Możliwości wykorzystania alg w hodowli ryb - doświadczenia i koncepcja biznesowa

Transkrypt

1 MINISTERSTWO GOSPODARKI MORSKIEJ I ŻEGLUGI ŚRÓDLĄDOWEJ, Warszawa, wrzesień 2017 Możliwości wykorzystania alg w hodowli ryb - doświadczenia i koncepcja biznesowa Andrzej Curkowski, Przemysław Mroczkowski, Paweł Sulima Fundacja Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki

2 Profil Instytutu Obszary działalności i oferta Kompetencje Realizacja projektów badawczo-rozwojowych i edukacyjnych, Przygotowanie i realizacja inwestycji, Analizy technicznoekonomiczne, Doradztwo biznesowe dla inwestorów i deweloperów branży OZE, Pozyskiwanie finansowania ze źródeł krajowych i UE, Poszukiwanie możliwości komercjalizacji perspektywicznych rozwiązań. Cele Rozwój i promocja innowacyjnych rozwiązań w energetyce odnawialnej, Badanie nowych rozwiązań i zastosowań OZE w rolnictwie, przemyśle i energetyce. Metody Realizacja projektów B&R, demonstracyjnych i edukacyjnych, transfer technologii, Budowanie lokalnych kompetencji we współpracy z uczelniami oraz partnerami technologicznymi i przemysłowymi. Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 2

3 Możliwości zastosowania alg Obszar badawczy IRIE W rolnictwie Poza rolnictwem Nawozy Środki pielęgnacji roślin Suplementy zdrowotne diety tzw. superfood oraz nutraceutyki Składniki kosmetyków Pasze dla zwierząt hodowlanych i suplementy Akwakultura pasze dla ryb i innych zwierząt wodnych Biopaliwa Integracja hodowli alg z OZE Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 3

4 Możliwości zastosowania alg Algi jako alternatywa pokarmu dla ryb Mikroalgi glony (m.in. Spirulina, Chlorella, Dunaliella) mogą być wytwarzane m.in. w niskokosztowych otwartych stawach i sprzedawane w postaci proszków dobrze udokumentowane profile żywieniowe dla ryb Makroalgi wodorosty (m.in. Laminaria, Undaria, Durvillea, Ascophyllum), występują w dużych zagęszczeniach co pozwala na ekonomiczny zbiór jako dodatek paszowy dostarczają m.in. pierwiastków śladowych oraz jodu Źródło:

5 Możliwości zastosowania alg Algi jako alternatywa pokarmu dla ryb wysokiej jakości mikroalgi wykorzystywane w hodowli skorupiaków i ryb są zazwyczaj produkowane w zamkniętych systemach hodowli, aby wykluczyć organizmy zanieczyszczające i nie mogą być suszone przed użyciem, co zapobiega niekorzystnemu wpływowi na ich właściwości fizyczne i odżywcze wyjątkowe wartości odżywcze mikroalg w diecie ryb uzasadniają wyższe koszty produkcji Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 5

6 Możliwości zastosowania alg Algi w hodowli ryb - akwakultury Zintegrowana hodowla ryb, krewetek i określonych szczepów alg główny obszar - hodowla ryb morskich: łosoś, pstrąg, tuńczyk, karp, tilapia, dorada, halibut, turbot, leszcz morski, dorsz ponadto: skorupiaki, małże, krewetki, ostrygi Zalety karmienia algami ryb hodowanych w akwakulturze w porównaniu z pokarmem tradycyjnym (mączka rybna, pasze kukurydziane i sojowe): dobre źródło protein, aminokwasów, tauryny, pigmentów, tłuszczy szybszy wzrost, dobry metabolizm i przyswajalność składników pokarmowych wyższa zawartość białka, poprawa aminogramu mięsa ryb zwiększenie ilości korzystnych kwasów tłuszczowych i poprawa ich proporcji np.: Omega 3, Omega 6 itp., EPA, DHA, ARA naturalne własności smakowe Źródło: umożliwiają lepszą kontrolę dozowania składników odżywczych stosowane jako pierwszy pokarm w stadium larwalnym mogą być substytutem zooplanktonu i obniżają śmiertelność o ok. 30% 6

7 Możliwości zastosowania alg Algi w hodowli ryb - akwaponika Innowacyjne systemy zwiększenia wydajności i zmniejszenia wpływu na środowisko akwakultury poprzez połączenie różnych rodzajów produkcji. Zintegrowana akwakultura wielokrotna (IMTA) obejmuje organizmy z różnych poziomów troficznych ekosystemu (np. Ryby, skorupiaki, glony), dzięki czemu produkty uboczne stają się źródłami innego. Systemy IMTA mogą być wykorzystane do recyklingu składników odżywczych z wyższych gatunków poziomu troficznego do produkcji niższych poziomów upraw o wartości handlowej. Mogą zmniejszać oddziaływanie na środowisko bezpośrednio poprzez pobieranie rozpuszczonych składników odżywczych przez producentów pierwotnych (np. makrofagi) i składników odżywczych w postaci cząstek przez podajniki wstrzymujące (np. małży). Aquaponika odnosi się do każdego systemu łączącego akwakulturę (zazwyczaj w strukturach akwarium) z hydroponiką (uprawa roślin w wodzie). Woda z systemu akwakultury jest dostarczana do systemu hydroponicznego, w którym produkty uboczne są rozkładane przez bakterie nitryfikacyjne do azotanów i azotynów, które są wykorzystywane przez rośliny jako składniki odżywcze, a następnie woda jest zawracana do systemu akwakultury. Aquaponika jest wysoce wydajnym sposobem produkcji żywności, nie jest jeszcze szeroko rozpowszechniona na rynku i jest przedmiotem projektów badawczych na poziomie UE i międzynarodowym. Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 7

8 Możliwości zastosowania alg Algi wykorzystywane w hodowli ryb i akwakulturze Haematococcus pluvialis Arthrospira platensis (Spirulina) Tetraselmis chuii/suecica Isochrysis galbana Tetraselmis suecica/chuii Nannochloropsis gaditana Skeletonema costatum silny antoksydant antaksantyna - stosowana do akwakultury suplement dietetyczny zwierząt wodnych w akwakulturze i akwarium aminokwasy stymulują pobieranie pokarmu przez organizmy doskonały pokarm w akwakulturze, produkuje fukoksantynę zawarte w niej aminokwasy stymulują pobieranie pokarmu przez organizmy wodne pokarm w akwakulturze dla larw ryb i wrotków duża zawartość kwasów tłuszczowych, produkcji biopaliw akwakultura, hodowla larw skorupiaków, krewetek, ostryg Źródło: Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 8

9 Możliwości zastosowania alg Algi jako alternatywa pokarmu dla ryb Algi są podstawą łańcuchów pokarmowych ryb w warunkach naturalnych, przez co ryby są przystosowane do ich spożycia Istotne dla ryb związki zawarte w algach Proteiny i aminokwasy Zastosowanie do poszczególnych gatunków ryb Chlorella, Scenedesmus Chlorella Tilapia Sebastes Tauryna Laminaria, Undaria, Porphyra, Tetraselmis, Porphyridium, Oxyrrhis, Nitzschia Undaria, Ascophyllum, Porphyra, Spirulina, Ulva Leszcz Pigmenty Haematococcus pigment różowy (np. łosoś) Spirulina źródło jasnych pigmentów. Dunaliella duże ilości beta-karotenu Gracilaria, Ulva Ulva Okoń europejski Cefal Tłuszcze Ulva, Pterocladia Porphyra, Nannochloropsis- Isochrysis Dorada Dorsz atlantycki Źródło: Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 9

10 Optymalne parametry hodowli alg Parameter Zakres Wartość optymalna Temperatura ( C) Zasolenie (g/l) (zawartość składników mineralnych np. Fe, Si) CO g CO 2 / 100 g alg 183 g CO 2 /100 g alg Natężenie promieniowania słonecznego min W/m 2 ok W/m 2 w Polsce ~ 126 W/m 2 z doświetlaniem Natężenie światła (mmol/m2/s) (zależnie od objętości i zagęszczenia alg) Oświetlenie (stosunek godz. jasne: ciemne) :8 (min) 24:0 (max) ph Cykl wzrostu (zależy od gatunku i warunków) Zawartość składników odżywczych (źródła C, N, P) Kilka - kilkadziesiąt dni Kilka dni Źródło: JRC SCIENTIFIC AND POLICY REPORTS Joint Research Centre Microalgae-based products for the food and feed sector: an outlook for Europe; Biogaz z alg szanse i zagrożenia, K. Kuligowski i in, Pomorskie Centrum Badań i Technologii Środowiska POMCERT, Gdynia Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 10

11 Wybór technologii produkcji alg Zasoby i energia potrzebne do produkcji Otwarte baseny Fotobioreaktory zamknięte Źródło energii Słońce Słońce + oświetlenie (w tym Lampy LED) Nakłady finansowe (inwestycyjne i operacyjne) Hodowla 50-60%, Zbiór i ekstrakcja 40-50% Niskie ~ 1,7 eur/kg s.m Wysokie ~ 9,0 eur/kg s.m W tym koszt energii ~ 1,3 eur/kg s.m ~ 5,2 eur/kg s.m Powierzchnia Bardzo duża Mała (systemy laboratoryjne) - Duża Zagęszczenie biomasy Wydajność Niskie ~ 0,1 0,5 g/l Niska ~ 70 t s.m./ha/r Duże ~ 0,5-8 g/l Wysoka - B. wysoka ~ t s.m./ha/r Praca w ciągu roku Zależy od klimatu Niezależna od klimatu Straty CO 2 Występują Niskie Parowanie i zużycie wody Zachodzi, zwiększone Ograniczone Kontrola procesu (ph, CO 2, O 2, temperatura, składniki odżywcze) Niska Średnia-Wysoka Zanieczyszczenia zewnętrzne Występują Zminimalizowane, łatwe czyszczenie Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 1 1 Źródło: JRC SCIENTIFIC AND POLICY REPORTS Joint Research Centre Microalgae-based products for the food and feed sector: an outlook for Europe

12 Wybór technologii produkcji alg Fotobioreaktory zamkniete Systemy wertykalne (panelowe) Systemy horyzontalne (rurowe) Źródło: JRC SCIENTIFIC AND POLICY REPORTS Joint Research Centre Microalgae-based products for the food and feed sector: an outlook for Europe Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 12

13 Technologia produkcji alg Zastosowanie lamp LED przy produkcji alg zwiększenie efektywności przyswajania światła, dzięki charakterystyce dystrybucji światła bliskiej do oświetlenia słonecznego (długość fali nm, natężenie promieniowania ok W/m 2 ), kontrolowany, wysokowydajny wzrost w ciągu całego roku, niezależnie od warunków atmosferycznych, precyzyjny system monitoringu i kontroli procesu, ograniczone wymagania przestrzenne reaktorów pozwalają na optymalne wyskalowanie procesu. Źródło: Technische Universität München Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 13

14 Integracja hodowli alg z OZE i przemysłem Przykłady i korzyści Integracja hodowli alg z OZE PV, kolektory słoneczne oświetlenie i ogrzewanie hodowli Biogazownia zagospodarowanie nadmiaru ciepła oraz CO 2 Biomasa z alg daje bardziej efektywne wykorzystanie powierzchni dzięki większej wydajności od upraw roślin energetycznych Możliwość zagospodarowania nadwyżki energii z fotowoltaiki lub wiatru Integracja hodowli alg z przemysłem Źródło ciepła odpadowego i CO 2 z procesów produkcyjnych Przykładowe gałęzi przemysłu: gorzelnie, mleczarnie, elektrownie konwencjonalne, przemysł petrochemiczny, chemiczny i in. Oczyszczalnie ścieków źródło substancji odżywczych (gł. N, P) Źródło: Zastosowanie alg w bioenergetyce, Dr. inżw. Białas Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 14

15 Perspektywy rozwoju rynku w Polsce Gospodarstwa rybackie i hodowle ryb ciepłolubnych Zastosowania mikroalg w hodowli ryb: Wprowadzanie do hodowli nowych gatunków ryb morskich do akwakultury: halibut, turbot, basenu morza, leszcz morski, dorsz, skorupiaki i małże Stosowanie w produkcji, jak i wzbogacaniu żywych pasz (rotifer, artemia itp.) oraz bezpośrednio do hodowli larw jako tzw. "zielona woda". Ograniczenie produkcji do kilku gatunków mikroalg, wybranych ze względu na ich wielkość, wartość odżywczą, łatwość kultury i brak negatywnych skutków ubocznych, np. toksyczność (Chlorella sp, Isochrysis galbana, Pavlova lutheri, Nannochloropsis oculata i N. gaditana, Dunaliella tertiolecta i Tetraselmis suecica) Koszt upraw alg (w większości lokalizacji) $400 to $600 US /metric ton; Mączka rybna $1,700 / ton, algi z upraw w akwakulturze jako substytut mączki rybnej mogą zapewniać do 60-70% oszczędności Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 15

16 Algi w hodowli łososia Jurassic Salmon w Janowie Hodowla łososia atlantyckiego zwanego polskim lub jurajskim Rosnące zapotrzebowanie na zaspokojenie potrzeb rynku krajowego z uwagi na kurczące się zasoby surowcowe i ograniczanie połowów w Bałtyku. Zamknięty cykl produkcji oparty o wody geotermalne o temp. ok. 25 C. Okres od wylęgu do przeznaczenia na tucz - 2 lata. Rozmnażanie w wodzie słodkiej pozyskiwanej z własnego ujęcia i sieci wodociągowej, chów w wodzie słonej. Czystość wód geotermalnych zapobiega zachorowalności łososia np. na wesz morską. Hodowla proekologiczna (bez antybiotyków i substancji pomocniczych przyspieszających przyrost masy) możliwość wykorzystania alg do skarmiania. Produkcja w systemie RAS (Recilculated Acqualture System) Zapewnia ciągły przepływ wody powodujący spalanie tkanki tłuszczowej i kształtowanie mięśni wpływ na lepszą jakość i smak mięsa. Oddzielenie hodowli od warunków zewnętrznych i zawansowany system filtracji wody, zapobiega przenoszeniu chorób np. wrzodzenicy. Źródło: jurassicsalmon.pl, um-zachodniopomorskie.pl 1 6

17 Algi w hodowli dorsza Przykład firm z Norwegii Przemysł hodowli i wylęgu dorsza wykazuje wysokie zapotrzebowanie biomasy mikroalg z tendencją do importu mrożonej i żywej biomasy gł.: - Chlorella sp. (Azja) - Nannochloropsis oculata (USA) Sprzedaż importowanej biomasy glonów dla hodowli dorsza MicroAlgaeAS (Norwegia) Produkcja mokrej, żywej biomasy dla hodowli dorsza: - Algaetech Industries AS (Norwegia) - MicroA AS (Norwegia) Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 17

18 Projekty B&R z funduszy UE Przykładowe obszary aplikacji Hodowla Alg jako istotny obszar badawczy z perspektywy UE - powiązane obszary w ramach Programu Horyzont 2020: Fisheries&aquaculture Biobased industries Innovation Energy Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 18

19 Koncepcja badawcza IRIE Model konsorcjum projektowego Potencjalni partnerzy projektów badawczych Uczelnie i ośrodki badawcze Gospodarstwa rybackie (hodowla ryb ciepłolubnych z potencjałem zastosowania alg) Przemysł dostarczający CO 2 i ciepła Partnerzy technologiczni i dostawcy komponentów Instytut Rozwoju Innowacyjnej Energetyki 19

20 Tel