućnosti u kojoj otpad postaje prilika.
