SmartAqua4FuturE (SAFE) це амбітний проект, що фінансується Horizon Europe («Обрій Європа»), який має на меті здійснити революцію в прісноводній аквакультурі. Проект спрямований на те, щоб зробити прісноводну аквакультуру більш дружньою до довкілля, одночасно підвищуючи її фінансову стабільність шляхом впровадження підходів циркулярної економіки
За даними Продовольчої та сільськогосподарської організації ООН (ФАО), світове виробництво аквакультури зросло на 54% з 2011 року і залишається одним з найбільш швидкозростаючих секторів виробництва продуктів харчування, з очікуваним додатковим зростанням на 5% до 2030 року. Однак зростання аквакультури в Європейському Союзі не відбувалося такими ж темпами, тому Європейська Комісія заохочує інвестиції в цей сектор, що зростає.
Використовуючи підходи циркулярної економіки, проект SAFE має на меті зменшити вплив на навколишнє середовище та економічну життєздатність систем прісноводної аквакультури
Одним із проєктів, який безпосередньо вписується в цей напрямок, є SAFE. Цей проєкт Horizon Europe вартістю 4,5 млн євро спрямований на зменшення впливу на навколишнє середовище та підвищення економічної життєздатності прісноводної аквакультури шляхом підвищення цінності невикористаних ресурсів, таких як тверді та рідкі відходи від систем, заснованих на рециркуляційній аквакультурі (RAS) та інтегрованій мультитрофічній аквакультурі (IMTA). Проєкт SAFE було розпочато у 2022 році за участю по 1 партнеру з дев’яти країн Європи. Різноманітні цілі проєкту SAFE будуть досягнуті за допомогою декількох робочих пакетів.
Характеристики потоку відходів аквакультури
Метою проекту SAFE є зменшення викидів поживних речовин з прісноводних систем аквакультури шляхом використання рідких та твердих відходів у виробництві біомаси. Спочатку було визначено базовий рівень вибраних систем для оцінки придатності та безпечності викидів як субстратів для мікроводоростей, грибів, червоних черв’яків та рослинної продукції, а також для кількісної оцінки ефекту від застосування рішень SAFE. Об’єктами дослідження SAFE є RAS (Finnforel, Фінляндія), IMTA (Keywater, Ірландія), ставок (ICR, Польща) та проточні системи (Måsøval Åsen Settefisk, Норвегія). Зразки з цих систем відбиралися щонайменше чотири рази в період з листопада 2022 р. по лютий 2024 р., щоб врахувати сезонні коливання якості вхідної води, стічних вод та мулу. Зразки також були відібрані з проміжних етапів технологічного процесу. Зразки були проаналізовані на вміст макро- і мікроелементів з додатковими аналізами (наприклад, пестицидів, антибіотиків і розміру частинок) залежно від потреб конкретного місця і подальшого використання як субстратів. Аналізи були проведені на місцях (аутсорсингові послуги/власні лабораторії) та партнерами консорціуму відповідно до стандартів ISO та внутрішніх протоколів. Оператори надали додаткові екологічні дані, такі як рН та температура. Накопичення осаду в ставках (Польща) було оцінено шляхом встановлення гідролокаційної технології та циліндрів для відбору проб на дні 10 вибраних ставків у Польщі.
Результати свідчать про відсутність занепокоєння щодо важких металів, пестицидів та антибіотиків. Структуровані водно-болотні угіддя на Keywater та процес очищення на Finnforel ефективно зменшують скиди фосфору, тоді як на фермі ICR не спостерігається зниження рівнів фосфору зі ставків до скидного каналу, що підкреслює необхідність додаткових рішень, які мають бути протестовані в SAFE.
Інновації в аквакультурі
Проект підготував широкий огляд сучасних технологій та інноваційних концепцій, що застосовуються в більш широкому секторі аквакультури, надаючи уявлення про сучасні розробки з потенційним застосуванням для виробництва прісноводної аквакультури в ЄС. Він охоплює 55 найсучасніших технологічних інновацій, що охоплюють шість основних сфер інновацій: Дизайн виробничих систем, управління відходами, розробка аквакормів, генетичне вдосконалення, профілактика захворювань та цифрові інновації. Це забезпечує фундамент, на якому може будуватися проект, і в SAFE це призвело до створення прототипу недорогої та природної системи фільтрації для ставкової аквакультури з використанням солом’яних тюків, що діють як решето. Система зменшує скидання осаду зі ставків під час їх сезонного осушення шляхом зміни потоку води, що скидається. На основі цього прототипу була розроблена повномасштабна система фільтрації в експлуатаційних умовах на фермі ICR, що складається з 69 комплектів по 3 тюки соломи, розташованих у вигляді ялинки вздовж 14-метрового дренажного каналу, які відволікають воду, змушуючи її сповільнюватися і звільнятися від осаду. Ці солом’яні тюки, збагачені осадом, згодом були випробувані як субстрат для вирощування гливи (Pleurotus ostreatus) (див. нижче).
Шляхом укладання солом’яних цеглинок у скидний канал ставка у вигляді ялинки збирають осад, який потім використовують як субстрат для вирощування грибів
В рамках проекту було розроблено новий тепловий насос на CO2 для систем RAS, який буде використовуватися з існуючою сушаркою, що дозволить краще сушити та утилізувати осад з ферм RAS. Реалізація та встановлення на діючій фермі RAS ще не відбулися
Оцінка біорізноманіття
Проект також оцінює вплив різних систем аквакультури на місцеве біорізноманіття до і після застосування безпечних технологій/моделей в системах IMTA на фермах вирощування коропа (ICR) та окуня (Keywater). Для порівняння, вплив проточної системи зі збором мулу на біорізноманіття було оцінено на фермі з вирощування смолтів лосося в Норвегії.
Вплив еталонної ферми на водне середовище оцінювався влітку, восени та взимку. У пробах води, відібраних з озера Ulen, визначали низку фізико-хімічних параметрів (наприклад, рН, рівень О2, електропровідність, температура). Крім того, для підготовки батиметричних карт озера було застосовано гідролокаційну технологію, а зразки макробентосу (наприклад, водяні кліщі) були зібрані на різних глибинах. Крім того, наразі планується весняна кампанія з відбору проб у Норвегії.
Завершено сезонну кампанію відбору проб на обраних точках відбору поблизу ферми Keywater в Ірландії, оцінено видове різноманіття донних безхребетних та проводиться аналіз зразків діатомових водоростей.
На фермі ICR (Польща) зразки донних діатомових водоростей та макробезхребетних з вхідного та вихідного каналів були відібрані в різні сезони (весна, літо, осінь та зима). Щоб оцінити, як система фільтрації солом’яних тюків покращує біорізноманіття нижче за течією від ферми, три біоіндикатори якості води, а саме: благородний рак (Astacus astacus), річкова мідія з товстою оболонкою (Unio crassus) та річкова ворона (Ranunculus fluitans), були поміщені у воду та відстежувалися їхні умови існування.
Машинне навчання та інструмент визначення розмірів на основі зображень
Для покращення управління рибною біомасою, з особливим акцентом на вдосконаленні процесів сортування, проект SAFE має на меті мінімізувати операції з рибою (маніпуляції) , зменшити варіабельність її ваги та максимізувати ефективність розподілу ресурсів під час переміщення риби. Цього буде досягнуто шляхом розробки симулятора систем дискретних подій (DES), призначеного для моделювання росту і розподілу ваги риби з урахуванням різних умов вирощування, таких як якість води, температура і солоність. На додаток до цього симулятора було розроблено модель машинного навчання для прогнозування моделей росту на основі відкаліброваних результатів симулятора. Ця прогностична модель слугує критичним компонентом оптимізаційної системи для класифікації та управління ресурсами.
Ключовою особливістю системи є інструмент для вимірювання риби на основі зображень. Цей інноваційний інструмент полегшує моніторинг росту та збір даних про розмір і вагу риб безпосередньо в їхньому середовищі існування, усуваючи необхідність ручних маніпуляцій і, таким чином, зменшуючи ризик стресу та розладу здоров’я. Проект SAFE розробив цей інструмент, використовуючи передові методи глибокого навчання для сегментації зображень, ідентифікуючи силуети риб на зображеннях, зроблених над резервуарами. Одночасно алометрична модель обчислює вагу риби на основі цих розмірів. Ця система може регулювати швидкість подачі корму та вимірювати параметри якості води в експериментальних резервуарах.
Дослідження з вирощування водоростей, рослин, грибів, червоних черв’яків та борошняного хрущака з використанням побічних продуктів аквакультури можуть допомогти зробити європейську аквакультуру більш конкурентоспроможною.
Надалі цей інструмент вступить у вирішальну фазу, яка передбачає збір емпіричних даних з лабораторних експериментів та польових досліджень на аквакультурних об’єктах. Ці дані не лише полегшать калібрування симулятора, але й нададуть важливу інформацію, необхідну для навчання та доопрацювання моделі машинного навчання. Цей комплексний підхід має на меті значно підвищити точність практик управління рибними запасами, забезпечуючи сталість та ефективність операцій.
Культивування мікроводоростей
Культивування водоростей проводилося з використанням переробленої стічної води з RAS-ферми Finnforel У початкових випробуваннях з вирощування діатомової водорості Phaeodactylum tricornutum вода з RAS була оптимізована шляхом додавання фосфору та деяких мікроелементів (наприклад, Mn). Забруднення простішими (джгутиковими, війчастими) виявилося значною проблемою, яка призвела до загибелі культур. Випробування показали, що для забезпечення чистоти води, яка використовується для вирощування водоростей, стічні води RAS необхідно фільтрувати через фільтр <1 мкм і обробляти ультрафіолетовим випромінюванням перед використанням як живильного середовища. Крім того, культиваційна установка повинна бути закрита, щоб запобігти потраплянню забруднень з повітря.
Після попередніх випробувань об’єм культури було збільшено з 5 до 300 літрів. Культури в періодичному режимі не досягали N-обмеження, і тому режим культивування був змінений на напівбезперервний з щотижневим/двотижневим збиранням врожаю шляхом відстоювання біомаси та збором відстояного матеріалу. Щоб збільшити виробництво ліпідів, зібрану біомасу потім культивували в періодичному режимі, доки вона не стала азотодефіцитною (близько 5 днів), «після чого її центрифугували і заморожували при -2o °C. Біомасу висушували методом сублімаційного сушіння, після чого негайно упаковували у вакуумі для запобігання окисленню ліпідів..Виробництво біомаси водоростей для випробувань рибних кормів та оптимізації виробництва ліпідів ще у процесі розробки. На наступний рік заплановані випробування з рибним мулом з RAS та експерименти з біофлокуляції.
Aквапоніки
Випробування відокремленої аквапоніки розпочалися наприкінці квітня 2о2 року з метою вивчення можливості використання рідкого відходу з RAS для вирощування їстівних овочів і фруктів у тепличному середовищі. SAFE експериментував з різними типами систем аквапоніки, включаючи технологію поживної плівки, дзвонового сифону та проточну технологію. Різноманітні рослини, включаючи шпинат, різні види салату, м’яту, мангольд і крес-салат, а також хміль і виноград, також були протестовані в окремому контейнері, заповненому ґрунтом на відкритому повітрі. Щодня в систему аквапоніки додавали 30 л відходів РАН, щоб відстежувати зміни якості води, що відбуваються в результаті. Загалом, різні відокремлені системи аквапоніки працювали дуже добре, всі рослини демонстрували позитивні тенденції росту, зберігаючи при цьому хорошу якість води. Однією з тенденцій, яка стала очевидною, був високий рівень PO4, який буде додатково досліджений в наступному вегетаційному сезоні. За вегетаційний період, який закінчився у жовтні 2о23, було отримано 18 кг біомаси. Для більш холодної зими дослідники порівнюють дикорослі рослини з комерційними крес-салатовими рослинами.
Виглядає перспективним виробництво грибів з висушеного осаду
На сьогоднішній день два матеріали були оцінені як потенційні інгредієнти субстратів для вирощування гливи (Pleurotus ostreatus), а саме: тюки соломи, збагачені осадом з коропових ставків, як згадувалося раніше, та комашиний послід борошняного хрущака (Tenebrio molitor)..
Солом’яні тюки, збагачені осадом, використовували як інгредієнт для виробництва грибів у різних відсоткових співвідношеннях (o%, 25%, 5o%, 75% і 1oo%) у суміші з комерційним грибним субстратом. Найкращі врожаї були отримані при рівні включення 25%, за яким слідують 5o% та 75%, що перевищують показники контрольної групи. Лише 1оо% включення призвело до зниження врожайності порівняно з контролем.
Комашиний послід борошняного хрущака також використовувалася як інгредієнт для виробництва грибів у різних відсоткових співвідношеннях (о%, 15%, 30%, 45% і 65%), змішаних з комерційним субстратом для грибів. Найкращі результати врожайності були отримані при частці у 15%.
Оскільки врожайність з високим відсотковим вмістом (>15%) була нижчою за контрольні значення, досліди повторили з використанням добавки з комашиного посліду у менших обсягах, щоб знайти оптимальну частку. Друге випробування було проведено з додаванням 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 12,5% і 15% посліду. Це випробування показало, що 2,5% дало найкращі результати, перевищивши контрольний вихід.
Огляд цілей, які можуть бути досягнуті завдяки використанню досліджень, проведених в рамках проекту SAFE
Успішно завершено комерційне випробування солом’яних тюків, збагачених осадом коропової ферми, і продемонстровано повномасштабне виробництво грибів з використанням інноваційного субстрату з коропової ферми. Стебла були висушені за допомогою традиційної сушарки та технології сушіння Waister (Waister AS, Норвегія), а подрібнений матеріал був відправлений різним партнерам для виробництва кормів для майбутніх випробувань у рибництві. Субстрат, отриманий після культивування, буде висушений і використаний як інгредієнт для виробництва борошняного хрущака. Також будуть проведені випробування з використанням висушеного рибного мулу з лососевої ферми RAS як субстрату для вирощування грибів.
Виробництво червоного каліфорнійського черв’яка
Виробництво червоного каліфорнійського черв’яка (Eisenia fetida) розпочалось у квітні 2o23 року . Черв’яків розміщували і вирощували в коробках в ізольованому сталевому контейнері довжиною 6,1 м. Кожна полістирольна коробка заповнена компостом і 1 кг черв’яків. Ряску зі ставків ІМТА збирають і змішують з компостом разом з рибними відходами з Keywater RAS, щоб забезпечити джерело їжі для черв’яків.
Протягом перших трьох місяців черв’яки використовували ряску і мул як джерело живлення, але після цього їхня зрілість і здатність до розмноження були обмежені. Тому в рамках проекту проводяться випробування, щоб дослідити різні співвідношення ряски та рибних відходів, щоб зробити їх більш привабливими для червоних черв’яків. SAFE планує проведення семінару з вирощування червоних черв’яків на місці для коропових фермерів, який заплановано під час Національної коропової конференції в Польщі у вересні 2o24 р.
Борошняний хрущак
Для вирощування борошняних хрущаків було випробувано три різні субстрати: ряску, крес-салат і відпрацьований грибний субстрат (SMS), отриманий при виробництві солом’яних тюків (як описано вище). Виробництво борошняних хрущаків здійснювалося шляхом розведення личинок відомого віку в лабораторних ящиках, заповнених субстратами у визначеному масовому співвідношенні протягом чотирьох тижнів. Щотижня зважували екскременти, біомасу личинок і залишки субстрату, а також поповнювали запаси корму.
Результати використання біомаси крес-салату та ряски для вирощування грибів показали, що жоден із зразків не виявився кращим за контрольну групу. Жоден з цих побічних продуктів не покращив ріст борошняних хрущаків. Навпаки, чим менше крес-салату або ряски, тим краще вони ростуть. Тому в майбутньому біомаса буде вироблятися на основі гливи SMS, а не водоростей.
Спочатку було оцінено SMS, який використовувався для виробництва грибів у різних відсоткових співвідношеннях (о%, 25%, 5о%, у5% і 1оо%), і змішано з контрольним раціоном, який базувався на зернових. Також було проведено експеримент з використанням лише контрольного раціону. На субстратах з 25% і 75% SMS ріст борошняних хрущаків був на 14% і 11% вищим, ніж на звичайному субстраті, відповідно. Ефективність решти субстратів (о%, 5о% та 1оо%) була подібною до контролю. Це свідчить про те, що використання цього побічного продукту може як покращити, так і прискорити ріст цих комах.
Заглядаючи вперед
Проект SAFE є значним кроком на шляху до більш сталого майбутнього прісноводної аквакультури. Застосовуючи концепції циркулярної економіки та впроваджуючи інноваційні технології, проект має на меті зменшити вплив прісноводних систем аквакультури на навколишнє середовище та підвищити їхню економічну життєздатність. Попередні результати, отримані лише за 18 місяців, демонструють потенціал цих підходів і створюють міцну основу для подальшої роботи проекту SAFE. Успіх проекту принесе користь галузі аквакультури та сприятиме досягненню більш широкої мети сталого розвитку. Уроки, отримані в рамках проекту SAFE, також можуть бути застосовані в інших секторах, що робить його цінним ресурсом для всіх, хто цікавиться питаннями сталого розвитку та інновацій.
За подальшою інформацією звертайтесь до: Thomas Jensen, Eurofish contact@projectsafe.eu www.projectsafe.eu
Посилання на оригінал журналу Eurofish Magazine Issue 3 2024 (May / June)
