Χρήση μικροφυκών για επεξεργασία αποβλήτων και παραγωγή βιοκαυσίμων
Authors: Τσολχά Όλγα 
Published: January 2025

Η αύξηση του πληθυσμού της Γης, η υπέρμετρη κατανάλωση ενέργειας με την συνεχώς απαιτητική αγορά προϊόντων, έχουν οδηγήσει σε σημαντική υποβάθμιση του φυσικού περιβάλλοντος, επιβάλλοντας την εύρεση εναλλακτικών πηγών ενέργειας καθώς και τη χρήση νέων τεχνολογιών που δεν θα επιβαρύνουν την αρμονία των οικοσυστημάτων. Έχει επισήμως πλέον αμφισβητηθεί η εξάρτηση της σύγχρονης κοινωνίας από τα ορυκτά καύσιμα καθώς εξαντλούνται συνεχώς οι φυσικές πηγές και επιδεινώνεται βαθμιαία το φυσικό περιβάλλον. Επίσης, τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν από την παραγωγική διαδικασία και κυρίως από τον αγροτοβιομηχανικό τομέα παραγωγής και μεταποίησης προϊόντων απελευθερώνουν σημαντικά ποσά οργανικού και ανόργανου φορτίου, με συνέπεια την αναζήτηση συνεχώς νέων τεχνολογιών για την ευνοϊκότερη προς το περιβάλλον διαχείρισή τους. Συνεπώς, τα μέτρα πρόληψης της ρύπανσης του περιβάλλοντος και η αποτελεσματική χρήση των υλικών και της ενέργειας, καθώς και η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μπορούν να συμβάλουν σημαντικά στην αποτελεσματική επεξεργασία ή/και μείωση των εκπομπών αερίων καθώς και των υγρών αποβλήτων. Τις τελευταίες δεκαετίες, ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την επεξεργασία των υγρών αποβλήτων παρουσιάζουν τα βιολογικά συστήματα επεξεργασίας. Συγκεκριμένα, η τεχνολογία που βασίζεται στη χρήση μεικτών καλλιεργειών μικροφυκών και βακτηρίων χρήζει ιδιαίτερης προσοχής, καθώς η βιομάζα που προκύπτει κατά την επεξεργασία των αποβλήτων θεωρείται αειφόρα πηγή για την παραγωγή βιοκαυσίμων, γεωργικών λιπασμάτων ή ζωοτροφών. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η βιολογική επεξεργασία υγρών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων με χρήση μιξότροφων, μεικτών καλλιεργειών μικροφυκών/κυανοβακτηρίων υπό μη ασηπτικές, αερόβιες συνθήκες, σε εργαστηριακής κλίμακας φωτοβιοαντιδραστήρες διαλείποντος έργου (αιωρούμενης και προσκολλημένης ανάπτυξης), καθώς και η δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής βιοκαυσίμων (βιοαιθανόλη, βιοντίζελ) από την παραγόμενη βιομάζα. Συγκεκριμένα, διερευνήθηκε η ικανότητα μεικτής καλλιέργειας με κυρίαρχο είδος το χλωροφύκος Choricystis sp. καθώς και της μεικτής καλλιέργειας με κυρίαρχο είδος το κυανοβακτήριο Leptolyngbya sp. ως προς την ικανότητά τους να απομακρύνουν οργανικά και ανόργανα συστατικά από διάφορα αγροτοβιομηχανικά απόβλητα. Πραγματοποιήθηκαν σειρές πειραμάτων για τη μελέτη της συμπεριφοράς των μεικτών καλλιεργειών χωρίς ή με προσθήκη (σε διάφορες αναλογίες) υγρών αποβλήτων από διάφορες βιομηχανίες, όπως παραγωγής τυροκομικών προϊόντων, οινοποιείου, τυποποίησης σταφίδας καθώς και μείγμα αποβλήτων οινοποιείου-σταφίδας. Με τη χρήση μεικτού αποβλήτου και αποβλήτου τυροκομείου, τα ποσοστά απομάκρυνσης οργανικού φορτίου άγγιξαν το 94% στα πειράματα αιωρούμενης ανάπτυξης ενώ έφτασαν μέχρι και 97% για τα πειράματα προσκολλημένης ανάπτυξης. Ομοίως σημαντικά ποσοστά απομάκρυνσης σημειώθηκαν και για τα θρεπτικά συστατικά ολικού αζώτου και φωσφόρου που κυμάνθηκαν μεταξύ 50-100% για το σύνολο των πειραματικών σειρών. Παράλληλα, εξετάστηκε η ικανότητα των μικροφυκών/κυανοβακτηρίων να συσσωρεύουν στη βιομάζα τους λιπίδια. Αξιολογήθηκε η δυνατότητα χρήσης του παραγόμενου από την αιωρούμενη και προσκολλημένη βιομάζα μικροβιακού ελαίου ως πρώτη ύλη για παραγωγή βιοντίζελ (μέσω προσδιορισμού της ποσοστιαίας κατανομής μεθυλεστέρων λιπαρών οξέων σε αυτό). Αν και το προφίλ των λιπαρών οξέων ήταν ποιοτικά κατάλληλο για εφαρμογές βιοντίζελ και στα δύο εφαρμοζόμενα συστήματα, η ποσότητα παραγόμενου ελαίου σημείωσε υψηλότερες τιμές για τα συστήματα προσκολλημένης ανάπτυξης καθώς έφτασε σε ποσοστό 23.2% επί της ξηρής βιομάζας έναντι του 14.8% επί ξηρής βιομάζας για τα αιωρούμενα συστήματα ανάπτυξης. Τέλος, εξετάστηκε η δυνατότητα ανάκτησης ζυμώσιμων σακχάρων από την μικροβιακή βιομάζα. Εξετάστηκαν τρεις διαφορετικές βιομάζες προερχόμενες από την ανάπτυξη των μεικτών καλλιεργειών σε υποστρώματα όπως τεχνητό χημικό μέσο, απόβλητο τυροκομείου καθώς και μεικτό απόβλητο οινοποιείου-σταφίδας. Πειράματα όξινης υδρόλυσης των εν λόγω βιομαζών πραγματοποιήθηκαν με χρήση διαλυμάτων θειικού οξέος διαφορετικής συγκέντρωσης σε διάφορους χρόνους υδρόλυσης σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση. Στη συνέχεια πειράματα αλκοολικής αναερόβιας ζύμωσης με χρήση του στελέχους Saccharomyces cerevisiae AXAZ-1 οδήγησαν στον προσδιορισμό της απόδοσης σε βιοαιθανόλη για όλα τα εξεταζόμενα υποστρώματα σακχάρων. Σημειώθηκαν αποδόσεις αιθανόλης πάνω από 70% επί της θεωρητικής απόδοσης υποδεικνύοντας την δυνητική χρήση του υποστρώματος ως πρώτη ύλη για παραγωγή βιοαιθανόλης.