2012. november: jegyzet, portré, tudomány, biotechnológia, egyetem, innováció, disszemináció, közlekedés, építés, zöldkörnyezet, tanulmány, atomenergia, it
2012. november 6.

Szerzők:
Dr. habil Bai Attila
Vaszkó Gábor
Csányi Ferenc
Tőzsér Béla

Algák: mikroméretben hatalmas lehetőségek?

Évmilliókkal ezelőtt az algák tisztították meg a Föld légkörét az akkor jelentős koncentrációban jelen lévő szén-­dioxidtól, ennek köszönhetően alakultak ki a magasabb rendű növények, majd a mai élővilág. Az algák ezt követően is hasznunkra voltak. A tavak és a tengerek mélyére süllyedtek, ahol hosszú idő alatt igen rossz hatásfokkal, de összességében hatalmas mennyiségű olajjá alakultak. Amit a természet évmilliókkal korábban elvégzett, mi is megtehetjük ma. A mikroalgákból jóval gyorsabban juthatunk óriási mennyiségű energiához és tápanyaghoz úgy, hogy közben a termesztéshez számottevő mértékű szén-dioxidot is felhasználunk. Hazánkban is több kutató és vállalkozó foglalkozik az algákban rejlő biológiai, technológiai, gazdasági lehetőségekkel, közülük mutatunk be néhányat.


A nagyüzemi sertéstenyésztésben általánosan alkalmazott, almozás nélküli tartástechnológia egyik következménye a jelentős mennyiségű hígtrágyaképződés, amelynek szakszerűtlen kezelése és elhelyezése komoly környezeti kockázattal jár. A Debreceni Egyetem AGTC és a Monergo Kft. együttműködésével 2009-től végzett algakísérletek célja a hazai körülmények között is gazdaságosan működtethető és viszonylag szerény beruházással, állattartó telepeken létrehozható algatermesztési (félig nyílt) technológia kidolgozása volt. Ennek érdekében laboratóriumi és nyitott körülmények között végeztünk kísérleteket négy algafajjal (Chlorella vulgaris, Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus di­mor­phus, Spirulina platensis), eredményeink felhasználásával pedig komplex gazdasági értékelést.

Laboratóriumi kísérleteink (1. kép) eredményei alapján megállapítottuk, hogy a sertés-hígtrágyán való algatermesztésben nem a teljes (hígítás nélküli) hígtrágya tápanyag-koncentrációja, hanem a fotoszintetikus aktivitásra gyakorolt hatásán keresztül a fény
a fő limitáló tényező. Kijelenthetjük, hogy a teljes sertés-híg­trágya semmiképpen nem alkalmas üzemi körülmények között az algával való hasznosításra, ez csakis hígított vagy szűrt/ülepített sertés-hígtrágyával lehetséges.

1. kép. Laboratóriumi kísérletek

Eredményeink rámutattak arra, hogy nagyobb tápanyag-koncentráció, valamint tiszta szén-dioxid adagolása során ugyan nagyobb hozamok érhetők el, azonban ezzel párhuzamosan növekszik a biomassza fehérjetartalma, ami a lipidtartalom csökkenésével jár, s ez csökkentette a vizsgálatainkban megcélzott biodízel előállítható mennyiségét. A laborvizsgálatokból nyert adatok szerint elsősorban a Chlorella vulgarisszal érdemes folytatni a nagyüzemi kísérleteket, amennyiben célunk a minél nagyobb és egyöntetű biomasszatömeg elő­állítása a legkisebb kockázattal.

A Chlorellában található lipid ösz­sze­tétele meglehetősen hasonlít az európai olajnövények összetételéhez, ami megkönnyítheti a hajtóanyagkénti hasznosítást. Emiatt a nyílt, szabadföldi kísérleteinket ezzel az algafajjal vé­geztük el.
Szabadföldi kísérleteinkkel (2., 3. kép) a tápanyagellátás, a levegőztetés, a hőmérséklet, a nagyobb tóméret, valamint a nyitott körülmények hatásait vizsgáltuk 1000 literes medencékben, melyek 500 liter vizet 30 centiméteres vízmagasságban tartalmaztak. Megállapítottuk, hogy a tápanyagellátásnak az optimum-pontig jelentős hozamnövelő hatása van, míg a levegőztetés csak mérsékelt és bizonytalan növekedést idéz elő. Az intenzívebb tápanyagellátás indokolttá teheti a hosszabb rotációs idő alkalmazását.

2. kép. Szabadföldi kísérletek

Összességében a kisüzemi szabadföldi kísérleteink alapján a 12-14 napos rotáció megvalósítását tartjuk a legindokoltabbnak a közepes intenzitású technológiai változatban, a sertéstrágya hígfázisát is tápanyagként hasznosítva, ami nagyobb algahozamot eredményez a jóval nagyobb ráfordítású (levegőztetéses, intenzívebben műtrágyázott) változatoknál is. Nem javasoljuk a levegőztetést, helyette a lassú keverést ajánljuk. Az optimális rotációs idő alatt egy évre (200 napos tenyészidőszakra) vonatkoztatott termésátlagok – technológiai változattól függően – elérték a 202-288 t/ha-t. Kísérleteinket 2013-tól várhatóan kiterjesztjük a takarmányozási célú hasznosításra, melynek során nemcsak a nagyobb, üzemi mennyiségű alga-előállítás a célunk, hanem annak bekeverhetősége a sertéstakarmányba, valamint hatása az állati termékek mennyiségére és minőségére.

3. kép. A kapott alga biomassza

Éghajlati viszonyaink között az algakultúrák egyöntetűsége és a termésmennyiség növelése a drágább zárt rendszerekben (fotobio-reaktorokban) jobban biztosítható. Itt a természetes fény mellett mesterségesen szabályozható világítással, steril körülmények és optimális hőmérséklet mellett szaporíthatók az algák. Az intenzív szaporulat következtében a reaktorméretek egyéb biotechnológiai eljárásokhoz viszonyítottan kicsinek mondhatók. Az alábbiakban bemutatott cégek fő profilja a fotobio-reaktoros technológiák alkalmazása.

Az Első Magyar Algatechnika Kft. 2007 óta foglalkozik mikroalgákkal kapcsolatos kutatással, fejlesztéssel és terme­léssel. Célja egy olyan komplett termék és technológia létrehozása, mellyel az intenzív nagyüzemi algatermelés jelen problémáira megoldást nyújt, és a nagyüzemi gyártás alapjait megteremti. Az algatermelés mellett a megrendelői igényeket, a tech­nológiaértékesítést a saját továbbfejlesztett berendezései (fotobio-reaktor, szűrő-szárító berendezés) felhasználásával, a vevő igényei szerinti konfigurációban és a kívánt algatörzs telepítésével végzi. Az előállított algafajok:

  • Scenedesmus sp. – ma­gas keményítő- és olajtartalmú zöldalga, mely minden olyan felhasználási területen megfelelő alapanyagként használható, ahol a feldolgozás magas keményítő­tartalmat igényel.
  • Haematococcus pluvialis – magas astaxantin (anti­oxidáns) tartalmú (25-35%) algafaj, felhasználási terü­lete: gyógyszeripar.
  • Clorella sp. – magas fehérjetartalmú zöldalga, például állati takarmányozás céljára kiválóan alkalmas lehet.

Az Első Magyar Algatechnika Kft. monopolhelyzetét erősíti, hogy komplex megoldást nyújt az algatermesztés területén. Fotobio-reaktor rendszerük közüzem nélküli területeken, vagy meglévő etanolüzemekhez, szénerőművekhez vagy más, szén-dioxidot előállító üzemekhez csatlakozva működik. A fejlesztések mai állása szerint a cégnek egy 2400 liter kapacitású fotobio-reaktora van (4. kép).

4. kép. A fotobio-reaktor rendszer

Az alga-előállítási folyamat során a laborból származó kis mennyiségű algaszuszpenziót az előnevelő szobában, 30 literes előnevelő csövekben növesztik megfelelő sűrűségűre, hogy azzal a fotobio-reaktor elindítható legyen. Az előnevelés megközelítőleg 2-3 hetet vesz igénybe, ennek során meghatározott mikro- és makroelemekből álló tápoldattal látják el a növekvő algaszuszpenziót. Amikor elérték a kívánt sűrűséget, átoltják a fotobio-reaktorba, hogy ott szaporodjanak tovább. Átoltáskor szintén tápoldatot adnak hozzá. A rendszert számítógéppel vezérlik. A pH, hőmérséklet, ORP (oxidációs-redukciós potenciál), DO (oldott oxigén), valamint a konduktivitás szenzoradataiból értesülnek a rendszer állapotáról, és szabályozzák, hogy ép­pen mennyi szén-dioxid, tápoldat hozzáadása szükséges.

A fotobio-reaktorban az alga mennyisége megközelítőleg két nap alatt duplázódik, ha a hőmérséklet és a fényviszonyok optimálisak, valamint elegendő szén-dioxid és tápanyag áll rendelkezésre. Az algaszuszpenzió állapotát, sűrűségét folyamatosan ellenőrzik. A szűrés előtt előülepítéssel sűrű algamasszát hozunk létre, majd ezt vezetjük az elő­ülepítőből a szűrőberendezésbe. Az előülepítés átlagosan két napig tart. A szűréshez a rendszerből kivett algát vízzel és tápoldattal pótolják, így téve folytonossá a fotobio-reaktorban lévő alga kívánt mértékű szaporodását.
A szüret, a további felhasználástól függően lehet sötétzöld gyurmaszerű massza, melynek víztartalma igen magas (80%), pehely, illetve, tömegállandóságig szárított anyag csekély víztartalommal, ami tovább porítható.

Az Envihorizont Kft. által kifejlesztett piramidális fotobio-reaktor egy testre szabható, teljesen automatizált, számítógéppel vezérelt, nagy termelékenységet garantáló rendszer, amely lehetővé teszi, hogy hatalmas mennyiségű mikroalga növekedjen folyamatosan bármilyen éghajlati körülmények között. Az eljárás alapja az a tény, hogy a nagy hozamok alapfel­tétele, hogy ezek a fényhasznosító szervezetek folyamatosan kapjanak természetes vagy mesterséges fényt. A fotoszintézishez szükséges fényminőségen és intenzitáson kívül az áramlások biztosítására gázbefúvást, keverést, hőmérséklet-szabályozást kell alkalmazni. Az algák tápanyagigényének biztosítására a tápvízhez kiegészítésképpen szervetlen és szerves adalékokat szükséges hozzáadni. A kedvező összetételű termálvizek kiváló vizes szubsztrátumot képeznek. Szennyvíz, hígtrágya-felhasználás esetén szerves anyaggal táplálkozni képes (heterotróf) mik­roalgafajokat kell alkalmazni. Ezeknek a műveleteknek az összességét a leghatékonyabban a kis helyigényű, piramidális típusú fotobio-reaktor képes biztosítani. A folyamatok optimális végbemenetelét a beépített auto­mata vezérlés szabályozza (5. kép).

5. kép. Piramidális fotobio-reaktor

A cég az algaszaporí­tást olyan többcélú rendszer keretében valósítja meg, mely a szén-dioxid megkötése mellett energia- és egyéb biotechnológiai termékek (archaeák, fajélesztők, sejtszaporulatok, szuperkritikus extraktumok) előállítására is alkalmas – kedvező üzemeltetési költségekkel. Egy 100 köbméteres fotobio-reaktorban naponta képződő algatömeg: 200–4200 kilogramm között változik, fajtától és technológiától függően. 200 kilogramm algából nyerhető végtermékek:

  • 4 kilogramm hidrogén, melynek energiatartalma 460 MJ (110 kWh);
  • az egészséges táplálko­záshoz fontos ω3 zsírsavból 110 gramm (100 felnőtt egynapi szükséglete);
  • 100-110 liter biodízel, ami 1200-1500 kilométer út megtételéhez elegendő.

Összességében az alga sokféle célra felhasználható, energiaforrásként is sokoldalú növény, melynek hazai körülményekre adaptált mikrobiológiai, termesztéstechnológiai háttere még to­vábbi részletes vizsgálatokat tesz szükségessé, melyek eredményeiről a közeljövőben szívesen nyújtunk tájékoztatást.•

Dr. habil Bai Attila egyetemi docens, Debreceni Egyetem, abai@agr.unideb.hu
Vaszkó Gábor ügyvezető igazgató, Monergo Kft., vaszko.gabor@vtrade.hu
Csányi Ferenc ügyvezető igazgató, Első Magyar Algatechnika Kft., info@elmatkft.hu
Tőzsér Béla ügyvezető igazgató, Envihorizont Kft., envihorizont@gmail.com

Mikroalga Bázis Mogyoródon
Egyre több építészhallgató választja diplomatémájául bio­­üze­mek tervezését. Kísérletező válaszok ezek egy új és divatos funkció építészeti megjelenítésére. A téma a természeti összefüggéseken túl akár tágabb társadalmi kontextusba is helyezheti az épí­tészet kérdését, hiszen olyan funkcióról van szó, amelynek léte jelzés­értékű lehet az épülettel nap mint nap találkozók számára. Ezeknek az épületeknek az építészeti megformálása kiemelt jelentőségű az emberek környezettudatosságról alkotott képe szempontjá­ból.


Ha egy bioüzem tetszetős megjelenésű, netán láttatja is a ben­ne zajló folyamatokat, az esélyt adhat arra, hogy az emberek meg­értsék, mi folyik a világban, amely ha lassan is, de környezettudatossá alakul.
Minderre példa Kurfis Alíz Edit frissen végzett építész diplomaterve. A jelenleg illegális szemétlerakónak használt mogyo­ró­di patakpartra ter­ve­zett épület egyszerre ipari üzem és a környezetét rehabilitáló építmény. A keresztbe a patakra telepített kígyószerű ház gyógyszeripari, kozmetikai, takarmányozási, illetve környezet- és klímavédelmi célokra állít elő algát, miközben szén-dioxidot von ki a levegőből. Ezzel párhuzamosan oxigénnel és tápanyaggal dúsítja a patakot, amely ezek hiányában élővilágát már régen elvesztette. Az épület a korral és a környezettel együtt öregedő faburkolatot kapott. A faburkolat és az ipari jellegű acél vázszerkezet szintén erősíti az épület kettősségét, a természeti és az ipari jelleg kapcsolatának problémáját. Mint ahogyan a homlokzaton megfér ez a két anyag, úgy fér meg egymás mellett a ház és a mogyoródi patak is.•


 
Innotéka