کشت ریزجلبکها در آب های زائد (فاضلاب): راهکاری واقعبینانه؟
1 June 2025
کشت ریزجلبک با استفاده از آب های زائد یا فاضلاب( wastewater) بهعنوان یک راهبرد نویدبخش معرفی شده که میتواند پایداری در آبزیپروری و سایر بخشها را متحول کند. این همافزایی، که ترکیبی از تصفیه پساب و تولید زیستتودهای غنی از مواد مغذی است، کاملاً با مفهوم اقتصاد چرخشی زیستی همراستا است. با این حال یک مطالعه مروری جدید که در ژورنال Processes منتشر شده، به بررسی میزان واقعگرایانه بودن این رویکرد در شرایط کنونی پرداخته و جنبههایی مانند هزینهها، تأثیرات زیستمحیطی و میزان بلوغ واقعی این فناوری را تحلیل کرده است.
این ایده تازه نیست، اما توجه علمی به آن بهشدت افزایش یافته است. نتایج پژوهشی منتشر شده توسط دانشمندان گروه “تشدید زیرفرآیندها” در دانشگاه فدرال سانتا ماریا نشان میدهد که ترکیب واژههای “ریزجلبک” و ” فاضلاب” در پایگاههای داده علمی، از سال ۲۰۱۰ تا ۲۰۲۴ بیش از ۱۲٬۸۰۰ مقاله پژوهشی را بهدنبال داشته که ۶۲ ٪ از آنها تنها در پنج سال گذشته منتشر شدهاند. با وجود این اشتیاق گسترده، کاربرد تجاری در مقیاس بزرگ همچنان در حد یک وعده باقی مانده است. این بررسی تلاش میکند به یک پرسش کلیدی پاسخ دهد: آیا ما توان بالقوه این فناوری را بیش از حد ارزیابی کردهایم یا موانعی را که مانع تثبیت آن میشوند، دستکم گرفتهایم؟
توان بالقوه گیاه پالایی (Phycoremediation): فراتر از تصفیه آب تنها
فایکورمدیشن، یعنی استفاده از ریزجلبکها برای تصفیه پساب، نهتنها باعث پاکسازی آب میشود، بلکه آن را دگرگون میسازد. برخی گونههای ریزجلبک مانند Chlorella،Arthrospira وScenedesmus میتوانند تا ۹۰ درصد نیتروژن و فسفر موجود در فاضلاب را حذف کنند. در عین حال، زیستتودهای سرشار از پروتئین، چربی و کربوهیدرات تولید میکنند که برای کاربردهای متنوع، از جمله بهعنوان خوراک در آبزیپروری، بسیار مناسب است.
ریزجلبکها توانایی متابولیکی قابلتوجهی در جذب انواع گستردهای از آلایندهها دارند؛ از فلزات سنگین و آفتکشها گرفته تا داروها و آنتیبیوتیکها. این فرآیند از طریق سازوکارهایی مانند جذب زیستی سطحی (چسبیدن آلایندهها به سطح سلول) و جذب زیستی درونسلولی (ورود آلایندهها به داخل سلول) انجام میگیرد.
با این حال، برای اینکه این فرآیند بازده بالایی داشته باشد، معمولاً نیاز به پیشتصفیه فاضلاب وجود دارد؛ برای مثال غربالکردن برای حذف ذرات جامد یا ضدعفونیکردن بهمنظور کاهش رقیبان میکروبی. البته هدف اصلی در چارچوب اقتصاد چرخشی این است که این مراحل به حداقل برسند تا هزینهها کاهش یابد.
تحلیل فنی-اقتصادی: اعداد و ارقامی که پشت این وعده قرار دارند
جذابیت اصلی استفاده از فاضلاب، کاهش هزینههای عملیاتی است؛ چرا که نیاز به آب شیرین و کودهای شیمیایی را از بین میبرد. با این حال، توجیه اقتصادی این روش بهشدت به یک عامل کلیدی وابسته است: بهرهوری تولید زیستتوده.
این مطالعه دو سناریوی متضاد را بر اساس دادههای موجود در منابع علمی ارائه میدهد:
- سناریوی بدبینانه: در استفاده از فاضلاب یک واحد نفت و گاز، بهرهوری زیستتوده تا ۵۴٪ نسبت به کشت در محیط مصنوعی کاهش یافت. این کاهش باعث شد هزینه تولید از ۴٫۴۵ یورو به ازای هر کیلوگرم به ۹٫۶۹ یورو افزایش یابد؛ رقمی که بسیار بالاتر از هزینه هدف ۱٫۲۴ یورو به ازای هر کیلوگرم است، یعنی هزینهای که برای رقابت زیستتوده ریزجلبکی با کالاهایی مانند روغنهای گیاهی یا غلات در خوراک دام ضروری است.
- سناریوی خوشبینانه: در استفاده از فاضلاب صنعت لبنیات، بهرهوری زیستتوده به شکل چشمگیری افزایش یافت؛ از ۱۴٫۲ گرم در متر مربع در روز به ۴۵ گرم در متر مربع در روز. این افزایش فوقالعاده باعث کاهش هزینه تولید به تنها ۱٫۹۸ یورو به ازای هر کیلوگرم شد. این رقم به آستانه رقابتپذیری نزدیکتر است و نشان میدهد که ترکیب شیمیایی پساب، عاملی تعیینکننده است.
نتیجهگیری روشن است: صرفه اقتصادی این روش تضمینشده نیست. این موضوع تا حد زیادی به سازگاری بین گونه ریزجلبک و ترکیب فاضلاب مورد استفاده بستگی دارد.
پایداری زیستمحیطی: تعادلی ظریف و حساس
از دیدگاه زیستمحیطی، جایگزینی محیطهای کشت مصنوعی با فاضلاب، گامی بزرگ به شمار میرود. با این حال، ارزیابی چرخه عمر (LCA[1]) نشان میدهد که مصرف انرژی_بهویژه در مراحل برداشت، خشککردن و همزدن (اختلاط) در استخرها_همچنان یک چالش عمده است. مطالعه دو عامل کلیدی را شناسایی میکند که میزان تأثیر زیستمحیطی را تعیین میکنند:
- بهرهوری زیستتوده :همانند جنبه اقتصادی، هرچه بهرهوری پایینتر باشد، انرژی و منابع بیشتری برای تولید هر کیلوگرم زیستتوده مصرف میشود که میتواند مزایای زیستمحیطی بازیافت مواد غذایی را خنثی کند.
- منبع انرژی: در صورتی که انرژی مورد استفاده از منابع تجدیدپذیر تأمین شود، تأثیرات زیستمحیطی بهشدت کاهش مییابد. به عنوان نمونه پتانسیل گرمایش جهانی (GWP) میتواند از ۱۲۷ کیلوگرم معادل CO₂ به ازای هر کیلوگرم زیستتوده (در صورت استفاده از انرژی زغالی) اگر انرژی برقآبی استفاده شود به تنها ۰٫۷۷ کیلوگرم CO₂ کاهش یابد. استفاده از سیستمهای خورشیدی (فوتوولتائیک[2]) در محل تأسیسات، بهعنوان یک فرصت کلیدی برای کاهش این اثرات در حال ظهور است.
[1] LCA یا ارزیابی چرخه عمر مخفف عبارت Life Cycle Assessment است، ارزیابی چرخه عمر یک روش تحلیلی جامع برای بررسی تأثیرات زیستمحیطی یک محصول، فرآیند یا خدمت در کل دوره عمر آن است از استخراج مواد اولیه، تولید و حملونقل گرفته تا استفاده نهایی و دفع یا بازیافت.
[2] فوتوولتائیک (Photovoltaic) به فناوری تبدیل نور خورشید به برق گفته میشود. در این سیستمها، سلولهای خورشیدی (که معمولاً از جنس سیلیکون هستند) نور خورشید را جذب کرده و آن را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.این فناوری چقدر واقعاً بلوغ یافته است؟
برای اندازهگیری وضعیت توسعه، این مطالعه از مقیاس سطح آمادگی فناوری (TRL[3]) استفاده میکند که از عدد ۱ (تحقیقات پایه) تا ۹ (سیستم تجاری اثبات شده) متغیر است.
[3] TRL مخفف عبارت Technology Readiness Level به معنی سطح آمادگی فناوری است.TRL یک مقیاس استاندارد است که میزان پیشرفت و بلوغ یک فناوری را از مراحل اولیه تحقیقات تا رسیدن به کاربردهای تجاری و صنعتی، اندازهگیری میکند.
نتیجهگیری این است که کشت ریزجلبک در فاضلاب عمدتاً بین TRL ۴ تا ۶ قرار دارد. یعنی این فناوری در آزمایشگاهها و محیطهای عملیاتی مرتبط (کارخانههای آزمایشی با حجم تا ۱۰٬۰۰۰ لیتر) تأیید شده است، اما هنوز به مرحله عملیات تجاری پایدار و گسترده TRL (۷ تا 9) نرسیده است.
موانع گسترش این فناوری تنها فنی نیستند. بلکه شامل نبود چارچوبهای قانونی شفاف برای استفاده از این زیستتوده، بهخصوص در کاربردهای با ارزش بالا، و همچنین نبود یکپارچگی کافی با صنایعی است که پسابها را تولید میکنند هم هست.
نتیجهگیریها
اگرچه کشت ریزجلبک در فاضلاب یک راهحل کامل و همهجانبه نیست، اما یک آرمانگرایی غیرواقعی هم نیست. این فناوری پتانسیل ملموسی دارد و از مرحله اثبات مفهوم فراتر رفته است.
پایداری اقتصادی و زیستمحیطی این فناوری به شدت به بهرهوری زیستتوده وابسته است که آن هم به هماهنگی درست بین ترکیب پساب و نوع ریزجلبک بستگی دارد. هزینهها میتوانند رقابتی باشند و در سناریوهای ایدهآل تا ۱٫۹۸ یورو به ازای هر کیلوگرم کاهش یابند، اما اگر بهرهوری پایین بیاید، هزینهها بسیار زیاد و غیرقابل قبول خواهند شد.
راه پیش رو، همانطور که این تحلیل نشان میدهد، انتظار برای جهشهای بزرگ در حوزه سوختهای زیستی نیست، بلکه ساختن پایهای مستحکم از طریق «موفقیت های کوچک» است. اولویت دادن به محصولات میانی با ارزش افزوده، مانند خوراک آبزیپروری، بهعنوان جایگزینی منطقی و راهبردی مطرح میشود. این بازارها که نسبت به بازار مکملهای تغذیهای کمتقاضاتر اما نسبت به انرژی زیستی پرسودتر هستند، میتوانند سرمایهگذاری لازم برای بالغ کردن فناوری، بهینهسازی فرآیندها و در نهایت تثبیت کشت ریزجلبک در فاضلاب بهعنوان یکی از پایههای زیستاقتصاد چرخشی را جذب کنند.
