تولید سوخت‌زیستی از‌ جلبک‌های دریایی

بر اساس قوانین دریاها محدوده تا 320 کیلومتری ساحل، آب‌های سرزمینی یک کشور را تشکیل می‌دهد که مساحت قابل توجهی را شامل می‌شود. به این ترتیب تا نیمی از خلیج‌فارس جزو آب‌های سرزمینی ایران محسوب می‌شود و تنها آبراه‌های آزاد بین‌المللی است که در این منطقه وجود دارد​ آزاد است. با این حساب باید 320 کیلومتر بر عرصه ساحلی استان‌های ساحلی کشور افزوده شود، اما متاسفانه به‌‌رغم این‌که کشور ما به این گنجینه عظیم دسترسی دارد بجز برداشت صید و به‌ طور کلی شیلات، نفت و گاز و مجموعه‌ای از ظرفیت‌های محدود در این زمینه از دیگر ظرفیت‌های نهفته در منابع آبی آن‌ طور که باید استفاده نمی‌شود.

این در حالی است که در منابع آبی ذخایر ارزشمندی وجود دارد که می‌توان در بسیاری از زمینه‌ها از جمله تولید سوخت‌زیستی و دارو و همچنین صنایع غذایی از آنها بهره‌برداری کرد. با توجه به اهمیت این موضوع در پارک علم و فناوری خلیج‌فارس سیاست‌هایی با هدف بهره‌برداری از ظرفیت‌های آب‌های جنوبی کشور تدوین شده است. بر اساس این سیاست‌ها، دریاها با راهبرد جدیدی مورد توجه قرار می‌گیرد.

تولید سوخت‌زیستی از میکرو‌جلبک‌ها از جمله طرح جدیدی است که در حوزه خلیج‌فارس راه‌اندازی و اجرایی شده است.

با دکتر مهدی محمدی رییس پارک علم و فناوری خلیج‌فارس در‌این‌باره گفت‌وگو کرده‌ایم که در ادامه می‌خوانید.

چه ویژگی‌ای‌در میکرو‌جلبک‌ها وجود دارد که موجب شد برای تهیه سوخت‌زیستی سراغ این گروه از آبزیان بروید؟

در حقیقت ریزجلبک‌ها کارخانه کوچکی هستند که با مصرف دی‌اکسیدکربن، قند و چربی تولید می‌کنند و به این ترتیب می‌توان از آنها در زمینه‌های مختلف استفاده کرد. ریزجلبک‌ها یا همان میکرو‌جلبک‌ها با مصرف دی‌اکسید‌کربن، چربی یا سوخت‌زیستی تولید می‌کنند. اندازه این گروه از جلبک‌ها در حدود 5 تا 20 میکرون است، اما این موجود بسیار کوچک تنها با استفاده از نور خورشید و دی‌اکسید‌کربن می‌تواند سوخت تولید کند. براساس این طرح استخرهایی برای کشت میکروجلبک‌ها احداث می‌شود. متوسط تولید برای هر هکتار 240 تن توده زنده یا جلبک است. نصف این مقدار به‌ طور مستقیم تبدیل به سوخت‌زیستی می‌شود. به عبارت دیگر این جلبک 50‌درصد چربی در خود ذخیره می‌کند که تبدیل به بیودیزل یا سوخت‌زیستی می‌شود. 50 درصد دیگر این جلبک را ترکیبات سلولزی تشکیل می‌دهد که می‌توان از طریق فرآیند تخمیری آن را به بیواتانول تبدیل کرد؛ یعنی از این جلبک دو نوع سوخت تولید می‌شود و هیچ ضایعاتی هم ندارد. حتی اگر سلولز هم به سوخت تبدیل نشود می‌توان با توجه به این‌که منبعی غنی از سلولز است با مقداری تغییر، آن را به عنوان خوراک دام مورد استفاده قرار داد. در حال حاضر این طرح به عنوان یکی از طرح‌های کلان ملی مورد توجه قرار گرفته است. خانم دکتر معظمی که چند سال است در زمینه غربالگری ریزجلبک‌های خلیج‌فارس مطالعه و تحقیق می‌کند، مجری این طرح است. برای این کار 122 گونه از ریزجلبک‌ها در اندازه‌های میکرونی موجود در خلیج‌فارس جداسازی شده و درباره آنها مطالعاتی انجام شده تا میزان ذخیره چربی در این جلبک‌ها مورد مقایسه و بررسی قرار گیرد.

آیا در حال حاضر این طرح اجرایی شده است؟

این طرح در مرحله آزمایشی با نتایج موفقیت‌آمیزی همراه بوده است و در صورتی که در مراحل بعدی نیز با موفقیت همراه باشد روند اجرایی آن بزودی انجام خواهد شد. در حال حاضر این امکان وجود دارد که این طرح در خانه‌های روستایی این منطقه اجرایی شود. فقط کافی است پساب خانه‌های روستایی جمع‌آوری شود. در این صورت کشت ریزجلبک‌ها به روشی ساده برای تامین سوخت مورد نیاز خانه‌ها امکان‌پذیر است. به عبارت دیگر می‌توان این طرح را بومی‌سازی کرد. در مقیاس صنعتی هم به تجهیزات پیشرفته‌ای نیاز نداریم.

یکی از مهم‌ترین شرایط لازم برای رشد میکروجلبک‌ها وجود نور خورشید است. در جنوب کشور به‌ طور متوسط 280 روز آفتابی داریم که از شاخص‌های خوب برای پرورش میکروجلبک‌هاست. با توجه به این‌که عمق این استخرها در حدود 30 سانتی‌متر است می‌توان تنها با روی هم قرار دادن دو بلوک، آب را در این عمق نگهداری کرد. یک لایه پلاستیکی در کف استخرها انداخته و آب را به گردش در می‌آوریم. بنابراین هیچ محدودیتی در زمینه اجرایی‌شدن این طرح وجود ندارد و پیش‌بینی می‌شود در آینده‌ای نزدیک اجرایی شود.

در هر جایی که آفتاب کافی در اختیار داشته باشیم این امکان وجود دارد که بتوانیم از میکرو‌جلبک‌ها، سوخت‌زیستی تولید کنیم؟

به شرط این‌که آب شور در دسترس باشد، این کار امکان‌پذیر است؛ یعنی یک شرط مهم و اصلی برای کشت ریزجلبک‌ها نزدیکی به دریاهاست. ترجیحا بهتر است این طرح در یک منطقه صنعتی اجرایی شود تا دی‌اکسید‌کربن کافی دراختیار داشته باشیم. در حال حاضر طرحی ارائه شده است که بر اساس آن اگزوز یا خروجی نیروگاه‌ها سرد شده و مستقیم وارد این استخرها می‌شود. در اغلب مجتمع‌های پالایشگاهی با مشکل افزایش گاز دی‌اکسید‌کربن مواجه هستیم. در این صورت می‌توان از این گاز برای تولید سوخت‌زیستی از جلبک‌ها استفاده کرد و انتشار این گاز را کاهش داد. کشور ما از نظر تولید دی‌اکسید‌کربن در سطح دنیا مقام نهم را دارد. به ازای تولید هر‌تن دی‌اکسید‌کربن باید 60 دلار جریمه پرداخت کنیم. در مقابل به ازای حذف یا مصرف هر تن دی‌اکسید‌کربن 20 دلار پاداش داده می‌شود؛ یعنی اگر این طرح تثبیت شود می‌توانیم میزان تولید این گاز سمی را کاهش دهیم و نه‌تنها مشمول جریمه نشده، بلکه امتیاز بیشتری بگیریم.

آیا جلبک‌های دیگر نیز از خواص مشابه ریزجلبک‌هایی که در این طرح مورد استفاده قرار گرفته، برخوردار است؟

ما چندگونه جلبک داریم که توانایی ذخیره چربی بالایی دارند، اما سوخت‌زیستی که از این جلبک‌ها تهیه می‌شود بر اثر سوختن، دی‌اکسید‌کربن تولید می‌کند. گونه‌ای از جلبک‌های قهوه‌ای موسوم به دیاتومه حاوی ترکیبات سیلیسی است. در این ترکیبات دی‌اکسید‌کربن به‌ طور کامل حذف می‌شود و می‌توان چربی ذخیره شده در این جلبک‌ها را به‌‌طور کامل استخراج کرد. البته ذخیره چربی در این گروه از جلبک‌ها کمتر است و اگر بتوان بر اساس روش‌های رایج در بیوتکنولوژی در این جلبک‌ها تغییرات ژنتیکی ایجاد کرد که میزان ذخیره چربی آن بالاتر شود، این گروه از جلبک‌ها را نیز می‌توان برای تهیه سوخت‌زیستی مورد استفاده قرار داد. هر گروهی از جلبک‌ها می‌تواند به عنوان منبعی برای تولید سوخت‌زیستی مورد استفاده قرار گیرد؛ اما بهترین منبع جلبکی است که ذخیره چربی بالایی داشته باشد یا بهتر است از ریزجلبک‌ها باشد که در این طرح مورد استفاده قرارگرفته است. 45 تا 60 درصد ذخیره چربی در این میکروجلبک‌ها قابل استفاده است بنابراین در هر تن از این زیست توده ظرفیت تولید قابل ملاحظه است، اما اگر در جلبک‌ها میزان ذخیره چربی 3 تا 5 درصد باشد در این صورت ارزش اقتصادی ندارد.

اساسا برای تولید سوخت‌زیستی از این میکرو‌جلبک‌ها چه مراحلی باید طی شود؟

برای این کار به آب دریا نیاز داریم؛ بنابراین در اقدام اول باید آب دریا را از طریق کانال‌هایی به استخرهایی که برای کشت میکرو‌جلبک‌ها در نظر گرفته شده، منتقل شود. بهتر است آبی که از دریا به استخرها منتقل می‌شود عاری از باکتری‌ها و جلبک‌های دیگری باشد که مانع رشد ریزجلبک‌ها می‌شود؛ بنابراین معمولا پیش از انتقال آب دریا آن را از طریق تابش اشعه فرابنفش استریلیزه می‌کنند یا این‌که از فیلترهایی برای تصفیه آب دریا استفاده می‌شود و سپس به استخرهایی که عمق آنها 30 سانتی‌متر است، منتقل می‌شود. در مرحله بعد استخرها اصطلاحا تلقیح می‌شود، یعنی به ازای هر لیتر از آب دریا چهار سی‌سی جلبک به آن اضافه می‌شود. پس از آن مرحله هوادهی است.

بهتر است در این مرحله مقداری دی‌اکسید‌کربن از نیروگاه‌ها به استخرها منتقل شود. این کار نه‌تنها تولید این گاز در نیروگاه‌ها را کاهش می‌دهد، بلکه به تسریع رشد جلبک‌ها هم کمک می‌کند. اگر گاز دی‌اکسید‌کربن به استخرها تزریق نشود مرحله تولید تا برداشت از یک هفته به دو هفته افزایش پیدا می‌کند. 30 درصد هزینه تولید سوخت‌زیستی مربوط به مرحله برداشت است. در این مرحله از غربالگری‌های خاصی استفاده می‌شود. با توجه به اندازه بسیار کوچک میکروجلبک‌ها این مرحله با پیچیدگی‌های خاصی همراه است. معمولا برای جداسازی از فشار یا فیلترهای خاص استفاده می‌شود. گاهی نیز مواد شیمیایی به داخل استخرها تزریق ‌شده که موجب می‌شود ریزجلبک‌ها ته‌نشین و جداسازی شوند، اما این مواد شیمیایی می‌تواند پیامدهایی را برای محیط‌زیست به همراه داشته باشد. در فرآیند استخراج چربی از جلبک‌ها، آنها را تحت فشار قرار می‌دهند تا فشرده شده و سپس آب آن را می‌گیرند. آب جدا شده از جلبک‌ها از طریق فرآیند سانتریفیوژ موقت، چربی‌گیری شده و چربی مستقیم‌ با ترکیبات آنتی‌اکسیدان مخلوط شده و در نهایت به سوخت‌زیستی تبدیل می‌شود.

از این سوخت‌زیستی در چه زمینه‌هایی می‌توان استفاده کرد؟

سوخت‌زیستی به‌دست آمده این قابلیت را دارد که به عنوان منبع سوخت خانگی مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این با‌توجه به ویژگی‌های خاص میکرو‌جلبک‌ها این سوخت تا دمای 40 درجه سانتی‌گراد زیرصفر هم منجمد نمی‌شود و به این ترتیب حتی می‌توان به عنوان سوخت هواپیما هم از آن استفاده کرد. اگر در ترکیب 20 تا 25 درصد بدون تغییر به گازوئیل افزوده شود می‌توان به عنوان سوخت خودرو نیز از این سوخت استفاده کرد، اما اگر بخواهیم به عنوان یک منبع دائم از این سوخت استفاده کنیم باید در موتور خودروها تغییراتی ایجاد شود؛ چراکه استفاده دائم از این سوخت‌زیستی، خوردگی را در موتور خودرو افزایش می‌دهد.

میکروجلبک، گنجی ارزشمند

پیش‌بینی می‌شود تاکنون حدود 8000 گونه از ریزجلبک‌ها شناسایی شده باشد. تحقیق درباره این گروه از موجودات فرصت‌های جدیدی ‌برای مطالعه درباره ویژگی‌ها و قابلیت‌های آنها پیش روی محققان قرار می‌دهد. با ارائه طرح تحقیقاتی درباره یک میکروجلبک شش تا هفت دانشجوی دوره دکتری و چند دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد فارغ‌التحصیل می‌شوند و این در حالی است که همان میکروجلبک قابلیت راه‌اندازی یک کارخانه بزرگ را هم دارد.

از ریزجلبک‌ها علاوه بر تولید سوخت زیستی می‌توان در زمینه تولید داروهایی که تحت عنوان اکسیر جوانی از آنها نام برده می‌شود و همچنین تولید مکمل‌های غذایی استفاده کرد. افزایش سن موجب پیری سلول‌ها می‌شود. اگر سلول‌ها به طور دائم از موادی که حاوی آنتی‌اکسیدان‌ها هستند تغذیه کنند، روند پیری سلول‌ها به تاخیر می‌افتد.

بررسی‌های انجام شده نشان داده است اگر مواد آنتی‌اکسیدان در برنامه غذایی روزانه افراد مورد توجه قرار گیرد، روند پیری 15 تا 20 سال به تاخیر می‌افتد. ریزجلبک‌ها حاوی آنتی‌اکسیدان زیادی هستند و از این رو استفاده از آنها در فرآیند تولید داروهای اکسیر جوانی مورد توجه قرار گرفته است.

یکی از مهم‌ترین آنتی‌اکسیدان‌هایی که در ریزجلبک‌ها یافت می‌شود رنگدانه بتاکاروتن است که در هویج هم وجود دارد.

علاوه بر بتاکاروتن در این جلبک‌ها آنتی‌اکسیدان‌هایی نظیر آستاگزانتین و ترکیبات حاوی کلروفیل نیز یافت می‌شود بنابراین می‌توان از آنها به عنوان یک آنتی‌اکسیدان در تهیه دارو یا مکمل غذایی استفاده کرد.

ریزجلبک‌هایی که در پارک علم و فناوری خلیج فارس برای تهیه مکمل‌ها و داروها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته‌اند، حاوی اسیدهای چرب امگا 3 هستند.

گونه‌ای از آن در خلیج فارس شناسایی شده که 20 درصد آن را DHA تشکیل می‌دهد. DHA نوعی اسید چرب است که در رشد مغز جنین بسیار موثر است. اگر DHA کافی به جنین نرسد دچار آسیب‌های مغزی می‌شود.

به همین دلیل به مادران توصیه می‌شود حتما در دوران بارداری ماهی بخورند تا از نظر این ماده کمبودی در بدنشان وجود نداشته باشد. گونه‌ای جلبک هست که DHA بالایی دارد.

با استفاده از روش‌هایی می‌توان آن را از جلبک‌ها استخراج کرده و در تهیه داروهای مکمل غذایی مورد استفاده قرار داد. بنابراین می‌توان گفت میکروجلبک‌ها گنجینه ارزشمندی هستند که می‌توان در زمینه‌های مختلف از قابلیت‌های آنها استفاده کرد.

فرانک فراهانی‌جم - گروه دانش