Ze względu na ograniczone zasoby paliw kopalnych oraz sukcesywnie postępujący wzrost cen typowych nośników energii, obserwuje się wzrastające zainteresowanie niekonwencjonalnymi technologiami produkcji paliw. Zapotrzebowanie na rozproszone źródła energii odnawialnej związane jest również z koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa jej dostarczania do odbiorców końcowych, a także ograniczeniem emisji gazów cieplarnianych i związanych z tym zjawiskiem zmian klimatycznych. Biorąc pod uwagę fakt, iż transport i komunikacja są jednym z głównych źródeł zanieczyszczeń powietrza, konieczne są zmiany związane z zastąpieniem paliw kopalnych biopaliwami. W związku z tym, 23 kwietnia 2009 r. Parlament Europejski i Rada przyjęli dyrektywę 2009/28/WE, która ma na celu szeroko rozumiane wsparcie wykorzystania biopaliw i innych odnawialnych źródeł energii w sektorze transportu i komunikacji. Przewiduje ona 10% wzrost zużycia biokomponentów brutto do roku 2020. Oprócz wspierania produkcji i wykorzystania biopaliw, Komisja Europejska stymuluje programy badawcze związane z nowymi technologiami produkcji i wykorzystania tego rodzaju nośników energii. Jednym z kluczowych zagadnień jest opracowanie wydajnych i ekonomicznie uzasadnionych metod wytwarzania biodiesla.

Obecnie głównym surowcem wykorzystywanym do produkcji biodiesla na terenie Unii Europejskiej jest rzepak. Jednak istotny wzrost produkcji i zużycia biokomponentów wytworzonych na bazie typowych roślin oleistych może prowadzić do wzrostu ilości gazów wprowadzanych do atmosfery oraz negatywnie wpłynąć na globalną podaż żywności i istotny wzrost jej cen. Zwiększanie obszarów przeznaczonych na produkcję lądowych roślin oleistych stanowi również zagrożenie dla środowiska naturalnego. Zjawisko to może doprowadzić do zniszczenia cennych przyrodniczo siedlisk flory i fauny oraz zwiększyć ilość zanieczyszczeń wprowadzanych do gleby, wód podziemnych i powierzchniowych.

Istnieje zatem uzasadniona potrzeba poszukiwania alternatywnych źródeł biomasy, której wykorzystanie na cele energetyczne będzie uzasadnione z ekonomicznego i ekologicznego punktu widzenia. Biorąc pod uwagę bardzo wysoką efektywność fotosyntetyczną, szybkie tempo przyrostu biomasy, odporność na różnego rodzaju zanieczyszczenia oraz możliwość zagospodarowania terenów, które nie mogą zostać wykorzystane na inne cele, alternatywą dla typowych roślin energetycznych mogą być mikroglony. Celem badań było określenie możliwości namnażania i hodowli biomasy mikroglonów o wysokiej zawartości oleju na bazie ścieków pochodzących z zakładów przemysłowych branży mleczarskiej.

Wykorzystanie ścieków w procesach hodowli glonów

Rozwiązania technologiczne oparte na wykorzystywaniu glonów stosowane są najczęściej jako trzeci stopień oczyszczania ścieków komunalnych oraz przemysłowych w stawach tlenowych lub fakultatywnych (Oswald 2003). W procesie fotosyntezy organizmy te uwalniają 1,50-1,92 kg O2/kg1 wyprodukowanej biomasy, natomiast prędkość utleniania osiągnięta przy degradacji zanieczyszczeń organicznych kształtuje się w zakresie od 0,48-1,85 kg O2/m3·d1 (Mùnoz i in. 2004). Asymilacja dwutlenku węgla i zwiększona produkcja tlenu przez glony może doprowadzić do dużych wahań odczynu wyrażonego zarówno w systemach otwartych (HRAP – High Rate Algae Pond), jak i fotobioreaktorach zamkniętych. Wzrost odczynu może bezpośrednio wpływać na usunięcie ze ścieków organizmów patogennych. Glony asymilują również znaczną ilość substancji biogennych, ponieważ wymagają dużych ilości azotu i fosforu niezbędnych w procesach wewnątrzustrojowej syntezy białek, których koncentracja w suchej masie kształtuje się w zakresie od 20% do 60%, w zależności od gatunku. Przyswajane związki biogenne wykorzystywane są także do budowy kwasów nukleinowych i fosfolipidów (Oswald 2003).

Obecnie układy technologiczne oczyszczania ścieków, bazujące na wykorzystaniu tych organizmów, często integrowane są z systemami produkcji biomasy glonów na cele biopaliwowe i energetyczne (Dębowski i in. 2011). Uważa się, że tego rodzaju rozwiązania są bardziej uzasadnione z ekonomicznego i technologicznego punktu widzenia, bowiem zapewniają jednoczesne usunięcie zanieczyszczeń chemicznych i biologicznych ze ścieków oraz produkcję biomasy do produkcji biopaliw (Dębowski i Zieliński 2009). Wykorzystanie ścieków jako medium hodowlanego wpływa bezpośrednio na ograniczenie kosztów ponoszonych na dostarczenie wody oraz składników pokarmowych, niezbędnych do efektywnego przyrostu biomasy glonów (Wang i in. 2008). W prowadzonych dotychczas pracach badawczych udowodniono, że wysoka koncentracja CO2 w ściekach intensyfikuje tempo wzrostu biomasy glonów, co wpływa bezpośrednio na efektywność degradacji zanieczyszczeń (Lundquist 2008). W systemach opartych na używaniu wód słonych, dzięki wykorzystaniu ścieków równoważony jest również molekularny stosunek węgla, azotu i fosforu (C: N: P = 106:16:1), tzw. stosunek Redfielda (Lundquist 2008).

Cały artykuł opublikowany został w nr 3/2017 kwartalnika "Kierunek Spożywczy".