جلبک‌ها را روشن کنید

افزایش نگرانی‌ها در این زمینه موجب شده در سال‌های اخیر استفاده از روش‌های نوین مبتنی بر استفاده از منابع طبیعی به منظور کاهش آلودگی هوا بیش از پیش مورد توجه پژوهشگران قرار گیرد. یکی از این روش‌های نوین، استفاده از جلبک‌هاست که با توجه به برخورداری از ویژگی‌هایی مانند قدرت بالای آنها در جذب دی‌اکسیدکربن و تولید اکسیژن و همچنین توانایی رشد سریع به عنوان یکی از روش‌های جدید در مبارزه با آلودگی هوا مطرح شده است. این طرح در بسیاری از کشورها مر​حله اولیه را با موفقیت پشت سر گذاشته و وارد مرحله اجرایی شده است. کشور ما نیز در این زمینه فعالیت‌های خوبی آغاز کرده است. پژوهشگران جهاد دانشگاهی مازندران با استفاده از جلبک، موفق به طراحی و ساخت نمونه آزمایشگاهی اولین لامپ زیستی ایرانی شده‌اند. با مهندس مصطفی مهدی‌نژاد، رئیس جهاد دانشگاهی مازندران و مجری طرح درباره لامپ‌های زیستی جلبکی و ویژگی‌های آنها گفت‌وگو کرده‌ایم.

منظور از لامپ‌های زیستی چیست؟

در این لامپ‌ها، جلبک‌ها با استفاده از نور یک منبع روشنایی کم‌مصرف یا نور طبیعی خورشید، فتوسنتز می‌کنند و در نتیجه دی‌اکسیدکربن را جذب و اکسیژن تولید می‌کنند. این فرآیند با تولید الکترون‌هایی در سطح جلبک‌ها همراه است که می‌تواند به عنوان منبعی برای تولید انرژی الکتریکی و تامین روشنایی مورد استفاده قرار گیرد. علاوه براین، می‌توان از آن به عنوان ابزاری برای مبارزه با آلودگی هوا استفاده کرد که در حقیقت هدف اصلی نیز همین است. با افزایش حجم الکترون‌ها می‌توان روشنایی محیط را تامین کرد. از لامپ زیستی می‌توان برای واحدهای مسکونی، اداری و حتی خیابان‌ها استفاده کرد. برای مثال در شهر هامبورگ آلمان این لامپ‌ها به طور گسترده کاربرد دارند. جلبک کشت شده با جذب دی‌اکسیدکربن، اکسیژن آزاد می‌کند. بنابراین علاوه بر تلطیف هوا می‌تواند به عنوان منبعی برای تولید انرژی الکتریکی هم مورد استفاده قرار گیرد.

چرا در تولید لامپ‌های زیستی به سراغ جلبک‌ها رفته‌اید؟

جلبک‌ها با توجه به داشتن پتانسیل بالای جذب دی‌اکسیدکربن و خواص منحصر به فردی که در جذب دی‌اکسیدکربن دارند در سطح دنیا مورد توجه قرار گرفته‌اند. یکی از ویژگی‌های مهم جلبک‌ها توانایی قابل توجه آنها در جذب دی‌اکسیدکربن است. جلبک‌ها شامل انواع مختلف از جلبک‌های تک سلولی تا گونه‌های بزرگ دریایی هستند. ساده‌ترین و فراوان‌ترین جلبک‌ها، موجودات زنده‌ای با توانایی فتوسنتز هستند که در طبیعت به وفور یافت شده و در دریای خزر هم وجود دارند. جلبک‌ها بیش از دیگر گیاهان اکسیژن تولید می‌کنند. بررسی مقایسه‌ای بین گیاهان مختلف نشان می‌دهد توانایی جلبک‌ها در آزادسازی اکسیژن بیش از دیگر گیاهان است. جالب است بدانید بیش از نیمی از اکسیژن موجود در سطح زمین از طریق جلبک‌ها تامین می‌شود. توده زیستی این جلبک‌ها در مدت زمان 24 تا 48 ساعت تکثیر شده و به میزان دو برابر افزایش پیدا می‌کند. علاوه بر این از بیومس یا زیست توده‌ای که از این جلبک‌ها باقی می‌ماند می‌توان فرآورده‌های مختلفی مانند کود گیاهی، هیدروکربن، اتانول، متان، بیودیزل، محصولات غذایی، فرآورده‌های بهداشتی و پلاستیک‌های زیستی تولید کرد که ارزش اقتصادی بالایی دارند. این جلبک‌ها می‌توانند حجم قابل توجهی از دی‌اکسیدکربن را به دام اندازند و در عین حال می‌توان فرآورده‌های جانبی با ارزشی را نیز از آنها تهیه کرد. در حقیقت تولید لامپ‌های زیستی اصلا پسماندی ندارد و همه پسماند‌ها به کود و دیگر فرآورده‌های کاربردی قابل تبدیل است.

آیا می‌توان از دیگر گیاهان هم برای تولید لامپ زیستی استفاده کرد؟

از گیاهان دیگر هم می‌توان برای تولید لامپ‌های زیستی استفاده کرد، اما هدف اصلی ما حداکثر افزایش بهره‌وری است یعنی می‌خواهیم از کمترین سرمایه‌گذاری بیشترین میزان بهره‌وری را داشته باشیم. مثلا اگر در بندر عسلویه که سطح آلودگی در این منطقه بالاست یک برج جلبکی ساخته شود نه تنها در سرسبزی محیط تاثیرگذار است بلکه می‌تواند در کاهش آلودگی هم موثر باشد. با توجه به دوره رشد یک ماهه جلبک‌ها در مقایسه با دوره رشد چند ساله درختان و نیاز نداشتن به اشغال سطح کشت وسیع این گروه از گیاهان می‌تواند گزینه مناسبی برای کاهش دی‌اکسیدکربن و آلودگی هوا باشد. در کشورهایی مانند فرانسه، کشت جلبک‌ها در حیاط و سطح دیوارهای ساختمان به عنوان روشی مناسب برای کاهش آلودگی هوا مورد توجه قرار گرفته است. در واقع کشت جلبک راهکاری است که حتی به زمین‌های حاصلخیز هم نیاز ندارد و این امکان وجود دارد که بتوان از این جلبک‌ها به دفعات زیاد و با بازدهی بالا استفاده کرد و با استفاده از این راهکار، دی‌اکسیدکربن را جذب و اکسیژن تولید کرد. در شرایطی که بتوان برای این جلبک نور کافی تامین کرد می‌تواند به طور مستمر در تمام فصول سال در یک دوره تعیین شده به ایفای نقش بپردازد. علاوه بر این می‌توان یکسری از سلول‌های این جلبک‌ها را شناسایی کرد که می‌تواند الکترون آزاد کند. با جمع آوری این الکترون‌ها می‌توان جریان الکتریکی تولید کرد که این طرح در سطح دنیا اجرا شده است. البته یکی از مشکلاتی که در این زمینه وجود دارد این که اجرای طرح به هزینه بالایی نیاز دارد. بعضی جلبک‌ها علاوه بر دی‌اکسیدکربن توانایی جذب دی‌اکسیدگوگرد را هم دارند که می‌توانند از آن در سنتز پروتئین‌ها استفاده کنند. این جلبک‌ها از اکسیدهای نیتروژن جذب شده نیز برای تامین نیتروژن موردنیازشان استفاده می‌کنند. علاوه بر این، گروهی از این جلبک‌ها ​ می‌توانند به عنوان جاذب‌های زیستی برای حذف فلزات سنگین معلق در هوا مورد استفاده قرار گیرند.

این طرح اکنون در چه مرحله‌ای است؟

نمونه ساده آزمایشگاهی این لامپ تولید شده که قرار است در مراحل بعدی کارایی آن مورد توجه قرار گیرد. برای پژوهش‌های انجام شده در این طرح ما تا امروز در دریای خزر 353 نوع جلبک شناسایی کرده‌ایم که هر کدام از این جلبک‌ها از ویژگی‌های اختصاصی برخوردار است.

علاوه بر این که می‌توان از این جلبک‌ها انرژی الکتریکی تولید کرد این امکان وجود دارد که از سوخت زیستی تولیدی به وسیله این جلبک‌ها و انتقال آن به ژنراتورها نیز برق تولید کرد؛ بنابراین اگر بتوان از آن به عنوان منبعی برای تغذیه ژنراتورها استفاده کرد باز هم می‌توان به طور غیرمستقیم انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد. این طرح‌ها از جمله طرح‌های پژوهشی نوین و نوظهور جهانی هستند که در سطح دنیا مورد توجه قرار گرفته و با توجه به اهمیت این موضوع در کشور، ​تحقیقاتی در این زمینه انجام شده است.

تا رسیدن به هدف نهایی که بدون تردید تجاری‌سازی است، چقدر فاصله دارید؟

برای اجرای این طرح کنسرسیومی با همکاری دانشگاه‌های مختلف انجام شده است که جهاد دانشگاهی مازندران با توجه به نزدیکی به دریای خزر مسئولیت انجام این طرح را عهده‌دار شده است. پیش‌بینی می‌شود تا سه سال آینده این طرح به نتیجه مطلوب برسد.

سال 2014 جریمه‌هایی که برای کشورهای تولیدکننده گازهای گلخانه‌ای در نظر گرفته شده در سطح وسیع‌تری به اجرا گذاشته و در حقیقت قانونی و جهانی می‌شود و هر کشوری که آلودگی ایجاد می‌کند باید هزینه‌ای را به عنوان جریمه بپردازد، بنابراین تا یک سال آینده کاهش گازهای گلخانه‌ای بیش از پیش اهمیت پیدا می‌کند. با شهرداری تهران هم صحبت شده و به عنوان یکی از مصرف‌کنندگان اصلی از تولید لامپ‌های زیستی حمایت کرده است.

نقش لامپ‌های زیستی در کاهش آلودگی هوا

میزان فتوسنتز جلبک‌ها در مقایسه با دیگر گیاهان به مراتب بیشتر است. تخمین زده شده است برای تولید یک تن زیست توده جلبکی حدود دو تن دی‌اکسیدکربن مورد نیاز است. تثبیت و حذف دی‌اکسیدکربن در جلبک‌ها برخلاف دیگر گیاهان و درختان به فصل خاصی محدود نیست و حتی در فصل پاییز و زمستان هم انجام می‌شود. در دوران مدرن و زندگی صنعتی در بسیاری از شهرهای بزرگ مانند تهران با پدیده وارونگی هوا مواجه هستیم.

در فصل‌های پاییز و زمستان که درختان برگ ندارند این پدیده و پیامدهای ناشی از آن تشدید می‌شود؛ اما در صورتی که شرایط مساعد باشد جلبک‌ها حتی در این فصول نیز قادر به انجام فتوسنتز هستند، بنابراین می‌توانند دی‌اکسیدکربن موجود در هوا را به دام اندازند و در کاهش پیامدهای ناشی از وارونگی نیز تاثیرگذار باشد. براساس بررسی‌های آماری، هر درخت به طور متوسط می‌تواند سالانه 500 کیلوگرم دی‌اکسیدکربن جذب کند. فرض کنید در زمین به ازای هر نفر یک درخت وجود داشته باشد. به این ترتیب تقریبا ​3.5 میلیارد تن دی‌اکسیدکربن در سال جذب می‌شود؛ اما تولید سالانه دی‌اکسیدکربن در سطح دنیا حدود 32 میلیارد تن است؛ یعنی میزان دی‌اکسیدکربن تولید شده تقریبا ده برابر مقدار دی‌اکسیدکربنی است که درختان می‌توانند به دام اندازند. پس فقط با کاشت درخت نمی‌توان با اثر گلخانه‌ای مبارزه کرد. به همین دلیل در سطح دنیا استفاده از جلبک‌ها به عنوان راهکاری برای کاهش پیامدهای گلخانه‌ای مورد توجه قرار گرفته و برنامه ریزی‌هایی برای استفاده هر چه بیشتر از جلبک‌ها انجام شده است.

فرانک فراهانی‌جم ‌/ ‌گروه دانش