Faglig evaluering og bruksområder for makroalge og referanser til tidligere prosjekter.

Transkript

1 Stavanger, 2016 Faglig evaluering og bruksområder for makroalge og referanser til tidligere prosjekter. Makroalge er betegnelsen på en flercellet alge som lever i havet. De vokser fra fjæresonen og nedover i sjøsonen, og deles ofte inn i brunalger, rødalger og grønnalger. På verdensbasis produseres det over 15 millioner tonn makroalger, og det er Asia som dominerer denne produksjonen. Det aller meste (rundt 90 prosent) av makroalger som tas opp av havet er dyrket frem på forskjellige sjøbaserte anlegg for makroalgeproduksjon. Størstedelen av produksjonen går til humankonsum der algene er i fersk tilstand, men makroalger har også flere andre bruksområder. Algene inneholder en rekke næringsstoffer som er interessante for industriell utnyttelse. I høstes det årlig tonn makroalger fra ville bestander som i hovedsak går til alginatproduksjon. s høye kompetanse på havbruksteknologi samt vår lange kystlinje gjør dyrking av tare til en svært interessant mulighet med betydelig potensial. I denne rapporten vil vi se på mulige bruksområder for makroalger produsert i, samt samle informasjon om prosjekter og bedrifter som jobber med makroalger. Bruksområder for makroalger 1. Human Konsum Dyrking av makroalger er på verdensbasis i hovedsak til human konsum, og leveres da fersk. Asia står for største delen av denne makroalgedyrking med Kina som ledende innen produksjon. Det er brun- og rødalger som produseres i størst mengde. Flere av artene her har stort vekstpotensial under de rette betingelsene. 2. Energi Makroalger er en velegnet kilde for bioenergi da de inneholder lignin og lite cellulose. Flere av artene er også svært hurtigvoksende. Her er det i hovedsak produksjon av Bioetanol, forbrenning av alger til produksjon av elektrisitet og produksjon av biogass gjennom en anaerobisk nedbrytning av algene. Bruk av makroalger til energiproduksjon er interessant fordi det ikke okkuperer landareal og ikke forbruker ferskvann slik produksjon av annen bioenergi. Produksjon av bioetanol fra dyrket tare vil også kunne gi høyere etanolutbytter pr arealenhet enn produksjon fra mais og sukkerrør. Side 1 av 11

2 3. Ingredienser Alginat Alginat brukes i hovedsak som bindemiddel, og finnes i utallige produkter som vi finner i dagligvarer. I hovedsak er det dette som produseres av makroalger som høstes fra ville bestander her i. Agar Utvinnes fra rødalger, og er mest kjent for sin bruk til næringsemne for dyrking av bakterier og sopp. Agarose (DNA Teknologi) Agarose er et polysakkarid som er isolert fra makroalger, og brukes blant annet i Gel elektroforese for å analysere DNA. Karragenan Utvinnes av rødalger og brukes blant annet som fortykningsmiddel i syltetøy, yoghurt og desserter. 4. Farmasøytisk Flere av makroalgene har spennende forbindelser som har medisinske egenskaper. Men algene er mest brukt til agarose og agar i medisinsk sammenheng. 5. Fôrproduksjon Makroalger kan også være en kilde til råvarer innen fôrproduksjon til diverse husdyr. 6. Til Miljøformål Makroalger har en stor evne til å ta opp næringssalter i havet. Flere arter har også god evne til å binde opp tungmetaller. Det er også vist at enkelte arter kan bryte ned organiske miljøgifter som PCB og PHA. 7. Integrert Havbruk Integrert havbruk er havbruk som samler flere arter på samme lokalitet for å utnytte artenes egenskaper. Det kan for eksempel være en kombinasjon med lakseoppdrett og makroalgeproduksjon der makroalgene bruker de utskilte næringsstoffene fra laksen til egenvekst. 8. Kunstige Rev Kunstige rev er menneskeskapte undervannsstrukturer som i hovedsak brukes til å fremme marint liv på områder med redusert marint liv. Dette kan kombineres med makroalger. Side 2 av 11

3 9. Gjødsel I er tang og tare lenge blitt brukt som jordforbedringsmiddel, og det utvinnes i dag tangmel og andre algeekstrakter til bruk i landbruket. Dyrking av makroalger Det finnes flere ulike måter å dyrke alger på. Det mest vanlige er med forskjellige rep-kulturer der algene henger på rep. Her kan man ha flere lag med makroalger som settes opp etter makroalgens lysbehov. I Bellona sin rapport Dyrking av makroalger av Marius Dalen er det beskrevet og illustrert flere forskjellige måter for taredyrking. Prosjekter De fleste prosjekter som er utført i på makroalger knyttes opp mot temaene energi og produksjon av alginat. Under finner er det satt opp en liste over en del prosjekter som er utført i på makroalger. 1. Ocean Biopower Biofuels from farmed seaweed Prosjektet kartlegger potensialet for bruk av tare til bioetanol. Det er tidligere vist at tarekarbohydratene laminaran og mannitol kan konverteres til etanol med gode utbytter. For maksimal lønnsomhet bør imidlertid alt karbohydrat i planten kunne omformes til etanol. Den største utfordringen er fermentering av alginat til etanol. Hoveddelen av det eksperimentelle arbeidet vil bli rettet mot denne problemstillingen, hvor målet er å utvikle en patenterbar prosess. I tillegg vil muligheter for å øke tilgjengelighet og utbytter ved alternative forbehandlingsmetoder bli undersøkt eksperimentelt, og en økonomisk analyse vil bli utført. En viktig del av prosjektet er også vurdering av prosesser for utnyttelse av ko-produkter og restmateriale. Prosjektleder: Inga Marie Aasen Næringslivet/c o P.A. Bakken/Seaweed Energy Solutions AS Prosjektstatus: Igangsatt Prosjektperiode: /SØR-TRØNDELAG/TRONDHEIM NFR Prosjekt 2. Ocean Biopower - Farming seaweed for energy Prosjektet skal se på mulighetene for å dyrke tare, som råstoff i biodrivstoff. Dette skal gjøres ved å søke etter gode oppdrettslokaliteter for tare. Gode lokaliteter har god tilførsel av næringssalter, optimale strømningsforhold og muligheter for å plassere tareanlegg på stedet. Videre skal det utvikles dyrkingssystemer for tare, som inkluderer både kontrollert kimplanteproduksjon og Side 3 av 11

4 dyrkingssystemer for tare i forskjellige lokaliteter. I prosjektperioden skal det uttestes en demoproduksjon for å beskrive vekst og høstepotensialet. Det skal videre lages et helhetlig produksjonskonsept som inkluderer alle steg i produksjonsprosessen. Sentralt vil det være å etablere en produksjonsplattform som vil betjene alle dyrkingsenhetene og forsyne rå biomasse til foredlingsanlegg. Tilslutt skal det gjennomføres økonomiske analyser for å finne den mest lønnsomme produksjonen, beregne produksjonsvolum, og utnytte biprodukt Prosjektleder: Seaweed Energy Solution SINTEF, NTNU og UMB Prosjektstatus: Igangsatt Prosjektperiode: Trøndelag Prosjektet er støttet av s Forskningsråd 3. From biomass to biogas an integrated approach towards sustainable recovery of energy and nutrients Samarbeidsprosjekt mellom Seaweed Energy Solution AS, UMB, Cambi AS. Prosjektleder: UMB UMB og CAMBI AS Prosjektstatus: Igangsatt Prosjektperiode: Trøndelag Prosjektet er støttet av NFR, Seaweed Energy Solution AS, CAMBI AS og Hafslund 4. Kina - nettverksbygging og utvikling av forskningsprosjekt innen produksjon av makroalger Nettverksbygging og utvikling av forskningsprosjekt innen produksjon av makroalger. Prosjektleder: Åsbjørn Karlsen Bioforsk Nord Prosjektstatus: Avsluttet Prosjektperiode: 2007 Prosjekt støttet av s forskningsråd. 5. Bakteriehemmende forbindelser fra marine alger: Utvikling av miljøvennlige strategier for å kontrollere virulens og begroing Side 4 av 11

5 Marine alger har utviklet en rekke mekanismer for å kunne manipulere sammensetningen av bakterier på overflaten. Forsvarsmekanismene spenner fra fysisk avskalling av overflatelaget til produksjon av antagonistiske metabolitter. Ulike miljøvariable som for eksempel lys vil påvirke metabolitt produksjonen. Flere fenotypiske trekk hos Gram-negative bakterier er regulert via AHL (acylert homoserin lakton) signal system. Signalsystemet synes i særlig grad å regulere uttrykk av gener som er viktige for virulens og kolonisering. Enkelte algearter skiller ut halogenerte furanoner som strukturmessig er svært lik bakterienes signaler. Disse forbindelsene bindes til reguleringsproteiner hos bakteriene og hindrer kommunikasjon og produksjon av relevante genprodukter. Innenfor havbruk ligger det store utfordringer i å finne løsninger på erkjente problemkompleks med opportunistiske bakterier i marin yngelproduksjon og begroing av materialer i sjøvann. Dersom algemetabolitter kan benyttes inn mot bekjempelse av uønskede mikrobielle egenskaper vil dette gi en betydelig miljømessig og økonomisk gevinst. Siden disse stoffene er naturprodukter fra marine organismer vil de kunne ha minimale negative miljøeffekter sammenlignet med kjemikalier som benyttes i dag. Framtidig produksjon av slike kjemikalier vil kunne bli en næring med stort økonomisk potensiale i på bakgrunn av tilgangen på råstoffer eller i form av etablering av bioteknologisk industri. Prosjektleder: Ingrid Salvesen SINTEF Fiskeri og havbruk AS Prosjektstatus: Avsluttet Prosjektperiode: Prosjektet er støttet av s Forskningsråd 6. Energi fra makro alger Prosjektleder: Jon Hovland Hydro Aluminium Forskningssenter Prosjektstatus: Avsluttet Prosjektperiode: Prosjektet er støttet av s Forskningsråd 7. Anvendelse av marin algefiber fra tang og tare Prosjektleder: FMC Biopolymer NOVA Matrix /FMC Biopolymer Prosjektstatus: avsluttet Prosjektperiode: Prosjektet er støttet av s Forskningsråd Side 5 av 11

6 8. Anvendelse og produksjon av biologisk aktive alginater (AKTALG) FMC Biopolymer satser strategisk på alginater som en active pharmnceutical ingredient til farmasøytisk industri. Bioaktive alginater vil også ha potensial innenfor næringsmidler og fôrindustrien. I samarbeid med NTNU, SINTEF og nøkkelkunder (og felles vitenskapelige nettverk) har vi kartlagt viktige sammenhenger mellom alginaters struktur og biologiske aktivitet innen f.eks. imunstimulering. Vi har demonstrert at vi kan produsere slike alginater med nye metoder, men en videreutvikling er nødvendig forut for kommersiell satsing, oppskalering og beslutning om hvilke anvendelser som er aktuelle. For å sikre hurtig kommersialisering har vi parallelle strategier for oppskalert fremstilling av bioaktive alginater fra tare og bakterier. Underveis i produktutviklingen vil biologisk aktivitet til nye produkter bli optimalisert gjennom testing i cellemodeller, i dyreforsøk med sårheling og ved fôring, til sist i human-kliniske modeller. Produkt- og markedsutvikling kommersialisering vil gjøres både på egenhånd og i samarbeid med kunder. Her har man allerede sterke relasjoner, men også nye samarbeidspartnere vil evalueres fortløpende med sikte på hurtig kommersialisering. Prosjektet tilfører flere andre NFRIEU-finansierte prosjekter viktig kunnskap og uunnværlige alginatmaterialer. Vi har et unikt nettverk innen industri og universiteter og prosjektet er viktig for den norske alginatvirksomhetens framtid. Prosjektleder: Olav Gåserød NovaMatrix/FMC Biopolymer Prosjektstatus: Avsluttet Prosjektperiode: Asker/Bærum Prosjektet er støttet av s Forskningsråd 9. Havsalat til human konsum Prosjektet har sett på mulighetene for å dyrke havsalat (Ulva) til humankonsum etter forespørsel fra en bedrift som høster denne algen for salg til diverse restauranter. Økt etterspørsel har ført til at bedriftene ønsker å se på mulighetene for å dyrke havsalaten. Prosjektet har vært et forprosjekt, og det planlegges å sette opp ett større prosjekt for å se på oppskaleringsmuligheter for produksjon av denne algen samt å se på flere markedsmuligheter. Prosjektleder: Yngvar Svendsen IMR/UiB (Rygjabø Fiskerifaglige Senter på Finnøy utfører det praktiske forsøket) Prosjektstatus: Avsluttet Prosjektperiode: Rogaland VRI forprosjekt Side 6 av 11

7 10. Porsangerfjorden tilbake til livet Overordnet prosjekt som blant annet ser på mulighetene for å dyrke tare. Prosjektet er et samarbeid mellom Porsanger Kommune, Holmfjord AS og ZERO der Holmefjord AS har gjort en del forsøk med dyrking av sukkertare. Se link for mer informasjon. 45/Default.aspx Prosjektleder: Prosjektstatus: Prosjektperiode: Holmefjord AS Fiskeriforskning, NIVA Porsanger Prosjektet er støttet av Finnmark Fylkeskommune, Fiskeri- og Kystdepartementet og Miljødepartementet 11. Sukkertareprosjektet Prosjektet har drevet kartlegging av sukkertare på vestlandet og skagerrakkysten. Noen av konklusjonene til prosjektet er at økende sjøtemperatur og for mye næringssalter og partikler er sannsynlige årsaker til at sukkertaren har forsvunnet fra store deler av kysten av Skagerrak og Vestlandet. Mer kan leses her. Prosjektleder: Prosjektstatus: Prosjektperiode: NIVA ved Frithjof Moy NIVA, Havforskningsinstituttet, UiO, UMB, Bioforsk, Agder naturmuseum Metrologiske Institutt avsluttet? Prosjektet er et samarbeid mellom NIVA, Havforskningsinstituttet, UiO, UMB, Bioforsk, Agder naturmuseum, Metrologisk Institutt 12. Prosjekt som skal vurdere potensialet og teknologibehovet for produksjon av tarebiomasse til bioetanol. Prosjektet skal vurdere potensialet og teknologibehovet for produksjon av tarebiomasse til bioetanol. Prosjektleder: SINTEF Fiskeri og Havbruk SINTEF Fiskeri og Havbruk Prosjektstatus: avsluttet? Prosjektperiode: Side 7 av 11

8 Prosjektet er støttet av Statoil Hydro 13. INTEGRATE Strategisk instituttprogram som utreder og studerer taredyrkning som del av integrert havbruk. Her er det blitt gjort en del forsøk med landbasert produksjon av kimplanter på tau for utsett i sjø og dyrkingsforsøk i sjø. Se linken for mer informasjon Prosjektleder: SINTEF Fiskeri og Havbruk SINTEF Fiskeri og Havbruk og NTNU Prosjektstatus:? Prosjektperiode: Prosjektet er finansiert av s Forskningsråd, SINTEF og NTNU. 14. NETALGAE EU prosjekt som har som mål å lage et europeisk nettverk av interessenter innen marin makroalgesektor. Fra er det Bioforsk som er deltakere. En studie av eksisterende praksis i makroalgeindustrien skal brukes for å lage en best practice model og foreslå en framgangsmåte for bærekraftig og lønnsom kommersiell utnyttelse av marine makroalger. Prosjektleder: Bioforsk Bioforsk Prosjektstatus: Startet 2010 Prosjektperiode: Europa Finansiert av Atlantic Area Transnational Programme, ERDF og nasjonal selvfinanisering. 15. Utreding om dyrking og anvendelse av tare, med spesiell fokus på bioenergi i nordområdene Prosjektet har utredet potensialet for dyrking og anvendelse av tare til bioenergi i nordområdene på oppdrag fra Fiskeri- og kystdepartementet. Prosjektet har kartlagt mulige anvendelsesområder for tare og eksisterende nærings- og FoU-aktivitet. Vurdert mulighetsområder for taredyrking i, og gjort et overslag over hva som må til for å lykkes med bioenergiproduksjon fra tare. Prosjektleder: SINTEF SINTEF Prosjektstatus: avsluttet Prosjektperiode: Side 8 av 11

9 Oppskalert produksjon av alginatepiraser og epimerisert alginat Prosjektleder: FMC Biopolymer NOVA Matrix /FMC Biopolymer Prosjektstatus: avsluttet Prosjektperiode: Prosjektet er støttet av s Forskningsråd 16. Bedrifter Det finnes kun ett fåtall bedrifter i som arbeider direkte med makroalger. FMC Biopolymer produserer i hovedsak alginat, og er den klart største av bedriftene. FMC Biopolymer FMC Biopolymer tar imot mesteparten av all tare som høstes i, som gar til produksjon av alginat og alginsyre ved deres fabrikk i Haugesund. Bedriften har også en forskningsavdeling i Drammen. Haugesund (mottak og fabrikk) Drammen Kontaktperson: Jostein Vea Seaweed Energy Solutions Bedrift som har som mål å bygge opp storskalaanlegg for makroalgeproduksjon til energiformål. Bedriften er lokalisert i Trondheim og jobber for tiden med diverse prosjekter for å effektivisere algeproduksjonen. Kontaktperson: Pål Bakken Lysefjorden Forskningsstasjon Lysefjorden forskningsstasjon ser på mulighetene for å bruke «upwelling» av næringssalter til makroalgeproduksjon. Har kjørt test- produksjon av sukkertare sammen med Havforskningsinstituttet. Kontaktperson: Leiv Mortensen Side 9 av 11

10 Kunnskapsmiljøer Det finnes flere miljøer i som har vært involvert i forskjellige prosjekter på makroalger. Under har i vi forsøkt å dra frem de miljøene som har kompetanse på makroalger med hovedvekt på dyrking og utnyttelsespotensial. Det er spesielt SINTEF, Bioforsk og IMR (Havforskningsinstituttet) som synes å være involvert i flest prosjekter. Havforskningsinstituttet Havforskningsinstituttet har spesielt kompetanse på biologi og utbredelse av makroalger i. De har også en del erfaring med dyrkningsforsøk på makroalger. Havforskningsinstituttet har også vært involvert i sukkertareprosjektet. Kontaktpersoner: Vivian Husa, Henning Steen, Frithjof Moy NTNU NTNU har vært deltakende i flere prosjekter knyttet til makroalger til energibruk sammen med SINTEF og bedriften Seaweed Energy Solution. SINTEF Fiskeri og Havbruk SINTEF Fiskeri og Havbruk har gjennomført flere prosjekter på algeproduksjon, og utgreiing om makroalger til energibruk. Kontaktpersoner: Ole Jacob Brock, Kjell Inge Reitan, Aleksander Handå, Silje Forbord, Roger Richardsen, Jorunn Skjermo Universitetet i Oslo. Kontaktperson: Jan Rueness usikker på om han fremdeles jobber her Universitetet i Bergen. Kontaktpersoner: Kjersti Sjøtun IRIS NIVA, NIVA har vært ansvarlig for sukkertareprosjektet i flere år. NINA UMB, involvert i en del prosjekter rundt makroalger til biogass. KLIF Bellona Bellona har skrevet en artikkel på potensialet for dyrking av makroalger i, og hva disse kan utnyttes til. Kontaktpersoner: Marius Dalen Utfordringer med makroalgeproduksjon i Side 10 av 11

11 - Taretråling; Ved de første årene med taretråling i var det en del skepsis blant fiskerne, men taretråling er i dag strengt regulert, med brakklegging av områder 4-5 år etter høste perioden. - Konsesjon på dyrking av makroalger - Finansiering - Gode produksjonsrutiner fra spore til høsteklar makroalge. Biologiske utfordringer ved tare - produksjon Makroalger har en komplisert livssyklus med både et mikroskopisk og et makroskopisk stadium. Dette gjør tare - produksjon utfordrende og kunnskapskrevende der man må ha kunnskap om hele livssyklusen. Teknologiske utfordringer ved dyrking av makroalger har stor kompetanse på havbruksteknologi, og bør ha kompetanse til å starte pilotforsøk på dyrking av tang og tare. De teknologiske utfordringene for taredyrkning blir større om en ønsker å bygge opp produksjonen lenger ut mot havet hvor potensialet for produksjon er enda større enn inne i fjordene våre. Praktiske utfordringer ved utsett og videre - dyrking av makroalger. For å optimaliserer prosessen fra tidlig spore til høsteklar makroalge kreves ulike praktiske prosesser underveis. Overlevelse og vekst hos makroalger plantet på tau (rep) i sjø er særlig påvirket av sol og temperatur(sesong) og andre arter som konkurrerer om territoriet (plassen på tauet). For å oppnå tilfredsstillende vekst er gode produksjonsformer og kontroll rutinger underveis avgjørende. Særlig tidlig fase etter overføring til sjø og røkting i denne perioden er avgjørende for god produksjon. Med vennlig hilsen, Trine L Danielsen, Blue Planet Side 11 av 11