Αναμενόμενα Αποτελέσματα

Η επιτυχής ολοκλήρωση του έργου θα οδηγήσει στη δημιουργία νέας γνώσης σε διεπιστημονικούς και συμπληρωματικούς τομείς της τεχνολογίας (διάταξης σχηματισμού μικρο-φυσαλίδων CO2) και της καλλιέργειας μικροφυκών (δημιουργία πρωτόκολλων καλλιέργειας της C. vulgaris) με απώτερο σκοπό την παραγωγή μετά από ποιοτικό έλεγχο των επιθυμητών χημικών συστατικών για την αξιοποίησή τους στις ιχθυοτροφές, στη διατροφή, στα καλλυντικά/φάρμακα και στην παραγωγή βιοκαυσίμων (βιοντίζελ, βιοαιθανόλη, υδρογόνο), στο πλαίσιο «μιας μπλε κυκλικής» οικονομίας.

Η κατασκευή καινοτόμου χαμηλούς κόστους ΦΒΑ «ημί-κλειστου τύπου-καταρράκτης» για την επίτευξη της μέγιστης απορρόφησης και αξιοποίησης της φωτοσυνθετικής ακτινοβολίας, με τις ελάχιστες δυνατές επιμολύνσεις θα προσφέρει νέες εξειδικεύσεις και γνώσεις με σκοπό να αποτελέσει τη βάση για τη διάδοση της καλλιέργειας των μικροφυκών στην ΑΜΘ και στη χώρα.

Η προσθήκη διάταξης σχηματισμού μικρο-φυσαλίδων CO2 ή άλλων αέριων βιομηχανικών ρύπων πλούσιων σε CO2 θα αυξήσει τη βιωσιμότητα καλλιέργειας C. vulgaris. Ο λόγος είναι ότι με τον εγκλωβισμό του CO2 στην καλλιέργεια και την ελαχιστοποίηση διάχυσης του στην ατμόσφαιρα θα αυξηθεί η μέγιστη ταχύτητα της φωτοσυνθετικής μετατροπής της ηλιακής ακτινοβολίας σε οργανική ύλη, με αποτέλεσμα την κατακόρυφη αύξηση της παραγωγικότητας. Επιπλέον, η αξιοποίηση αέριων ρύπων μηχανής εσωτερικής καύσης θα συμβάλλει στο μετριασμό του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της βιομηχανίας.

Η αξιοποίηση των υφάλμυρων υδάτων και δευτερογενώς επεξεργασμένων λυμάτων βιολογικού καθαρισμού, δηλαδή πόρων που δεν χρησιμοποιούνται από τη συμβατική γεωργία, θα βοηθήσει στη μεγιστοποίηση και προστασία των υδάτινων πόρων στο πλαίσιο της «μπλε κυκλικής οικονομίας». Με αυτό τον τρόπο θα αυξηθεί η ποικιλομορφία, η αειφορία και η ποιότητα των προϊόντων υδατοκαλλιέργειας μειώνοντας το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα.

Γενικά, η επιτυχής ολοκλήρωση του έργου προσβλέπει σε πολλαπλά επιστημονικά αποτελέσματα η διάδοση των οποίων αναμένεται να δώσει έναυσμα στην επιστημονική, αλλά κυρίως στην παραγωγική κοινότητα της χώρας να εμπλακεί σε ένα κλάδο πρωτογενούς παραγωγής που ουσιαστικά δεν υφίσταται από άποψη οικονομικών μεγεθών τόσο στην ελληνική επικράτεια, με εξαίρεση ίσως της μονάδες καλλιέργειας του μικροφύκους Arthrospira (Spirulina), αλλά και ειδικότερα στην περιφέρεια της Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης (ΑΜΘ).

Για να καταστεί η βιομάζα της Chlorella οικονομικά ανταγωνιστική και βιώσιμη, είτε για τρόφιμα είτε για βιοκαύσιμα, το κόστος του συστήματος εξοπλισμού, καθώς και το λειτουργικό κόστος, πρέπει να μειωθούν σημαντικά. Συγκεκριμένα, το κόστος ανάμιξης και ψύξης, που είναι πολύ υψηλό σε κλειστά συστήματα, χρειάζεται να μειωθεί ουσιαστικά, για παράδειγμα, με επιλογή στελεχών με υψηλή πλευστότητα και μπορεί να αναπτυχθεί σε υψηλές θερμοκρασίες. Για την αειφορική καλλιέργεια μικροφυκών, απαιτούνται στελέχη ικανά να αναπτυχθούν με υψηλή παραγωγικότητα σε θαλασσινό νερό ή υφάλμυρο νερό. Αυτός είναι και ο βασικός σκοπός του έργου.

Η ποικιλομορφία των μικροφυκών τα καθιστά μια δυνητικά πλούσια πηγή σε ένα ευρύ φάσμα χημικών προϊόντων με εφαρμογές στα καλλυντικά/φάρμακα, ζωοτροφές, τρόφιμα και βιοκαύσιμα με την παραγωγή βιοντίζελ και Η2. Από τα 50.000 είδη μικροφυκών, μόνο τα 10 παράγονται για εμπορικούς σκοπούς αυτή τη στιγμή [Arthrospira (Spirulina), Crypthecodinium cohnii, Chlorella, Dunaliella salina, Ulkenia sp., Haematococcus pluvialis, Schizochytrium, Aphanizomenon flos-aquae, και Odontella aurita]. Όσον αφορά στον όγκο παραγωγής τα τρία γένη που κυριαρχούν είναι τα Chlorella, Spirulina και Crypthecodinium. Από τις παραγόμενες ποσότητες το 50% του όγκου διατίθεται στην αγορά ως έχει με τη μορφή αποξηραμένης σκόνης, χαπιών ή λαδιού, ενώ το υπόλοιπο επεξεργάζεται χημικά για την παραγωγή κυρίως καροτενοειδών, φυκοβιλινοπρωτεϊνών και αντιοξειδωτικών. Ο εκτιμώμενος κύκλος εργασιών της βιομηχανίας μικροφυκών για μια ποικιλία προϊόντων αναμένεται να ξεπεράσει για το 2017 τα 2.400 εκατομμύρια USD, όπως παρουσιάζεται στην κλαδική μελέτη της After Pulz.

Ποιο συγκεκριμένα τα είδη του γένους Chlorella, κυρίως τα είδη C. vulgaris και C. pyrenoidosa, καλλιεργούνται εμπορικά από περισσότερες από 70 εταιρείες στον κόσμο. Η ετήσια παραγωγή βιομάζας υπερβαίνει τους 2.000 τόνους, που χρησιμοποιείται ως επί το πλείστο για διαιτητικά συμπληρώματα και θρεπτικά συστατικά, ενώ ένα μικρό μερίδιο προορίζεται για την αγορά καλλυντικών και την υδατοκαλλιέργεια. Αναφέρουμε ότι το μεγαλύτερο κλειστό σύστημα που χρησιμοποιείται για την αυτοτροφική παραγωγή σε εμπορική κλίμακα είναι το 700 m3 σωληνωτό φωτοβιοαντιδραστήρα που λειτουργεί από την Roquette Klötze GmbH & Co. KG (Klötze, Γερμανία), η οποία παράγει ετησίως περίπου 100 τόνους υψηλής ποιότητας βιομάζα Chlorella για την αγορά υγιεινής διατροφής.

Το γένος Chlorella ευδοκιμεί σε γλυκά ή υφάλμυρα νερά, ενώ είναι γνωστά και πολλά θαλάσσια στελέχη. Πρόκειται για ένα τα λίγα γένη μικροφυκών που χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο για ανθρώπινη κατανάλωση. Έχει υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες με ισορροπημένη σύνθεση αμινοξέων, εκτός από καλή περιεκτικότητα σε βιταμίνες, ανόργανα άλατα, χρωστικές και πολυακόρεστα λιπαρά οξέα βραχείας αλυσίδας, συμπεριλαμβανομένων ελαϊκών και λινολεϊκών οξέων. Μερικά στελέχη είναι επίσης μια καλή πηγή λουτεΐνης.

Επίσης, συγκαταλέγεται στα μικροφύκη μείζονος ενδιαφέροντος για τον τομέα των βιοκαυσίμων, με μοναδικό εμπόδιο το υψηλό κόστος παραγωγής. Ο λόγος είναι ότι σε συνθήκες καταπόνησης, π.χ. έλλειψη αζώτου, ορισμένα στελέχη μπορούν να συσσωρεύσουν μεγάλες ποσότητες λιπιδίων (μέχρι περίπου 50%). Μερικά στελέχη Chlorella σε συνθήκες έλλειψης θείου, είναι επίσης εξαιρετικοί παραγωγικοί αμύλου (έως και 50%), και ως εκ τούτου μπορούν να υποκαταστήσουν τα πλούσια σε άμυλο χερσαία φυτά για την παραγωγή βιοαιθανόλης. Η εκχυλισμένη (απολιπιδιωμένη) βιομάζα του Chlorella, που εξακολουθεί να είναι πλούσια σε πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, ανόργανες ουσίες και βιοδραστικές ενώσεις, θα μπορούσε να παράσχει πρώτες ύλες για εφαρμογές ζωοτροφών και τροφίμων. Αυτό είναι σημαντικό λόγω των πρόσφατων αναλύσεων που έδειξαν ότι για την επίτευξη θετικού ενεργειακού ισοζυγίου και την παραγωγή οικονομικά βιώσιμων βιοκαυσίμων, το υπόλειμμα μετά την εκχύλιση πρέπει να χρησιμοποιείται για τα παραπροϊόντα. Μια διαφορετική προσέγγιση, η οποία φαίνεται πιο πρακτική και εφικτή, στοχεύει στις ζωοτροφές, στα τρόφιμα ή στις χημικές ουσίες ως το πρώτο προϊόν.

Στον Ελλαδικό χώρο η παραγωγή μικροφυκών είναι σε εμβρυϊκό στάδιο, από την προηγούμενη δεκαετία που στον χώρο παραγωγής μικροφυκών είχε δραστηριοποιηθεί μόνο μια εταιρία παραγωγής Spirulina, σήμερα δραστηριοποιούνται άλλες 5 (δεν λαμβάνονται υπόψη οι ιχθυογεννητικοί σταθμοί). Ο μικρός τους αριθμός δεν είναι αποτέλεσμα της μικρής ζήτησης για πρώτες ύλες από φύκη, αλλά κυρίως της έλλειψης τεχνογνωσίας πάνω στην παραγωγή τους. Στο πρόβλημα εύρεσης πρώτων υλών από μικροφύκη γλυκέων υδάτων αποτελεί σήμερα πρόβλημα για πολλές ελληνικές εταιρείες που θα ήθελαν να παράξουν προϊόντα σε τομείς, όπως η διατροφή, η κοσμετολογίας κτλ.

Για να καταστεί η βιομάζα της Chlorella οικονομικά ανταγωνιστική και βιώσιμη, είτε για τρόφιμα είτε για βιοκαύσιμα, το κόστος της επένδυσης σε εγκαταστάσεις και το λειτουργικό κόστος πρέπει να μειωθούν δραστικά. Για το λόγο αυτό θα αναπτύξουμε (α) ΦΒΑ «ημί-κλειστου τύπου-καταρράκτη» για μέγιστη παραγωγικότητα, (β) με δυνατότητες αξιοποίησης ως τροφής του μικροφύκους συμβατικές και ανακυκλούμενες τροφές, ενώ επιλέξαμε στέλεχος που να μπορεί να αναπτυχθεί (γ) σε υψηλές θερμοκρασίες και υφάλμυρο νερό, (δ) σε συνθήκες μέγιστης συγκέντρωσης CO2 (μικρο-φυσαλίδες).