Mikroalger kan producera biodiesel i mörker

Mikroalger är fotosyntetiska, snabbväxande encelliga organismer som lever i vatten och producerar stora mängder proteiner, fettsyror och kolhydrater. För att mäta hur mycket av dessa ämnen som produceras under mikroalgernas tillväxt, kopplade Jean Claude Nzayisenga, forskare vid Umeå universitet, ihop två olika metoder. Dels den optiska metoden Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR), dels den komplexa matematiska modelleringsmetoden Multivariate Curve Resolution-Alternating Least Squares (MCR-ALS).

Kombinerande två metoder

I sin avhandling har han visat att kombinationen av de två metoderna är användbar för att analysera förändringar i fettsyra-, kolhydrat- och proteininnehåll.

– Det är redan påvisat att FTIR-spektroskopi möjliggör mätning av fettsyra- och kolhydratinnehåll i mikroalger. Jag jämförde våra resultat med de som erhålls genom att använda andra standardtekniker, och kunde visa att FTIR är en användbar metod för att övervaka förändringar av den biokemiska sammansättningen i mikroalger. Eftersom FTIR är en relativt snabb metod kan den tillämpas dagligen för att övervaka ett odlingssystem för mikroalger, säger Jean Claude Nzayisenga.

Vissa alger kan växa utan ljus

Han arbetade med olika mikroalgstammar som isolerats i norra Sverige och är anpassade till långa vintrar med låga temperaturer och bara några timmars ljus. Han isolerade dessutom själv en art av algen Chlorella från Umeå kommuns avfallsvatten.

Vissa av dessa mikroalger, inklusive den som Jean Claude Nzayisenga själv isolerade, kan växa även utan ljus – så länge det finns en alternativ kolkälla. Mikroalgerna odlades antingen:

• med ljus och koldioxid, för att göra det möjligt för mikroalgerna att fotosyntetisera,
• med ljus och glukos eller glycerol som kolkälla, så att de fortfarande delvis kunde fotosyntetisera, eller
• utan ljus men med tillgång till glukos eller glycerol, så att de var helt beroende av den externa kolkällan.

Lovande för produktion av biodiesel

– När jag odlade mikroalger utan ljus, men med glycerol som kolkälla, kunde jag se att mikroalgerna producerade stora mängder fettsyror och att sammansättningen av dem ser lovande ut för biodieselproduktion, säger Jean Claude Nzayisenga.

– Vi valde glycerol eftersom det är en billigare kolkälla än glukos. Glycerolen är dessutom en biprodukt från biodieselproduktion och bidrar därför till ett mer hållbart och kostnadseffektivt produktionskretslopp. I framtiden skulle det vara intressant att testa även andra kolkällor som producerats som industriella biprodukter eller kommer från matavfall.

I ett annat experiment testade Jean Claude Nzayisenga effekten av olika ljusintensiteter för produktion av fettsyror. Mikroalgerna visade sig producerade mer fettsyror vid hög ljusintensitet än vid låg. Även här såg sammansättningen av fettsyror lovande ut för biodieselproduktion.

Han analyserade också vilka biokemiska förändringar som var förknippade med produktionen av fettsyror. Vid odling utan ljus, i närvaro av kolkällan glycerol, bildades fettsyror på bekostnad av mängden kolhydrater. Vid starka ljusförhållanden var det i stället på bekostnad av mängden proteiner.

Kan gynna avloppsrening

I de flesta av sina experiment jämförde Jean Claude Nzayisenga olika stammar av mikroalger och utvärderade vilken stam som hade de bästa egenskaperna för biodieselproduktion under olika tillväxtförhållanden.

Han analyserade också mikroalgstammarnas förmåga att ta upp näringsämnen från kommunalt avloppsvatten för att se om de skulle kunna gynna avloppsreningen. Alla testade mikroalgstammar kunde ta upp det mesta av kvävet och fosforn – de viktigaste föroreningarna – från avloppsvattnet.

– Mina resultat visar att det finns möjligheter att använda mikroalger för avloppsreningen – och parallellt producera råmaterial för biodieselproduktion.

Avhandling:

Autotrophic and heterotrophic culture of Nordic microalgae in wastewater for lipid production

Kontakt:

Jean Claude Nzayisenga, Institutionen för fysiologisk botanik,
Umeå Plant Science Centre, Umeå universitet, jean.claude.nzayisenga@umu.se