Как микроводораслите помагат в борбата с климатичните промени

Въглеродна неутралност

Въглеродна неутралност означава постигане на нетно нулеви емисии на въглероден диоксид – баланс между отделяните от човечеството въглеродни емисии в атмосферата и така наречените негативни емисии – извличане на въглероден диоксид от атмосферата обратно в земната повърхност. Основните видове негативни емисии са естествени „поглътители на въглерод“ (carbon sink) и технологии за улавяне на въглероден диоксид. Стратегията за постигане на въглеродна неутралност на ЕС изисква глобален енергиен преход, основан на принципите на декарбонизация и технологична модернизация. В допълнение към намаляването на потреблението на изкопаеми горива, като въглища и изкопаем газ, ще има активно развитие на безвъглеродна енергия: използване на възобновяеми енергийни източници, използване на различни видове биогорива, използване на воден и електрически транспорт и др. 

Още: Германия увеличава значително средствата за борба с климатичните промени

Какви са подходите за намаляване въглеродните емисии?

Има два подхода за намаляване на емисиите на въглероден диоксид в атмосферата.

Единият начин е да се намали потреблението на изкопаеми горива, а другият е да се улови и използва въглеродният диоксид. Сред методите за въглеродно улавяне могат да бъдат посочени химическата абсорбция и процеса на биологична фиксация.

Процесът на биологично фиксиране може да се извърши с помощта на растения или микроорганизми.

Още: Климатичните промени са тук: Юли 2023 г. е бил най-горещият от 120 хил. години насам

Микроводораслите и цианобактериите, известни още като синьо-зелени водорасли, са сред микроорганизмите, които консумират въглероден диоксид, за да растат и това води до фиксирането му. Тези два вида микроорганизми също имат и най-голяма ефективност при преобразуване на въглероден диоксид в кислород и биомаса.

Когато става въпрос за органични процеси, които можем да използваме за справяне с изменението на климата, способността на водораслите да фиксират въглерод може да бъде един от най-мощните инструменти, с които разполагаме. От години учените изследват този природен феномен с надеждата да се справят с емисиите на парникови газове и да овладеят производството на екологично чисти биогорива. По време на фотосинтеза водораслите поглъщат въглероден диоксид, вода и слънчева светлина, за да произвеждат енергия. Обикновено растението използва тази енергия, за да се възпроизвежда и расте.

Микроводораслите като фиксатори на въглероден диоксид

Извършени са много изследвания върху фиксацията на въглероден диоксид с помощта на различни видове водорасли. Сред тях с особена ефективност се откроява микроводораслото Chlorella vulgaris, което може да понася високи концентрации на въглероден диоксид, има висок фотосинтетичен капацитет и може да поддържа висока скорост на растеж и скорост на фиксиране на въглероден диоксид в широк диапазон от концентрации (0,04 до 18%).

Още: WWA: Промените в климата са причина за горещините в Европа и по света

Хлорела – обещаващ вид за бързо фиксиране на въглероден диоксид

“Хлорела” (от гръцки. χλωρός, “зелен” и лат. -ella – умалителна наставка) е едноклетъчно зелено водорасло, сладководен планктон, причислен към разред Chlorophyta. Има сферична форма с диаметър от 2 до 10 микрона. Хлоропластите на хлорелата съдържат хлорофил A и B, като за процеса на фотосинтезата хлорела има нужда само от вода, въглероден диоксид, светлина и малко количество минерали. Размножава се интензивно – на ден се наблюдава хилядократно увеличение на броя на клетките ѝ. Може би най-често срещаната е Chlorella vulgaris, която се среща широко в естествената среда (във вода, в тинята на локви, канавки и езера и др.).

Снимка: iStock

Още: Климатичните аномалии по света – какво се случва?

В зависимост от условията на отглеждане на хлорела може да се постигне степен на абсорбция на въглероден диоксид от 27,5 до 105,8 гр./м3 хлорела на час, при което ще се отделят 20 до 77 гр. кислород.

Схема: Климатека

За да разберете дали това е много или малко, нека сравним ефективността на усвояване от микроводораслите с няколко примера:

Още: Как климатичното затопляне повишава риска от наводнения

Човек консумира средно 430 гр кислород на ден и издишва 900 гр въглероден диоксид.

В сравнение с друг метод за усвояването на въглероден диоксид от горите, сравнението е следното: известно е, че 1 хектар възрастни дървета в гора абсорбира 7,5 кг въглероден диоксид на час и отделя 5,5 кг кислород. В същото време резервоар с площ от 1 ха и дълбочина 40 см, обитаван от хлорела, абсорбира от 110 до 423 кг въглероден диоксид на час и освобождава 313 кг кислород в зависимост от климатичната зона на местоположението на резервоара. Тоест продуктивността на единица площ е от 14,7 до 56,4 пъти.

Такава огромна разлика се дължи на факта, че клетките на микроводораслите хлорела почти изцяло се състоят от хлорофил, който фотосинтезира, докато в горските райони във фотосинтезата участват само зелени листа. Освен това дърветата също имат клони, ствол, корени, които по никакъв начин не участват във фотосинтезата и също изискват енергия, за да функционират. Плътността на засаждане на дървета не позволява пълно улавяне на слънчевата светлина.

Chlorella vulgaris е идеална за използване в проекти, свързани с фиксиране на въглероден диоксид поради високата си устойчивост срещу неблагоприятни условия и патогенни организми. В допълнение към това, в процеса на отглеждането и се синтезират различни органични макромолекули, представляващи допълнителен интерес (протеини, липиди, нишесте). При по-неблагоприятни външни условия биомасата ѝ намалява, но съдържанието на липиди и нишесте се увеличава. При условия на насищане с хранителни вещества и светлина, съдържанието на протеин се увеличава заедно с биомасата.

Още: До 70% от калифорнийските плажове могат да изчезнат

Разработени са различни техники за нейното изкуствено отглеждане. Изследвани са различни начини на растеж на Chlorella vulgaris (автотрофен, хетеротрофен и миксотрофен). Автотрофният растеж се предпочита, тъй като не изисква осигуряване на скъп органичен въглерод и разчита на източници на неорганичен въглерод (CO2, карбонати) и светлина за фотосинтезата.

Нека обаче да се върнем към емисиите на въглероден диоксид от различни индустрии – за да стане въглеродно неутрално предприятие, което отделя 1000 кг въглероден диоксид на час, то се нуждае от резервоар с площ от 2,3 до 9 хектара, в зависимост от климатичната зона на резервоара. Това обаче не са всички предимства на използването на микроводорасли за решаване на този проблем – по време на деленето и растежа на клетките, в резултат на тяхната жизнена дейност, се образува огромно количество биомаса от микроводорасли, която може да се използва вторично в различни други сектори на националното стопанство. Например в земеделието.

Какви са възможностите за използване на хлорела в земеделието?

Хлорелата е чудесен природен биостимулатор, който може да се използва при отглеждането на растения в двора или на терасата. Областите на нейното приложение са следните:

• накисване на семена и друг посадъчен материал;
• подхранване на разсад за създаване на здрави растения и добра коренова система;
• грижа за стайни растения за активиране на растежа и жизнеността, качествена промяна на външния вид;
• възстановяване на избледняващи и болни растения (стимулира имунитета на растенията, повишава естествената устойчивост);
• ревитализация и подхранване на почвената микрофлора;
• активиране на развитието на възрастни растения и др.

Как да използваме суспензията с хлорела в градината?

Експериментално е доказано положителното влияние на микроводораслите върху състоянието на почвата. Факт е, че органичната материя на такива водорасли е лесно смилаем и високоенергиен „продукт“ за много почвени бактерии. По този начин алголизирането на почвата (въвеждане на биомаса от водорасли) допринася за бързото развитие на микробиологични и биохимични процеси в тях и в резултат на това за увеличаване на количеството хуминови киселини и други ценни органични вещества, които са лесно достъпни и полезни за растенията. Прилага се 0,5 л. суспензия с хлорела на 7 м2.

Хлорела може да се използва и при третиране на семена и разсад, като целта е да се активират зародишите на семената и резниците. Накисването на семената в суспензия от хлорела се извършва в топъл разтвор на суспензия на хлорела (15 – 25 °C) на дневна светлина. Накисването значително повишава тяхната кълняемост (практически до 99%), както и степента на оцеляване на разсада и скоростта на растеж (с 20 – 50%). При отглеждане на разсад семената се покълват по обичайната класическа технология.

Хлорелата може много лесно да се отглежда в домашни условия. Да се направи суспензия от “Хлорела”, т.е. за размножаване на културата на самите водорасли, е достатъчно да се разреди всеки сложен минерален тор в преварена охладена вода (например калиев монофосфат, съгласно инструкциите за него) и плюс да се добави (на базата на 1 л. разтвор): или 10 мл стартова култура събрана в природата или закупена от специализиран доставчик. Водораслите се нуждаят от ярка дневна светлина, за да се развиват, но избягвайте пряката слънчева светлина и прекомерното прегряване на течността. Още на втория ден водата в бутилката забележимо става зелена и това показва, че процесът на размножаване на хлорела протича нормално. След около седмица културата от водорасли ще започне да “презрява” и може да изпадне утайка, в такъв случай хлорелата трябва да се поднови, като се отцеди част от водораслите от бутилката и се добави прясна вода. И процесът на отглеждане да започне отново.

В България 

В България култивирането и използването на микроводорасли е на ниво научноизследователска дейност и тепърва предстои да навлиза. Опити с тях се правят в Института по физиология на растенията към БАН, а в Пловдивския университет се съхранява националната колекция от микроводорасли. На други места по света обаче, включително в страните от глобалния Юг, микроводораслите са обект както на промишлено отглеждане, така и на малообемно, в рамките на семейни ферми. Използват се за пречистване на отпадни води, за утилизация на течната фракция от торта в животинските ферми или при инсталации за биогаз, а впоследствие и като фуражи в животновъдството и аквакултурите. Друго тяхно приложение е използването им като биостимулатор при отглеждане на селскостопански култури.

Изменението на климата и замърсяването са най-големите заплахи на нашето време. Емисиите на въглероден диоксид са ключов фактор, причиняващ глобалното затопляне и изменението на климата, а микроводораслите могат да улавят и съхраняват атмосферния въглероден диоксид, като това може да помогне за ограничаване на глобалното затопляне. И най-важното, прилагайки прости и децентрализирани технологии, това може да бъде направено от всеки, дори и в собствения му дом.