Mikrolevätutkimus historiasta nykypäivään

Muinaiset roomalaiset jäisivät toiseksi, jos ryhtyisivät kilpasille mikrolevien kanssa historiasta. Esitumallisten syanobakteerien olemassaolosta on fossiilitodisteita (stromatoliittejä) nimittäin jo miljardien vuosien takaa. Tässä kirjoituksessa keskityn kuitenkin hieman uudempaan tutkimustietoon mikrolevistä.

Stromatolite (Strelley Pool Formation, Paleoarchean, 3.35-3.46 Ga; East Strelley Greenstone Belt, Pilbara Craton, Western Australia) 3

Mikrolevillä tehtiin tutkimusta jo 1800-luvun puolivälissä (kts. Preisig:n ja Andersenin (2005) erinomainen koonti varhaisimmista mikrolevätutkimuksista). Vielä nykyäänkin monet levänkasvatusmetodit pohjautuvat 1800-luvun lopun ja 1900-luvun alun tutkimuslöydöksiin (Preisig ja Andersen 2005). Tutkimusalana mikrolevien ja niiden erilaisten sovellusten tutkimus voidaan kuitenkin virallisesti katsoa alkaneeksi vuonna 1952, kun Stanfordin yliopistossa järjestettiin ensimmäinen Algae Mass Culture Symposium (Richmond 2013). Kiinnostus mikrolevien käyttöön eläinten rehuna heräsi myös jo hyvin varhaisessa vaiheessa. Yksi varhaisimmista ruokintakokeista on Combs:n (1952) tutkimus, jossa hän tutki untuvikoilla soijan osittaista korvaamista Chlorella pyrenoidosa –mikrolevällä.

Ensimmäiset mikrolevien laajamittaiset kasvatuskokeet 40- ja 50-luvuilla eivät kuitenkaan olleet erityisen menestyksekkäitä, jonka vuoksi kiinnostus mikroleviä kohtaan hiipui hetkeksi. Mikrolevät nostettiin kuitenkin jälleen tapetille, kun kasvavan väestömäärän ruokkiminen herätti huolta 60-luvulla. YK:n 1968 julkaisema kohuraportti ”International Action to Avert the Impending Protein Crisis” heitti lisää vettä myllyyn ennustaessaan valkuaisesta olevan huutava pula vuoteen 2000 mennessä. (Richmond 2013). Myöhemmin raportin huoli maailmanlaajuisesta valkuaiskriisistä osoittautui kuitenkin liiotelluksi (Smil 2002).

JulkaisumäärätKuva 1. Mikrolevätutkimusten julkaisumäärät 1960-2014. Haettu Scopus-tietokannasta 15.10.2015 hakusanalla ”microalgae”.

Mikrolevien laajamittainen kasvatus sai pontta tästä keskustelusta, sillä mikrolevät nähtiin potentiaalisina ihmisten ravinto- ja valkuaislähteenä. Mikrolevätutkimusta tehtiin tänä ”hitaan kypsyttelyn aikakautena” aktiivisesti etenkin Italiassa, Ranskassa, Tsekeissä, Japanissa, USA:ssa ja Saksassa. The International Society of Applied Phycology perustettiin 90-luvun alussa vauhdittamaan mikrolevien kaupallista tuotantoa. Julkaisumäärät pysyivät kuitenkin pitkän aikaa suhteellisen vähäisinä (kuva 1). Tiedon vähitellen karttuessa havahduttiin siihen ikävään tosiasiaan, että mikrolevien tuottaminen on kallista, eikä mikrolevien käyttö tavanomaisten rehu- ja ruoka-aineiden korvaajana ollut realistista. (Richmond 2013).

Osa tutkijoista käänsikin huomionsa mikrolevien massatuotannosta pienten erikoistuote-erien valmistukseen. Tämän ravintolisäkäänteen seurauksena mikrolevistä tuli superfoodia. Erikoistuotteiden valmistus oli järkevää, sillä korkea hinta kompensoi suuria tuotantokustannuksia ja suhteellisen pieniä myyntieriä. (Richmond 2013).

Green Smoothie

Samaan aikaan 2000-luvun alussa heräsi voimakas kiinnostus leväöljyn tuottamiseen biopolttoaineeksi ja tästä tulikin hallitseva mikrolevätutkimuksen suunta aina nykypäiviin saakka. Mikrolevien biopolttoainekäyttö-buumi oli voimakkaimmillaan 2007-2013. Tämän ajanjakson aikana aiheesta julkaistiin enemmän tutkimuspapereita kuin koko aiemman mikrolevätutkimushistorian aikana yhteensä. Tutkimus keskittyi voimakkaimmin USA:n, Kiinaan, Espanjaan ja Koreaan.  Viime vuosina mikrolevien biopolttoainekäyttöä koskevien tutkimuspapereiden ja patenttien julkaisutahti on kuitenkin kääntynyt laskuun. Tämän arvellaan johtuvan mikroleväntuotannon suurista tuotantokustannuksista, jotka ovat edelleenkin merkittävin este mikrolevien laajamittaiselle tuotannolle. Mikrolevien kasvatuksen suuret tuotantokustannukset puolestaan johtuvat siitä, ettei mikrolevistä yksinkertaisesti vieläkään ymmärretä tarpeeksi. Perustutkimukselle on siis huutava tarve. (Chen ym. 2015).

Leväteollisuudessa tulevaisuuden näkymät tosin nähdään edelleen erittäin positiivisina. USA:n leväteollisuudelle alkuvuodesta 2015 tehdyssä kyselyssä alan toimijat ennustivat leväöljyn hinnan olevan kilpailukykyinen fossiilisten polttoaineiden kanssa 2020 mennessä (75 % vastaajista). Lähes kaikki vastaajat myös uskoivat, että leväpohjaisia eläinten rehuja (97 % vastaajista), muoveja ja kemikaaleja (93 % vastaajista) on markkinoilla vuoteen 2020 mennessä. (Algae Biomass Organization 2015).

Vaikka mikrolevien biopolttoainekäyttöön liittyvä tutkimus on vähentynyt, mikrolevätutkimuksien kokonaisjulkaisumäärässä ei tätä ilmiötä ole havaittavissa (kuva 1). Minun johtopäätökseni tästä on se, että mikrolevätutkimuksessa on löydetty uusia tutkimussuuntauksia ja aluevaltauksia. Chen ym. (2015) toteavatkin, että todennäköisimmin mikroleväntuotannon kustannukset saadaan painettua alas, jos mikroleväöljyn tuotanto yhdistetään esimerkiksi jätevesien tai savukaasujen puhdistukseen, ja jos mikrolevistä saadaan biojalostamoissa valmistettua ja eristettyä useita arvokkaita tuotteita (kuten monityydyttymättömiä rasvahappoja, pigmenttejä, karotenoideja ym.). Mikrolevien rehu- ja ruokakäyttö (jonka vuoksi mikroleviä alunperinkin alettiin tutkia) ovat jääneet leväöljybuumin jalkoihin. Richmond (2013) pitää kuitenkin tätä alkuperäistä visiota kaikkein tärkeimpänä mikrolevien hyödyntämismuotona. Richmond (2013) spekuloi mikrolevien käytön kalajauhon korvaajana (erityisesti kalojen ja muiden merenelävien ruokinnassa) olevan realistista paljon aikaisemmin kuin mikroleväöljyn tuotanto biopolttoaineeksi on kustannustehokasta.


Lähteet:

Algae Biomass Organization. 2015. Industry survey-executive summary. Saatavilla Internetissä: http://www.algaebiomass.org/wp-content/gallery/2012-algae-biomass-summit/2012/02/ABO_2015_survey_exec_summary.pdf Tallennettu 16.10.2015. 9 s.

Chen, H., Qui, T., Rong, J., He, C. & Wang, Q. 2015. Microalgal biofuel revisited: An informatics-based analysis of developments to date and future prospects. Applied Energy 115: 585-598.

Combs, G.F. 1952. Algae (Chlorella) as a source of nutrients for the chick. Science 116: 453-454.

Preisig, H.R. & Andersen, R.A. 2005. Historical review og algal culturing techniques. Teoksessa: Andersen, R.A. (toim.). Algal Culturing Techniques. Elsevier Science Press. s. 1-12.

Richmond, A. 2013. Introduction. Teoksessa: Richmond, A. & Hu, Q. (toim.). Handbook of Microalgal culture: Applied Phycology and Biotechnology. 2. painos. Wiley Blackwell, Oxford. s. xiv-xvi.

Smil, V. 2002. Nitrogen and food production: proteins for human diets. Ambio 31: 126-131.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.