Levät viihtyvät kalankasvatuksen jätevedessä ja tuottavat arvoaineita
Leväbioteknologia ja sen tehostamisen tutkiminen on tuonut yhteen kolme tahoa, Jyväskylän yliopiston informaatioteknologian tiedekunnan, bio- ja ympäristötieteiden laitoksen ja Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n. Yhteisessä Midas-hankkessa viherleviä kasvatetaan kalojen kiertovesiviljelyn yhteydessä. Tarkoituksena on, että levä pystyisi kasvamaan ja saamaan tarvitsemansa ravinnon kalankasvatuksen jätevedestä.
Konsortiota johtaa akatemiatutkija Pauliina Salmi Jyväskylän yliopistosta. Hän sanoo, että leväbioteknologia on nouseva teknologian ala. Sillä on merkittävää kaupallista potentiaalia.
"Levistä voidaan saada lähes kaikkea mitä öljystäkin."
"Leviä voidaan käyttää ravinnoksi, niistä saadaan pigmenttejä, ne sitovat kasvaessaan runsaasti hiilidioksidia ja veteen liuenneita ravinteita. Lisäksi niistä saadaan myös vetyä, jota voidaan hyödyntää polttoaineiden valmistuksessa", Salmi jatkaa.
Hankkeessa keskitytään erityisesti vedyntuottajina toimivien viherlevälajien kasvattamiseen ja uusien vedyntuottajalevien testaamiseen. Vety kiinnostaa niin polttoaineena kuin polttoaineen jalostusprosessissa.
Levät tuottamaan lohikaloille punaista väriä?
Vedyn tuottaminen levien avulla ei ole yhtä tehokasta kuin keskeisillä teollisilla menetelmillä, eikä sitä pystytä prosessissa tuottamaan samassa suuruusluokassa.
Tutkimuksessa käytetyssä prosessissa levä kuitenkin kasvaa kalanviljelyteollisuuden sivutuotteena ikään kuin itsestään.
"Levät tuottavat vetyä luonnostaan tietyissä elinoloissa ja siihen tarvittava teknologia on yksinkertaista. Levien kasvua täytyy kuitenkin seurata jatkuvasti. Näin voidaan parantaa viljelyn tehokkuutta ja varmistaa, että levät kasvavat halutulla tavalla ja että niissä on hyvä pitoisuus haluttuja arvokkaita biomolekyylejä", Salmi sanoo.
Vedyntuotannon lisäksi hankkeessa on testattu muun muassa arvokkaan astaksantiinipigmentin tuotantoa viherlevän avulla. Lohikalat saavat punaisen värinsä juuri astaksantiinista. Tällä hetkellä lohikalojen viljelyssä käytetty astaksantiini on synteettistä, mutta viherlevän tuottama pigmentti vähentäisi tarvetta synteettisten tuotteiden käyttöön.
Tavoitteena automatisoitu kasvun seuranta tekoälyn avulla
Levämassan kasvua ja biomolekyylien tuotantoa seurataan spektroskopian ja tekoälyn avulla. Tarkoituksena on, että koko prosessi olisi automaattinen ja tekoäly onnistuisi löytämään mahdollisesti levän kasvua uhkaavat ja toisaalta myös kasvun kannalta hyödylliset asiat. Seurantamenetelmien kehittäminen on hankkeessa Jyväskylän yliopiston informaatioteknologian tiedekunnan tehtävänä.
"Nykyisessä kaupallisessa leväviljelyssä monitorointi tapahtuu ottamalla yksittäisiä näytteitä reaktoreista, joissa levää yleensä viljellään. Sen jälkeen näytteet analysoidaan laboratoriossa. Näytteiden ottaminen näin on kuitenkin kallista ja pistemäistä, eikä näytteitä pystytä ottamaan kovin suuresta tilavuudesta", Salmi kertoo.
Hankkeessa kehitettävät menetelmät ovat ei-invasiivisia: näytteenottoa ei tarvita, vaan sensorit tarkkailevat leväviljelmien laatua häiritsemättä kasvatusta.
Jos uudet menetelmät osoittautuvat tehokkaiksi, ovat ne kaupallisessa käytössä olevia menetelmiä huomattavasti vaivattomampia ja tehokkaampia.
"Tekoälyyn ja esimerkiksi spektrikameraan perustuva monitorointi on tehokas, koska siinä seuranta tapahtuu reaaliaikaisesti koko leväviljelmälle. Näin erilaisiin muutoksiin levän kasvussa voidaan reagoida juuri oikeassa hetkessä", Salmi kuvailee.
Periaatteessa monitorointimenetelmiä voitaisiin käyttää myös perinteisten leväviljelmien seurannassa. Tässä hankkeessa keskiössä ovat kuitenkin kalojen kiertovesiviljelyn yhteydessä kasvatetut viherlevät.
Kiertotaloussovellukset auttavat ympäristönsuojelussa
Toisin kuin perinteisessä kalankasvatuksessa, kalojen kiertovesiviljelyssä kaloja kasvatetaan altaissa, joihin ohjataan huomattavan vähän tuoretta vettä. Käytössä olevaa vettä suodatetaan ja kierrätetään pumpuilla takaisin kaloille.
Kiertovesiviljely mahdollistaa ravinteiden kertymisen järjestelmään niin, että ravinnemäärä riittää levän kasvattamiseen.
"Kiertotalousnäkökulma tulee tässä hankkeessa erityisesti siitä, että hyödynnetään jonkin muun jo olemassa olevan systeemin tuottamaa jätettä tuottamaan uutta biomassa. Eli kun kaloja ruokitaan, niin niiden aineenvaihdunta tuottaa veteen ravinteita, joita käytetään hyödyksi levän kasvatuksessa", kertoo yliopistonlehtori Juhani Pirhonen Jyväskylän yliopiston bio- ja ympäristötieteiden laitokselta.
Sen sijaan että kalankasvatuksen sivutuotteena syntyvä ravinnerikas vesi puhdistettaisiin kemiallisesti, niin jätevedessä kasvava levä poimii jätevedestä ravinteet talteen.
Sinänsä jo pelkkä levän kasvatus osana kalojen kiertovesiviljelyä olisi hyödyllistä, mutta tämän lisäksi levät ovat myös hyviä hiilidioksidin sitojia.
"Sanoittaisin sen niin, että tässä hankkeessa rakennetaan konsepti, jota voidaan tulevaisuudessa kaupallisesti hyödyntää kalanviljelyssä ja mahdollisesti myös muualla, missä teollisuuden sivutuotteena tulee hiilidioksidia", sanoo Pauliina Salmi.
Tutkimushanke on saanut Euroopan unionin NextGenerationEU -rahoitusta.
