Grønn gjenvinning av ressurser i avløpsvann

Ubehandlet gråvann, spesielt fra industrien, inneholder næringsstoffer som nitrogen og fosfor. Dette må fjernes før avløpsvannet slippes ut i kretsløpet igjen, for å unngå uønsket algeoppblomstring (eutrofiering) og forstyrrelse av økosystemer i vassdrag og havet. Én måte å gjøre dette på er å bruke naturens egne mekanismer ved å la mikroalger jobbe for oss.

Mikroskopisk samspill

I prosjektet GRAALrecovery forsker NIBIO og flere andre institusjoner på behandling av avløpsvann basert på et patentert system med alge-granulater. Dette fører til mer effektiv rensing av gråvannet, kostnadene reduseres og ressursene gjenvinnes. NIBIO har spesielt ansvar for gjenvinning av biomasse fra vannrensingen – i en sirkulær økonomisk sammenheng.

– Mikroorganismer som bakterier, virus, sopp, og mikroalger lever i et komplekst samspill, forteller NIBIO-forsker Ikumi Umetani.

– De har forskjellige egenskaper, og de bruker ulike stoffer til sin forbrenning (metabolisme). Noen organismer trives best i miljøer uten oksygen, mens andre krever oksygen. Hvert stoff brytes altså ned av bestemte typer organismer og danner andre stoffer som avfallsprodukter. Andre typer organismer utnytter de stoffene som blir igjen. Med andre ord, mikroorganismene i små mikrosamfunn tiltrekker hverandre, og slik dannes naturlige granuler hvor organismene spiller forskjellige roller og støtter hverandre. En slik mikrogranul er et eget, lite økosystem, framholder Umetani.

Sammen med prosjektleder i NIBIO, Michal Sposób, er hun nå halvveis i prosjektet, og har identifisert en rekke lovende arter av mikroalger.

Mikroalgene er nøkkelen

Mikroalgene spiller en avgjørende nøkkelrolle i renseprosessen som produserer granuler av organisk materiale.

– De fleste mikroalgene er såkalt fotoautotrofe. Det vil si at de trenger lys, uorganisk karbon og næringsstoffer som er mest tilgjengelige i form av mineraler. Følgelig sitter mikroalgene mest på overflaten av granulene, siden de trenger tilgang til lys. Der utnytter de næringsstoffer og karbondioksid som produseres av andre mikroorganismer. Selv bidrar mikroalgene med å produsere oksygen og organisk karbon gjennom fotosyntese, fortsetter Umetani.

I laboratoriet, og senere i industriell sammenheng, foregår denne prosessen i en bioreaktor. Da er man sikre på at mikroalgene blir værende i reaktoren etter at de har «lagt på seg». Biomassen, i form av granuler, kan da hentes ut og foredles videre, mens gråvannet er renset og kan tilbakeføres til kretsløpet.

Men, det stopper ikke der. Mikroalgenes vekst kan også manipuleres til å produsere spesifikke produkter.

Stressede alger kan manipuleres

Sposób og Umetani har eksperimentert med en rekke forskjellige mikroalger i forskjellige standardiserte avløpsvann, under forskjellige livsbetingelser og miljøforhold.

Forskjellige stressfaktorer, for eksempel temperatur eller surhet i vannet, påvirker mikroalgenes metabolisme. NIBIO-forskerne har også testet ut forskjellige konsentrasjoner og opptak av næringsstoffer som nitrogen og fosfor, og de har sett på sammensetningen av fettstoffer, karbohydrater og proteiner målt i biomassen.

– Hovedmålet med prosjektets første runde var å identifisere de beste algene for fangst av nitrogen og fosfor fra gråvann. I vårt videre arbeid retter vi fokus på biorestprodukter, altså det øvrige innholdet i biomassen som er produsert av mikroalger og som hentes ut fra gråvannet, forteller Michal Sposób.

– Mikroalger kan produsere forskjellige kjemiske forbindelser som kan nyttes til medisin, gjødsel og matvarer. For tiden er det ikke lov å benytte produkter som er laget fra gråvann, men i fremtiden kan algene bli en kilde til både proteiner, karbohydrater og fettstoffer.

– Vi har funnet spesielt to arter av mikroalger som produserer mye proteiner i gråvann. Over 70 prosent av cellene i disse er proteiner. Vi har et håp om at mikroalger i fremtiden kan nyttes som alternativ ressurskjede, sier Umetani.

– Mikroalger som skal nyttes til rensing av gråvann fra industri må være robuste og tåle forurensninger. Videre må avløpsvannet ha en viss gjennomsiktighet slik at algene kan utføre fotosyntese. For eksempel kan avløpsvann fra akvakultur være velegnet for rensemetoder som er basert på samarbeid mellom mikroalger og bakterier i alge-granulater, avslutter Sposób.