Caratteristiche di coltivazione delle microalghe utilizzando aria disponibile in commercio

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3792 (2023) Citare questo articolo

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Gli imballaggi a cuscino d'aria (AC) sono diventati ampiamente utilizzati in tutto il mondo. Gli AC sono soluzioni di doppio imballaggio in plastica riempite d'aria che si trovano comunemente intorno e proteggono oggetti di valore all'interno degli involucri di spedizione durante il trasporto. Qui riportiamo una valutazione di laboratorio che utilizza gli AC come fotobioreattore per microalghe (PBR). Un PBR di questo tipo risolve intrinsecamente molti dei problemi operativi tipicamente riscontrati con bacini a canale aperto e fotobioreattori chiusi, come la perdita di acqua per evaporazione, la contaminazione esterna e la predazione. Utilizzando AC riempiti a metà, sono state esaminate le prestazioni delle specie microalgali Chlorella vulgaris, Nannochronopsis oculata e Cyclotella cryptica (diatomea) e il peso delle cellule secche prive di ceneri e la produttività complessiva della biomassa sono stati determinati pari a 2,39 g/L e 298,55 mg/L/ giorno per N. oculata, 0,85 g/L e 141,36 mg/L/giorno per C. vulgaris e 0,67 g/L e 96,08 mg/L/giorno per C. cryptica. Inoltre, la produttività massima dei lipidi di 25,54 mg/L/giorno di AFDCW e la produttività dei carboidrati di 53,69 mg/L/giorno di AFDCW sono state raggiunte da C. cryptica, mentre la massima produttività proteica di 247,42 mg/L/giorno di AFDCW è stata raggiunta da N. oculata. I dati di questo lavoro saranno utili per determinare l'applicabilità e il profilo del ciclo di vita degli AC riproposti e riutilizzati come potenziali fotobioreattori microalgali a seconda del prodotto finale di interesse, della scala utilizzata e dei costi di produzione.

Le attività umane, come il consumo eccessivo e la sovrappopolazione, hanno contribuito al deterioramento ambientale dell’ambiente biofisico attraverso l’esaurimento delle risorse, la distruzione degli ecosistemi e degli habitat e l’inquinamento. Ciò include, ma non è limitato a, l’esaurimento degli stock ittici catturati in natura e l’aumento dei livelli di inquinamento da plastica negli oceani. La mitigazione di questi effetti deleteri richiederà uno sviluppo sostenibile basato su una metodologia di nesso acqua-cibo-energia che riconosca l’interconnettività di risorse ambientali, capacità e rifiuti. Di conseguenza, i concetti di sostenibilità 4R di Ridurre, Riutilizzare, Riciclare e Riutilizzare (ripensare) vengono incorporati più frequentemente negli approcci di valutazione del ciclo di vita ambientale (LCA), in particolare quelli che formulano strategie di gestione dei rifiuti di plastica e politiche pubbliche1. Sebbene queste 4R della sostenibilità non siano concetti nuovi, non sono mai state così importanti come oggi in un mondo la cui popolazione stimata di 9,8 miliardi nel 2050 riflette un aumento di quasi 2 miliardi di persone negli ultimi 30 anni. Supponendo che le tendenze demografiche si verifichino, la produzione di microalghe sarà sempre più necessaria per garantire un approvvigionamento sufficiente di proteine ​​nutrienti e altri bioprodotti alla popolazione mondiale2,3.

Nel corso degli anni sono state pubblicate numerose analisi tecnoeconomiche sulle microalghe incentrate sui bilanci dei gas serra (GHG)4 e sui bilanci dell’uso dell’acqua5,6. Sebbene da decenni si esplori un notevole interesse e impegno nella coltivazione su larga scala delle alghe, il settore è ancora afflitto da elevati costi di produzione che richiedono lo sviluppo di idee innovative nelle metodologie di coltivazione e raccolta7. Le microalghe sono organismi unicellulari comunemente presenti in natura e prosperano in molte condizioni ambientali diverse. Alcuni di questi ambienti possono essere piuttosto ostili, determinando lo sviluppo interno di meccanismi di sopravvivenza per contrastare i fattori di stress ambientale. Molte di queste risposte allo stress cellulare determinano la biosintesi di prodotti di interesse commerciale, come antiossidanti e carotenoidi sottoposti a un'intensa esposizione alla luce ultravioletta, insieme a metaboliti generali e altri nutrienti funzionali8. La produzione commerciale di microalghe viene attualmente realizzata utilizzando una varietà di progetti di coltivazione, tra cui vasche con canalette (RWP), tubi, sacchetti di plastica in polietilene, fotobioreattori interni ed esterni (PBR) e fermentatori9,10,11,12. Spesso, le colture di microalghe axeniche all'aperto iniziano con un inoculo coltivato al chiuso, dove i predatori sono esclusi e le sostanze nutritive e le condizioni ambientali sono controllate, e vengono poi spostate in vasche o canaline all'aperto per la produzione di massa3.