با انواع روش های پرورش ریزجلبک آشنا شوید

عمل کشت ریزجلبک می تواند در دو محیط انجام گیرد:

1. سیستم های کشت باز
2. سیستم های کشت بسته

سیستم های باز

 در سیستم کشت باز معمولا فرایند در  یک تالاب و یا حوضچه انجام می شود که آب در آن در گردش است. در این حالت معمولا از یک همزن، دمنده و کنترل کننده دما، pH و… استفاده می شود.  این حوضچه ها عبارتند از یک سری کانال های روباز و به هم پیوسته ای که عمدتا از جنس سیمان می باشند. عمق حوضچه ها کم و تا حدود 30 سانتیمتر هست تا نور به ته کانال ها نفوذ کند. در طراحی این حوضچه ها مساحت سطح نسبت به حجم آن حالت بحرانی تر دارد چون در این حوضچه ها مسئله دریافت نور فاکتور مهم و محدود کننده به حساب می آید. در این حوضچه ها برای گردش آب از چرخ های پدالی استفاده می شود. مواد مغذی عمدتا بعد از این چرخ پدالی به آب اضافه می شود و دی اکسیدکربن در چند جای مختلف به محیط کشت اضافه می گردد. برداشت ریز جلبک قبل از اتمام سیکل گردش در پشت چرخ پدالی انجام می شود.

به دلیل ساختار تقریبا ساده این سیستم ها هزینه اولیه و هزینه عملیاتی آنها پایین است. علاوه بر این، این سیستم ها نیازی به Scrubber به منظور خارج کردن اکسیژن از محیط ندارند. سیستم کشت روباز قابلیت تولید در مقیاس های بزرگ و تجاری را دارند. علاوه بر این تلفیق این سیستم ها با صنایعی که تولید CO₂ دارند امکان پذیر است.

 تالاب ها raceway

تالاب از یک چرخه بسته تشکیل شده است که  معمولا حدود 0.3 متر عمق دارند. بفل هایی که در کانال جریان قرار دارند عمل هدایت جریان را بر عهده دارند. پره ها عمل همزدن و ایجاد جریان های چرخشی را بر عهده دارد که در تمام طول روز کار می کند تا از رسوب سازی جلوگیری به عمل آورد.

انواع سیستم های روباز عبارتند از:

• open pond
• raceway
• center pivot

این نوع تالاب ها از سال 1950 مورد استفاده قرار گرفته اند و بزرگترین تالاب تولید زیست توده 440000 متر مربع فضا اشغال می کند. مقادیر آب از دست رفته با تبخیر طی این فرایند می تواند قابل توجه باشد.  به دلیل مقادیر از دست رفته دی اکسید کربن به اتمسفر این فرایند نسبت به فرایند photobioreactor دارای باز دهی کمتری است. میزان تولید محصول با میزان آلودگی با جلبک ناخواسته و ماکرو ارگانیسم هایی که از خزه تغذیه می کنند اثرپذیر است. مقدار غلظت زیست توده طی این فرآیند می بایست پایین نگه داشته شود چون مقدار هم زدگی در این فرآیند کم است و مناطق تاریک که در آن ایجاد می شود، در غلظت های بالا ایجاد مشکل می کند.  این فرایند از هزینه اجرایی کمتری نسبت به فرایند فوتوبیوراکتور برخوردار است اما میزان تولید محصول در آن کمتر است.

از معایب این سیستم ها، انتشار مقداری CO₂ از آنها به اتمسفر، تبخیر آب موجود در محیط کشت و نیاز به تامین آب بیشتر و نوسان دما در طول فصول مختلف سال است که باعث می شود این سیستم ها نیازمند یک سیستم جهت تامین گرمایش و سرمایش باشند. علاوه بر آن کنترل کردن شرایط در آنها سخت است، بنابراین امکان رشد گونه های مهاجم در آن ها وجود دارد. امکان حضور حشرات موذی در محیط کشت بعضا باعث پدید آمدن فضای نامطبوع و کاهش رشد ریز جلبک می شود. 

سیستم های بسته پرورش ریز جلبک

 فوتو بیوراکتور های توانایی تولید یک نوع ریز جلبک را  برای یک مدت طولانی دارند. یک فوتوبیوراکتور لوله ای از صف مستقیم لوله های شفاف که معولا از شیشه و یا پلاستیک تهیه شده است، تشکیل شده اند. لوله ها ی جمع کننده خورشیدی معمولا 0.1 متر یا کمتر قطر دارند. قطر لوله بدلیل اینکه نور نمی تواند به مناطق عمیق در خوراک های غلیظ نفوذ کند دارای محدودیت است. خوراک ریز جلبکی از یک مخزن به یک جمع کننده خورشیدی به طور چرخشی می رود و دوباره به مخزن بر می گردد.

جمع کننده خورشیدی به طور مایل قرار می گیرد تا مقدار نور دریافتی را بهینه سازد. در یک ساختار معمولی، لوله های خورشیدی به صورت موزای با هم و صاف در بالای زمین قرار می گیرند. لوله های موازی، افقی و مستقیم برخی مواقع آرایشی شبیه حصار پیدا می کنند تا در یک ناحیه مشخص تعداد لوله های بیشتری جا شود. لوله ها همیشه به صورت شمالی – جنوبی قرار می گیرند. زمین زیر جمع کننده خورشیدی معمولا سفید رنگ آمیزی می شود و یا با کاغذ یا پلاستیک سفید پوشانده می شود.   

فوتوبیوراکتور  نیاز دارد که در طول ساعات روز سرد شود. علاوه بر این، کنترل دما در شب نیز مفید است. برای مثال، زیست توده از دست رفته شبانه با پایین نگه داشتن دما در شب به دلیل استنشاق می تواند کاهش پیدا کند. فوتوبیو راکتور های تیوبلار بیرونی به طور کافی و با هزینه کم با مبدل  سرد می شوند. یک کویل مبدل گرمایی ممکن است در ستون گاززدایی جاسازی شود. یا در عوض،  مبدل گرمایی ممکن است در لوپ تیوبلار واقع شود.  اسپری کردن به آب به روی لوله ها و عمل سردسازی با تبخیر آب می تواند شیوه مناسبی در شرایط آب و هوایی خشک باشد.

انتخاب یک شیوه مناسب برای تولید زیست توده خزه ای نیازمند مقایسه درستی بین دو روش تالاب و فوتوبیوراکتور لوله ای است. این سیستم ها شامل مدارهای بسته و پوشیده ای از آب می باشند که شرایط مناسبی برای رشد جلبک با عملکرد بالاتر بوجود می آورند. شکل فوتوبیوراکتور ها  به صورت لوله های مارپیچ هست که عمدتا در آزمایشگاه مورد استفاده قرار می گیرند و یا به صورت لوله های مستقیم که در واحدهای گلخانه ای به کار می روند. ساختمان فتوبیوراکتورها شامل لوله های شفاف پلاستیکی یا شیشه ای، کالکتور خورشیدی، مخزن، پمپ، خنک کننده و منطقه گازربایی برای خارج کردن اکسیژن می باشد.

لوله ها در سه شکل مارپیچی، استوانه ای و افقی قرار می گیرند. به دلیل اهمیت نفوذ نور خورشید و رسیدن آن به تمام زیست توده ریز جلبک، قطر لوله ها معمولا از 10 سانتی متر تجاوز نمی کند. طول لوله ها نباید بیش از 80 متر باشد زیرا میکروجلبک ها در عمل فتوسنتز خود اکسیژن آزاد می کنند و در صورت طولانی بودن لوله ها، احتمال اکسیداسیون آنها وجود دارد. البته طول موثر لوله ها به غلظت زیست توده، چگالی نور، سرعت جریان و غلظت اکسیژن داخل لوله ها بستگی دارد. ممکن است کالکتور خورشیدی( مکانی که لوله ها در آن قرار می گیرند تا نور خورشید را دریافت کنند) با ورقه های سفید پوشیده می شوند تا احتمال دریافت نور خورشید توسط لوله ها بیشتر باشد.

سیستم کاری فتوبیوراکتورها به این صورت می باشد که ریز جلبک اولیه که به عنوان مایه تلقیح شناخته می شود به همراه آب ،داخل مخزن ریخته می شود و از آنجا توسط پمپ به لوله هایی که در کالکتور خورشیدی قرار دارند هدایت و پمپاژ می شود. مواد مغذی بعد از پمپ به آن افزوده شده و دی اکسید کربن در چندین مکان به داخل لوله ها تزریق می شود. برای اینکه اکسیژن موجود در داخل لوله ها باعث از بین رفتن ریز جلبک ها نشود در منطقه ای به اسم منطقه گازربایی اکسیژن از محلول کشت جدا می شود. همچنین سیستم ممکن است به یک خنک کننده نیز مجهز باشد تا دمای محیط کشت قابل کنترل شود. بهترین دما برای پرورش ریز جلبک ها بین 20 تا 28 درجه سانتی گراد می باشد. در انتهای لوله ها محلول کشت وارد مخزن بزرگ می شود و از آنجا برداشت انجام می گیرد. برای برداشت، می توان مخلوط آب و ریز جلبک را فیلتر کرده و از دستگاه  سانتریفوژ بهره برد. 

مزیت های این سیستم کنترل شدن محیط آن است که اجازه کشت میکروارگانیسم های مزاحم را نمی دهد و باعث افزایش تولید می شود. علاوه بر این در این سیستم میزان تبخیر آب کمتر بوده و آزاد شدن CO₂ در اتمسفر را نخواهیم داشت. این نوع کشت به سطح زمین کمتری نسبت به کشت روباز نیاز دارد. از معایب این سیتم هزینه بالای اولیه و عملیاتی آن که باعث شده کشت ریز جلبک در مقیاس تجاری در این سیستم ها با مانع بزرگی روبه رو شود.

انواع موجود فوتوبیوراکتورهای سربسته عبارتند از: 

• tubular
• flat plate
• air lift

در زیر نمودار مربوط به میزان تولید چند گونه جلبک آمده است.