Как да използваме водораслите като ценен ресурс?

Натрупаните по бреговете водорасли се използват в редица сфери под формата на храни, опаковки и биогорива, както и устойчиви строителни материали.

• Морските водорасли са природен ресурс в естествени кръговрати, променени от човешката дейност. Масовите им натрупвания по бреговете на курорти и плажове се възприема като проблем, но те имат сериозен потенциал да са ценен ресурс.
• Водораслите могат и вече се използват за суперхрани, фуражи, биогорива, биоматериали и биоразградими опаковки.
• В кръговата икономика една и съща биомаса се преобразява в множество продукти – от енергия до козметика.
• Строителният сектор е сред най-замърсяващите, а биоматериали от водорасли предлагат много добра алтернатива на стандартните материали в сектора.
• В България вече има научни изследвания и експерименти с черноморски водорасли, както и бизнес със свежа спирулина.

Рекордните количества водорасли, които през последните години се натрупват по бреговете на различни части на света – от Карибите до Средиземноморието и на нашето Черно море – се възприемат като проблем. Зад този процес стоят редица човешки дейности, климатичните промени, замърсяването на водите и промени в океанските течения. Същата тази биомаса привлича все по-голям интерес като ресурс – за пречистване на вода, улавяне на въглерод, производство на храни, енергия и устойчиви материали. Въпросът е как да ги използваме рационално.При кръговата икономика материалите и енергията циркулират възможно най-дълго в системата. Целта е безотпадно проектиране, удължаване на живота на продуктите и регенерация на природните системи.

Схема, изобразяваща модел на кръгова икономика / източник

От естествен процес към екологично предизвикателство

Водораслите са ключови за морските екосистеми – участват активно в кръговрата на веществата и това е естествен и важен процес. Когато се натрупват в по-големи количества по брега, те образуват значителна биомаса, част от която остава неизползвана и се отлага като органичен материал по дъното, във водата и на сушата. Свръхнатрупванията често се свързват със замърсявания, причинени от човешка дейност (торове, азот, фосфор), както и с климатичните промени.

При разграждането си тази биомаса освобождава въглерод, азот, фосфор и други елементи, които могат да повлияят на качеството на водата, както и да променят състава на пясъка и микробните процеси. В по-големи количества тези процеси се свързват с явления като еутрофикация и недостиг на кислород, особено при масови „цъфтежи“ на водорасли. 

Ефектите от разлагането им все още не са напълно изяснени, което затруднява устойчивото управление на този ресурс.

На тази сцена микро и макро водораслите се появяват като неочаквани герои: бързорастящи, ненуждаещи се от обработваеми земи, способни да улавят въглероден диоксид и да растат в солена и дори отпадъчна вода. Учени и иноватори виждат в тях нови възможности. С бързия си растеж и гъвкавост много видове се удвояват за дни, някои – за часове. Могат да се култивират в биореактори, езера, морски ферми или върху странични потоци (например при димни газове, богати на CO₂). Моделът вече се прилага в редица сектори, където водораслите се използват като част от цялостни, затворени производствени цикли.

Кръгови решения с водорасли

Една от най-обещаващите роли на водораслите е пречистването и възстановяването на околната среда. Те естествено усвояват азот и фосфор от отпадъчни води – два от основните замърсители, които водят до т.нар. „цъфтеж“ на водоеми. Улавят и въглероден диоксид от въздуха или от индустриални газови потоци. Така едновременно почистват и произвеждат биомаса – ценна суровина за следващи приложения. Това е първата стъпка към затваряне на цикъла: от замърсител към ресурс.

Потенциалът им се разгръща и в други неочаквани сфери. Все по-често влизат в т.нар. модел на биорафинерия. Подобно на петролните рафинерии, където от суровината се извличат различни фракции, тук от една и съща биомаса се получават разнообразни продукти.

От липидите във водораслите могат да се произвеждат биодизел и авиационни биогорива, а от протеините – храни и фуражи. Или от полизахаридите (като агар, алгинати, карагенан) се добиват сгъстители за храни и козметика, биоразградими филми, а от пигментите и антиоксидантите получаваме козметика.

Остатъкът от използваната биомаса се връща като компост за почви или се разгражда анаеробно до биогаз. И така почти нищо не отива на сметището.

С чаша, чиния и вилица от водорасли

От полизахаридите на макроводораслите се получават биоразградими опаковки и тънки филми, термопластични материали за 3D печат, чаши, чинии и всякакви прибори за еднократна употреба. След употреба се компостират и връщат хранителни елементи към почвата и фермерските системи.

Морето като текстилна фабрика

Съществуват няколко компании, които произвеждат нишки, направени частично или изцяло от биомаса на водорасли.

Един от най-известните такива материали е SeaCell на немската компания Smart Fabric. Друг подобен материал е AlgaLife – с влакна и пигменти на основата на микроводорасли. А компанията Keel Labs разработват нишката Algiknit, която е от алгинат и е предназначена за мода и интериор.

И супер храна, и супер фураж

Водораслите често влизат и в чинията ни като суперхрана, но истинската революция се случва извън кухнята. Спирулина, хлорела и познатите от азиатската кухня нори, уакаме и келп са богати на протеини, Омега-3, витамини и микроелементи.

По-интересното започва във фермата. Някои видове водорасли, добавени към фуража на преживни животни, могат значително да намалят отделяния от тях метан – един от най-опасните парникови газове.

Остатъчната биомаса от преработката на водорасли може да се използва за производство на биогаз, осигуряващ топлина и електричество. Така водата, въглеродът, материалите и енергията започват да циркулират в свързана система, вместо да се губят по веригата. Но не става дума за „вълшебен“ продукт, а за мрежа от процеси, в които водораслите затварят кръговете между пречистване, производство и повторна употреба.

Сред най-интересните приложения на водораслите са тези в строителството – сектор с огромен екологичен отпечатък и спешна нужда от алтернативи.

Можем ли да строим с водорасли?

Съвременните строителни материали имат висок екологичен отпечатък: циментът и стоманата са силно енергоемки и генерират голям дял от глобалните въглеродни емисии, а алуминият и стъклото добавят още емисии и индустриални отпадъци. 

Битумният асфалт, пластмаси и изолации водят до замърсяване на въздуха и допринасят за редица заболявания. Добивът на суровини и дългият транспорт рушат екосистеми и изчерпват ресурси, а смесените строителни отпадъци рядко се рециклират. Много от материалите в съвременните сгради – бои, лепила, плоскости и настилки – отделят вещества, които влошават качеството на въздуха в помещенията.

Биорафинериите и фермите за култивиране на водорасли дават богати възможности в редица индустрии, но не решават проблема със струпване на огромни маси водорасли по крайбрежията. Естествените решения са те да се използват за компостиране, биогаз и да се превръщат или влагат в строителни материали.

В процеса на създаване и проучване на възможности за строителни материали, базирани на черноморски водорасли, авторката установява, че в Дания има традиция в използването на “морска трева”. Съществуват и съвременни сертифицирани интериорни панели и биоцименти. А в Мексико се произвеждат „живи“ тухли, в Холандия – биореактивни фасади, а в САЩ разработват биобитум и дори асфалтови настилки с вложени водорасли. Тук е важно да уточним, че принципите на устойчивия дизайн съвпадат с тези на природата – когато имаме естествено даден ресурс, го използваме и усвояваме докато го има. Събира се колкото природата изхвърли на брега и се оползотворява, следващия сезон пак, и пак… Ако естествената среда се промени, се изменят и практиките.

Датският пример: архитектура, родена на брега 

Традиционните покриви от зостера на „къщите от водорасли“ са част от живата традиция на остров Лесьо в Дания. Трайни, огнеустойчиви и влагоустойчиви, благодарение на високото минерално съдържание на материала, днес те дори са в програма за опазване на ЮНЕСКО. 

Друг архитектурен пример от същия остров е т.нар съвременна къща от водорасли от 2013 г. В него морската трева е използвана като изолация, интериорна облицовка и външна обшивка – съвременна интерпретация на традицията.

Това, което някога е било местна строителна практика, днес се превръща в сертифициран продукт за съвременната архитектура. Датската фирма Søuld произвежда сертифицирани акустични и топлоизолационни панели и рогозки от зостера. Продуктите са ориентирани към здравословен вътрешен климат заради ниски емисии, добър влагообмен и звукопоглъщане. Te са най-важният съвременен производител в тази ниша (основана 2010 г.), които използват водораслите Зостера изхвърлена естествено по бреговете на Дания (конктетно о-в Лесьо и няколко датски острова). Работят като си набавят морската трева с помощта на местни фермери, общини и еколози и оптимизират събирането, без да се нарушават морските екосистеми.

Материалът в определени контексти се разглежда като изобилен, възобновяем ресурс, защото всяка година се натрупва по плажовете и идеята е да се използва преди да започне да гние и да връща CO₂ обратно в атмосферата.

Тези примери изглеждат далечни, но потенциалът на водораслите не е ограничен до океанските брегове. България и Черно море също предлагат специфични условия и възможности за развитие на подобни решения.

Какво се случва в България с черноморските водорасли

Черно море е най-големият меромиктичен басейн (от гръцки: meros – част, miktos – смесен е термин от науката за езерата и океанографията, който описва водоем, чиито води не се смесват напълно) в света, a повърхностната соленост е значително по-ниска от океанската заради масирания сладководен приток от река Дунав и други големи реки. Това благоприятства популацията на зелени макроводорасли и стресира типично океански групи.

Лаборатория „Експериментална и приложна алгология“ към БАН е една от най-дългогодишните български школи в науката за водораслите. Там създават едно от първите у нас съоръжения за култивиране на микроводорасли. А днес екипът работи по алгова биотехнология, култивация и приложения. 

В лаборатория „Биоремедиация и биогорива“ фокусът е върху отглеждане на микроводорасли във фотобиореактори, улавяне или утилизиране на CO₂ от промишлени газове и синтез на високостойностни биогорива, добавки и др.

Редица български прегледи и доклади очертават развитието на морската биология и аквакултура. През 2023 г. държавният Център за оценка на риска по хранителната верига в България публикува обзор за микроводораслите като суровина за устойчиви фуражи, отразяващ регулациите, безопасността и хранителният им потенциал.

В сферата на бизнеса пионер в тази област в България е фермата за свежа спирулина (Spirulina platensis) – „Алгае България“ ООД в старозагорското село Зимница. Разполага с площ от 5 дка и индустриален биореактор. 

Пряко включване от лабораторията на авторката: експерименти с водорасли

Като творец и научно-изследовател в сферата на индустриалния дизайн и заинтересувана от екологията, авторката прави собствени разработки на изолационни и конструктивни материали от черноморски водорасли.

От примерите на съществуващите изолационни материали е и констатацията, че естествените изолации от целулоза, коноп, лен, овча вълна, слама и водорасли в най-общия случай само се пресоват механично до получаване на панели. Но могат да се използват и нишестени лепила или латексови дисперсии за механично уплътняване.

Механично нарязана смес от черноморски водорасли. Първи опити за получаване на изолационен материал, мостра. Снимки: личен архив (свободна за разпространение)

Целта в проучванията на авторката е да установи най-екологичните и достъпни варианти за получаване на изолационни и акустични панели, дори алтернатива на ПДЧ плоча. Тя използва в опитите си поливинилацетатна (PVA) дисперсия и метилцелулоза (МС) като свързващо вещество. Опитите ѝ са в процес и са планирани тестове за термоизолационни и шумоизолационни свойства, якост, твърдост и здравина.
Основата на това проучване води до идеи за разработка и на други видове панели и строителни материали на същата основа, а крайната цел е материалите да бъдат сертифицирани като се стигне и до реална възможност за щадящо природата и човешкото здраве производство.

Авторски мостри на изолационен материал от водорасли. Снимка: личен архив (свободна за разпространение)

Натрупванията от водорасли по крайбрежията няма да изчезнат, защото са част от по-широки климатични и екологични процеси. В следващите години важната тема пред България е какво правим от тях. Реалистичните първи стъпки са ясни: повече изследвания върху черноморските видове, повече пилотни проекти за оползотворяване и ясна регулаторна рамка, която да позволи използването им като суровина. Така водораслите естествено се превръщат местен ресурс – за материали, енергия и иновации. Това означава по-малко неусвоен ресурс, нови икономически възможности и по-добра връзка между наука, бизнес и практика.

Aвтор: Лора Стефанова / Климатека

Лора Стефанова е инженер-дизайнер, специализиращ в Русенския университет. Интересува се от философията на устойчивия и биофилен дизайн, както и от съществуващи и възможни материали и практики, които биха направили крачка напред към едно по-интелигентно, екологично и красиво битие. Това я мотивира да пише дисертация по темата и да прави свои разработки на материали.