جلبک به موجوداتی گفته می‌شود که در داخل یا اطراف آب زندگی می‌کنند و جز ساده‌ترین علف‌های دریایی به حساب می‌آیند. یکی از خصوصیات خوب جلبک‌ها این است که هم در خشکی و هم در آب قابل رشد می‌باشند. کشت جلبک یک نوع از کشت آبی است که شامل پرورش ذرات جلبک است. جلبک‌ها یکی از بهترین محصولات برای کسب درآمد می‌باشند، گیاهی با خواص و کاربردهای فراوانی که هر روز بر کاربردهای آن افزوده می‌شود.
کشورهایی مثل چین، مالزی، کره جنوبی، اندونزی و هند حدود صدو پنجاه هزار تن از این محصول را تولید، مصرف و بخشی از آن را صادر می‌کنند. امروزه جلبک‌ها جایگاه محکمی در بازار و صنایع مختلف دارند، در زیر برخی از کاربردهای آن را در صنایع مختلف می‌توان اشاره نمود.
کاربردهای جلبک:
از جمله کاربردهای جلبک در صنایع مواد غذایی و شیرینی‌پزی
تولید کنسروهای ضد یبوست
ماکارانی
ماست و شیر
تصفیه آب
تامین علوفه و مکمل غذایی دام
به عنوان کود در کشاورزی
تامین غذای آبزیان
تولید منابع سوخت زیستی و تصفیه فاضلاب
چرم سازی و نساجی
ساخت پروتز دندان در پزشکی را می توان نام برد .
از دیگر کاربردهای جلبک‌ها تولید سوخت سبز برای گلخانه‌های تولید کننده محصولات ارگانیک را می‌توان اشاره کرد. همچنین امروزه جلبک‌های دریایی یکی از منابع غذایی مهم در بسیاری از کشورها بوده و می‌توانند به عنوان غذای آینده انسان و در بخش کشاورزی به عنوان علوفه و مکمل غذایی دام و طیور و آبزیان و کود مورد توجه قرار گیرند. این جلبک‌ها همچنین در بخش‌های صنعت نیز کاربردهای فراوانی دارند که از جمله می‌توان به کاربرد آنها در تولید محصولات آرایشی، به عنوان منابع سوختی زیستی و در تصفیه فاضلاب‌ها اشاره نمود.
مزایای پرورش جلبک
از جمله مزایای پرورش جلبک، استفاده از نور کم و متوسط، بی نیازی به خاک زراعی، بی نیازی به آب شیرین، سازگاری با آب‌های متفاوت، کاهش هزینه‌های تولید خرید خوراک دام و طیور، چرخه تولید کوتاه مدت، هزینه پایین برای شروع بکار و سود آوری بالا می باشد.
جلبک‌ها در محیط‌های سطحی و جایی که نور خورشید وجود دارد رشد می‌کنند. جلبک‌ها در محیط‌های طبیعی مانند دریا و مزارع برنج که محیط‌های بسیار مناسبی برای رشد جلبک‌ها هستند و بعلاوه در استخر های ژئوممبرانی پرورش می‌یابند.
مزیت استخرهای ساخته شده با ژئوممبران جهت پرورش جلبک در سهولت آبگیری، تعویض آب، کنترل فاکتورهای فیزیولوژی، مصرف کمتر کودهای شیمیایی، همچنین استفاده بهینه از وسایل و ابزارهای مورد نیاز می‌باشد .
جلبک ها نیز مانند دیگر موجودات زنده برای حیات نیاز به مواد غذایی دارند. برای رسیدن به تولید حداکثر باید در هر لحظه بتوان میزان این مواد حیاتی را سنجید. بدین منظور از ابزار آلات سنجش به شرح زیر استفاده می‌شود.
اکسیژن متر، شوری سنج، مترph ، ترازو با دقت یک گرم، دما سنج و …
هر هفته یک بار باید از لحاظ زیست سنجی فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی از قبیل دمای آب، شوری آب و اکسیژن اندازه‌گیری شود. تولید جلبک و بحث فرآورى آن دو مقوله جداست که لازم است بدانیم پروسه فرآورى جلبک حتى از تولید آن هم مهم‌تر و سودآورتر است.
پارامترهای مورد نیاز جهت پرورش جلبک:
آب، دی اکسید کربن، نور و مواد غذایی مصرفی پارامترهای مهمی است که برای پرورش جلبک لازم است.
نور: جلبک‌ها نیز مانند گیاهان برای رشد و فتوسنتز نیاز به نور دارند با این تفاوت که نیاز نوری آنها کمتر است و یک دهم نور خوشید برای رشد جلبک‌ها کافی است. در اکثر سیستم‌های پرورش جلبک ، نور تنها به عمقی در حدود ۷ تا ۱۰ سانتیمتری نفوذ آب می‌کند با این وجود هنگامی که جلبک‌ها شروع به رشد می‌کنند، سطح آب متراکم می‌گردد و جلوی نفوذ نور را به داخل آب می‌گیرد. بنابراین قرار دادن منبع نور در سیستم و بین مخازن لازم است.
دما: هنگامی که نور کافی برای جلبک تامین گردد، گام بعدی این است که مطمئن شوید که دمای مناسب برای رشد جلبک‌ها وجود دارد. به طور کلی جلبک‌ها در محدوده وسیعی از دما رشد می‌کنند، اما هر نوع جلبک در دمای خاصی به حداکثر تولید خواهد رسید.
هوادهی: لازم است یک پمپ هوا فراهم گردد تا نیاز به اکسیژن و دی اکسید کربن مورد نیاز جلبک‌ها را بتوان تامین کرد.
مواد غذایی: در دسترس بودن مواد غذایی به رشد جلبک کمک خواهد کرد. مواد مورد نیاز شامل بیکربنات سدیم، سولفات منیزیم، نیترات پتاسیم، اسید سیتریک، نمک، اوره، کلرید کلسیم، سولفات آهن و سولفات آمونیوم می‌باشد.
استخر پرورش جلبک
روش‌های کشت جلبک
روش‌های کشت جلبک به دو صورت باز و بسته صورت می‌پذیرد.
روش کشت باز
یکی از روش‌های طبیعی برای کشت جلبک، کشت آن در یک محیط باز می‌باشد. برای رسیدن به ماکزیمم تولید محیط آفتابی ترجیح داده می‌شود. با توجه به هزینه‌های ساخت و نگهداری کم، استخرهای باز بهترین گزینه برای راه اندازی این کار در مقیاس‌های بزرگ می‌باشند.
قبل از ساخت استخرهای رو باز پارامترهای مختلفی نیاز است که باید به دقت در نظر گرفته شوند. بدی آب و هوا و تغییرات مداوم دمای آب می‌تواند از از حجم تولیدات بکاهد. به همین دلیل استخرهای روباز معمولا در مکان‌هایی که رنج دما بالاتر از 15 درجه سانتیگراد باشد ساخته می‌شوند. همچنین ورود موجودات خارجی به داخل استخر می‌تواند از رشد جلبک‌ها جلوگیری به عمل آورد. علاوه بر این‌ها هدر رفت ناشی از تبخیر، تغییرات در شدت نور و انتشار دی اکسید کربن در هوا بخشی از علل کاهش میزان کشت جلبک‌ها در استخرهای روباز می‌باشند. سیستم‌های باز طبقه بندی می‌شوند به حوضچه طبیعی شامل: حوضچه‌های کوچک، دریاچه‌ها و تالاب‌ها و حوضچه‌های ساختگی شامل منبع و تانکر. محبوب‌ترین سیستم حوضچه باز، سیستم حوضچه‌های نهر مانند می‌باشد (Raceway Pond) که در آن مواد مغذی، جلبک و آب به طور مرتب در طول یک مسیر مدور در حرکت هستند. حوضچه‌های نهری را می‌توان با حفر شکاف در داخل زمین و سپس آب بندی آن با ژئوممبران جهت جلوگیری از جذب شدن آب و محلول‌های مغذی به داخل زمین و اضافه کردن یک چرخ پره دار متحرک جهت به چرخش درآوردن آب ایجاد نمود. حوضچه‌ها را می‌توان در ابعاد مختلف از 0.5 متر مربع تا 100 متر مربع ساخت.
استخر پرورش جلبک
فاکتورهایی که باید در هنگام طراحی سیستم باز در نظر گرفت
فاکتورهای مختلفی را باید در هنگام طراحی سیستم حوضچه‌های باز در نظر گرفت که مهمترین آنها عبارتند از:
الگوی میکس کردن: میکس کردن نقش بسیار مهمی را در توزیع نور خورشید و دیگر مواد ضروری رشد جلبک بر عهده دارد. اما تحقیقات محدودی جهت مطالعات مشخصات اختلاط و الگوی جریان انجام شده است. برای شروع، آزمایشاتی جهت بهینه‌سازی ویژگی‌های اختلاط بر اساس اختلاط مداوم و نیمه مداوم، سرعت، مدت زمان و … انجام داده می‌شود. آزمایشات مختلف باید جهت بهینه سازی این مشخصه‌های اختلاط انجام پذیرد.
تکنولوژی میکس کردن: اختلاط می‌تواند با استفاده از تکنولوژی‌های مختلفی انجام گیرد. برای مثال، پاشیدن دانه‌ها به وسیله گاز و یا به وسیله مغناطیسی در حوضچه‌های پرورش جلبک روش‌های مختلف مخلوط کردن می‌باشند. نوع تکنولوژی بکار گرفته شده به الزامات و ابعاد کار بستگی دارد.
عمق حوضچه‌های روباز: عمق حوضچه‌های روباز باید با توجه به مشخصات اختلاط، نظیر سرعت گردش آب، جهت دستیابی به تراکم کشت یکدست در تمام نقاط استخر، در نظر گرفته شود. با توجه به نکات گفته شده عمق استخر می‌تواند از رنج 5 الی 100 سانتیمتر متفاوت باشد.
باید حتما پارامترهای مهم بسیاری نظیر میزان نرخ تبخیر آب، میزان آلودگی‌ها و تاثیرات خارجی در نظر گرفته شود.
استخر پرورش جلبک
روش کشت بسته:
سیستم بسته که با نام PBR شناخته می‌شود یک محیط کنترل شده جهت کشت جلبک را فراهم می‌کند. سیستم محیط بسته با توجه به نیاز گونه‌های مختلفی که کشت می‌شوند، می‌تواند تنظیم شود. همه پارامترها شامل میزان دی اکسید کربن، منبع آب، دما، شدت نور، تراکم کشت، میزان PH، میزان هوادهی و الگوی اختلاط می‌توانند در این سیستم کنترل شوند. از زمانی که سیستم PBR جهت کنترل سیستم گردش (شامل دما و شدت نور یکدست) بکار گرفته شده است، میزان کشت جلبک‌ها به بالاترین میزان تولید رسیده است. با این حال قیمت بالا و تکنولوژی پیشرفته بکار رفته در این سیستم استفاده از آن را در مقیاس‌های بزرگ محدود کرده است.
راه اندازی سیستم بسته آسانتر از راه اندازی سیستم باز می‌شود. برای شروع آزمایش این سیستم باید به نکات زیر توجه نمود:
سیستم PBR را باید در شرایط مختلف اختلاط مورد آزمایش قرار داد.
تجزیه و تحلیل زیست توده جلبک تحت شرایط نوری تک رنگ و شرایط نوری دو رنگی.
شمارش زیست توده جلبک و بازده کل چربی تحت رنگ‌های مختلف و شدت نور متفاوت.
آزمایش تاثیر شرایط محیطی شامل مکمل‌های کربنی و منبع نیتروژن بر تغییرات محتوای کل چربی.
فاکتورهایی که باید در هنگام طراحی سیستم باز در نظر گرفت
شرایط مختلف متغییرهای بهینه سازی سیستم به شرح زیر می‌باشد.
استفاده از منابع ذخیره با ابعاد مختلف (ارتفاع و عرض)
پوشاندن شود ورق های رنگی مختلف (قرمز، آبی، سبز و زرد) جهت فیلتر کردن نور.
تغییرات در میزان انتشار دی اکسید کربن با استفاده از پمپ
