Cultivation of microalgae on fishery effluent in industrial environment

Abstract

Eftir mikinn vöxt á síðustu árum stendur fiskeldi nú frami fyrir því að auðlindir geti orðið takmarkandi fyrir frekari vöxt - viltur fiskur sem notaður er í fóður er ekki óendanleg auðlind. Plöntufóður ræktað á landi gæti komið í stað fisks, en það hefur þó sína ókosti s.s. samkeppni um land við matvælaframleiðslu til manneldis og þá þyrfti eldisfiskur á fæðubótarefnum að halda til að ekki dragi úr Omega-3 innihaldi hans. Úrgangur frá fiskeldi hefur neikvæð umhverfisáhrif ef hann fer ómeðhöndlaður út í náttúruna. Hátt köfnunarefnis- (N) og fosfór- (P) innihald úrgangs getur valdið óstöðugleika og mengað vistkerfi jafnvel þó þau séu í góðu jafnvægi. Hins vegar, er úrgangurinn vannýtt auðlind sem hægt væri að nýta til ræktunar á örþörungum. Fræðilega séð geta örþörungar breytt 88% og 99% af losuðum N og P í fjölnota lífmassa. Hins vegar er áköf smáþörungarækt orkufrek (hefur mikið rafmagnsspor) - allt að 80% af fótspori af framleiðslu lífmassa á rekstrarstigi má rekja til notkunar á raforku. Lágtækniuppsetning getur haldið kolefnisfótspori lágu eða jafnvel neikvæðu og komið í veg fyrir þörf á mótvægis aðgerðum en þó framleitt nægjanlegan lífmassa. Til þess að prófa þessa hugmynd var sett upp örþörungarækt í hálf-stríðeldi með minni ræktunarákefð þar sem byggt var á nýtingu CO2 úr andrúmslofti og minna orkuframlagi. Athugunin hefur sýnt fram á að hægt er að nýta og endurnýta frárennsli frá fiskeldi ásamt því að lágmarka áhrif þess á villta fiskstofna og draga úr kolefnisspori þess. Strærri framleiðslu er þörf til að sanna efnahagslega ávinningu, samhliða því að svara henni verður að hafa í huga mögulega umhverfishvata ásamt öðrum ávinningi sem getur fylgt þróun fiskeldis.

Aquaculture industry is facing a resource limitation due to its rapid expansion – wild fish used as aquaculture feed is a finite resource. Terrestrial plant feed emerged as a substitute for wild fish feed comes with its disadvantages, e.g., competing for land and water with plants intended for human consumption. Additionally, farmed fish needs feed supplements of aquatic origin as its Omega-3 content decreases without them. After the feed cycle is finished in the fisheries, a bi-product is created in the form of run-off effluent. If released to the nature without treatment, this effluent causes negative impacts - its high nitrogen (N) and phosphorus (P) content can destabilize and pollute even well-balanced ecosystems. The effluent is at the same time an untapped resource that can be utilized for the cultivation of microalgae. Microalgae can turn as high as 88% and 99% of released N and P, respectively, into a multipurpose biomass. However, intensive microalgal cultivation carries a high demand for electricity making the carbon footprint high – up to 80% of biomass production footprint in the operational stage attributes to electricity. In Iceland, most electricity is produced sustainably, either by hydropower or geothermal power. Theoretically, a low-tech setup can keep the carbon footprint of microalgal cultivation low, avoiding the need for carbon offsetting, and producing sufficient biomass to be commercially viable. To investigate this concept, a semi-intensive microalgal cultivation was set up with low energy input using atmospheric CO2. The setup has conceptually proved that the aquaculture effluent can be partially remediated and re-used. The re-use of effluent minimizes its impacts on the wild fish populations and lowers the carbon footprint of fishery. A more extensive trial would be necessary to find the cultivation methods suitable for higher scale production and prove the profitability of such production. The possible environmental incentives and other benefits which may come with the advance of aquaculture can help develop a better infrastructure for recycling and reuse of aquacultural bi-products.