Δέσμευση CO2 σε καλλιέργειες Arthrospira sp. (Spirulina)
Loading...
Date
2025-10-10
Authors
Χότζα, Αΐντα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα (CO₂) μέσω καλλιέργειας του κυανοβακτηρίου Arthrospira sp. (Σπιρουλίνα), ενός μικροοργανισμού με ιδιαίτερη οικολογική και βιοτεχνολογική σημασία. Η κλιματική αλλαγή και η συνεχιζόμενη αύξηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου έχουν καταστήσει αναγκαία την αναζήτηση εναλλακτικών και φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδων απορρόφησης CO₂. Σε αυτό το πλαίσιο, η Σπιρουλίνα παρουσιάζει διπλή αξία, αφενός ως αποτελεσματικός βιολογικός μηχανισμός δέσμευσης άνθρακα και αφετέρου, ως πηγή βιομάζας υψηλής θρεπτικής και εμπορικής αξίας.
Η μελέτη διεξήχθη στο Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Συστημάτων του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, κατά το ακαδημαϊκό έτος 2023–2024. Σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν τέσσερις διαφορετικές σειρές πειραμάτων σε φωτοβιοαντιδραστήρες εργαστηριακής κλίμακας, με στόχο τη διερεύνηση της ανάπτυξης της Σπιρουλίνας υπό διαφορετικές συνθήκες καλλιέργειας. Τα πειράματα βασίστηκαν στη χρήση τριών ειδών θρεπτικών μέσων: (α) το τυπικό Zarrouk ’s Medium χωρίς ανθρακικά άλατα, (β) θαλασσινό Zarrouk, όπου το θαλασσινό νερό αντικατέστησε το αποσταγμένο, και (γ) θαλασσινό νερό εμπλουτισμένο μόνο με άζωτο, φώσφορο και ιχνοστοιχεία. Το θαλασσινό νερό προερχόταν από την περιοχή του Ρίου, Αχαΐας και χρησιμοποιήθηκε χωρίς αποστείρωση, ώστε να μειωθεί το κόστος και να προσεγγιστούν πιο ρεαλιστικές συνθήκες βιομηχανικής κλίμακας.
Σε κάθε πείραμα μετρήθηκαν η συγκέντρωση και η σύσταση της παραγόμενης βιομάζας, η κατανάλωση CO₂, η περιεκτικότητα σε νιτρικά και φωσφορικά, καθώς και οι βιοχημικές παράμετροι της βιομάζας όπως υδατάνθρακες, πρωτεΐνες, λιπίδια και χρωστικές (χλωροφύλλη – α, φυκοκυανίνη και αλλοφυκοκυανίνη). Η ανάλυση έδειξε ότι η Σπιρουλίνα μπορεί να αναπτυχθεί αποδοτικά σε περιβάλλοντα υψηλής αλατότητας, ιδίως όταν το εμβόλιο έχει εγκλιματιστεί στις συνθήκες αυτές. Η καλύτερη απόδοση καταγράφηκε σε θαλασσινό μέσο με προσθήκη βασικών θρεπτικών συστατικών, όπου η τελική συγκέντρωση βιομάζας ξεπέρασε τα 1000 mg/L, ενώ η απορρόφηση CO₂ παρέμεινε υψηλή σε όλη τη διάρκεια της καλλιέργειας.
Ιδιαίτερη σημασία είχε και η ανάλυση της βιοχημικής σύστασης. Οι πρωτεΐνες κυμάνθηκαν σε υψηλά ποσοστά, επιβεβαιώνοντας τη θρεπτική αξία της Σπιρουλίνας. Παράλληλα, η συγκέντρωση υδατανθράκων και λιπιδίων αυξήθηκε σημαντικά προς το τέλος του κύκλου καλλιέργειας, υποδεικνύοντας τη δυνατότητα αξιοποίησης της βιομάζας για παραγωγή βιοκαυσίμων. Οι χρωστικές, και ιδιαίτερα η φυκοκυανίνη, εμφάνισαν υψηλή συγκέντρωση, προσδίδοντας πρόσθετη εμπορική αξία λόγω των αντιοξειδωτικών και αντιφλεγμονωδών τους ιδιοτήτων.
Συνολικά, τα πειράματα απέδειξαν ότι η χρήση θαλασσινού νερού, σε συνδυασμό με εμπλουτισμό με θρεπτικά, μπορεί να αποτελέσει μια βιώσιμη λύση για τη βιομηχανική καλλιέργεια της Σπιρουλίνας. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται η κατανάλωση γλυκού νερού, ελαχιστοποιείται η χρήση χημικών, ενώ παράλληλα επιτυγχάνεται σημαντική δέσμευση CO₂. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η Σπιρουλίνα μπορεί να συμβάλει ουσιαστικά στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής, ενώ ταυτόχρονα προσφέρει προϊόντα υψηλής βιολογικής αξίας, ενισχύοντας το όραμα μιας κυκλικής και βιώσιμης οικονομίας.
Description
Keywords
Διοξείδιο του άνθρακα, Φωτοσύνθεση, Κυανοβακτήρια, Μέσο καλλιέργειας, Παραγωγή βιομάζας, Θαλασσινό νερό, Βιοπροϊόντα, Χλωροφύλλη, Φωτοβιοαντιδραστήρας, Δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα, Σπιρουλίνα, Φυκοκυανίνη, Πρωτεΐνες, Υδατάνθρακες, Λιπίδια