Mikroalger – morgendagens superafgrøde

Klima Soja er en af de bedste kilder til foderprotein, vi kender. Den har en god aminosyresammensætning, og den er billig. Men måske kan mikroalger udfordre sojaen.

Lihme2215

Algerne producerer store mængder kvalitetsprotein. Og de gør det hurtigt og effektivt på et lille areal med udnyttelse af CO2 og energi fra solen. Her er forfatteren i laboratoriet med hænderne fulde af mikroalger.

© Teknologisk Institut
Momentum+

Som bekendt kigger verden ind i en eksplosiv befolkningstilvækst. FN forudser en stigning på 30 pct. i befolkningstilvæksten i løbet af de næste 30 år, og forventningen er, at verdens samlede befolkningstal vil runde 11 mia. inden år 2100.

Det medfører i sagens natur en række udfordringer, ikke mindst på fødevareområdet.

Hvis de mange munde skal mættes, er det afgørende at finde nye, stabile proteinkilder – givetvis både som foder til dyr og som føde til mennesker. Det er dog ikke uproblematisk.

En af de knappeste ressourcer – i en fremtidig verden præget af de klimaforandringer, vi ser begyndelsen på i disse år – vil være dyrkbar jord.

Derfor er der behov for en robust proteinafgrøde med høj vækstrate, lang vækstsæson ved en lang række forskellige breddegrader, god aminosyreprofil og højt proteinindhold i forhold til tørstof, som i øvrigt ikke optager alt for meget dyrkbar jord.

Utrolig nok opfylder mikroalger alle disse kriterier og er derfor en af de mest spændende kandidater som fremtidens proteinafgrøde.

Mikroalgers fortræffeligheder

Som tidligere beskrevet i disse spalter fylder den danske sojaimport enormt meget på mange parametre. Den udgør en betydelig del af det danske klimaaftryk, idet soja primært importeres fra Sydamerika og desuden er forbundet med intens skovrydning og anvendelse af problematiske kemikalier.

Lihme2211

En tilberedt algebøf, der smager godt, dyrket på mask fra ølbrygning. Verden har behov for en robust proteinafgrøde med høj vækstrate, lang vækstsæson, god aminosyreprofil og højt proteinindhold i forhold til tørstof – og som i øvrigt ikke optager alt for meget dyrkbar jord. Utrolig nok opfylder mikroalger alle disse kriterier.

© Teknologisk Institut

Der er derfor stort fokus på at nedbringe importen af soja, ikke bare i en dansk kontekst, men også i resten af Europa. Desværre er soja en af de bedste kilder til foderprotein, vi kender. Den har en god aminosyresammensætning, og den er billig. Men måske kan mikroalger udfordre sojaen.

Mikroalger er landplanternes forfædre og er ligeledes i stand til at udnytte solens energi til at fiksere uorganisk kulstof til organiske energirige molekyler, såsom kulhydrater, fedtsyrer og aminosyrer, men også andre højværdistoffer som carotenoider og vitaminer.

Til forskel fra landplanterne har mikroalger dog en mere simpel opbygning og livscyklus og kræver derfor ikke lange perioder med modning. Under optimale betingelser vokser mikroalger desuden eksponentielt, og fordoblingstider på 24 timer er ikke unormalt.

Det er endvidere en stor gruppe af organismer, der generelt udviser stor tilpasningsgrad med hensyn til temperatur, salinitet, lysforhold og næringskrav.

Det er derfor muligt at selektere lokale stammer, som er tilpasset optimal vækst under de klimaforhold, der hersker på det givne sted.

Det er netop essensen i ReMAPP-projektet, der tager udgangspunkt i en lokal mikroalge, der dyrkes i udendørs rørsystemer med udnyttelse af biogasindustriens sidestrømme.

Algen har et proteinindhold på 50-55 pct. af tørstoffet og en arealudnyttelse, der er ca. femten gange højere end for sojaprotein dyrket i Sydamerika.

Alger kræver ikke dyrkbar jord

Der er en række andre fordele ved mikroalger. For det første kræver de ikke dyrkbar jord og har i det hele taget et meget lavt arealkrav sammenlignet med animalsk protein.

Det fordrer fx ca. 1-2,5 m2 at producere ét kg algeprotein, mens det kræver 47-64 m2 at producere 1 kg svineprotein og ufattelige 144-258 m2 for 1 kg okseprotein.

Derudover er det muligt at dyrke algerne i sammenhæng med mange forskellige industrielle sidestrømme – det være sig næringsstoffer, CO2 og overskudsvarme fra eksempelvis biogasindustrien.

Andre industrier har også vist sig at kunne bidrage med næringsholdige sidestrømme til algedyrkning. Mask fra ølbrygning og græsjuice er bare et par yderligere eksempler udover den afgassede gylle fra biogasanlæg.

Der er altså rig mulighed for en cirkulær bioøkonomi, hvor affaldsstoffer fra én produktion kan fungere som ressource for en anden og vice versa.

Lihme2212w

Algen analyseres i laboratoriet. En væsentlig udfordring er mikroalgernes robuste cellevæg, og hverken mennesker eller dyr besidder nødvendigvis de enzymer, der skal til for at nedbryde den. Der er tre forskellige veje til nedbrydning af komplekse cellevægge: mekanisk påvirkning, kemisk nedbrydning og enzymatisk nedbrydning. Der gennemføres intens forskning på området, og alle tre veje har interessante perspektiver.

© Malene Fog Lihme Olsen

Dertil kommer et muligt uudnyttet potentiale i form af andre højværdistoffer, der muligvis kan udvindes fra algebiomassen. Hidtil har der været fokuseret meget på protein og lipider, men forskellige sekundære metabolitter kan sagtens vise sig interessante i fremtiden.

Protein er ikke bare protein

En anden fordel ved mikroalgerne er deres aminosyresammensætning. Protein er ikke bare protein. Det er velkendt, at animalsk protein har højere biologisk værdi end vegetabilsk som menneskeføde, idet fordelingen af særligt de essentielle aminosyrer passer bedre til menneskers behov. Det samme gør sig gældende for foderprotein.

Lihme2213

Forsøgsmarken i Tåstrup. Det er muligt at selektere lokale stammer af mikroalger, som er tilpasset optimal vækst under de klimaforhold, der hersker på det givne sted. Det er netop essensen i ReMAPP-projektet, der tager udgangspunkt i en lokal mikroalge, der dyrkes i udendørs rørsystemer med udnyttelse af biogasindustriens sidestrømme.

© Malene Fog Lihme Olsen

Særligt fjerkræ har brug for forholdsvis meget af den svovlholdige aminosyre methionin til deres fjerdragt. Det er ofte en begrænsende faktor i andre kandidater til foderprotein. Men ReMAPP-algen indeholder relativt store mængder af netop denne aminosyre sammen med andre essentielle aminosyrer.

Tre udfordringer: dyrkning, høst og tilgængelighed  

Det lyder jo næsten for godt til at være sandt, men der er selvfølgelig også udfordringer forbundet med produktion af mikroalgeprotein.

For det første er der selve dyrkningen. Generelt er der to tilgange til dyrkning af mikroalger: åbne kar kaldet ’ponds’ eller såkaldte fotobioreaktorer, der er lukkede rør eller paneler, hvori mikroalgerne vokser i deres medie – beskyttet fra ydre påvirkninger.

Der er fordele og ulemper ved begge tilgange. I de åbne kar er man i sagens natur sårbar over for forurening og udefrakommende begivenheder, så det er sværere at kontrollere vækstparametrene, og som følge heraf er produktiviteten lavere. Til gengæld er de billige og nemme at sætte op.

Lihme2214

ReMAPP-algen 1000 gange forstørret. Under optimale betingelser vokser mikroalger eksponentielt, og fordoblingstider på 24 timer er ikke unormalt.

I de lukkede rør kan algerne nemt beskyttes, men ofte opbygges biofilm på indersiden af rørene, således at lyset har sværere ved at trænge igennem til algerne.

I ReMAPP benyttes lange rørformede plastposer som bioreaktor. Det er et billigt og nemt alternativ, men der er udfordringer med lækkende poser og spidse fuglenæb. Det er med andre ord ikke et uoverstigeligt teknologisk problem.

For det andet er der høsten. Man kan ikke bare køre en mejetærsker hen over algemarken. Det er store mængder vand, der skal håndteres, når man skal have fat i algebiomassen.

Valget står mellem filtrering og centrifugering, og den bedste løsning på nuværende tidspunkt viser sig at være en kombination af de to teknologier.

Til gengæld er der meget, der tyder på, at vandet med fordel kan genanvendes. Efter endt recirkulation kan vandingsvandet – som forventes at indeholde nogle værdifulde biostimulanter udskilt fra mikroalgerne – anvendes til at fremme planteproduktion.

En tredje væsentlig udfordring er mikroalgernes robuste cellevæg. For at dyr og/eller mennesker kan få glæde af proteinet, skal det jo være biologisk tilgængeligt. Hverken mennesker eller dyr besidder nødvendigvis de enzymer, der skal til for at nedbryde algernes cellevæg.

Det er dog ikke et ukendt fænomen, at mikroalgers cellevæg er særlig genstridig. Der er bedrevet meget forskning i forbindelse med mikroalgernes andet store potentiale: biodieselproduktion.

Lihme2216

Den svovlholdige aminosyre methionin er ofte en begrænsende faktor i andre kandidater til foderprotein. Men ReMAPP-algen indeholder relativt store mængder af netop denne aminosyre sammen med andre essentielle aminosyrer.

© Teknologisk Institut

I bund og grund er der tre forskellige veje til nedbrydning af komplekse cellevægge: mekanisk påvirkning, kemisk nedbrydning og enzymatisk nedbrydning. Der gennemføres intens forskning på området, og alle tre veje har interessante perspektiver.

To udfordringer mere: fordøjelighed og rentabilitet

En fjerde, og relateret, udfordring er fordøjeligheden og anvendeligheden af algeproteinet som foder eller fødevare. Det skal jo helst være noget, dyr og mennesker overhovedet vil spise. Smag og tekstur er vigtige parametre i den forbindelse, og derfor er det også et område, der kigges intenst på.

Ekstrudering af algeprotein blandet med ærteprotein ser særligt lovende ud, men vi mangler stadig at gennemføre fodringsforsøg i større skala, ligesom godkendelser og sikkerhedsevalueringer af de konkrete algearter venter i fremtiden.

Nogle mikroalgearter er dog allerede godkendt som fødevarer, så det er formentlig bare et spørgsmål om tid.

Algen har et proteinindhold på 50 - 55 pct. af tørstoffet og en arealudnyttelse, der er ca. femten gange højere end for sojaprotein dyrket i Sydamerika.

Malene Fog Lihme Olsen,
AgroTech, Teknologisk Institut

Den femte og ikke uvæsentlige udfordring er rentabiliteten. Som det ser ud nu, har vi solidt proof of concept i pilotskala. De næste par år skal projektet skaleres op, og de ovennævnte problemer skal adresseres. Uden at omkostningerne løber løbsk.

Idéen arbejder med biologien

Det er dog vigtigt at understrege, at det alle er problemer af teknologisk karakter. Den altoverskyggende konklusion er, at idéen arbejder med biologien. Algerne gør det, de gør: nemlig at producere store mængder kvalitetsprotein. Og de gør det hurtigt og effektivt på et lille areal med udnyttelse af CO2 og energi fra solen.

Vi skal sådan set bare sørge for at give dem de bedste rammer for at gøre det. Så kan vi bidrage til at løse en del af de problemer, verden står overfor de kommende årtier. Den klare forventning er, at de teknologiske løsninger vil følge og dermed også rentabiliteten.