میکرو جلبک ها؛ همه کاره های کوچک سبز

گرمایش کره زمین، تغییرات اقلیمی، آلوده شدن منابع آب زیرزمینی توسط پساب های صنعتی باعث شده است که بشر نگران آینده حیات خود بر روی کره زمین بشود. راه حل این مشکلات چیست؟ بسیار ساده است: وابستگی ما به سوخت های فسیلی باید به کم ترین مقدار خود برسد و همچنین بایستی پساب های صنعتی را با هزینه کمتر و تکنولوژی سبز تصفیه کنیم، اما پرسش این است که چه سوختی و چه روشی را جایگزین آن ها کنیم؟

طبیعت همیشه الهام بخش انسان برای حل چالش ها و گنجینه ای تمام نشدنی از ایده ها برای او بوده است. با رشد چشمگیر فعالیت ها برای نجات محیط زیست کره زمین، دنیا با شتاب زیاد به سوی صنعتی عاری از آلودگی و سوخت های فسیلی در حال حرکت است. خودرو های برقی و تکنولوژی های نوپا قطعا یکی از گزینه های اصلی محسوب میشود اما با توجه به ساختار حمل و نقل دنیا که اکثرا از سوخت های فسیلی استفاده میکنند گزینه مناسبی نیست زیرا که ما بایستی سیستم محرک اکثر خودروها را تعویض کرده و نیاز به یک سرمایه گذاری عظیم میباشد. هوشمندانه ترین کار این است که ما سوختی تولید کنیم که در عین پاک بودن ، نیازی به تغییر سیستم محرک خودروها نباشد. استفاده از منابع زیستی برای تولید سوخت پاک یکی از قدیمی ترین روش ها می باشد .

بیودیزل از جمله سوخت های بیولوژیکی است که طی واکنش استریفیکاسیون اسید چرب موجود در روغن و الکل در حضور کاتالیست حاصل میشود. در حال حاضر از منابع مختلفی چون روغن های گیاهی، چربی حیوانی، پسماند روغن خوراکی برای تولید بیو دیزل استفاده میشود، اما میزان روغن تولیدی از این منابع به حدی نیست که پاسخگوی صنعت تولید سوخت باشد. آیا راهی برای توسعه سوخت های زیستی وجود دارد که می توانند با سوخت های فسیلی رقابت کنند؟

طبق تحقیقات انجام شده میزان روغن استخراج شده از بیومس میکروجلبک[1]ها چندین برابر منابع یاد شده میباشد.

[1] Microalgae

میکروجلبک

سیستم های دریایی دارای تعداد زیادی از ابزیان ناشناخته، گیاهان و میکروارگانیسم ها است که مورد علاقه پژوهشگران است. در این میان جلبک های دریایی به صورت گسترده برای کاربردهای مختلف بیولوژیکی و زیست پزشکی مورد مطالعه قرار گرفته اند. ریزجلبک ها گونه های تک سلولی هستند که معمولا در دریاها و آب شیرین با اندازه های مختلف از چند میکرومتر تا چند صد میکرومتر یافت میشود. پلیمرها، اسیدهای چرب ، سموم، محصولات زیستی مهم تولید شده از ریزجلبک ها هستند.

طیف گسترده ای از محصولات را میتوان از جبلک ها تولید کرد. ریزجلبک ها به طور گسترده برای برنامه های مختلف از جمله غذای انسان و تغذیه حیوانات و خوراک دام، تا مواد شیمیایی ارگانیک برای داروسازی، لوازم آرایشی، رنگدانه ها، جذب CO2، تولید انرژی های زیستی و حذف مواد از فاضلاب استفاده شده اند. خواص بیولوژیکی جلبک ها به خوبی در زمینه های پژوهشی از جمله عوامل ضد سرطان، و سلامت قلب و عروق مورد مطالعه قرار گرفته شده است. محتوای پروتئین و کربوهیدرات در نژاد های مختلف میکروجلبک ها بالا است. حداکثر مقدار چربی موجود در میکروجلبک ها نیز حدود 40 % بر اساس درصد وزنی است که نسبتا خوب است. تمام این عوامل میکروجلبک را یک منبع بالقوه برای تولید روغن زیستی ساخته است. محصولات متنوعی از میکروجلبک به دست میاید که مختصرا توضیح داده خواهد شد.

· سوخت های زیستی

میکروجلبک به طور گسترده برای تولید سوخت به دلیل بهره وری بالای فتوسنتز، زیست توده بالا، رشد سریع و تولید روغن زیاد استفاده شده است. ریزجلبک ها حاوی پروتئین، کربوهیدرات و چربی هستند. چربی را میتوان به بیودیزل، کربوهیدرات را به اتانول و H2و پروتئین ها را به مواد خام مصرف کود زیستی تبدیل کرد. سوخت های زیستی را میتوان با استفاده از ریزجلبک ها با تبدیل حرارتی و بیوشیمیایی تهیه کرد.

اتانول زیستی

اتانول، سوخت زیستی جایگزین برای بنزین است که میتواند از طریق تخمیر مخمر کربوهیدرات، به طور خاص از مواد خام قندی و نشاسته ای مانند نیشکر، چغندر قند، ذرت و گندم تولید شود. برخی گونه های ریزجلبک قادر به جمع آوری مقدار زیادی از کربوهیدرات در سلول های خود هستند. کربوهیدرات به وسیله واکنش هیدرولیز میتواند به قند قابل تخمیر برای تولید اتانول زیستی دوباره از طریق فرایند تخمیر، هیدرولیز شود. تلاش های اخیر به تولید اتانول بر روی میکرو جلبک ها به عنوان یک ماده اولیه برای فرایند تخمیر متمرکز است.

دیزل زیستی (بیودیزل)

ریزجلبک ها دارای ظرفیت قوی برای تولید چربی است که میتواند به راحتی به بیودیزل تبدیل شود. تبادل استری با استفاده از کاتالیزور همگن و ناهمگن روش های ممکن برای تولید سوخت زیستی از چربی ریزجلبک هستند.

بیودیزل را میتوان از محصولات مختلف روغن مانند کلزا و سویا تولید کرد اما میکروجلبک چون از ویژگی هایی نظیر رشد سریع، میزان تولید روغن زیاد برخوردار است، برتری قابل ملاحضه ای نسبت به سایر تولیدکنندگان بیودیزل دارد.

متان زیستی (بیومتان)

دوغاب زیست توده میکروجلبک باقی مانده پس از تخمیر میتواند در فرایند هضم بی هوازی مورد استفاده قرار گیرد. این فرایند متان تولید میکند که میتواند بیشتر به تولید برق مبدل شود. چون سرعت رشد و نمو میکروجلبک ها بسیار زیاد است پس در زمان کمی مقدار زیادی رشد خواهد کرد که در نتیجه زیست توده بیشتری تولید خواهد شد.

· تصفیه فاضلاب

تصفیه فاضلاب مبتنی بر ریزجلبک، بر توانایی میکروارگانیسم ها برای تامین اکسیژن برای آلاینده های آلی هوازی و افزایش حذف مواد مغذی و عوامل بیماری زا متکی است. سیستم های نوینی برای تصفیه پساب ابداع شده است که از مهم ترین آنها میتوان به روش محفظه های غشایی دریایی برای جلبک های در حال رشد[1]اشاره کرد که توسط ناسا مورد مطالعه قرارگرفته است. خوراک ورودی به این سیستم پساب کارخانجات و گاز CO2 می باشد که به همراهی نور خورشید این عملیات تکمیل شده و میکروجلبک در این سیستم رشد کرده و علاوه بر تصفیه پساب و مصرف کردن گاز CO2، چربی نیز تولید میکند که از این چربی میتوان بیودیزل تولید کرد. همان طور که میبینید سیستم ما یک سیکل بسته است و در عین اینکه آلودگی ندارد، مواد مضری از جمله گاز CO2 -به عنوان یکی از گازهای گلخانه ای- و پساب آلوده را نیز تمیز میکند.

· خوراک دام

ریزجلبک به عنوان غذای انسان و حیوانات برای شش دهه مورد بررسی قرار گرفته است. جلبک ها به عنوان افزودنی های مواد غذایی برای نرم تنان و پودر ماهی استفاده شده است. خوراک دام یک محصول مفید دیگر است که از ریز جلبک ها به دست میاید. تعدادی از محققان، ترکیب بیوشیمی ریزجلبک های مختلف را برای مناسب بودن آنها به عنوان خوراک دام مورد بررسی قرار داده اند. همچنین گزارش شده است که میکروجلبک ها نقش مهمی در غذای با کیفیت بالا تغذیه حیوانات، از آبزی پروری تا حیوانات مزرعه ایفا میکنند. ارزیابی های تغذیه ای و سمی شناختی نشان دهنده تناسب زیست توده جلبک به عنوان یک مکمل تغذیه ای با ارزش و یا جایگزینی برای منابع تغذیه حیوانات است. بسیاری از مطالعات ، استفاده از میکروجلبک را به عنوان خوراک برای آبزی پروری گزارش کرده اند.

· مواد غذایی

میکروجلبک ها از تولیدکنندگان بالای آمینواسید های ضروری امگا 6، امگا 3 و اسید های چرب هستند. ریزجلبک منبع بالقوه مکمل های غذایی مختلف و مواد زیستی مورد استفاده در صنعت داروسازی است. همان طور که گفته شد میکروجلبک ها منبع غنی از اسید های چرب، امگا 3، امگا 6 و کلروفیل هستند که میتوان از این منابع ارزشمند استفاده کرد.

· به عنوان ترکیبی برای لوازم آرایشی و بهداشتی

ریزجلبک ها برای محصولات مراقبت از پوست، مراقبت از طراوت و بازسازی، مرطوب کننده و ضد مواد محرک، کرم ضد افتاب و محصولات مراقبت از مو توسعه یافته اند. این محصولات آرایشی و بهداشتی با عصاره ریزجبلک های دریایی و یا ترکیبات زیستی فعال توسعه یافته اند.

· دارویی

ریزجبلک دریایی غنی از ترکیبات بیولوژیک فعال است که میتواند برای داروسازی و توسعه مواد دارویی و غذایی استفاده شود. ریزجلبک دارای ظرفیت تولید مواد سمی است که میتواند برای کاربردهای دارویی استفاده شود.

نتیجه

ریزجلبک ها گیاهان میکروسکوپی که حاوی مواد فعال زیستی بالقوه به صورت پروتیین، چربی، گلیسرول و ویتامین میباشند و همچنین مواد اولیه برای سوخت های سبز آینده شناخته می شوند. متابولیسم های بالقوه فعال زیستی بواسطه ریزجلبک ها میتواند نقشی حیاتی در سلامت و تغذیه انسان بازی کند. مواد افزودنی بیولوژیکی فعال و مواد دارویی از ریزجلبک دریایی آنها را یکی از با ارزش ترین منابع دریایی ساخته است. اما مهم ترین موضوع بحث هزینه خواهد بود که باید با سیاست گذاری های درست، قیمت تمام شده محصول زیستی از قیمت محصولات مشابه کمتر باشد تا بتواند در بازار رقابت کند. در کشور عزیزمان ایران هم شرکت های نوپا شروع به کشت و بهره برداری از میکروجلبک کرده اند که میتوان به شرکت " پالایشگاه زیستی ریز جلبک قشم "واقع در جزیره قشم اشاره کرد.

کلمات کلیدی: میکروجلبک، ریزجلبک، بیودیزل، سوخت زیستی، میکرو آلگ، Microalgae

[1] Offshore Membrane Enclosures for Growing Algae (OMEGA)