جلبک‌ها موجودات زنده با بیشترین کارایی
بخش دوم
سارا اورمیه
کاربرد جلبک‌ها به‌عنوان سوخت‌های زیستی
امروزه یافتن منابع انرژی تجدیدپذیر برای جایگزینی با سوخت‌های فسیلی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. آلودگی محیط زیست، انتشار گازهای گلخانه‌ای، تغییرات آب و هوا و نوسانات قیمت نفت خام ازجمله معایب سوخت‌های فسیلی است. در این وضعیت بیشتر توجهات به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر می‌رود، چرا که برای حفظ و پایداری محیط‌زیست استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر و زیست‌محیطی لازم است.
امروزه جلبک‌ها در حال تبدیل به منابع اصلی تولید سوخت‌های زیستی در جهان هستند. ماکروجلبک‌ها، گیاهان دریایی که به‌سرعت در حال رشد هستند و نیازی به زمین‌های قابل کشت، کود و آب شیرین ندارند. همچنین انواع مختلف اکوسیستم، مانند صخره‌های مرجانی، جنگل‌ها و سواحل صخره‌ای به‌طور مؤثر میزبان جلبک‌های دریایی هستند. این خصوصیات و ویژگی‌ها باعث شده است که آن‌ها منبع تغذیه‌ای بسیار مناسبی برای تولید بیواتانول باشند.
در این میان، سوخت‌های ریزجلبکی نیز دارای اهمیت هستند زیرا ریزجلبک‌ها دارای نرخ رشد بالا هستند، در زمین‌های غیر قابل کشت با میزان کم آب و در آب‌های شور کشت می‌شوند. همچنین در برابر گیاهان خشک‌زی توانایی بالاتری در تثبیت دی‌اکسید کربن دارند. شناخته‌‌شده‌ترین سوخت‌های جلبکی بیواتانول و بیودیزل می‌باشند که می‌تواند جایگزین دیزل نفتی شود. ریزجلبک‌ها شامل همه‌ی تک‌سلولی‌ها و میکروارگانیسم‌های چند سلولی ساده دربردارنده‌ی ریزجلبک‌های پروکاریوت مانند سیانوباکتری‌ها است.
به‌طورکلی در تولید سوخت‌های زیستی از ریزجلبک‌ها، دو راهبرد دنبال می‌شود: راهبرد اول، بیشینه کردن تولید لیپید به‌منظور تولید بیودیزل است. راهبرد دوم تولید بیشینه کربوهیدرات‌ها برای تولید بیواتانول. تولید لیپید توسط ریزجلبک‌ها با بهینه‌سازی شرایط رشد مانند کنترل سطح نیتروژن، شدت نور، دما، شوری، غلظت کربن دی‌اکسید و فرایند برداشت می‌تواند افزایش یابد. به‌طورکلی تجمع لیپید در ریزجلبک‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که مواد مغذی در محیط کشت کم باشد. تحت این شرایط تکثیر سلولی اتفاق نمی‌افتد اما کربن توسط سلول‌ها جذب می‌شود و به تری آسیل گلیسرول تبدیل می‌شود که در بین سلول‌ها ذخیره می‌شود و غلظت سلولی را افزایش می‌یابد.
استفاده از ماکروجلبک‌ها به‌منظور تولید انرژی نسبت به میکروجلبک‌ها دارای مزایایی مانند سادگی در برداشت و هزینه‌ی پایین سیستم جداسازی جلبک از محیط کشت آبی است. معمولاً در سیستم‌هایی که از میکروجلبک‌ها برای تولید انرژی استفاده می‌شود حدود ۱۱ تا ۸۱ درصد هزینه‌های عملیات در بخش برداشت میکروجلبک‌ها مصرف می‌شوند.
ماکروجلبک‌ها به دلیل دارا بودن خواص بیوشیمیایی مطلوب گزینه‌ی مناسبی برای تولید انرژی تجدیدپذیر محسوب می‌شوند.
اهمیت جلبک‌ها در اکوسیستم آبی
جلبک‌ها به‌عنوان یک منبع غذایی برای ماهیان، پستانداران و دیگر جانوران از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. وابستگی انسان به ماهی و سایر جانوران آبزی برای تکمیل خوراک خود واقعیتی است که بر کسی پوشیده نیست؛ بنابراین جلبک‌ها به‌طور غیرمستقیم ارزش بسیار ارزنده‌ای برای انسان‌ها دارند.
از ریزجلبک‌هایی مانند کلرولا و تتراسلمیس، ایزوکرایسیس و پاولوا برای پرورش آبزیان استفاده می‌شود. بسیاری از شرکت‌های آبزی‌پرور از کلرولا و اسپیرولینا استفاده می‌کنند. بعضی از ریزجلبک‌ها به‌عنوان منبعی از رنگ‌دانه‌های طبیعی برای میگو و ماهی قزل‌آلا و ماهی‌های زینتی استفاده می‌شوند. از ریزجلبک‌ها به‌طور مستقیم و غیرمستقیم در محیط کشت لارو برای تغذیه‌ی لاروها نیز استفاده می‌شود.
مزایای آبزی‌پروری به کمک میکروجلبک‌ها
مفهوم آبزی‌پروری به کمک میکروجلبک‌ها، تبدیل مواد آلی موجود در پساب‌ها به زیست‌توده‌ها به‌وسیله‌ی رشد میکروجلبک‌ها و همچنین بهره‌برداری از این زیست‌توده‌ها برای جایگزینی بخشی از خوراک آبزی‌پروری و تقویت ایمنی آبزیان است. از مزایای دیگر استفاده از سیستم میکروجلبک این است که می‌تواند شبیه یک پمپ زیستی عمل کند و باعث تسریع در دفع دی‌اکسید کربن، تولید اکسیژن و ایجاد یک محیط مناسب برای آبزیان شود.
تولید اکسیژن توسط میکروجلبک‌ها خطرات کاهش اکسیژن را کم می‌کند و باعث می‌شود که استفاده از دستگاه‌های هوادهی سنتی که انرژی زیادی را مصرف می‌کنند کمتر استفاده شود.
وجود میکروجلبک‌ها در مخزن پرورش ماهی ممکن است که رشد میکروارگانیسم‌های نامطلوب یا سمی را محدود کند و محیط مناسبی برای آبزیان ایجاد کند. درنتیجه میزان تعویض آب و هزینه‌های ناشی از آن نیز کاهش می‌یابد.
ازآنجا که ایمنی آبزیان با استفاده از میکروجلبک‌ها به‌عنوان تغذیه، افزایش می‌یابد درنتیجه می‌توان از مصرف بیش از حد آنتی‌بیوتیک‌ها یا داروها در آبزی‌پروری جلوگیری کرد.
پساب آبزی‌پروری می‌تواند توسط بیوتکنولوژی پیشرفته میکروجلبک‌ها با هزینه‌ی کم تصفیه شود.
همچنین با استفاده از زیست‌توده‌ها می‌توان بخشی از خوراک آبزی‌پروری را تأمین کرده و هزینه‌ی پرورش ماهی را نیز کاهش داد.
کاربرد جلبک‌ها برای تصفیه آب و فاضلاب
جلبک‌ها ظرفیت بالایی برای حذف محدوده وسیعی از آلاینده‌ها از انواع فاضلاب‌ها دارند. به‌همین دلیل استفاده از آن‌ها در کاهش میزان آلاینده‌ها از فاضلاب‌ها کاربرد زیادی دارد. فاضلاب‌های شهری حاوی مقادیر زیادی مواد آلی و معدنی است، ولی اکسیژن آن بسیار کم است.
یکی از روش‌های آسان که در ایستگاه‌های تصفیه‌ی آب برای تصفیه‌ی این نوع فاضلاب‌ها به کار می‌رود، ایجاد حوضچه‌های سیمانی کم‌عمق و با وسعت زیاد است. رشد جلبک‌ها در این حوضچه‌ها و فرایند فتوسنتز توسط آن‌ها باعث افزایش اکسیژن می‌شود. در اثر افزایش اکسیژن، تعداد میکروارگانیسم هوازی در آب زیاد شده و اکسیژن تولید شده به مصرف آن‌ها می‌رسد و میکروارگانیسم‌ها مسئولیت تجزیه نمودن بقایای مواد آلی را در فاضلاب‌ها به عهده دارند.
رشد جلبک‌ها به‌عنوان گیاه تصفیه‌کننده در کانال‌های فاضلاب‌ها نیز حائز اهمیت است. این جلبک‌ها برای انجام فعالیت‌های متابولیسم خود نیترات‌ها و فسفات‌ها را مصرف کرده و با انجام پروسه‌ی فتوسنتز، اکسیژن آزاد می‌کنند و اکسیژن آزاد شده به باکتری‌های هوازی کمک می‌کند تا در تجزیه‌ی مواد خام فاضلاب‌ها فعال باشند.
فاضلاب‌هایی که عمدتاً از ضایعات صنعتی و شهرنشینی ایجاد شده باشند دارای بسیاری از ترکیبات آلی و معدنی هستند که در آن‌ها حل شده و به حالت معلق در آمده است. تصفیه‌ی چنین فاضلاب‌هایی غالباً یک امر اکسیژناسیون تلقی می‌شود. اکسیژنه نمودن فاضلاب‌ها به‌خصوص در توده‌های کوچک نظیر استخرها ضرورت دارد تا بوی بد از آن‌ها برطرف گردد. لذا پدیده‌ی اکسیژنه نمودن به‌وسیله جلبک‌ها که به‌صورت طبیعی انجام می‌شود، بسیار متداول است و به این ترتیب جلبک‌ها نقش مهمی را در تصفیه‌ی فاضلاب‌ها به عهده دارند.