Coraz więcej firm zajmuje się zbieraniem lub hodowlą mikroalg. Są one cennym źródłem białka, aminokwasów i witamin naturalnego pochodzenia. Nie dziwi więc zastosowanie mikroalg do produkcji żywności, paszy dla zwierząt, nawozów i wysokiej jakości bioproduktów. Są składnikami produktów, jak chociażby biopaliwa, naturalne barwniki, preparaty do odbudowy skóry i gojenia blizn, a sproszkowane mikroalgi mające wyjątkowe wartości odżywcze doskonale uzupełniają żywność.
Ich mała fiolka to wydatek rzędu 100 złotych - przecież mówimy o surowcu pozyskiwanym z wody morskiej zajmującej ponad 70% powierzchni ziemi. W czym tkwi problem?
Dedykowane hodowle mikroalg są kosztowne, zbieranie mikroskopijnych komórek z ton słonej wody przypomina szukanie igły w stogu siana. Proces filtracji jest wieloetapowy i kosztowny, obejmuje najczęściej wstępną filtrację, odwirowywanie i osuszanie. Wykonuje się go raz na stałej objętości wody i ma sens jedynie w przypadku, gdy wiemy, że stężenie mikroalg jest bardzo duże.
Nadchodzi przełom?
W 2016 roku Brian Miller (Uniwersytet w Edynburgu) opublikował na łamach „Nature” artykuł poświęcony tzw. mikroprzepływom. Okazało się, że mikrokanały o określonej geometrii pozwalają na separację drobnych cząstek, a więc i mikroalg. Skonstruował urządzenie będące swego rodzaju labiryntem o jednym wejściu i dwóch wyjściach.
-
Wyjście A jest „dostępne” jedynie dla wody. Cząstki nie mogą przez nie wyjść. To oznacza, że woda wychodząca z wyjścia A nie zawiera już alg i może zostać odprowadzona z systemu.
-
Wyjście B jest dostępne zarówno dla wody, jak i mikroalg. Ponieważ część wody została jednak odprowadzona wyjściem „A”, to stężenie mikroalg jest tu wyższe niż na wlocie. Mieszanka może zostać odprowadzona do kolejnej filtracji do momentu uzyskania pożądanego stężenia mikroalg w wodzie.
Przedstawione rozwiązanie pozwala na zamianę dotychczas stosowanego wieloetapowego procesu jednym, który działa w trybie ciągłym. Bardzo więc możliwe, że zbliżamy się do momentu, kiedy mikroalgi będą dostępne powszechnie za dużo niższą cenę.
W celu skomercjalizowania rezultatów swoich badań Brian Miller wspólnie z Moniką Tomecką założyli szkocko-polski startup uFraction8. Aby stacja filtrująca osiągnęła parametry gwarantujące opłacalność rozwiązania, konieczne jest odpowiednie połączenie kilkudziesięciu lub nawet stu modułów filtrujących działających według opisanego wcześniej i opatentowanego rozwiązania.
Rola Politechniki Łódzkiej
W tym miejscu rozpoczyna się rola Politechniki Łódzkiej. Naukowcy z Instytutu Maszyn Przepływowych (zespół pod kierownictwem dr. hab. inż. Aleksandra Olczyka, dr hab. inż. Krzysztofa Sobczaka i moim) będą współtworzyli system przepływowy łączący moduły filtrujące.
W tym celu musimy najpierw dobrze zrozumieć, jak działa każdy z nich. Przeprowadzimy kompleksowe badania pojedynczego modułu i uzyskamy jego charakterystykę oraz określimy warunki, w których filtracja jest najbardziej skuteczna. Dzięki tej wiedzy będzie możliwe przeprowadzenie dalszych badań i prac projektowych mających na celu odpowiednie ukształtowanie kanałów przepływowych. Idealny kształt kanału to taki, w którym każdy filtr pracuje w zakresie optymalnym. To trochę jak strojenie instrumentów dla 100 -osobowej orkiestry.
Projekt ma charakter interdyscyplinarny i wymaga udziału specjalistów z wielu obszarów. Dr hab. inż. Krzysztof Sobczak poprowadzi badania numeryczne, a prace eksperymentalne będą nadzorowane przez dr hab. inż. Aleksandra Olczyka. Pomiar poziomu stężenia mikrocząstek w zawiesinie będzie możliwy dzięki współpracy z zespołem Rentgenografii Strukturalnej i Krystalochemii Wydziału Chemicznego.
Jeżeli uda się osiągnąć założone cele, to już niedługo mikroalgi przestaną być dobrem ekskluzywnym. Koszt ich pozyskania znacznie spadnie i będziemy wszyscy mogli korzystać z naturalnych produktów stworzonych na bazie mikroalg.
