Odling av nordisk Chlorococcum sp. i effluent från anaerob rötning: Effekter av CO2‑koncentration och reaktorkonfiguration

Att förvandla avloppsvatten till en resurs

När städer växer släpper vi ut stora mängder förorenat vatten som fortfarande innehåller näringsämnen och kol som skulle kunna användas. Istället för att betrakta vattnet som ett problem undersöker forskare hur små gröna alger kan omvandla det till rent vatten, nyttiga produkter och samtidigt bidra i klimatarbetet. Denna studie granskar en tålig nordisk mikroalgsstam och ställer en praktisk fråga: vid vilka villkor kan den bäst rena avloppsvatten, binda koldioxid och producera värdefull biomassa?

Från avloppsslam till algfoder

Moderna avloppsreningsverk använder ofta anaerob rötning, en process där mikrober bryter ned slam och producerar biogas. Det som blir kvar är en vätska rik på kväve och fosfor. Om den släpps ut obehandlad kan dessa näringsämnen orsaka skadliga algblomningar i sjöar och hav. Forskarna använde denna restvätska som odlingsmedium för en nordisk stam av den gröna mikroalgen Chlorococcum. Eftersom algerna växer via fotosyntes tillfördes även koldioxid (CO2), vilket efterliknar gasströmmar som kan komma från rökgaser. Genom att justera CO2‑nivån och vilken typ av odlingskärl som användes testade de hur väl algerna kunde växa, ta upp näringsämnen och omvandla kol till biomassa.

Att hitta den optimala koldioxidnivån

Teamet fokuserade först på luften algerna andas. De jämförde fyra CO2‑nivåer: vanlig luft (mycket låg CO2) och luft berikad till 3, 6 eller 9 procent CO2. För lite CO2 ledde till koldioxidbrist hos algerna och höll vattnet i ett obekvämt högt pH, vilket gav dålig tillväxt. För mycket CO2 sänkte pH för mycket och hämmade också cellerna. Den gyllene medelvägen visade sig vara 6 procent CO2, vilket gav nästan fem gånger mer biomassa än vanlig luft och den högsta fångsttakten av CO2 per liter kultur. Trots detta avlägsnade alger odlade i vanlig luft mer ammonium och fosfor från vattnet, delvis eftersom kemiska processer i det basiska vattnet frigjorde en del kväve som gas, oberoende av biologiska processer.

Att utforma rätt hem för algerna

Nästa fråga var hur den fysiska reaktordesignen—algernas ”hem”—påverkar prestandan. Med den optimala 6 procents CO2 jämförde de en enkel bubbelkolonn, en airlift‑reaktor med ett inre rör som främjar cirkulation, och en bubbelkolonn innehållande flytande plastbärare som erbjuder ytor för algfäste. Alla tre designen höll vattnet i ett behagligt, nära neutralt pH. Airlift‑reaktorn producerade flest celler på kortast tid, vilket är fördelaktigt när snabb tillväxt prioriteras. Den enkla bubbelkolonnen nådde dock högst slutlig biomassa och avlägsnade mest ammonium och fosfor, om än något långsammare. Varianten med bärare förbättrade CO2‑användningen något men gav ingen tydlig fördel i tillväxt eller näringsavlägsning för denna algstam.

Alger som plattform för framtida bränslen

Utöver vattenrening och CO2‑fångst är mikroalger intressanta eftersom deras oljehaltiga komponenter kan omvandlas till biodiesel. Forskarna mätte proteiner, kolhydrater och olika typer av fetter i algbiomassan. Protein‑ och sockerhalter förblev relativt konstanta över CO2‑nivåer och reaktortyper, vilket visar att stammen är metabolt stabil. Fettfraktionen svarade däremot starkt på CO2. Vid låg CO2 producerade algerna relativt lite fett och föredrog fleromättade molekyler kopplade till cellmembran. Vid högre CO2 ackumulerade de betydligt mer fett och gick mot fler enkelomättade molekyler som är bättre lämpade för biodiesel, med profiler nära befintliga bränslestandarder. Viktigt är att förändrad reaktordesign inte ändrade denna biokemiska sammansättning, vilket innebär att ingenjörer kan välja reaktorer utifrån kostnad och prestanda utan att offra produktkvalitet.

Vad detta betyder för renare vatten och klimatmål

För en lekman visar denna studie att en robust nordisk alg kan förvandla en problematisk restström från avloppsbehandling till renare vatten, bundet kol och potentiellt användbara biobränslen. Arbetet identifierar ett praktiskt driftfönster: måttlig CO2‑berikning kring 6 procent tillsammans med antingen snabbväxande airlift‑reaktorer eller mer noggrannrenande bubbelkolonner, beroende på om prioriteten är hastighet eller näringsämnesborttagning. Även om utmaningar som skördekostnader och storskalig ingenjörskonst kvarstår, tyder resultaten på att algbaserade system kan hjälpa städer att uppfylla renvattenkrav, minska näringsläckage och stödja klimat‑ och energimål genom att integrera avloppsrening med biomassaproduktion.

Citering: Mohammadkhani, G., Mahboubi, A., Funk, C. et al. Cultivation of Nordic Chlorococcum sp. in anaerobic digestion effluent: Effects of CO₂ concentration and reactor configuration. Sci Rep 16, 13625 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51126-5

Nyckelord: mikroalger avloppsrening, koldioxidupptagning, effluent från anaerob rötning, alger som potentiell biobränsleråvara, fotobioreaktordesign