Це відкриття належить до концепції циркулярної економіки, де відходи, такі як забруднена вода, перетворюються на цінний ресурс. Дослідники виявили, що глибина, на якій ростуть мікроводорості в реакторі, та розведення води є двома ключовими факторами, що спрямують виробництво біомаси до певного біохімічного профілю. Це дозволяє виробляти продукт з високим вмістом білка для сільського господарства або продукт з високим вмістом ліпідів для енергетичного сектору без необхідності додаткових складних процесів.
Параметри, що визначають якість біомаси
У дослідженні детально описано, як глибина обробітку та швидкість розведення водою безпосередньо впливають на видалення забруднюючих поживних речовин, таких як азот і фосфор. Водночас ці умови сприяють накопиченню білків або ліпідів у мікроводоростях, що визначає їх подальше використання. Біомаса, багата на білок, може використовуватися як біодобриво або як інгредієнт корму для тварин , тоді як біомаса з високим вмістом жиру стає ідеальним кандидатом для виробництва біопалива.
Томас Лафарга, головний дослідник Університету Альмерії (UAL) та автор статті, пояснює, що зміни робочих параметрів впливають на біохімічний склад мікроводоростей, сприяючи більшому накопиченню білків або ліпідів залежно від застосованого режиму. Цей точний контроль над кінцевим продуктом відрізняє цю техніку від інших методів очищення води, оскільки вона не тільки очищає воду, але й створює індивідуальний ресурс для різних виробничих секторів.
Невидимий союз між мікроводоростями та бактеріями
Цікавим аспектом цього процесу є те, що мікроводорості не діють ізольовано. Коли реактор подається зі стічними водами, неминуче, що бактерії та інші мікроорганізми також розмножуються, утворюючи мікробний консорціум. Ця спільна діяльність аж ніяк не є недоліком, а навпаки, є важливою для росту водоростей. Бактерії виробляють вуглекислий газ, який мікроводорості використовують для фотосинтезу , а водорості, у свою чергу, генерують кисень, корисний для бактерій, встановлюючи симбіоз, який прискорює виробництво біомаси.
За словами Лафарги, коли стічні води використовуються для живлення реактора з мікроводоростей, неминуче, що всередині них почнуть рости мікроорганізми. Цей консорціум, утворений мікроводоростями та бактеріями, встановлює взаємовигідну взаємодію, що призводить до значного зростання мікроводоростей. Це явище спостерігалося на пілотній установці CIESOL, де використовувалися відкриті реактори місткістю 10 000 літрів, що живилися неочищеними міськими стічними водами.
Математичні моделі та сканер NIR для моніторингу врожаю
Для проведення дослідження команда працювала з мікроводорістю Scenedesmus almeriensis та іншими місцевими видами з цього регіону. Вони також розробили математичну модель, яка прогнозує ріст культур на основі швидкості розведення води. Цей інструмент дозволяє їм передбачати поведінку мікроводоростей у реакторі, що полегшує контроль та вдосконалення процесу. Спектроскопія ближнього інфрачервоного (NIR) діапазону діє як сканер, аналізуючи склад біомаси за лічені секунди , без необхідності деструктивного хімічного аналізу.
Ця методика, застосована вперше до недорогої біомаси мікроводоростей, вимірює концентрацію білків, мінералів та інших сполук онлайн. За словами Лафарги, вона працює як сканер із сухою біомасою, тому зразок береться з реактора, і інформація отримується майже миттєво. Наступним кроком є інтеграція цих датчиків безпосередньо в реактори для моніторингу макромолекулярного складу біомаси в режимі реального часу, що усуває необхідність ручного відбору проб.
Очищена вода для зрошення та перспективне майбутнє
Окрім біомаси, стічні води, очищені в цих реакторах, також знаходять друге життя. Очищену воду не можна скидати в навколишнє середовище, але її можна повторно використовувати для сільськогосподарського зрошення , що є вирішальною перевагою в регіонах, що постраждали від посухи, таких як Андалусія. Дослідники вже використовують воду зі своїх реакторів в експериментальній теплиці, демонструючи її придатність для зрошення сільськогосподарських культур.
Проєкт отримав фінансування від Регіонального міністерства університетів, промисловості, енергетики та інновацій Андалузького регіонального уряду через Андалузький план боротьби з посухою (PLAnd Sequía Andalucía), а також від програми Європейського Союзу «Горизонт Європа». Ця інституційна підтримка підкреслює важливість розробки сталих рішень для управління водними ресурсами та утилізації відходів у контексті зміни клімату та дефіциту води.
Коротше кажучи, дослідження демонструє, що мікроводорості – це набагато більше, ніж просто водні організми: вони є універсальним інструментом для очищення води, виробництва відновлюваної сировини та сприяють циркулярній економіці. Використовуючи такі методи, як математичне моделювання та ближня інфрачервона спектроскопія, їх контрольоване культивування дозволяє отримувати індивідуальну біомасу, готову до перетворення на добрива, корм для тварин або біопаливо, а очищену воду можна повторно використовувати для зрошення. Це ще один крок до майбутнього, де відходи стають можливостями.
