Utilization of microalgae in industrial symbiosis, focus on Finland
Ojanen, Suvi; Tyystjärvi, Esa; Jokinen, Kari (2017)
Ojanen, Suvi
Tyystjärvi, Esa
Jokinen, Kari
Julkaisusarja
Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus
Numero
33/2017
Sivut
32 s.
Luonnonvarakeskus
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-326-413-7
http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-326-413-7
Tiivistelmä
Levien teollinen ja laajamittainen viljely Suomessa on haastavaa. Vuodenaikojen ja sään vaihtelu suosii sisätiloihin asennettavien suljettujen fotobioreaktorien valintaa levänkasvatusmenetelmäksi. Koska auringon valo ei riitä ympärivuotiseen kasvatukseen Suomessa, tarvitaan myös keinovaloa. Raportissa tarkastellaan kasvatusmenetelmiä, biomassan keruuta ja vedenpoistoa. Leviä voidaan kasvattaa jätevesissä, jolloin ravinteiden kierrätys ja biomassan tuotto yhdistyvät luontevasti jätevesien puhdistukseen. Kaupunkien, teollisuuden ja maatalouden jätevesiä voidaan hyödyntää. Tärkein tekijä jätevesissä on niiden ravinnepitoisuus. Yksi mahdollinen paikka levän kasvatukseen on kiertovesikalankasvatuslaitos, jossa levää mahdollisesti voidaan käyttää ammoniumtypen poistamiseen. Levänkasvatus voidaan myös mahdollisesti yhdistää kasvihuoneviljelyyn, jolloin viljelyrivien väliin kohdistuva ja hukkaan menevä valoenergia saadaan hyötykäyttöön. Muita mahdollisia levänkasvatuksen sovelluskohteita voivat olla kaatopaikkakompleksien yhteydessä sijaitsevat maanalaiset tunnelit, joissa vallitsee tasainen lämpötila ja joissa on jätevettä saatavilla. Tosin tunneleissa keinovalo on ainoa mahdollinen valonlähde. Levänkasvatuksen yhdistäminen olemassa olevaan teollisuuteen tarjoaa mahdollisuuden tuottaa jäteveden puhdistamisen yhteydessä leväbiomassasta biojalostamotyyppisesti useita tuotteita kuten lipidejä, biokaasua ja lannoitteita. Sellu- ja paperiteollisuus tuottaa jätevesiensä lisäksi hiilidioksidia ja lämpöä, joista molempia tarvitaan levien kasvattamiseen. Teollisuusjätevesissä ei tosin ole välttämättä riittävästi ravinteita, minkä vuoksi voi olla tarpeen lisätä osa ravinteista tai yhdistää jätevesiin yhdyskuntajätevesiä. Biodiesel, bioetanoli ja biokaasu ovat yleisimmin esitetyt levistä saatavat energiatuotteet, mutta leväbiomassasta voidaan jalostaa energiatuotteiden lisäksi myös muita orgaanisia molekyylejä. Lipi-dit, pigmentit, proteiinit ja hiilihydraatit ovat mahdollisia korkean lisäarvon tuotteita. Myös kalanrehua ja kasviravinteita sisältäviä lannoitteita voidaan tuottaa. Korkean lisäarvon tuotteiden valmistaminen vaatii yleensä levien geneettistä modifioimista. Yhteenvetona voidaan todeta, että levän teollinen kasvatus Suomessa on teknisesti mahdollista kun se yhdistetään jätevesien hyötykäyttöön ja kun käytetään olemassa olevaa infrastruktuuria. Sisätilat ja keinovalo ovat tarpeelliset kaikissa tarkastelluissa vaihtoehdoissa. Levän kasvatuksen taloudellinen kannattavuus jää ratkaistavaksi. Large-scale cultivation of algae in Finnish conditions is challenging. Seasonal variation in weather conditions in terms of light and temperature invites to select closed photobioreactors for algal culti-vation. Furthermore, the photobioreactors need to be placed indoors. Artificial illumination is need-ed because sunlight is not sufficient for year-round cultivation in Finland. Methods of cultivation, harvesting and dewatering will be discussed. Algae can be cultivated in wastewaters for purification, for uptake and recycling of nutrients, and for production of algal biomass. Wastewaters from municipalities, industries and agriculture can potentially be utilized. The most important factor in wastewaters is their nutrient content. One possible place for growing algae is in recirculating aquaculture, where algae can potentially be used to remove ammonium. Cultivation of algae in greenhouses in combination with plants might allow utilization of light energy that is currently wasted at the corridors. Algae might also be applied in underground tunnels (for example in landfills) that have a constant temperature and in which wastewater is available. However, artificial illumination is the only available light source. Combination of algal cultivation with existing industries offers the possibility to combine wastewater purification with production of lipids, biogas and fertilizers from the algal biomass, fol-lowing the biorefinery concept. Pulp and paper industry produce excess heat, carbon dioxide and wastewater, all of which can be utilized for growing algae. Unfortunately, industrial wastewaters may not have enough nutrients, and therefore it might be necessary to add some of the nutrients or to combine industrial and municipal wastewaters. Biodiesel, bioethanol and biogas are the most commonly discussed energy products but several non-energy products can also be obtained from algal biomass. Microalgal lipids, pigments, proteins and carbohydrates are potential high value non-energy products. Fish feed and fertilizers may also be produced. Production of high-value compounds usually requires genetic modification of the algae. In conclusion, industrial algal cultivation in Finland is technically possible when combined with the use of wastewaters and with the exploitation of existing infrastructure. Use of indoor spaces and artificial light is necessary for all options. The economic feasibility of algal cultivation remains to be elucidated.
Collections
- Julkaisut [85599]