Enzymer?
Tørket biomasse?
Våtpellet? Antioksidanter?
Pigmenter?
Fiskefor?
Biofuel?
Dyrefor?
Verdifulle kjemikalier?
Medisin?
Omega-3?
Norges Arktiske Universitet, Tromsø
20 mai 2015
Trond Jørgensen
et UiT – Finnfjord pilot-prosjekt
Massekultivering av diatomeer:
Produksjon av litt av hvert
ved Finnfjord ferrosilisium
smelteverk, og opptak av CO2
CO2 pathway
Energy pathway
Factory fumes
(CO2, N, Fe, Si)
CO2 sequestration
in Sea
Diatom mass
cultivation
Enriched Natural
Primary Production
BULK BIOMASS
Increased Fish
Stocks
BIO
FUEL
FISH
FEED
OMEGA- 3
PHARMACEUTICALS
Fase I: Artsvalg og
optimalisering
Belysning
Sollys, LED
1984
Innsamlingstokt
- Nord Norge og Arktis
Automasjon
Taksonomi
-Morphology, !8S
Avl
Optimalisering lipidinnhold,
Rubisco og veksthastighet
- Alltid 2 arter i prosessering
Analyser
-Lipider
- Proteiner, Rubisco
- Karbohydrater
- Genetikk
Stamkultursamling
- Kiselalger fra NN og
Arktis
Funksjonelle arter (UIT)
- Optimaliserte stammer
Oppskalering ved
Finnfjord når en art 2015
“oppfører” seg
tilfredstillende!
-Bioprospektering (Marbio)
-Ved UIT har vi dyrket alger > 35 år
-UIT - Finnfjord prosjektet startet (planlegging)
for 4 år siden og ble realisert med
-Støtte fra RDA-IN-UIT-Finnfjord i 2014
??
Fase II: Oppskalering
Funksjonell art
CO2 opptak
-Rensing
- Innblandingsteknologi
-Sjø-dumping
2015
mai
Belysning (UIT)
Sollys, LED
Vannrensing,
næringssalter
Fotobioreaktor – konstruksjon
Automasjon
-Sensorteknologi
-Regulering av (kontinuerlig)
produksjon
Avvanning – Prosessering
??
Toxisitet i røyk?
Stabilitet eksponensiell fase?
Klogging?
Stabilt kjemisk innhold?
Kontaminering?
Miljødirektoratet?
Kostnader?
Mikserate?
Produksjonshastighet?
Lengde produksjonssyklus?
++??++??
”Vanlige” Fotobioreaktorer
UIT – Finnfjord
Konseptet
Cellestørrelse
Små (5 – 10 mm)
Store (50 – 300 mm)
Lys-Dyp
Kort (0.1 – 1m)
Langt (1 – 6m)
PBR-type
Små (flate) tanker–Store dammer
Store tanker (lite areal)
Volum spesifikk
produksjon
Middels-Høy (1 – 5 g L-1 Dag-1)
Middels (0.5 – 2 g L-1 Dag-1)
CO2 fiksering
(spesifisitet)
Normal
Høy (effektivt Rubisco)
Prosessering
Vanskelig (små celler)
Kjemisk
Optimalisering
?
Lettere p.g.a. store celler
GOD! Artsvalg - Stammer, AVL,
LIPID
Vi gjør alt motsatt!
+ gjødsling sjøområder + CO2 fjerning
Hvorfor DIATOMEER?
Når ?????
1. Vi har hatt fokus på nordlige diatomeer (fysiologi og
vekstmiljø) i mere enn 35 år,- i felt og laboratorium
2. Det er en årsak til at diatomeer dominerer nordlige
områder (lave temperaturer, lite lys, mørketid) og
holder oppe noen av verdens største fiskebestander!
3. Nordlige diatomeer er tilpasset lite lys
60
50
Sørlig diatomee/mikroalge
40
30
Nordlig/Arktisk diatomee
Photosynthetic rate
20
10
0
0
100
200
300
m mol
m-2
400
500
600
s -1
-Pmax for mange nordlige arktiske diatomeer er rundt 30 –
50 mmol m-2 s-1
-For sørlige arter er Pmax ofte rundt 200 – 300 mmol m-2 s-1
-Nordlige arter egner seg derfor godt i fotoinkubatorer
hvor det raskt oppstår lysbegrensning!
4. Nordlige diatomeer er tilpasset lite lys
100L søyle, produksjon i eksponensiell fase =
~0.1g DW L-1 = ca. 1255200 J
Tilsvarer ca. 1W energi produsert døgn-1
Belysning = ca. 15W (Clas Ohlson)
-Dette tilsvarer en fotosyntetisk effektivitet
(lysutnyttelse) på 6%
???????????????????
5. Diatomeer er store!
12000000
10000000
8000000
) -3 mm
6000000
Volum (
4000000
2000000
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
Diameter (m m)
Når DIAMETEREN til en
organisme øker med første
potens --øker VOLUMET med
tredje potens!
Man kan plassere 120 000 (små) Chlorella inne i en stor Coscinodiscus som vi dyrker!
Dette har den konsekvens at det blir mindre selvskygging pr. biomasse-enhet
= man kan operere en PBR med lengre lysdyp
Attheya
longicornis
10 mm
Porosira
glacialis
50 mm
Coscinodiscus
concinnus
200 mm
Scan by Anni Lemoskuro
Når celleldiameteren øker fra 10 til 200 mm, avtar lys
(VIS) absorpsjonen betrakterlig!
Dette innebærer en mye mere effektiv utnyttelse av
lyset i FOTOBIOREAKTOREN
Det er samme biomassekonsentrasjon i alle tre kolbene! Høyre Coscinodiscus sp. (200 um),
midten Porosira sp. (40 um), and venstre Pyramimonas sp. (5 um).
5. Diatomeer utnytter flukturerende lys bedre!
I sjøen og i kulturer fluktuerer lyset alltid kraftig!
Intensiteten i moderne
LED lys kan reguleres m.h.t. intensitet ved
at lyset slås av/på mange(varierende) x pr. sekund!
Dette fører til en bedre utnyttelse av lyset hos
diatomeer!
6. Nordlige (kaldtvanns) Diatomeer utnytter lave
CO2 konsentrasjoner bedre!
Specificity of Diatom Rubisco
Richard P. Haslam, Alfred J. Keys, P John Andralojc, Pippa J. Madgwick, Inger
Andersson1, Anette Grimsrud2, Hans C. Eilertsen2, Martin A.J. Parry*.
Specificty Factor
160
T. aestivum
T. antarctica
140
S. costatum
C. socialis
120
T. hyalina
100
80
60
0
10
20
Temperature (oC)
30
6. Diatomeer er vakre!
7. Diatomeer hører
hjemme i nord!
Vi bruker kun stedegne arter
Hvorfor
Finnfjord?
Finnfjord er verdens mest energi-effektive ferrosilisum smelteverk,
men en av de 10 største CO2 produsentene i Norge (No. 3?)
1. Røykgassen fra Finnfjord
inneholder massevis av CO2
Komponent
1 Karbondioksid, CO2
2 PAH
Flyktige
3 bestanddeler,VOC
4 Lystgass, N2O
5 Metan, CH4
6 Karbonmonoksid, CO
7 INSTOV
8 Nitrogenoksider, NOx
9 Svoveldioksid, SO2
10 Dioksiner
11 Kadmium, Cd
12 Molybden, Mo
13 Nikkel, Ni
14 Kvikksølv, Hg
15 Krom, Cr
16 Kobber, Cu
17 Arsen ,As
18 Bly, Pb
19 Sink, Zn
FAS pr Nm3
Kommentar
600 000 Dimensjon tonn/år
76484 mg/Nm3
402000
0,038 mg/Nm3
0,2
1,142 mg/Nm3
11 mg/Nm3
32 mg/Nm3
37 mg/Nm3
3800 mg/Nm3
285 mg/Nm3
342 mg/Nm3
0,000000114
2 mg/Nm3
0,000381 mg/Nm3
0,001142 mg/Nm3
0,009513 mg/Nm3
0,001712 mg/Nm3
0,003805 mg/Nm3
0,009513 mg/Nm3
0,009513 mg/Nm3
0,015221 mg/Nm3
0,041857 mg/Nm3
6
60
170
196
19973 Ca 90 % SiO2
1500
1800
0,0000006
0,002
0,006
0,05
0,009
0,02
0,05
0,05
0,08
0,22
Massedyrking av mikroalger i konsentrasjoner over ca. 0.03 g DW L-1 krever tilsetting av
CO2 utover vanlige sjø-konsentrasjoner. CO2 er dyrt å kjøpe!
2. Finnfjord as produserer elektrisk
energi tilsvarende ½ Alta-Kraftverk,
tilsvarende 0,25 % av Norges årlige
vannkraftproduksjon på ca. 130 TWh!
Damp-turbin
0.325 TWh år-1 = masse dyrkingslys i vintermørket!!
3. Silica støvet i røykgassen inneholder Fe, NO2, Si (bla.)
Jern!
Nitrit
Silikat!
Viktige begrensende faktorer for vekst er:
N, Si, P og Fe!
Finnfjord-røyken inneholder mye CO2, Fe og N og SI!!! Da
trenger vi kun å tilsette P!
4. Finnfjord er nært Tromsø (UiT)
Hva (skal vi)
produserer vi?
Species acronym
Maximum recorded
working Biomass
(g DW L-1)
Produced
Biomass
(g DW Day-1L-1)
Skeletonema marinoi
0.020
0.020
80
Coscinodiscus sp.
0.030
0.030
120
Attheya longicornis
0.060
0.060
240
Chaetoceros furcellatus
0.069
0.069
210
Super-diatome?
0.250
< 0.220
1200
I utganspunktet skal vi kun produsere biomasse/våt-pellet!!
Resten kommer etterhvert!
Produced biomass
(Kg DW Day-1)
PBR=4 000 000L
Produksjon/år
(Kg DW År-1)
PBR=4 000 000L
360 000
Produksjon er det som teller, ikke akkumulering!
Prosent av totalt fett
Art
Protein
Fett
Fettsyrer
PUFA EPA
N-3
DHA
Art 1
40.5
16.2
59.0
23.2
16.5
1.9
Art 2
31.1
12.6
47.8
16.8
10.8
2.2
Prosent av DW
100%
90%
22%
28%
35%
80%
38%
34%
38%
51%
50%
53%
47%
4%
43%
43%
41%
42%
50%
51%
56%
70%
60%
others
4%
60%
15%
6%
EPA
36%
50%
12%
32%
22%
20%
4%
13%
5%
16%
6%
26%
12%
13%
22%
25%
36%
16%
2%
6%
7%
5%
10%
25%
24%
18%
3%
3%
9%
4%
3%
2%
3%
35%
20%
12%
13%
535
536
18%
linoleic
oleic
17%
stearic
12%
14%
12%
7%
20%
linolenic
4%
7%
16%
16%
arachidonic
14%
15%
16%
40%
30%
DHA
4%
7%
21%
15%
2%
3%
33%
2%
3%
5%
6%
25%
11%
14%
14%
544
545
29%
3%
12%
0%
531
532
533
534
537
538
539
540
541
542
543
glycerides
Mye EPA,
mindreDHA
- glycolipids
10-20% lipid av DW, 20-25% n-3 PUFAs
“godt” protein innhold, 10-25% of DW
546
547
548
palmitic
Våre sjøområder er
undermettet på CO2!!
CO2,N, Si
og Fe
anriket
sjøvann
Dette kan vi utnytte ved
å anrike sjøvann med
CO2,N, Si og Fe
(fra støv/røyk) .
Dette opprettholder
veksten i
FOTOBIOREAKTOREN.
Leder vi overskuddsvann
også mettet med CO2,
N, Si og Fe I sjøen fjerner
vi CO2 på tre vis:
1) Ved algevekst i
fotobioreaktoren
2) Ved absorpsjon i
sjøvann utenfor
fabrikken
3) Ved økt vekst i
naturlige bestander i
sjøen.