Оптимізація стратегій для масштабування виробництва

(EUROFISH MAGAZINE 1/2023; p.34 -35)

Мікроводорості надзвичайно різноманітні. Вони є джерелом омега-3 жирних кислот, антиоксидантів та інших корисних сполук і мають низку корисних застосувань, у тому числі в харчовій, кормовій та фармацевтичній промисловості, а також у біопластиках, біостимуляторах і біопестицидах. Вони також можуть бути використані для вилучення таких поживних речовин, як азот і фосфор, зі стічних вод, що утворюються очисними спорудами або рибницькими господарствами.

Однак масштабне виробництво мікроводоростей часто стримується несприятливою економікою. Незважаючи на це, компанії, переконані в потенціалі мікроводоростей, були засновані від півночі до півдня Європи. Їхній оптимізм частково базується на знаннях про те, що мікроводорості можуть сприяти реалізації кількох стратегій Європейської комісії, таких як Європейська зелена угода та стратегія «Від ферми до виделки», і висвітлюються в стратегічних рекомендаціях ЄС щодо сталого розвитку аквакультури. Ще одним підкресленням важливості, яку Європейська Комісія надає водоростям, стало прийняття ініціативи щодо водоростей наприкінці 2022 року.

Тісна співпраця з навчальними закладами

Приблизно десять років тому водорості наробили багато галасу у США щодо потенціалу у виробництві біопалива в таких обсягах, які могли б навіть конкурувати з нафтою. Це не відбулося, і фінансування сектора в основному випарувалось, оскільки розчаровані інвестори вирішили, що водорості гарні до…нічого. На цьому тлі в Естонії двома студентами, доктором Liina Joller-Vahter та ще одним аспірантом, який працює над докторською дисертацією з економіки в Тартуському університеті, 2013-го року була заснована компанія Power Algae. Обидва вони цікавилися темами, пов’язаними з інноваціями, і, прочитавши літературу про мікроводорості, почали збирати команду, яка має досвід у машинобудуванні, біології, хімії та інших відповідних галузях. Відтоді основним партнером є Естонський університет природничих наук. Співпраця з університетом і включення до команди інженерів-механіків означало, що Power Algae спочатку зосередилася на проєктуванні та виготовленні обладнання для культивування мікроводоростей, а не на подальшій переробці, яка з’явилася на порядку денному нещодавно.

Timo Kikas, професор інженерії біосистем Естонського університету природничих наук, та доктор Liina Joller-Vahter, генеральний директор Power Algae, демонструють зразки мікроводоростей, вироблених компанією.

Протягом останнього десятиліття компанія виробляла мікроводорості лише в невеликих обсягах, але вона накопичила багато знань і тепер може почати розширювати масштаб. Power Algae отримала прибуток, надаючи досвід у біоремедіації, проектуванні циркулярних систем, оцінці ринкового потенціалу блакитних біотехнологій та в інших суміжних галузях, але вона не виробляла та не продавала біомасу водоростей у великих масштабах. Компанія не зосереджена на одному секторі, але зацікавлена в продуктах харчування, кормах, нутрицевтиках і фармацевтичних препаратах. Мікроводорості є потенційним джерелом важливих поживних речовин, таких як білки та жирні кислоти, але, застерігає вона, їх слід приймати в дуже малих дозах, можливо, у вигляді таблетки або шляхом збагачення іншого харчового продукту, але не вживати «як кашу». Люди в азійських країнах їдять макро- та мікроводорості протягом століть, і, можливо, є райони Європи, які мають традицію споживання водоростей, але загалом виробництво та споживання водоростей у Європі є незначними.

Не існує спеціального «водоростевого» законодавства

Виробництво водоростей для харчових цілей підпадає під нове харчове законодавство в Європі, яке наразі дозволяє споживати лише кілька сортів водоростей, хоча це поступово змінюється. За словами д-ра Joller-Vahter, багато виробників вважають, що вони можуть належати до аквакультури, сільського господарства чи переробки, але жодне з правил цих галузей економіки насправді не адаптовано саме до сектору водоростей. Як корм мікроводорості ідеально підходять для молоді риб, оскільки вони часто є частиною їхнього природного раціону в дикій природі. Але випробування включають тестування переваг мікроводоростей у кормах для великої рогатої худоби, свиней і птиці. Наявність червоних пігментів у деяких сортах водоростей надає яєчним жовткам, а також м’ясу лосося темніший колір. Доктор Joller-Vahter каже, що використання водоростей у кормах становить особливий інтерес, оскільки воно також підтримується Європейською Комісією, яка хотіла б знайти альтернативи соєвому білку в кормах, які використовуються як у аквакультурі, так і в сільському  господарстві. Але конкурувати на  ринку білка, який сьогодні продається як товар, дуже важко для виробників мікроводоростей. Тим не менш, молодь риби загалом і дорослі особини певних видів риб є потенційними ринками для кормів, збагачених мікроводоростями, які окрім того, що є джерелом ліпідів і білків, також мають антимікробні властивості. Таким чином, комбікорм із мікроводоростями служить не тільки для поживних цілей, але й покращує здоров’я риб. У Power Algae вивчають кілька видів мікроводоростей. Існують сотні штамів мікроводоростей, які зустрічаються в природі, лише деякі з них були науково досліджені. У Power Algae досліджуються як місцеві, так і екзотичні різновиди.

Наголос на системах культивування породжує свої проблеми.

Мікроводорості можна вирощувати як у ставках або проточних басейнах, так і в закритих системах. Оскільки клімат в Естонії не є сприятливим для вирощування мікроводоростей у ставках або басейнах, Power Algae використовує закриті системи, які називаються біореакторами. Вони бувають різних форм і розмірів, починаючи від кількох літрів і досягаючи кількох сотень кубічних метрів для повномасштабного виробництва. Тут можна культивувати як автотрофні, так і гетеротрофні (ті, що не потребують світла для росту) мікроводорості. За необхідності світлодіоди забезпечують освітлення, а поживні речовини та вуглекислий газ додають у біореактор для стимулювання росту мікроводоростей. Важливим є те, що всі клітини мікроводоростей мають доступ до всіх цих елементів, що досягається шляхом оптимізації циркуляції середовища, в якому розчинені поживні речовини та вуглекислий газ. Мікроводорості є одноклітинними організмами, і одна з проблем полягає в тому, щоб забезпечити, щоб культура не була забруднена, наприклад, іншим штамом мікроводоростей.

Економія на охолодженні частково компенсує брак сонячного світла в Естонії

Мікроводорості культивують у біореакторах у кількох країнах Європи. Перевагою південних країн є рясне сонячне світло та тривалий теплий літній сезон. З іншого боку, необхідно враховувати витрати на охолодження, оскільки температура навколишнього середовища може перевищувати 30⁰С. Більшість комерційно культивованих мікроводоростей розвиваються при температурах від 15 до 25⁰С. На півночі не вистачає сонячного світла, тому доводиться використовувати світлодіоди, які працюють від електрики, що є фактором витрат. Але охолодження, яке потребує енергії та води, не є проблемою. Опалення також є відносно недорогим, оскільки, принаймні в Естонії, є рясні джерела надлишку промислового тепла, яке можна використовувати для виробництва. Доктор Joller-Vahter каже, що для збору мікроводоростей доступно кілька методів, і вибір методу залежить, головним чином, від того, який з них є найбільш ефективним з точки зору часу та енергії. Але на це також вплива\ і кінцева мета подальшого використовання біомаси. Дослідники Power Algae шукають шляхи збільшення біомаси і водночас також шляхи збільшення вмісту певного компонента в біомасі, наприклад, ліпідів, білків або пігментів. Після майже десятиліття накопичення наших знань і міжнародної мережі співпраці ми зараз починаємо збільшувати масштаби нашого власного виробництва та відкриті для співпраці в галузі кормів, продуктів харчування та фармацевтики, – каже доктор Joller-Vahter.