Spirulina mikrolevä: maatalousreformi

(Tekstiin on yhdistetty kaksi eri artikkelia joten siinä on pientä toistoa)

Jos et tiedä mitä spirulina on, voit lukea täältä siitä lyhyesti: https://www.ravintolisawiki.fi/index.php?title=Spirulina

Mikrolevää kasvatetaan pääosin ns. racewaypondeissa jotka ovat ovaaleja, n. 30 senttiä syviä altaita. Sitä syvemmät altaat eivät ole mahdollisia, koska valo ei tunkeudu tarpeeksi syvälle kasvunesteeseen eli yläpuolella oleva levä varjostaa alapuolella olevaa levää.

Vastaavasti on olemassa myös PBR-mallisia, suljettuja putkia joissa neste kiertää. Näiden ongelma on kuitenkin kalliit kustannukset ja mm. kaasujen vaihdon ongelma eivätkä ne ole yleistyneet. Raceway-altaissa nestettä kierrätetään siipirattaalla, jotta siihen kertynyt happi haihtuisi. Happea kertyy nesteeseen kun levä yhteyttää ja se on vapautettava nesteestä, koska muutoin liiallinen happi alkaa haittaamaan levän aineenvaihduntaa ja luo yhdisteitä nesteessä, kuten vetyperoksidi.

Siipiratasta ei voida kuitenkaan pyörittää kovin kovaa, neste voi virrata vain n. 30cm/sekunnissa, koska muutoin pitkulainen levä rikkoontuu. Kuitenkaan hapen haihtumisen kannalta tuollainen vauhti ei ole riittävä.

Toinen keino haihduttaa happea on ilmastaa nestettä. Tämä kuitenkin myös rikkoo levää ja mitä pienempi kuplan koko on, niin sitä enemmän on kuplan räjähdysvoima kun se saavuttaa nesteen pinnan. Kuitenkin pienemmät kuplat tehostavat kaasujen vaihduntaa, ilmastuksella nesteeseen myös saadaan levän tarvitsemaa hiilidioksidia. Suurten kuplakokojen käyttäminen on välttämätöntä vaikka ne eivät niin tehokkaasti vaihdakaan kaasuja.

Teollisesti kasvatetulle levälle tarjoillaan paineistettua hiilidioksidia. Tutkimusten mukaan kuitenkin se ei imeydy nesteeseen kovin hyvin vaan jopa 80% pumpatusta hiilidioksidista haihtuu ilmakehään.

Kehittelemässäni menetelmässä systeemi on suljettu ja hiilidioksidin tuottaa kompostimassa. Tällöin voidaan luopua ympäristölle ja kukkarolle kalliista paineistetun hiilidioksidin käytöstä. Spirulina tarvitsee n. 100 kertaa enemmän hiilidioksidia, mitä ilmakehässä on optimaaliseen kasvuunsa.

Myös muiden parametrien tulee olla kunnossa, jotta levä voisi kasvaa tehokkaasti. Allaskasvatuksessa levä kasvaa huonosti ja tehokkaimmatkin PBR-mallit ova toimineet vain pienissä laboratoriomittakaavoissaan. Niiden skaalaaminen isommaksi on osoittautunut joko liian hankalaksi tai liian kalliiksi.

Lämpötilan tulee olla n. 30 astetta, kuitenkin aina yli 20 astetta eikä koskaan ylitse 40 astetta. Talvisin lämmitys tulisi muutoin kalliiksi, mutta aerobinen kompostointi on eksoterminen eli se tuottaa huomattavasti lämpöä joka voidaan ohjata levälle.

Kesällä ylimääräisestä lämmöstä voidaan tuottaa sähköä peltier-elementeillä. Elementti on ohut levy johon johdetaan sähköä niin toinen puoli kuumenee ja toinen viilenee. Vastaavasti jos levyn toista puolta lämmitetään ja toista viilennetään, niin se tuottaa sähköä. Tällaisten levyjen muodostama moduuli toimii systeemin lämmönsäätelijänä ja voi toisaalta tuottaa ylimääräisestä lämmöstä sähköä. Lisäksi levä tarvitsee ravinteita. Ravinteet muodostavat leijonaosan kasvatuksen kustannuksista: synteettinen lannoite on pysynyt samana 60-luvulta asti eli Zarrouk-ravinne jonka kehitti NASA. Vastaavasti taas luomulevän kasvatus mädätetyssä ulosteessa vaikuttaa makuun ja lisäksi on epähygienistä. Aerobisen eli lahottamisen mikrobiologisen turvallisuuden ylivertaisuus mädättämiseen verrattuna on osoitettu monessa Suomenkin tutkimuksessa.

Kompostissa voidaan kompostoida myös kasviainesta. Suomessa on paljon kesantopeltoja, jotka voitaisiin niittää ja kompostoida leväksi. Tällöin ei tarvitsisi käyttää eläinperäisiä ulosteita kompostissa, koska monet kulttuurallisista syistä eivät halua syödä ulosteessa kasvatettua levää vaikka uloste oltaisiinkin kompostoitu huolella ennen sitä.

Kompostireaktorissa kiintoaines erotellaan nesteestä ja kompostoinnin loputtua neste annetaan levälle. Jäljelle jäänyt kiintoaines on hyvää maanparannusainetta pelloille tai se voidaan myydä kuluttajille puutarhoihin. Neste on levän NPK-ravinne mutta tarvitaan myös mineraaleja, eritoten rautaa.

Prosessissa mineraalit erotellaan luonnollisesti kivistä etikan avulla. Kun mustia kiviä, jotka siis sisältävät eniten rautaa, liotetaan etikassa muutaman viikon niin etikka muuttuu punaiseksi siihen liuenneen raudan vuoksi. Tätä etikkaliuosta annetaan levälle n. 10 ml/10 litraa ja testieni mukaan levä kasvaa sillä paremmin kuin synteettisellä vastineellaan.

Lisäksi levä tarvitsee korkean pH:n n. 10-11. Emäksisyyden aikaansaamiseksi käytetään ruokasoodaa, joka on iso osa ravinnekustannuksista koska sitä käytetään runsaasti: jopa kymmeniä grammoja per litra. Ruokasooda ei kuitenkaan riitä optimaalisen pH saavuttamiseen ja sillä saadaan vain n. 9 arvo nesteeseen joka ei ole vielä levän optimi ja alhainen pH sallii myös muiden mikrobien kasvun nesteessä.

Ruokasooda eli natriumbikarbonaatti toimii myös hiilen välittäjänä levälle. Bikarbonaatti on siis orgaanista hiiltä, jota levä voi käyttää hiilidioksidin sijasta. Ruokasooda tuotetaan synteettisesti tehtaissa eikä se ole siten kestävän kehityksen mukaista.

Menetelmässäni pH saadaan optimitasolle tuhkan avulla. Kun tuhkaa ja vettä sekoitetaan saadaan aikaiseksi lipeää, jonka pH on jopa 14. Lipeää laimennetaan vedellä kunnes saadaan n. 10-11 pH. Lisäksi lipeä sisältää mineraaleja, typpeä, kaliumia ja fosforia jonkin verran. Lisäksi korkea pH desinfioi nestettä.

Oletettavasti tuhkan raskasmetallit eivät liukene nesteeseen vaan ne saostuvat tuhkan kanssa pohjalle. Tämä pitää kuitenkin varmistaa laboratoriotestein, koska levä sitoo tehokkaasti raskasmetalleja eivätkä ne saa joutua lopputuotteeseen. Jäljellejäänyt tuhka on betoniteollisuudelle raaka-ainetta betoninvalmistuksessa.

Lisäksi kasvunesteeseen lisätään suolaa. Pieni n. 1g/litra suolannos itseasiassa hyödyttää levän kasvua. Sen lisäksi se desinfioi nestettä estäen muiden mikrobien kasvua. Levä kestää jopa 4% suolaliuosta ennenkuin sen aineenvaihdunta vähenee totaalisesti.

Kehittelemäni PBR-malli ”vesiputous” ei pidä nestettä putkien sisällä, vaan neste juoksutetaan ohuena n. 0.5-1 cm kalvona kourujen pinnalla. Kourut ovat päällekkäin ja alas valunut neste pumpataan taas kourun yläpuolelle. Tämä ratkaisee kaasujen vaihtamisen ongelman ja lisäksi valo jakaantuu tehokkaasti kokoajan levälle, koska levänesteen syvyys on niin pieni.

Vesiputouksessa tulee käyttää kalvopumppua, joka ei riko levää. Isommassa mittakaavassa käytetään kalanpoikasten istutukseen tarkoitettua kalvopumppua.

Ongelma kasvatuksessa on myös fotoinhibitio eli valon aiheuttama stressi solulle. Kansanomaisesti selitettynä, kun klorofylli tai muu yhteyttämispigmentti vastaanottaa valon fotonin: se on pienen hetken poissa käytöstä osallistuessaan solun elektroninsiirtoketjuun. Tuona aikana klorofylliä pommittavat fotonit menevät hukkaan ja aiheuttavat vahinkoa solulle.

Ongelma on ratkaistu siten, että LED valoja välkytetään korkealla, n. 5-10 kHz taajuudella. Tällöin fotoinhibitiota saadaan vähennettyä: säästyy sähköä ja lisäksi tuotetaan enemmän biomassaa.

Lisäksi kun LED valot eivät ole kuumia, niin niiden elinikä kasvaa huomattavasti. Ei myöskään tarvita edes passiivista jäähdytystä, joka on LED valojen kustannuserä muutoin.

Välkytyksen dutycycle eli pimeän ja valoisan ajan suhde tulee olla n. 20. Tällöin siis yhden välkähdyksen aikana LED on päällä 20% ja pimeänä 80%.

Näiden uudistusten lisäksi aion alkaa tuottamaan maailman ensimmäistä ”multibioottista” valmistetta. Tämä johtuu siitä, että spirulina on prebiootti eli se hyödyttää probioottien vaikutusta suolistossa. Maitohappobakteerien kanssa tulisi siis aina nauttia esim. spirulinaa, jotta ne olisivat tehokkaita.

Tutkimusten mukaan spirulinan aineenvaihduntatuotteet hyödyttävät maitohappobakteereja ja maitohappobakteerin aineenvaihduntatuotteet spirulinaa: jopa tuplaten kasvun.

Spirulinan eräs ongelma on sen kuivaaminen. Varsinkin Aasiassa tuotetut spirulinvalmisteet kuviataan jopa 120 asteessa. Kuitenkin euroopan avaruusjärjestön tekemän tutkimuksen mukaan spirulinan proteiineja alkaa tuhoutumaan jo 40 asteessa.

Ennenkuin levä kuivataan teollisessa tuotannossa, se vielä pestään vedellä muutaman kerran, jotta kemialliset lannoitteet eivät pääse kuluttajaan asti. Tämä lisää kustannuksia huomattavasti, siis kuivaus ja vedellä pesu.

Kun levä on pesty, se altistuu muiden mikrobien kasvulle koska suojaava korkea pH on poissa: juuri kuivaamisen jälkeen on mitattu korkeimmat mikrobikasvustot levässä ja nykyinen kuivaamistekniikka on siis mikrobiologinen riski.

Nämä voidaan ohittaa kun levä kasvatetaan kasviaineksesta tehdyssä kompostinesteessä: tällöin levää ei tarvitse pestä. Eläinten ulosteessa kasvatettua levää voi taas antaa eläimille.

Kun spirulina kerätään, niin se on tahnamaista mössöä. Spirulina kykenee elämään puolikuivissa olosuhteissa ja pystyy ylläpitämään aineenvaihduntaansa myös pimeässä. Itseasiassa pimeässä kasvatettu levä kasvaa nopeammin kuin valoisassa, mikäli vain sille on tarjolla sokeria.

Kun levä on kerätty niin siihen lisätään hieman sokeria, maitohappobakteereja ja b. subtilista. Tämä massa annetaan olla ja se kasvaa pimeässä: vaikka pH ei ole enää korkea, niin b. subtilis ja maitohappobakteerit estävät muiden mikrobien kasvua luonnollisilla puolustusmekanismeillaan.

Toinen vaihe levän kasvua siis tapahtuu tällä tavoin. Kun levä, maitohappobakteerit ovat käyttäneet aineenvaihduntatuotteensa loppuun ja kasvu alkaa hidastumaan niin tällöin levä voidaan turvallisesti kuivata 35 asteessa.

Lisäksi heinän pinnalla kasvaa luonnollisesti mm. b. subitilista. Labrassa tulisi testata paljonko kompostineste sisältää luonnostaan tätä mikrobia. Japanilainen perinneruoka Natto tuotetaan juurikin tämän mikrobin avulla. Mikrobi on hyödyllinen ihmiselle ja se sisältää mm. C-vitamiinia ja K-vitamiinia. Suomessa ei ole saatavilla b. subtilis valmisteita, muutakuin Naton muodossa.

Koko maailmassa ei ole olemassa valmistetta, joka sisältäisi spirulinaa, maitohappobakteereja ja b. subtilista. Tällainen tuote olisi siis myös ulkomaankaupan kannalta järkevä. Myöskään nämä muut esittelemäni uudistuksen eivät ole käytössä maailmalla. Suomessa voimme siis perustaa maailman nykyaikaisimman spirulinalaitoksen.

Uudenaikaisilla metodeilla levänkasvatus saadaan ympäristöystävälliseksi, edulliseksi ja tehokkaaksi. Näiden menetelmien jatkotutkimusta ennen varsinaista pilottilaitosta tarvitaan.

Aloitin levän tutkimisen n. 7 vuotta sitten ja kasvatuskokeet n. 5 vuotta sitten. Kustannukset on mitattuina tonneissa olleet tähän mennessä – seuraavan vaiheen kustannukset ovat kymppitonneja esim. darkfield mikroskooppi hyvällä kameralla on jo 5 tonnia budjetista.

Suomessa on monta kasvihuonetta, jotka talvisinkin tuottavat satoa.

Miksi ei ole mikrolevähuoneita? Kasvit tarvitsevat lämpöä ja valoa talvella, silti niiden kasvattaminen on taloudellisesti kannattavaa. Mikrolevä kasvaa huomattavasti tehokkaammin , kuin mikään kasvi.

Varsinkin sinilevät, kuten spirulina, yhteyttävät erittäin tehokkaasti: 98% tehokkuus tietyllä pigmenteillä kun taas verrattuna kasveilla maksimi on 12%. (Photosynthetic efficiency: Algae and other monocellular organisms, Wikipedia)

Spirulina tuottaa tehokaasti proteiinia sisältäen sitä jopa 70%. Se sisältää erityisen runsaasti B1, B2 ja rautaa monien muiden vitamiinien ja hivenaineiden lisäksi. Aloitin tutkimaan spirulinaa n. 8 vuotta sitten, sen kasvatuksen ja testailun käytännössä aloitin n. 5 vuotta sitten. Tähän mennessä olen sitä kasvattanut akvaarioskaalassa, isoin akvaariomalli oli 200 litraa. Testien päätarkoituksena on ollut opiskella levänkasvatus käytännössä, luoda oma ravinnesarja ja kehittää uudenlainen allas- sekä PBR-malli.

Testieni perusteella voidaan levää tuottaa Suomessa jopa edullisemmin, mitä Aasiassa. Syitä tähän on monia, miksi nykyinen teollinen levänkasvatus on yhä melkeinpä samoissa kantimissa kuin 60-luvulla. Suomeen tulee siis maailman uudenaikaisin levälaitos. Näitä asioita on hyvä saada eteenpäin, koska niiden tuloksista potentiaalisesti riippuu jo lähitulevaisuuden hyvinvointi: ei voida siis puhua enää, että tulevien sukupolvien murheeksi jäävät asiat. Yhä selvempänä näyttäytyy tiedemaailman konsensuksena se, että asioiden on dramaattisesti muututtava jo tämän sukupolven sisällä.

Mikrolevät ovat kiistatta yksi ilmastoviisaan talouskasvun peruspilareista. Niiden potentiaali on tiedetty jo 60-luvulta saakka, mutta asiat eivät ole edistyneet kuten ”vihreästä vallankumouksesta” puhutaan. Suomi on hyvä maa kokeilla uusia ratkaisuja. Itsekin olen ns. hyödytön yhteiskunnalle kun olen eläkkeellä, mutta toisaalta minulla on taito keksiä uusia asioita ja myöskin taito nikkaroida prototyyppejä. Uskon että kaltaisiani ”hullujä keksijöitä” on Suomessa paljonkin ja meillä olisi paljon potentiaalia muuttaa asioita.

Olen alusta asti pitänyt linjan, että mitään minun tekemää projektia ei patentoida/suojata vaan tuloksien on oltava vapaasti hyödynnettävissä niin Suomessa kuin Afrikassa.

”Tutkijat: Nuorten oivallukset pitäisi saada hyödyntämään meitä kaikkia Ekososiaaliset innovaatiot Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi ja lajikadon estämiseksi tarvitaan nopeaa ekososiaalista siirtymää. Paikallistason innovaatiot voivat vauhdittaa siirtymää sosiaalisesti oikeudenmukaisella tavalla, jos ne onnistuvat yhdistämään ekologisen ja sosiaalisen kestävyyden tavoitteita. Monissa Euroopan maissa siirtymää rakennetaan ruohonjuuritasolla. Ekososiaalisilla innovaatioilla tarkoitetaan sellaisia voittoa tavoittelemattoman talouden toimijoita ja toimintatapoja, jotka pyrkivät yhdistämään sosiaalisen ja ekologisen kestävyyden tavoitteita käytännön toiminnassa. Ekososiaalisissa innovaatioissa luodaan ekologisesti kestäviä tuotanto- ja elämäntapoja …” – Länsi-Suomi, 21.8.2019 —

Spirulina kykenee triplaamaan biomassansa päivässä, optimaalisissa olosuhteissa. Tällaisia vastaavia olosuhteita ei kuitenkaan ole saatu aikaan kuin laboratoriossa pienessä mittakaavassa: tuloksien hyödyntäminen ei ole kyennyt skaalautumaan ylöspäin kustannustehokkaasti. Siksi spirulinakin on yhä suhteellisen marginaalituote Suomessa ”superfoodina” vaikka maataloudessa sen tuotantomäärät voisivat olla isoja.

Spirulina kasvaa parhaiten pienessä suolassa, joka itsessään edesauttaa nesteen pysymistä hygienisellä tasolla. N. 4% suolaisuuden jälkeen kasvu alkaa hidastua. Vertailun vuoksi, maustesilli säilyy hyvin n. 7 prosentin suolapitoisuudessa suojassa mikrobikasvulta. Spirulinan korkea optimi pH 10-11 pitää itsessään parhaiten nesteen tason hygienisena. Historia ei tunne yhtään saastumistapausta spirulinan osalta, mutta esim. klorellaa on Suomessakin vedetty pois myynnistä. Klorella kasvaa parhaiten pH 7, joten sen tuottaminen on mikrobiologisesti huomattavasti haastavampaa. Optimikasvun lämpötila on n. 30 celsiusta, mutta vähintään 25 astetta. Alle 20 asteessa sen kasvu on jo lamaantunutta.

Spirulina tarvitsee n. 100 kertaa enemmän hiilidioksidia, mitä ilmakehässä on: teollisessa tuotannossa tämä toimitetaan painepulloista. Menetelmä on tehoton, sillä jopa 60-80% nesteeseen pumpatusta hiilidioksidista voi vapautua ilmakehään. Kompostireaktorin tuottama hiilidioksidi on kustannustehokasta sekä ekologista. Kompostireaktorin aerobinen mikrobisto tuottaa huomattavasti lämpöä, jolloin talvella saavutetaan merkittävä säästö lämmityskustannuksissa, koska ilmastointi on suljettu: komposti ja levä hengittävät siis keskenään.

Altaan syvyyttä voi vaihdella, mutta valon läpäisyvyyden tehokas raja menee n. 30 sentissä joten altaan syvyys ei voi ylittää sitä. Spirulina elää parhaiten tiheydessä n. 3 grammaa per litra. Yli 6 gramman tiheydessä sen kasvu alkaa merkittävästi hidastua. Altaan tuottavuus siis määrittää keruutiheyden. Yleisesti ottaen, tiheyttä kannattaa pitää mielummin liian korkealla kuin liian matalalla. Korkea levän tiheys on hyödyksi nesteen hygienian ylläpitämisessä. Normaali tuotanto kaupallisessa spirulina-altaassa on n. 10-30 grammaa per päivä per neliömetri, sen voidessa kuitenkin vaihdella jopa 60 grammaan.

Mittaustapana joskus myös käytetään gramma per litra per päivä, mutta avonaisissa altaissa joita käytämme: mittaus tehdään yleensä neliömetrien perusteella. Lasketaan tuotto ensin sille, jos tuotamme hyvin huonosti levää 10 g/m2/päivä. 500 neliömetrin hallitilasta varataan altaalle tilaa 300 neliömetriä, kompostireaktorille 100m2 ja 100m2 liikkumiseen/kuivaustila, niin päivätuotto olisi 300m2 x 10g = 3 kg x 30 päivää = 90 kg.

Spirulinan kilohinnan ollessa Foodin 83 euroa, niin syntyy n. 7,5 tuhatta euroa kuukaudessa .

Vastaavasti jos taas tekemäni keksinnöt spirulinan ravinteiden ja kompostireaktorin osalta toimivat hyvin myös tässä mittakaavassa, voidaan olla että päästään korkealle 60 grammaan/m2/päivä biomassoille jolloin tuotto olisi n. 45 tuhatta euroa kuukaudessa.

Spirulina kasvaa verrattain hyvin sen luonnollisissa olosuhteissa, alkaalijärvissä. Alkuperäisasukkaat mm. Afrikassa ovat keränneet spirulinaa aina kun se kerrostuu mattoina vesistön pinnalle. Levä tehdään kakuiksi ja kuivataan auringossa, jonka jälkeen se myydään toreilla tai käytetään ravintona. Esim. Etiopian luonnonvaraisesa spirulinaesiintymässä biomassan tuotanto on mitattu olevan 43-57 g/m2/päivä.

Spirulinaa ei siis tarvitse kovinkaan viritellä, että se pystyisi tuottamaan merkittävästi isompia biomassoja, mitä nykyinen teollinen kasvatus. Pienen magnetismin on havaittu edesauttavan levän kasvua. Altaisiin asennetaan muutamia magneetteja. Lisäksi LED valojen välkyttäminen lisää biomassan tuotantoa. Vertailualtaaseen tulee normaalit LED valot ja magneetteja ei lainkaan, jolloin voidaan todentaa menetelmän tehokkuus tässä mittakaavassa ja laskea syntynyt hyöty verrattuna lisäkustannuksiin (magneetit, LED valojen piirilevyt millä ne saadaan vilkkumaan).

Levää liikutetaan siipirattaalla nopeudella 30-40 cm/sekunnissa. Siipiratas tehdään metallista ja kahdesta 12-voltin sähkömoottorista, joiden väliin siipiratas tulee akselistaan. Kaikki altaan asennukset ovat nk. pienjänniteasennuksia ja niitä voi lain mukaan suorittaa ketä tahansa ilman ammattipätevyyttä tai luvanvaraisuutta joten teen ne itse: olen harrastanut pienelektroniikkaa lapsesta asti. Teollisen mittakaavan ongelmat kasvatuksessa ovat lopulta pääosin yksinkertaisia esim. ruokasoodan käyttö.

Ruokasoodaa käytetään kasvatukseen, koska se sisältää bikarbonaatteja ja koska se on emäksistä. Sillä kuitenkin saadaan vain pH 9, mikä laskee mikrobiologista turvallisuutta eikä ole spirulinan optimi pH. Lisäksi koska ruokasooda on natriumbikarbonaattia, niin levälle syntyy liikamäärä natriumia. Ruokasooda tehdään tehtaissa, joten se on myös epäekologinen vaihtoehto.

Kun tuhka tuotetaan osana omaa sähköntuotantoa puukaasugeneraattorilla, niin pienhiukkasia ei joudu ympäristöön koska lipeään saadaan bikarbonaatteja kun sen lävitse ohjataan puukaasugeneraattorin savukaasut. Samalla pienhiukkaset jäävät nesteeseen ja lopulta asettuvat pohjalle, josta ne sitten käytetään betoniksi. Kun nostamme pH:n lipeällä, niin se saadaan riittävän korkealle tämän parametrin optimikasvuun. Lisäksi lipeä sisältää pienen määrän fosforia ja vähän runsaammin kaliumia.

Kompostireaktorista saadaan taas riittävä tyyppi levälle: etikkaprosessin avulla kivistä saadaan uutettua tarvittavat hivenaineet mm. rauta. Lipeän pohjalle jäävä sakka sisältää raskasmetallit puun tuhkasta, joten levään ei kerry niitä. Tarvittava tuhka voidaan tässä skaalassa vielä hommata yksityisiltä puunpolttajilta, mutta seuraavan skaalan vaiheessa tuotanto on jo niin isoa että tuhkan saatavuus pitää turvata muilla tavoin esim. tekemällä omat sähköt puukaasugeneraattorilla. Puukaasun tuotanto myös antaisi lämpöä, jota voitaisiin käyttää levän kuivaukseen.

Ylimääräinen lämpö voidaan talvisin muuttaa sähköksi peltier-elementeillä (thermoelectric generator). Levän kuivaamisessa piilee ongelma. Euroopan avaruusjärjestön mukaan spirulinan tietyt proteiinit alkavat tuhoutua jo 40 celsiuksessa ja että kuitenkin spirulina yleisesti kuivataan Aasiassa 120 asteessa. Spirulina sisältää myös pienen määrän C-vitamiinia joka ei kestä myöskään tuollaista kuumuutta. Yksi tuotantovaiheen iso kustannus on kun levä ensiksi kerätään ja sitten sen muutamaan otteeseen pestään vedellä.

Koska teemme täysin luonnonmukaista lannoitetta levälle, ei sitä tarvitse pestä vedellä. Kompostireaktorissa kompostoidaan vain heinää kun se myydään ihmisille, suurin syy tähän on kulttuurallinen: aerobinen kompostointi tuhoaa patogeenit 100% varmasti myös Suomen opinahjojen tekemien tutkimusten mukaan myös lannasta. Yliopisto sitten varmentaa vielä tulokset että levä on turvallista mikrobiologisesti, raskasmetallien osalta ja tähän tarvitsee osan rahoituksesta, että voimme ostaa tarvittavat asiantuntijapalvelut.

Yliopisto voisi myös tahallaan istuttaa levään omassa labrassaan mm. salmonellaa ja tutkia, pystyykö terve spirulinakanta tuhoamaan itsessään taudinaiheuttajat. Spirulinan muu mikrobikanta syntyy juuri tuossa vaiheessa, kun se ensin pestään vedellä ja sitten kuivataan: levää ei enää vedellä pesemisen jälkeen suojaa korkea pH niin muut mikrobit alkavat nopeasti kasvamaan siinä.

Seuraavan skaalan vaiheessa levää ei kuivata sellaisenaan, vaan sen sekaan tulee maitohappobakteereja ja bacillus subtilis joka sisältää mm. C-vitamiinia ja K-vitamiinia. Koska spirulina on prebiootti, alamme siis myymään maailman ensimmäistä ”multibioottista vitamiini- ja kivennäisvalmistetta”. Maitohappobakteerien ja spirulinan aineenvaihduntatuotteiden on huomattu edesauttavan kummankin organismin kasvua, joten tuota mikrobimassaa ei kuivata heti, vaan sen annetaan ”kohota” kuin ”pullataikina”.

Vertauskuva on kirjaimellinen, koska mikrobimassa kasvaa kunnes eliöt ovat tyhjentäneet aineenvaihduntatuotteensa ja niiden elintoiminnot alkavat hidastua. Kun mikrobimassa kuivataan, se ensin jauhetaan hienoksi jonka jälkeen se asetetaan mahdollisimman ohuena kerroksena levyille ja kuivaus tapahtuu n. 35 asteessa.

Kaikkea ei voi eikä pidäkään automatisoida, mutta altaan optimi parametrien säätelyn on hyvä jo tässä vaiheessa kulkea tietokoneen kautta datan keräämisen mielessä ja että automaatiota säätelevää ohjelmistoa voidaan alkaa ohjelmoimaan. Spirulinan kasvatuksen eräs ongelma on kaasujen riittävä vaihto.

Spirulina kerryttää nesteeseen happea, joka alkaa muuntua mm. vetyperoksidiksi ellei happea saada nesteestä haihdutettua. Vetyperoksidi on myrkyllistä levälle ja liian vähäinen ilmastus siis hidastaa merkittävästi levän kasvua, vaikka muut parametrit olisivatkin kunnossa. Ilmastimet kannattaa asentaa siipirattaan alle jotta ne olisivat mahdollisimman tehokkaita. Happea irtoaa nesteestä siis samalla mekanismilla, kuin hiilidioksidia pumpataan altaaseen.

Spirulina ei siedä pientä kuplakokoa, sen pitkulaisen kokonsa vuoksi se on herkkä rikkoontumaan. Toisaalta taas pienempi kuplakoko edesauttaa kaasujen vaihtumista. On kuitenkin järkevintä käyttää mahdollisimman isoa kuplakokoa, koska tällöin levä voi kasvaa jopa 2 senttiä pitkäksi ja tutkimusten mukaan isompi koko on yhteydessä parantuneeseen tehokkuuteen biomassan tuotannossa.

Isompi koko myös helpottaa levän keräämistä verkolla. Kun levää ei kuole pienen kuplakoon takia, se myös uusiutuu nopeammin jolloin koko kasvatuksen tehokkuus lisääntyy. Pientä kuplakokoa käytetään kun halutaan mahdollisimman tehokkaasti sitoa hiilidioksidia nesteeseen, meillä ei ole sitä ongelmaa koska emme osta hiilidioksidia painepulloissa vaan sitä syntyy riittävästi kompostista eikä siten tarvitse murehtia sitä että suurin osa hiilidioksidista haihtuu ilmaan. Hiilidioksidin ostaminen on iso kuluerä levän tuotannossa.

Happi kierrätetään kompostireaktoriin, jossa se taas muuntuu hiilidioksidiksi. Spirulinaa kasvatetaan pääosin matalissa altaissa ns. ”raceway pond” tekniikalla, jossa on ilmastus ja siipiratas. Toinen metodi on ns ”PBR” eli fotobioreaktori, jossa levä on altaan sijasta lasiputkissa. Tällöin tuotantoa voidaan skaalata myös vertikaalisesti, jolloin käytännössä 2-ulotteisesta allastuotannosta saadaan 3-ulotteinen. Ongelmana näissä reaktoreissa on kuitenkin kaasujen vaihtumisen lisäksi mm. putkiin kertyvä sakka ja muu mönjä, joka estää lopulta valon tehokkaan pääsyn levälle.

Myös tavalliset altaat pitää pestä 2-4 kertaa vuodessa mutta se on paljon helpompaa kuin ison putkiston peseminen. Olen kehitellyt uudenlaista reaktorimallia nimeltä ”vesiputous” jossa neste ei kulje putkien sisällä, vaan ohuena kerroksena kouruissa. Kourut olisi ensinnäkin helpompi putsata. Ohut leväkerros mahdollistaa valon jakaamintumisen levälle täydellisesti ja myöskin kaasujen tehokkaan vaihtumisen: tässä mallissa ei siis tarvita ilmastusta erikseen, koska levä vaihtaa kaasunsa kun se tippuu lyhyen matkan kourulta toiselle.

Neste pumpataan kourujen päälle kalvopumpulla, sillä muut pumppumallit rikkovat levän. Hallivaiheeseen pitää ostaa kalliimpi pumppu joka maksaa useita tonneja, se ei riko levää laisinkaan ja se on tarkoitettu kalanpoikasten siirtämiseen. Ainakin yhteeseen huoneeseen tulisi siis ”vesiputousreaktori” ja kompostireaktori, jotta voidaan arvioida onko kyseinen tekniikka ylivertainen allasmalliin. Aluksi huoneita olisi siis kolme: yksi allas jossa välkkyvät LED valot ja magneetit, tavallinen allas ja ”vesiputous”.

Levän tuotantoa olisi saatava toimimaan PBR-malleissa, jotta ala voisi edetä. Huoneiden ilmanvaihto on suljettu ja ne eristetään kosteustiloiksi. Koska ilman hiilidioksidipitoisuus voi nousta korkealle, tarvitaan sukelluslaitteet kun levä/kompostireaktorihuoneissa käydään. Spirulinan optimi CO2 on n. 4% joka on ihmiselle haitallista, ja prosessin häiriintyessä saattaa hiilidioksidi kerääntyä enemmänkin jolloin tilaan astuminen voi olla hengenvaarallista ilman hengitettävää ilmaa. Myös liiallinen happi on vaarallista.

Sitten kun paras metodi kolmen eri testihuoneen välillä on selvinnyt, niin tehtäisiin seuraava vaihe sille varattuun 500m2 halliin josta tulisi varsinainen tuotantolaitos levälle. Huoneita, mihin testialtaat on rakennettu, voidaan yhä käyttää erilaisiin tutkimuksiin ja prosessien kehittelyyn kohti optimaalista. Spirulinan kasvatus maataloudessa toteutetaan hieman eri tavalla. Ensinnäkään, suolaa ei voida käyttää koska tarkoitus on levittää levää kasveille pellolle ja kasvit eivät pidä suolasta. Suomessakin happosateen vuoksi käytetään pelloille kalkkia neutralointiin. Kalkin pH on 9, joten spirulina on tehokkaampaa kuin kalkki.

Lisäksi kalkki pitää kuskata tilalle muualta ja ensin maaperästä louhia, mikä tuottaa hiilijalanjäljen ja polttoaineen kulumisen vuoksi myös heikentää tilan tuotannon omavaraisuusastetta. Maaperässä on sähkökemiallinen häiriötila nimeltä kationinvaihto-ongelma. Tästä syystä, kalkista huolimatta, kasveille pitää antaa monta kertaa enemmän ravinteita mitä ne oikeasti tarvitsevat jotta saadaan edes osa imeytymään.

Lisäksi, kalkkia kun käytetään betonissa, se kovettaa maaperää ja tuhoaa ns. mururakenteen joka on edellytys hyvälle mikrobi- ja pieneläintoiminnalle maassa. Asiassa ollaan menty ojasta allikkoon, koska ylimääräiset ravinteet valuvat vesistöihin ja aiheuttavat rehevöitymistä ja sitäkautta koko järven ekosysteemin lopulllista tuhoutumista odotellessa: järviä on alettu ilmastaa eli niihin pukataan paineella ilmaa pohjaan, ettei koko järvi mädänny elävältä.

Tämä ei tietenkään voi olla ratkaisu, että jokaisesta Suomen järvestä tehdään ilmastettu akvaario, pelkästään jos ajatellaan energiankäyttöä: tarvittaisiin pari ydinvoimalaa lisää. Koska spirulina vaikuttaa kasveille samalla tavoin kuten esim. Biolanin myymä merileväuute, niin se edesauttaa ravinteiden imeytymistä. Ravinnevalumat vähenevät kun maan mikrobisto elpyy. Luonnollisesti, tulee siis myös luopua synteettisistä valmisteista lopulta koko kasvinviljelyssä koska ilman elävää maaperää: eivät ravinteetkaan enää imeydy.

Pelkän spirulinan integrointi maatalouteen ei siis lopulta auta, jos jatketaan maaperän tuhoavaa toimintaa: luonnollinen torjunta-ainekin löytyy luonnosta, nikotiini, sillä sen vaikutus perustuu ötököiden hermoston tappamiseen eikä kasveissa ole hermosoluja joten niihin se ei vaikuta. Kun tarvitaan vähemmän ravinteita, niin tämä säästää itsessään hiilijalanjälkeä kun niitä ei tarvitse tilalle niin paljon kuskailla ja viljelijä säästää selvää rahaa, kun lannotteita ei enää tarvita niin paljon ja tietenkin, säästämme vesistöjä kun ravinnevalumat vähenevät.

Fosfori alkaa käymään vähiin planeetalla ja siitä on tulossa yhä kalliimpaa, sitä ei liene järkevää valuttaa vesistöihin. Huomaamme siis, että kun asiat tehdään maalaisjärjellä ja luonnonmukaisesti niin siitä seuraa myös lopulta taloudellista hyötyä viljelijälle. Toinen maatalouden ongelma on lantakasojen ilmakehään erittämä hiilidioksidi ja ammoniakki. Ammoniakissa on typpeä jolloin lantalat pukkaavat lannoitetta taivaan tuuliin harakoille: ammoniakki on myös ilmastonmuutosta aiheuttava kaasu, kuten hiilidoksidi.

Jotkin tilat käyttävät mädätystä ja biokaasua, mutta mädätysjätös itsessään kompostoituu aerobisesti sen jälkeen pellolla viel erikseen joten se ei ole niin hyvä menetelmä. Hiilijalanjälki on erittäin iso koska lannan kompostointi ilmakehän avulla vaatii lopulta ison määrän happea ja tuottaa ison määrän hiilidioksidia. Lisäksi syntyy hajuhaittoja, kun osittain kompostoitunut lanta levitetään pellolle: loppuunkäynyt kompostointi ei tuota enää hajuja.

Kehittämässäni kompostireaktorissa tilallinen voi säästää luontoa ja koska spirulina kykenee käyttämään ammoniakin typen lähteenä, niin saadaan myös lannasta enemmän irti. Kyseessä olisi merkittävä askel kohti hiilineutraalia maataloutta. Kompostireaktori on erillinen sammio, missä lannan ja kuivikkeiden muodostamaa kiintoainesta huuhdotaan vedellä, joka kerääntyy sammion pohjalle. Kun lantaa ja kuiviketta huuhdotaan vesipumpun avulla kompostoinnin ajan, niin ravinteet siirtyvät pääosin nesteeseen.

Myös syntynyt kiintoaines levitetään pelloille maanparannusaineena, sillä se on kuohkeaa ja näinollen se parantaa maan rakennetta fyysisesti. Kompostireaktorin pohjalla on ilmastus, johon ohjataan leväreaktorin happirikas ilma jotta prosessi kompostissa pysyy aerobisena eikä ala mätänemään. Vastaavasti taas hiilidioksidirikas ilma johdetaan leväreaktoriin. Kun kompostointi on valmis, niin syntynyt ravinneneste kompostista annetaan levälle ja syntynyt levä kerätään pellolle ja karjalle. Koska spirulina on prebiootti, niin se saattaa myös vähentää lehmien metaanin muodostusta: asiaa tulisi jonkun opinahjon Suomessa tutkia.

Reaktorissa voi myös hyödyntää kesantopeltoja, jolloin sinänsä arvoton biomassa saadaankin arvokkaaksi mikroleväksi. Toteutukseen tarvitaan jonkin verran rahaa ja tukea, ennenkuin varsinainen yritystoiminta voi alkaa. Yritys tuottaisi ihmisille superfoodiksi spirulinaa ja myöskin rakentaisi laitteistoja maatiloille. Kiitos Ruohonjuuri Oy heidän viime vuonna myöntämästään 3 tuhannen euron apurahasta. Ilman sitä, emme olisi näin pitkällä ja valmiina uuteen askeleeseen. Alussa eräs kaveri rahoitti muutamalla tonnilla alkututkimuksia, kiitos myös hänelle.

Tärkein asia mitä pääsin testailemaan Ruohonjuuren rahojen turvin, oli muut mikrolevät. Odotusteni mukaan, niiden kasvatus oli kuitenkin huomattavasti haasteellisempaa kuin spirulinan, joten en tässä vaiheessa vielä lähtisi niitä kasvattamaan enempää: toki ne ovat laajenemismahdollisuus yritykselle esim. Foodin kasviplankton on 639 euroa kilolta.

Suomessa ei kukaan vielä tuota spirulinaa – kuitenkin sitä myydään täällä miljoonilla euroilla vuodessa. Toivon että vapaan tutkimukseni tuloksena Suomeen syntyy spirulinayrityksiä.

Projektin kotisivut: https://spirulinasuomi.wordpress.com

+1
Henri Lentonen

Teen tällaista mikroleväprojekti: https://spirulinasuomi.wordpress.com

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu