Mikrořasy jsou jednobuněčné organismy, jejichž fotosyntetický aparát je podobný vyšším rostlinám. Díky jednoduché buněčné struktuře a růstu ve vodním prostředí, kde mají optimální přístup k vodě, CO2 a výživě, jsou v homogenních, dobře míchaných masových akvakulturách obecně daleko efektivnější při přeměně sluneční energie na biomasu než vyšší rostliny. Mají také výhodu velmi rychlých reprodukčních cyklů, větší toleranci k vysoké ozářenosti a vyšší účinnost přeměny energie na biomasu díky malým nárokům na vedlejší metabolické funkce.
Výzkum v oblasti řasových biotechnologií byl v Laboratoři řasových biotechnologií Mikrobiologického ústavu AV ČR v Třeboni zahájen kolem r. 1960 postavením první venkovní kaskádové kultivační jednotky pro produkci zelených mikrořas (rody Scenedesmus, Chlorella). Mikrořasová biomasa se využívá především jako nutriční doplněk pro potraviny a krmiva, kde je zdrojem proteinů, lipidů, vitaminů, minerálů a důležitých bioaktivních látek (antioxidantů, nenasycených mastných kyselin, potenciální zdroje léčiv). V současnosti se kultury mikrořas využívají např. jako doplněk lidské zdravé výživy, v akvakulturách vodních živočichů (ryby, korýši, měkkýši), případně pro zlepšení vlastností půdy či při bioremediacích. V souvislosti s ubýváním zdrojů fosilních paliv a vzrůstem spotřeby a tím i ceny energie nabývá na aktuálnosti otázka alternativních, především obnovitelných zdrojů energie. Rostlinná biomasa je jedním ze zdrojů, jejichž využití se v posledních letech velmi rozšiřuje. Mikrořasy představují vhodné producenty biomasy, protože některé akvatické kmeny mají ve srovnání s rostlinami o řád vyšší účinnost přeměny solární energie a fixace CO2 na biomasu.
V posledních deseti letech je problematika biopaliv (bioplyn, biodiesel, biolíh, biometan) z mikrořas široce studována na řadě výzkumných pracovišť, protože celosvětová snaha směřuje ke snížení spotřeby fosilních paliv. Hlavním problémem jsou dosud vysoké produkční náklady biomasy, které způsobuje především nízká produktivita, nedostatečná technická vyspělost kultivačních zařízení, vysoké provozní náklady (energie na provoz – elektřina, teplo) a cena vstupních surovin (voda, CO2 jako zdroj uhlíku, živiny – fosfáty, dusičnany, železnaté soli a další). Snížení nákladů na produkci biomasy v masových kulturách je možné dosáhnout u rychle rostoucích kmenů mikrořas využitím „odpadní“ energie některých průmyslových zařízení (elektrárny, spalovny), které mohou být též zdrojem „levného“ odpadního CO2, případně i nutrietů.
Druhým přístupem je vývoj uzavřených kultivačních systémů – mikrořasových fotobioreaktorů směřujících k vysoce produkčním systémům. Ve srovnání s „energetickými“ plodinami (např. řepka, čirok) jsou velkoobjemové kultury mikrořas výhledově schopné vysoké produkce biomasy na jednotku plochy. U polních plodin i akvatických mikrořas se v současnosti dosahuje výtěžků 1–2 g biomasy na m2 za hodinu. Předpokládá se však, že ve výkonných produkčních systémech mikrořas bude možné dosáhnout výtěžků až o řád vyšších – kolem 100 g biomasy na m2 za hodinu. Toho lze docílit v účelně navržených kultivačních systémech za použití pulzního režimu světla (vysoce účinné fotovoltaické články napájející světelné diody) v oblasti obratu fotosyntetického aparátu (v řádu mikrosekund), využitím transgenních kmenů s malou světlosběrnou anténou, která zvýší účinnost přeměny energie na biomasu při pěstování husté kultury v tenké „optické“ vrstvě suspenze.
V oblasti kapalných biopaliv lze uvažovat o využití kmenů mikrořas s vysokým obsahem lipidů pro produkci biooleje pyrolýzou nebo termochemickým zkapalňováním, nebo je možné zpracovat biomasu mikrořas na bioplyn fermentací v bioplynových stanicích spolu s rostlinnou biomasou, komunálními a zemědělskými odpady.
Autor: Doc. RNDr. Jiří Masojídek, CSc., Mikrobiologický ústav AV ČR, Třeboň
Zdroj: Rada pro popularizaci AV ČR
