تولید سوخت‌زیستی از‌ جلبك‌های دریایی

بر اساس قوانین دریاها محدوده تا 320 كیلومتری ساحل، آب‌های سرزمینی یك كشور را تشكیل می‌دهد كه 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 كه در این منطقه وجود دارد آزاد است. با این حساب باید 320 كیلومتر بر عرصه ساحلی استان‌های ساحلی كشور افزوده شود، اما متاسفانه به‌‌رغم این‌كه كشور ما به این گنجینه عظیم دسترسی دارد بجز برداشت صید و به‌ طور كلی شیلات، نفت و گاز و مجموعه‌ای از ظرفیت‌های محدود در این زمینه از دیگر ظرفیت‌های نهفته در منابع آبی آن‌ طور كه باید استفاده نمی‌شود.

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

تولید سوخت‌زیستی از میكرو‌جلبك‌ها از جمله طرح جدیدی است كه در حوزه خلیج‌فارس راه‌اندازی و اجرایی شده است.
با دكتر مهدی محمدی رییس پارك علم و فناوری خلیج‌فارس در‌این‌باره گفت‌وگو كرده‌ایم كه در ادامه می‌خوانید.

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

در حقیقت ریزجلبك‌ها كارخانه كوچكی هستند كه با مصرف دی‌اكسیدكربن، قند و چربی تولید می‌كنند و به این ترتیب می‌توان از آنها در زمینه‌های مختلف استفاده كرد. ریزجلبك‌ها یا همان میكرو‌جلبك‌ها با مصرف دی‌اكسید‌كربن، چربی یا سوخت‌زیستی تولید می‌كنند. اندازه این گروه از جلبك‌ها در حدود 5 تا 20 میكرون است، اما این موجود بسیار كوچك تنها با استفاده از نور خورشید و دی‌اكسید‌كربن می‌تواند سوخت تولید كند. براساس این طرح استخرهایی برای كشت میكروجلبك‌ها احداث می‌شود. متوسط تولید برای هر هكتار 240 تن توده زنده یا جلبك است. نصف این مقدار به‌ طور مستقیم تبدیل به سوخت‌زیستی می‌شود. به عبارت دیگر این جلبك 50‌درصد چربی در خود ذخیره می‌كند كه تبدیل به بیودیزل یا سوخت‌زیستی می‌شود. 50 درصد دیگر این جلبك را تركیبات سلولزی تشكیل می‌دهد كه می‌توان از طریق فرآیند تخمیری آن را به بیواتانول تبدیل كرد؛ یعنی از این جلبك دو نوع سوخت تولید می‌شود و هیچ ضایعاتی هم ندارد. حتی اگر سلولز هم به سوخت تبدیل نشود می‌توان با توجه به این‌كه منبعی غنی از سلولز است با مقداری تغییر، آن را به عنوان خوراك دام مورد استفاده قرار داد. در حال حاضر این طرح به عنوان یكی از طرح‌های كلان ملی مورد توجه قرار گرفته است. خانم دكتر معظمی كه چند سال است در زمینه غربالگری ریزجلبك‌های خلیج‌فارس مطالعه و تحقیق می‌كند، مجری این طرح است. برای این كار 122 گونه از ریزجلبك‌ها در اندازه‌های میكرونی موجود در خلیج‌فارس جداسازی شده و درباره آنها مطالعاتی انجام شده تا میزان ذخیره چربی در این جلبك‌ها 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 كه در مراحل بعدی نیز با موفقیت همراه باشد روند اجرایی آن بزودی انجام خواهد شد. در حال حاضر این امكان وجود دارد كه این طرح در خانه‌های روستایی این منطقه اجرایی شود. فقط كافی است پساب خانه‌های روستایی جمع‌آوری شود. در این صورت كشت ریزجلبك‌ها به روشی ساده برای تامین سوخت مورد نیاز خانه‌ها امكان‌پذیر است. به عبارت دیگر می‌توان این طرح را بومی‌سازی كرد. در مقیاس صنعتی هم به تجهیزات پیشرفته‌ای نیاز نداریم.
یكی از مهم‌ترین شرایط لازم برای رشد میكروجلبك‌ها وجود نور خورشید است. در جنوب كشور به‌ طور متوسط 280 روز آفتابی داریم كه از شاخص‌های خوب برای پرورش میكروجلبك‌هاست. با توجه به این‌كه عمق این استخرها در حدود 30 سانتی‌متر است می‌توان تنها با روی هم قرار دادن دو بلوك، آب را در این عمق نگهداری كرد. یك لایه پلاستیكی در كف استخرها انداخته و آب را به گردش در می‌آوریم. بنابراین هیچ محدودیتی در زمینه اجرایی‌شدن این طرح وجود ندارد و پیش‌بینی می‌شود در آینده‌ای نزدیك اجرایی شود.

در هر جایی كه آفتاب كافی در اختیار داشته باشیم این امكان وجود دارد كه بتوانیم از میكرو‌جلبك‌ها، سوخت‌زیستی تولید كنیم؟

به شرط این‌كه آب شور در دسترس باشد، این كار امكان‌پذیر است؛ یعنی یك شرط مهم و اصلی برای كشت ریزجلبك‌ها نزدیكی به دریاهاست. ترجیحا بهتر است این طرح در یك منطقه صنعتی اجرایی شود تا دی‌اكسید‌كربن كافی دراختیار داشته باشیم. در حال حاضر طرحی ارائه شده است كه بر اساس آن اگزوز یا خروجی نیروگاه‌ها سرد شده و مستقیم وارد این استخرها می‌شود. در اغلب مجتمع‌های پالایشگاهی با مشكل افزایش گاز دی‌اكسید‌كربن مواجه هستیم. در این صورت می‌توان از این گاز برای تولید سوخت‌زیستی از جلبك‌ها استفاده كرد و انتشار این گاز را كاهش داد. كشور ما از نظر تولید دی‌اكسید‌كربن در سطح دنیا مقام نهم را دارد. به ازای تولید هر‌تن دی‌اكسید‌كربن باید 60 دلار جریمه پرداخت كنیم. در مقابل به ازای حذف یا مصرف هر تن دی‌اكسید‌كربن 20 دلار پاداش داده می‌شود؛ یعنی اگر این طرح تثبیت شود می‌توانیم میزان تولید این گاز سمی را كاهش دهیم و نه‌تنها مشمول جریمه نشده، بلكه امتیاز بیشتری بگیریم.

آیا جلبك‌های دیگر نیز از خواص مشابه ریزجلبك‌هایی كه در این طرح مورد استفاده قرار گرفته، برخوردار است؟

ما چندگونه جلبك داریم كه توانایی ذخیره چربی بالایی دارند، اما سوخت‌زیستی كه از این جلبك‌ها تهیه می‌شود بر اثر سوختن، دی‌اكسید‌كربن تولید می‌كند. گونه‌ای از جلبك‌های قهوه‌ای موسوم به دیاتومه حاوی تركیبات سیلیسی است. در این تركیبات دی‌اكسید‌كربن به‌ طور كامل حذف می‌شود و می‌توان چربی ذخیره شده در این جلبك‌ها را به‌‌طور كامل استخراج كرد. البته ذخیره چربی در این گروه از جلبك‌ها كمتر است و اگر بتوان بر اساس روش‌های رایج در بیوتكنولوژی در این جلبك‌ها تغییرات ژنتیكی ایجاد كرد كه میزان ذخیره چربی آن بالاتر شود، این گروه از جلبك‌ها را نیز می‌توان برای تهیه سوخت‌زیستی مورد استفاده قرار داد. هر گروهی از جلبك‌ها می‌تواند به عنوان منبعی برای تولید سوخت‌زیستی مورد استفاده قرار گیرد؛ اما بهترین منبع جلبكی است كه ذخیره چربی بالایی داشته باشد یا بهتر است از ریزجلبك‌ها باشد كه در این طرح مورد استفاده قرارگرفته است. 45 تا 60 درصد ذخیره چربی در این میكروجلبك‌ها قابل استفاده است بنابراین در هر تن از این زیست توده ظرفیت تولید قابل ملاحظه است، اما اگر در جلبك‌ها میزان ذخیره چربی 3 تا 5 درصد باشد در این صورت ارزش اقتصادی ندارد.

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

برای این كار به آب دریا نیاز داریم؛ بنابراین در اقدام اول باید آب دریا را از طریق كانال‌هایی به استخرهایی كه برای كشت میكرو‌جلبك‌ها در نظر گرفته شده، منتقل شود. بهتر است آبی كه از دریا به استخرها منتقل می‌شود عاری از باكتری‌ها و جلبك‌های دیگری باشد كه مانع رشد ریزجلبك‌ها می‌شود؛ بنابراین معمولا پیش از انتقال آب دریا آن را از طریق تابش اشعه فرابنفش استریلیزه می‌كنند یا این‌كه از فیلترهایی برای تصفیه آب دریا استفاده می‌شود و سپس به استخرهایی كه عمق آنها 30 سانتی‌متر است، منتقل می‌شود. در مرحله بعد استخرها اصطلاحا تلقیح می‌شود، یعنی به ازای هر لیتر از آب دریا چهار سی‌سی جلبك به آن اضافه می‌شود. پس از آن مرحله هوادهی است.
بهتر است در این مرحله مقداری دی‌اكسید‌كربن از نیروگاه‌ها به استخرها منتقل شود. این كار نه‌تنها تولید این گاز در نیروگاه‌ها را كاهش می‌دهد، بلكه به تسریع رشد جلبك‌ها هم كمك می‌كند. اگر گاز دی‌اكسید‌كربن به استخرها تزریق نشود مرحله تولید تا برداشت از یك هفته به دو هفته افزایش پیدا می‌كند. 30 درصد هزینه تولید سوخت‌زیستی مربوط به مرحله برداشت است. در این مرحله از غربالگری‌های خاصی استفاده می‌شود. با توجه به اندازه بسیار كوچك میكروجلبك‌ها 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 كه موجب می‌شود ریزجلبك‌ها ته‌نشین و جداسازی شوند، اما این مواد شیمیایی می‌تواند پیامدهایی را برای محیط‌زیست به همراه داشته باشد. در فرآیند استخراج چربی از جلبك‌ها، آنها را تحت فشار قرار می‌دهند تا فشرده شده و سپس آب آن را می‌گیرند. آب جدا شده از جلبك‌ها از طریق فرآیند سانتریفیوژ موقت، چربی‌گیری شده و چربی مستقیم‌ با تركیبات آنتی‌اكسیدان مخلوط شده و در نهایت به سوخت‌زیستی تبدیل می‌شود.

از این سوخت‌زیستی در چه زمینه‌هایی می‌توان استفاده كرد؟

سوخت‌زیستی به‌دست آمده این قابلیت را دارد كه به عنوان منبع سوخت خانگی مورد استفاده قرار گیرد. علاوه بر این با‌توجه به ویژگی‌های خاص میكرو‌جلبك‌ها 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 كرد. اگر در تركیب 20 تا 25 درصد بدون تغییر به گازوئیل افزوده شود می‌توان به عنوان سوخت خودرو نیز از این سوخت استفاده كرد، اما اگر بخواهیم به عنوان یك منبع دائم از این سوخت استفاده كنیم باید در موتور خودروها تغییراتی ایجاد شود؛ چراكه استفاده دائم از این سوخت‌زیستی، خوردگی را در موتور خودرو افزایش می‌دهد.
میكروجلبك، گنجی ارزشمند
پیش‌بینی می‌شود تاكنون حدود 8000 گونه از ریزجلبك‌ها 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 یك میكروجلبك شش تا هفت دانشجوی دوره دكتری و چند دانشجوی مقطع كارشناسی ارشد فارغ‌التحصیل می‌شوند و این در حالی است كه همان میكروجلبك قابلیت راه‌اندازی یك كارخانه بزرگ را هم دارد.
از ریزجلبك‌ها علاوه بر تولید سوخت زیستی می‌توان در زمینه تولید داروهایی كه تحت عنوان اكسیر جوانی از آنها نام برده می‌شود و همچنین تولید مكمل‌های غذایی استفاده كرد. افزایش سن موجب پیری سلول‌ها می‌شود. اگر سلول‌ها به طور دائم از موادی كه حاوی آنتی‌اكسیدان‌ها هستند تغذیه كنند، روند پیری سلول‌ها به تاخیر می‌افتد.
بررسی‌های انجام شده نشان داده است اگر مواد آنتی‌اكسیدان در برنامه غذایی روزانه افراد مورد توجه قرار گیرد، روند پیری 15 تا 20 سال به تاخیر می‌افتد. ریزجلبك‌ها حاوی آنتی‌اكسیدان زیادی هستند و از این رو استفاده از آنها در فرآیند تولید داروهای اكسیر جوانی مورد توجه قرار گرفته است.

یكی از مهم‌ترین آنتی‌اكسیدان‌هایی كه در ریزجلبك‌ها یافت می‌شود رنگدانه بتاكاروتن است كه در هویج هم وجود دارد.
علاوه بر بتاكاروتن در این جلبك‌ها آنتی‌اكسیدان‌هایی نظیر آستاگزانتین و تركیبات حاوی كلروفیل نیز یافت می‌شود بنابراین می‌توان از آنها به عنوان یك آنتی‌اكسیدان در تهیه دارو یا مكمل غذایی استفاده كرد.
ریزجلبك‌هایی كه در پارك علم و فناوری خلیج فارس برای تهیه مكمل‌ها و داروها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته‌اند، حاوی اسیدهای چرب امگا 3 هستند.
گونه‌ای از آن در خلیج فارس شناسایی شده كه 20 درصد آن را DHA تشكیل می‌دهد. DHA نوعی اسید چرب است كه در رشد مغز جنین بسیار موثر است. اگر DHA كافی 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 كمبودی در بدنشان وجود نداشته باشد. گونه‌ای جلبك هست كه DHA بالایی دارد.
با استفاده از روش‌هایی می‌توان آن را از جلبك‌ها استخراج كرده و در تهیه داروهای مكمل غذایی مورد استفاده قرار داد. بنابراین می‌توان گفت میكروجلبك‌ها گنجینه ارزشمندی هستند كه می‌توان در زمینه‌های مختلف از قابلیت‌های آنها استفاده كرد