Vědci z vědeckého centra NETME ve spolupráci s Akademií věd pracují na nové technologii založené na použití zelených řas. Kromě čištění vzduchu by vodní rostliny zároveň díky fotosyntéze produkovaly kyslík, řasy se navíc mohou stát nadějnou zbraní proti klimatické změně.
Pracovníci laboratoří působící na Fakultě strojního inženýrství (FSI) Vysokého učení technického zkoumají chemické a fyzikální procesy využívající účinek přírodního materiálu ve fotobioreaktorech, velkou část práce však tvoří také simulace jevů ve výpočetních systémech. Díky tomu umí vědci chování řas lépe předpovědět. „Dokážeme změřit, jak se roztok s řasami chová v trubici, ale počítačové modelování nám dokáže říct i to, co se stane, když bude mít trubice místo dvou metrů na výšku deset metrů. Dnes se používá už poměrně populární pojem digitální dvojče,“ vysvětluje Miroslav Rebej, student doktorského programu na fakultě. Za svoji práci na projektu získal ocenění v soutěži Brno Ph.D. Talent spolupořádané městem Brnem a Jihomoravským krajem.
Odpadem kyslík
Mladý vědec se velkou měrou podílí zejména na softwarové části projektu, která je nutná k návrhu a vytvoření prototypu reaktoru, jehož některé díly modelují vědci na 3D tiskárně. Samotné zařízení si lze představit jako malou vodní nádrž, ve které vodní rostliny přeměňují oxid uhličitý ze zplodin na jinou formu energie. Přirozeně probíhající fotosyntéza pak díky přístupu světla garantuje nahrazení potenciálně vypuštěných plynů znečišťujících atmosféru kyslíkem.
Na výzkumu se od konce předloňského roku kromě týmu odborníků z FSI podílí Akademie věd, konkrétně brněnské pracoviště CzechGlobe. Právě z laboratoří Akademie pochází mikrořasy, které musí vědci do svých výpočtů zahrnout. Mikrořasy tu fungují jako mikroskopické buněčné továrny schopné transformovat nevyčerpatelné přírodní zdroje jako jsou sluneční záření, atmosférický uhlík a dusík do energeticky bohatých molekul. V ideálním případě by byl na konci projektu návrh nádrže, do které by odcházely spalné plyny z různých energetických zdrojů a ekologicky se dočišťovaly.
Detaily rozhodují
CzechGlobe se na výzkumu podílí zejména dodáním různých druhů řas do laboratoře. „Řešíme, jak zařízení postavit, aby se třeba někde oxid uhličitý neshlukoval a v jiných místech naopak řasy nebyly bez něj. Nebo jak zajistit rovnoměrné světelné podmínky v celém prostoru,“ uvádí úskalí projektu Miroslav Rebej. Důležité je podle něj sledovat také proudění vody v celém systému. „Na konci bychom měli mít model, který by dokázal vzít v potaz dráhu putování řasy, kolik má světla a živin, a dokázal by nám říct, jestli za daných podmínek řasa poroste a o kolik,“ dodává vědec.
Veškerý výzkum prozatím probíhá v malém měřítku, teprve další výsledky rozhodnou, zda by se použití řas vyplatilo také v průmyslu. Zařízení by mělo v budoucnu sloužit k čištění kouře vycházejícího ze spaloven a dalších zařízení likvidujících odpad. Znečištěné řasy by pak šlo dále využít jako palivo nebo ke hnojení. Autotrofní organismy modifikují biologové z Akademie věd tak, aby měly co nejlepší vlastnosti. „Řasám lze měnit podmínky tak, aby se musely adaptovat například na nedostatek světla. Jedním z výsledků je třeba to, že řasa produkuje hodně tuků, a tedy je ideální pro výrobu biopaliv,“ popisuje Vítězslav Máša, další z výzkumníků.
Foto: Miroslava Rebej, autor: Igor Šefr, zdroj: FSI VUT
Materiál budoucnosti
Mořské řasy by přitom v budoucnu mohly platit za naději proti klimatické změně. Díky jejich schopnosti zpracovat oxid uhličitý se nabízí jejich využití ve formě přírodního filtru. „Nejedná se o lék proti celé globální změně klimatu, dokonce zatím neexistuje ani příslušná průmyslová infrastruktura. Ale využití řas má obrovský potenciál,“ věří Halley Froehlichová z Kalifornské univerzity. Právě její výzkumný tým se zabývá použitím řas dlouhodobě, zelené rostliny uvádí jako jedno z řady mitigačních opatření. Řasy, podobně jako ostatní rostliny, ukládají oxid uhličitý, na rozdíl od stromů je však nelze spálit a nehrozí tak zpětné uvolnění emisí do atmosféry. Podle návrhu vědců by bylo možné mořské řasy potopit, a tím uložit uhlík do hlubin světového oceánu.
Pro trávení dobytka
Řasy navíc rostou oproti rostlinám na pevnině rychleji a je možné je pěstovat na obrovských plochách. Mořská akvakultura navíc umožňuje řasy využít v potravinářství nebo pro výrobu léčiv, samotné řasy vodu okysličí a mají tak potenciál zlepšit prostředí v oceánu, což může vést ke větším výnosům rybářů. Použití řas jako krmivo může mít navíc podle australských vědců ještě další vedlejší efekt – snižuje produkci metanu u hospodářských zvířat. Vědecký tým z univerzity Jamese Cooka naměřil při přimíchání malého podílu řasy Asparagopsis taxiformis úbytek skleníkového plynu asi o 70 %. Zemědělství přitom produkuje asi sedminu antropogenních emisí plynů způsobujících globální oteplování, a přestože zpracování stravy ve trávicích traktech dobytku je součástí uhlíkového cyklu na zemi, nižší produkce metanu přispěje ke zpomalení klimatických změn. „Kompenzace v podobě pěstování řas nabízí nový velmi silný nástroj pro více udržitelnou budoucnost,“ uvádí tým autorů vědeckého článku. Podle výzkumného týmu vystačí k uhlíkové neutralitě světové akvakultury pěstovaní řas zhruba na území o rozloze katastrálního území Prahy. Cílené pěstování rostlin a živočichů v oceánu přitom platí za jeden z nejdynamičtěji rostoucích hospodářských odvětví.