Radot simbiozi starp biogāzes ražošanu un mikroaļģu audzēšanu, Rīgas Tehniskās universitātes (RTU) pētnieki attīsta nākotnes tehnoloģiju biogāzes un inovatīvu materiālu ražošanai izmantojamu izejvielu ieguvei, portālam db.lv stāsta RTU Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta vadošais pētnieks Francesco Romagnoli un pētnieks Maksims Feofilovs.

Mikroaļģēm ir liels potenciāls enerģētikā un augstas pievienotās vērtības produktu izgatavošanā pārtikas rūpniecībā, tekstilrūpniecībā, lauksaimniecībā, akvakultūrā un medicīnā. Ar aļģu biomasu varētu arī aizstāt fosilas izejvielas, piemēram, plastmasas izgatavošanā. Šobrīd pasaulē tiek aktīvi pētīta to izmantošana, Eiropā aļgu audzēšana ir plaši attīstīta Francijā, kur izveidoti lieli aļģu audzēšanas lauki. Mūsu platuma grādos mainīgo klimatisko apstākļu, temperatūras svārstību un sezonalitātes dēļ šis virziens nav attīstīts, lai gan mikroaļģes uzskatāmas par nozīmīgu nākotnes resursu.

Mikroaļģes ir samērā mazprasīgas, kas labvēlīgos apstākļos strauji vairojas. To augšanai nepieciešams siltums, gaisma, barības vielas un CO2. Meklējot risinājumus, kā vērīgās mikroaļģes audzēt Ziemeļvalstīs, RTU Vides aizsardzības un siltuma sistēmu institūta (VASSI) 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) izveidojuši inovatīvu hibrīdu mikroaļģu kultivēšanas sistēmu, apvienojot tajā īpašības, kādas ir gan atklātiem audzēšanas baseiniem, gan slēgtiem fotobioreaktoriem. Pilotiekārta uzstādīta kādā lauksaimniecības biogāzes stacijā Latvijā.

Pētījumā ir izveidots eksperimentāls vairāku stāvu baseins aļģu audzēšanai. Tas izvietots siltumnīcā biogāzes stacijas teritorijā. Baseinā aļģu biomasa nepārtraukti tiek maisīta, lai nodrošinātu vienmērīgu augšanu. Tikko aļģes nostājas, dažādās vietās baseinā novērojama atšķirīga gaismas caurlaidība. Veidojas situācija, ka vietās, kur aļģes strauji savairojušās, gaismas caurlaidība samazinās un aļģes pārtrauc augt, samazinās ražīgumus vai tās aiziet bojā, savukārt vietās, kur to ir mazāk, tās saņem pārmērīgu apgaismojumu, kas arī var radīt negatīvu ietekmi. Gaisma ir viens no būtiskākajiem parametriem ātras augšanas nodrošināšanai. Lai aļģu kultūra attīstītos, tai jābūt vienmērīgi sadalītai pa baseinu – tad gaisma tiek vienmērīgi cauri. Turklāt iekārtā baseini ir sakārtoti piramīdas formā viens virs otra, samazinot noēnojumu zemākajiem stāviem. Kultivēšanas sistēmā integrēts arī LED apgaismojums, kas kopā ar saules gaismu rada optimālākus augšanas apstākļus. Tā iespējams paaugstināt biomasas ražošanas produktivitāti. Proti, labvēlīgos apstākļos tās var augt nepārtraukti.

Optimālā temperatūra aļģu augšanai ir 23 grādi, minimālā – plus 14 grādi. Pie zemākas vai augstākas temperatūras to augšana palēninās vai apstājas pavisam.

Eksperimentālajā iekārtā augšanai nepieciešamo siltumu un CO2 nodrošina biogāzes stacija – tiek pievadīts siltums, kas rodas ražošanas procesā un tiktu vienkārši izpūsts gaisā, un dūmgāzes. Pētījumi rāda, ka aļģes labāk aug, ja CO2 koncentrācija ir augstāka nekā gaisā. Izmantojot dūmgāzes aļģu baseinā, tiek samazināta videi kaitīgā CO2 nonākšana atmosfērā. Aprēķini liecina, ka šādi iespējams atgūt ap 25% CO2. Šobrīd pasaulē zinātnieku uzmanība ir pievērsta tehnoloģijām, kas ļautu ne vien efektīvāk izmantot resursus un radīt mazākas CO2 emisijas, bet arī atgūt un izmantot oglekļa dioksīdu. Mikroaļģu izmantošanai ir potenciāls oglekļa bio-sekvestrācijā.

Savukārt par barības vielu aļģu attīstībai pilotiekārtā tiek izmantots biogāzes ražošanas blakusprodukts – digestāts. Praktiski, tie ir jau pārstrādāti lauksaimniecības atkritumi, kas palikuši pēc aerobās fermentācijas un satur dažādus mikroelementus – kāliju, nātriju, fosforu. Tikai daļa no eksperimentālajā iekārtā iegūtās aļģu biomasas nepieciešama augšanas nepārtrauktības nodrošināšanai, pārējais nonāk biogāzes stacijā, kur kopā ar citiem lauksaimniecības atkritumiem tiek izmantota biogāzes ražošanai anaerobās pārstrādes procesā. Pirms tam aļģu biomasas varētu arī izdalīt augstvērtīgus savienojumus, piemēram, pigmentus, lipīdus, vitamīnus, enzīmus utt., tādējādi palielinot biomasas pievienoto vērtību.

Par spīti mikroaļģu priekšrocībām, biomasas ražošana lielos apjomos bioenerģijas ražošanai pašlaik vēl ir salīdzinoši dārga. Komerciāla mēroga kultivēšana šobrīd nav ekonomiski ilgtspējīga galvenokārt augsto ražošanas izmaksu un zemās produktivitātes dēļ. Lai gan RTU zinātnieku radītā inovatīvā iekārta palielina biomasas ražošanas produktivitāti, biogāzes ražošanu tā nepadarīs būtiski lētāku, jo arī šobrīd izmantotie lauksaimniecības atkritumi un dūņas nav dārgas. Taču inovācijai ir liela pievienotā vērtība no cirkulārās ekonomikas viedokļa. Proti, tā ļauj lietderīgi izmantot digestātu un citus blakusproduktus un atkritumus, kas nemaz netiek uzskaitīti, piemēram, siltumu zudumus un CO2 emisijas. Turklāt biogāzes staciju potenciāls Latvijā nav pilnībā izmantots, īpaši attiecībā uz šo radīto blakusproduktu izmantošanu.

Inovācijas energotehnoloģiju jomā kopumā atmaksājas salīdzinoši lēni. Tiesa, attīstoties tehnoloģijām un fosilajiem energoresursiem kļūstot arvien dārgākiem, vērojams, ka atmaksāšanās termiņam ir tendence samazināties. Pirms 30 gadiem arī saules paneļu atmaksāšanās termiņš tika lēsts apmēram vairāku gadu desmitu ilgs, šobrīd ir pieejamas iekārtas, kuras, pareizi ekspluatējot, var atmaksāties jau septiņu gadu laikā. Iespējams, šādu tendenci varēsim vērot arī aļģu audzēšanas iekārtu jomā.

Šobrīd šī ir uzskatāma par nākotnes tehnoloģiju. Strauju cirkulārās ekonomikas principos balstītu audzēšanas sistēmu attīstību varētu sagaidīt brīdī, kas pieaugs pieprasījums pēc izejvielām, kas iegūstamas no aļģēm. Mikroaļģu potenciāls ir milzīgs un tas šobrīd tiek apzināts.