Biotechnologie jednobuněčných řas je jedním z témat studovaných na našem ústavu. Jedná se o multidisciplinární téma spadající do oblasti aplikovaného výzkumu. Jedním z podtémat je i problematika sklízení jednobuněčných řas, neboť tento krok je během produkce řasové biomasy pro potravinářské účely jeden z energeticky nejnáročnějších. Chlorella vulgaris, jako typický zástupce jednobuněčných řas hojně využívaný jako potravinový a krmivový doplněk, má buňky o průměru přibližně 10 μm. Díky této malé velikosti tvoří buňky stabilní suspenzi, sedimentují velice pomalu a jejich filtrace je velice obtížně proveditelná. V praxi je proto nejčastěji používanou metodou sklízení centrifugace na talířových odstředivkách, která má ovšem vysokou spotřebu elektrické energie. Výzkum pod vedením Dr. Brányikové nedávno publikovaný v prestižním biotechnologickém časopise Bioresource Technology byl zaměřen na studium využití elektrokoagulace jako alternativního způsobu sklízení řas, který by mohl vést k významnému snížení energetických nákladů procesu.
Elektrokoagulace je jev, kdy jsou do řasové suspenze vloženy kovové elektrody, anoda se díky přivedenému elektrickému proudu pomalu rozpouští, přičemž dochází k uvolňování kationtů kovu do roztoku. Vzhledem k tomu, že řasové buňky jsou negativně nabité, dochází k elektrostatické interakci s pozitivně nabitými ionty, což vede k agregaci buněk do shluků, které již mají dobré sedimentační vlastnosti. V práci byl studován vliv řady parametrů na účinnost tohoto procesu, jeho energetickou náročnost a míru “kontaminace“ sklizené biomasy elektrodovým materiálem (v tomto případě železem). Naprosto novým a dosud nikde nepublikovaným výsledkem je zjištění, že při aplikaci optimalizovaných podmínek procesu je možné udržet obsah železa v biomase na takové úrovni, že získaná biomasa vyhovuje legislativním požadavkům kladeným na potraviny. Unikátní je také zjištění, že zařazení elektrokoagulace jako předkoncentračního kroku před centrifugaci ušetří téměř 90% energetických nákladů na separaci biomasy.
Obrázek: Jednotlivá stadia při elektrokoagulaci Chlorella vulgaris: (1) původní stabilní suspenze, začíná probíhat elektrolýza; (2) destabilizovaná suspenze, probíhající koagulace; (3) Sedimentace vzniklých agregátů.
- Simona Lucakova, Irena Branyikova, Sara Kovacikova, Martin Pivokonsky, Monika Filipenska, Tomas Branyik, Marek C. Ruzicka: Electrocoagulation reduces harvesting costs for microalgae. Bioresource Technology 2021, 323(March 2021), 124606 (8 pp). DOI: 10.1016/j.biortech.2020.124606