Mikrovetikad

Mikrovetikad ehk mikrofüüdid on mõne kuni mõnesaja mikromeetri pikkused, enamasti ainuraksed päris- ja eeltuumsed vetikad. Elustikurühm on evolutsiooniliselt väga mitmekesine. Inimsilmaga mikrovetikaid enamasti ei näe, ent nende massiline areng võib mõjutada veekogu värvust ja läbipaistvust. Kuigi mikrovetikatest tekkinud kivistisi on säilinud vähe, hinnatakse olemasolevaid pärinevat ligikaudu 3,5–3,8 miljardi aasta tagusest ajast, mis teeb mikrovetikatest ühed vanimad organismid Maal. Tegu pole monofüleetilise rühmaga, kuna mikrovetikate seas on nii baktereid (tsüanobakterid ehk sinivetikad), ainurakseid päristuumseid protiste kui alamaid taimi ehk organisme, keda peetakse taimede eellasteks. Kõik mikrovetikad fotosünteesivad. Mikrovetikate fotosünteesi tõhusus on 2–10%, samas kui maismaataimedel ei ületa see 1%. Seetõttu on ligi pool, mõningate hinnangute kohaselt aga lausa 85% atmosfäärihapnikust tekkinud mikrovetikate tegevuse tulemusena. Veel on mikrovetikad paljude toitumisahelate esimene lüli. Tõhusa fotosünteesi ning kiire kasvu tõttu saavad mikrovetikad elada pea kõikjal, kus leidub valgust ja niiskust. Nii on neid leitud ka Antarktikast ja kõrbekivide pragudest. Soodsate tingimuste korral võivad mikrovetikad põhjustada veeõitsengu ehk kiiresti oma biomassi mitmekordistada, mille võimalikud tagajärjed on vee kvaliteedi langus, kalade surm ja vetikate mürgisuse korral ka haigused. Mikrovetikaid asuti laboris kasvatama 19. sajandil. Tänapäeval on masskultiveerimisest saanud kiiresti arenev valdkond, kuna mikrovetikate tõhusat fotosünteesi saab ära kasutada tööstuses tekkiva süsinikdioksiidi hapnikuks muutmiseks. Vetikate kasvatamise kasuks räägib seegi, et nad jäävad ellu soolases ja reovees ning põllumajanduskultuuride viljelemiseks ebasobival maal. Valdkonna arengut takistab vetikatest saadud biomassi rafineerimise hind ja keerukus. Vetikaid hakati potentsiaalse kütuseallikana uurima juba 1950. aastatel, teaduslik huvi nende vastu tõusis 1970. aastate energiakriisi ajal. Pärast kriisi lõppu minetas uurimissuund populaarsuse, kuid globaalne soojenemine suurendab taas vajadust alternatiivsete energiaallikate järele. Tänapäevaste taastuvate vedelkütuste (nn esimese põlvkonna biokütus, biodiislikütus ja bioetanool) tootmiseks kasutatakse loomseid ja taimseid rasvu ning taimseid süsivesikuid, mille saamiseks vajalike energiakultuuride kasvatamiseks on tarvis rohkelt põllumaad. Mittesöödavast lignotselluloossest biomassist ehk näiteks jääkpuidust valmistatud teise põlvkonna biokütuse tootmine on aga kallis. Mikrovetikad kasvavad maismaataimedest mitu korda kiiremini ja sisaldavad kuni 70% (tavalisemate liikide puhul siiski 15–20%) kuivkaalust õlisid. Pärast vetikate kuivatamist eraldatakse neist triglütseriidid, mis transesterifitseerimise reaktsiooni abil biodiislikütuseks muundatakse. Järelejäävast biomassist saab toota biogaasi ja etanooli. Mikrovetikaid on ajalooliselt mitmetes paikades toiduks tarvitatud. Kaubanduslik mikrovetikatööstus arenes välja Jaapanis, kus hakati ringikujulistes tiikides kasvatama pulbri või tableti kujul manustatavat rohevetikat Chlorella. Enim kasutatakse toidulisandites Spirulina't, mille tootmist on veelgi suurendanud selle massist umbes 10% moodustava pigmendi fükotsüaniini kasutuselevõtt toiduvärvina. Rohevetikate Dunaliella ja Haematococcus'e abil toodetakse vastavalt beetakaroteeni ja astaksantiini, mis aitavad vetikatel kasutada fotosünteesiks suuremat osa valguse spektrist, inimestele on aga kasulikud antioksüdatiivse toime tõttu. Looduslikult esinevatele mikrovetikatele on põhitoitaineteks nitraadid ja fosfaadid, mistõttu ei tohi heitvett veeõitsengute vältimiseks otse looduslikesse veekogudesse juhtida. Heitvee puhastamiseks kasutatakse harilikult aeroobseid ja anaeroobseid baktereid ehk aktiivmuda, kuid nimetatud organismid vajavad pidevalt hapnikku, biotiigi aereerimine on aga energiakulukas. Aktiivmudale mikrovetikate lisamine aitab heitvett efektiivsemalt nitraatidest, fosfaatidest ja teatud raskmetallidest puhastada ning vähendab ka kulutusi, kuna fotosünteesi käigus vabaneb hapnik. Tekkivat biomassi võib selle koostisest sõltuvalt kasutada biokütuse tootmiseks, kompostiks või väetiseks. Suitsus sisaldub süsinikdioksiid, mis on oluline kasvuhoonegaas ning põhjustab seega kliimamuutusi. Mikrovetikate abil süsinikdioksiidi sidumine on mõistlik, kuna nimetatud organismid fotosünteesivad väga efektiivselt ning jäävad ellu ka ka suure (5–80%) süsihappegaasisisaldusega keskkonnas. Mikrovetikaid kasvatatakse madalates avatud basseinides ja kinnistes fotobioreaktorites. Avatud basseinid on küll lihtsa ehitusega ja odavad, kuid toodavad vähem biomassi, saastuvad sagedamini ja võtavad ruumi. Kallid fotobioreaktorid on kompaktsemad ja suurema tootlikkusega, kuna kasvutingimused saab muuta liigile ideaalselt sobivaks. Eestis uurib mikrovetikaviljelust Eesti Maaülikooli tehnikainstituudi biokütuste töörühm, luubi all on näiteks veelgi efektiivsemate fotobioreaktorite arendus. Vetikakasvatus Tamm, Marju (mai 2018). "Vetikaviljelus tõstab pead" (PDF). Horisont. Vaadatud 6. veebruar 2023. Podkuiko, Lara (13. detsember 2014). "Mikrovetikate biotehnoloogilistest rakendustest". Postimees Online. Vaadatud 6. veebruar 2023. Podkuiko, Lara; Kikas, Timo (mai 2016). "Vetikatööstus: makro- ja mikro". TööstusEST. Vaadatud 6. veebruar 2023.