Jätevesien puhdistaminen on kallista, sillä se vaatii kemikaaleja ja kuluttaa energiaa. Mikrolevien eli planktonlevien avulla jätevettä on kuitenkin mahdollista käsitellä tehokkaasti suljetuissa fotobioreaktoreissa tai avoimissa vesialtaissa, jolloin ravinteet saadaan hyvin talteen. Leväbiomassaa voidaan hyödyntää myös bioenergian tuotannossa.
Itä-Suomen yliopistossa on meneillään ainutlaatuinen tutkimus mikrolevistä. Ympäristö- ja biotieteiden laitoksella Kuopiossa työskentelevä apulaisprofessori Amit Bhatnagar tutkii mikrolevän erilaisia käyttömahdollisuuksia esimerkiksi jätevesien puhdistuksessa ja bioenergian tuotannossa.
—Mikrolevät ovat vihreää kultaa! Tutkimme erilaisia makeassa ja suolaisessa vedessä tyypillisesti esiintyviä mikroleviä, Bhatnagar kertoo.
—Mikrolevän kasvaminen riippuu jäteveden sisältämistä ravinteista ja muista epäpuhtauksista. Tutkimme erilaisia jätevesiä, kuten kalanviljelyn sekä maito- ja paperiteollisuuden jätevesiä. Tavoitteenamme on tutkia, millaiset olosuhteet ovat optimaaliset mikrolevän kasvulle.
Paperi- ja selluteollisuus on maailman kolmanneksi suurin jäteveden tuottaja, ja nämä jätevedet aiheuttavat haittaa niin ympäristölle kuin ihmisten terveydellekin. Paperi- ja selluteollisuuden jätevedessä on usein paljon hiiltä, mutta vain vähän nitraattia ja fosfaattia, eli ravinteita. Nämä ravinteet ovat kuitenkin välttämättömiä mikrolevän kasvulle.
Yksi ratkaisu ongelmaan on sekoittaa vähäravinteisia jätevesiä (kuten selluteollisuuden jätevesiä) ravinteikkaampiin jätevesiin (kuten kalanviljelyn jätevesiin). Näin voidaan tasapainottaa ravinnepitoisuutta, mikä edistää mikrolevän kasvua ja myös tehostaa jäteveden käsittelyä.
—Mikrolevät kasvavat parhaiten optimoidussa ympäristössä, Bhatnagar sanoo.
—Leväbiomassan määrää voidaan kasvattaa tietynlaisissa valaistus-, lämpötila- ja happamuusolosuhteissa. Eri mikrolevälajeilla on myös omat ominaisuutensa. Tähän mennessä olemme kasvattaneet mikrolevää erilaisissa fotobioreaktoreissa.
—Myös mikrolevään pohjautuvan puhdistusjärjestelmän rakentaminen on mahdollista. Tässä voisi olla uudenlainen mahdollisuus myös Kuopiossa suunnitteilla olevalle Finnpulpille, toteaa Bhatnagar.
—Jätevesien puhdistamisesta puuttuvat vieläkin kestävät ratkaisut. Tällä hetkellä jäteveden käsittely vaatii paljon energiaa ja myrkyllisiä kemikaaleja. Tarvitsemme kestäviä ratkaisuja jäteveden käsittelyyn, ja huomiota pitäisi kiinnittää resurssien talteenottoon. Mikrolevien avulla jätevesiä voidaan käsitellä edullisesti ja helposti, eikä prosessissa tarvita myrkyllisiä kemikaaleja.
Mikrolevillä lukemattomia käyttökohteita nyt ja tulevaisuudessa
— Mikrolevissä on paljon arvokkaita yhdisteitä, kuten rasvoja, hiilihydraatteja, proteiineja ja pigmenttejä, joita käytetään ruoan ja rehun tuotannossa, bioaktiivisissa lääkkeissä ja funktionaalisissa elintarvikkeissa sekä bioenergiassa (biodieselissä, bioetanolissa ja biokaasussa), Bhatnagar sanoo.
Biodieselin tuotannossa tarvittavan mikrolevän määrä riippuu sen rasvahappokoostumuksesta. Eri levälajien rasvahappopitoisuutta voidaan nostaa jopa 50 prosenttiin asti.
Mikrolevät voivat myös auttaa ilmastonmuutoksen hillitsemisessä, sillä ne pystyvät hyödyntämään hiilidioksidia hiilen lähteenä. Niistä tuotettua biomassaa voidaan lisäksi käyttää muiden lisäarvoa tuottavien tuotteiden raaka-aineena.
— Täällä Suomessa vähäinen auringonvalo ja kylmyys luovat haasteita mikrolevien käytölle talvisaikaan. Yritämme kuitenkin tunnistaa paikallisia mikrolevälajeja, jotka pystyvät helposti mukautumaan karuihin olosuhteisiin, Bhatnagar sanoo.
—Uusia mahdollisuuksia löytyy myös biomuovien ja biolääketieteen puolelta. Valjastamme tässä siis vihreän kullan käyttöömme tulevaisuutta ajatellen.
Tutkimusartikkelit:
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.01.101
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.08.032
