По мере увеличения количества наземных установок и установок УЗВ им нужен способ решения проблемы образования отходов. «Циклическая аквакультура» могла бы стать шагом вперед, но должны ли производители полагаться на бактерии, водоросли или биогаз для достижения замкнутости?
«Все эти решения с водорослями и аквапоникой прекрасны, но они не справятся с УЗВ, если УЗВ будет расти в геометрической прогрессии. У нас будет слишком много отходов и слишком много объема», — заявил генеральный директор iCell Aqua Марк Роттманн делегатам недавнего саммита Blue Food Innovation Summit в Лондоне. В презентации с Крисом Ораном из Thai Union, посвященной системам аквакультуры замкнутого цикла, Роттманн объяснил, что новое стремление отрасли к замкнутости в наземных системах по- прежнему оставляет без ответа множество вопросов , особенно в отношении утилизации и переработки отходов.
Ключевым элементом циркулярной аквакультуры является повторное использование отходов от аквакормов, фекалий и их обработка в качестве сырья для побочных продуктов, таких как кормовые ингредиенты или ценные соединения. Практики обычно подвергают потоки отходов процессу бактериальной ферментации, циклу фотосинтеза водорослей или анаэробному дигестору для производства биогаза. Эти процессы обрабатывают отходы и создают вторичное сырье. Это не только позволяет повторно использовать питательные вещества в системе, но и предотвращает выброс отходов в местную окружающую среду.
Для производителей и предпринимателей, которые хотят создать замкнутую систему аквакультуры (УЗВ) или наземную установку с проточной системой, переход на замкнутый цикл может означать преобразование балансовых убытков в добавленную стоимость.
Хотя эта бизнес-стратегия убедительна, Роттманн подчеркнул, что создание безотходного производства является сложной задачей. Первоначальные инвестиции не для слабонервных, и есть несколько расчетов, которые необходимо пройти проверку, прежде чем система начнет работать. Фермеры сталкиваются с трудным выбором при переходе на замкнутый цикл – им необходимо действовать стратегически, делая выбор между переработкой водорослей, бактериальной ферментацией или биогазом.
Но по мере того, как регулирующие органы и инвесторы обращают внимание на надежность УЗВ в области устойчивого развития, отрасль столкнется с растущим давлением в плане обращения с сельскохозяйственными отходами экологически безопасными способами. Наземные системы по-прежнему производят тысячи тонн шлама из несъеденного корма, фекалий и падежа рыб, и если широкомасштабные установки УЗВ будут распространяться, то и эти отходы тоже будут расти.
И Роттманн, и Оран объяснили, что вместо сохранения статус-кво, когда операторы УЗВ вывозят свои отходы с производственных площадок, производители должны извлечь из них выгоду. Каждая система находит свое решение в зависимости от потока отходов. Обещания получения ценных соединений, таких как омега-3 и астаксантин, из потоков отходов могут представлять собой лишь небольшую часть результатов в замкнутых системах. По мнению Роттманна, бактериальная ферментация и одноклеточные белки (SCP) обеспечивают наилучшее биологическое решение для обработки больших объемов сточных вод с многотысячетонных участков УЗВ. Фермеры по всей Азии начинают осваивать циркулярное производство из-за его положительного воздействия на окружающую среду . Поиск альтернативных применений сточных вод предотвращает их попадание в местные экосистемы — их использование предотвратит загрязнение и завоюет общественную поддержку, а также позволит получить кормовой ингредиент или другой побочный продукт. Несколько стартапов включают потоки сточных вод в свои наземные бизнес-модели. Вода содержит высокие концентрации азота и фосфора, а также фосфаты и другие минералы. «Растениям и водорослям это нравится», — объяснил Оран. Это открывает возможности для биоконверсии и дает предпринимателям возможность воспользоваться добавленной стоимостью и другими экономическими выгодами.
Хотя это требует первоначальных инвестиций, Оран отметил, что побочные продукты позволяют наземным производителям зарабатывать больше денег и компенсируют затраты на эксплуатацию УЗВ. Весь сектор аквакультуры имеет потенциал для разработки и внедрения систем, которые могут использовать сточные воды и перерабатывать их с разумными экономическими затратами. Устойчивость и экономическая выгода такого подхода очевидны.
Переходя к повседневным операциям, Роттманн сказал делегатам, что «устойчивость» в наземных системах аквакультуры выходит за рамки простого сосредоточения внимания на мерах «рыба-в-рыбе-выход» (FIFO). Операторам УЗВ необходимо учитывать и другие факторы, такие как отходы питательных веществ из фекалий и несъеденный корм, если они используют циклические модели.
Вместо концепции «рыба-в-рыбе-выход» Роттманн представил концепцию «все входы-входы против отходов-выходов» для наземных ферм. 99 процентов отработанных питательных веществ в воде УЗВ вывозятся и утилизируются, что предотвращает их повторное использование или потенциальное повышение ценности. Учитывая масштабы коммерческих операций УЗВ, это не так уж и мало. «Если у вас есть УЗВ на 10 000 тонн, вы получите 2 000 тонн отходов, несъеденного корма, смертности… и потерянных питательных веществ», — сказал Роттманн. Потерянные питательные вещества рассчитываются на основе сухого вещества, однако в рыбе содержится более 72 процентов воды и менее 28 процентов белка и масла, что составляет почти 1:1 соотношение отходов и рыбы при сравнении на основе сухого вещества. По мнению докладчиков существует три возможных пути обработки и повторного использования этих потоков отходов.
Первый – бактериальное брожение. В этой системе поток твердых отходов несъеденного аквакорма и фекалий подается бактериальной популяции при контролируемых параметрах, а затем ферментируется. После процесса ферментации бактерии производят одноклеточный белок, который можно использовать в качестве кормового ингредиента. Оставшаяся вода в системе проходит очистку и может быть использована повторно. Роттманн объяснил, что коэффициент конверсии в этих системах — или количество перерабатываемых и оцениваемых отходов — может достигать 99 процентов. Он также лучше всего подходит для ферм УЗВ с объемом производства более 1000 метрических тонн.
Интеграция бактериальной ферментации с потоком отходов УЗВ может дать дополнительные преимущества. Сообщается, что рыба, выращенная в системах с рециркуляцией, может иметь «неприятный» привкус из-за геосминов и биопленок, которые собираются на фильтрах, которые «полируют» рециркулирующую воду. Роттманн сказал, что — по крайней мере, на бумаге — ферментация насыщает воду кислородом, препятствуя накоплению биопленки. Дополнительный растворенный в воде кислород может уменьшить количество метаболитов геосмина и неприятный привкус в готовой рыбе. Оран отметил, что несколько стартапов используют концепцию ферментации для производства устойчивых кормовых ингредиентов для аквакультуры и сельского хозяйства . Он также намекнул, что существует возможность использования бактериальной ферментации отходов в пищевой промышленности. «Есть много возможностей превратить эти потоки отходов в гораздо более ценные продукты», — сказал он.
Еще одним потенциальным вариантом очистки потоков отходов УЗВ является использование биогаза. В этой системе твердые отходы ферментируются, а образующиеся газы улавливаются и используются в качестве топлива. Роттманн сказал делегатам, что, хотя в биогазе используются отходы, есть одна загвоздка: «[биогаз] преобразует только 40 процентов вводимых ресурсов в газообразный метан, 60 процентов все еще могут оставаться в виде шлама, который необходимо вывозить. Утечки газа представляют собой еще одно препятствие, «если у вас есть только 3 процент утечки метана, что, вероятно, сведет на нет все преимущества сокращения выбросов углерода, связанные с производством биогаза», — сказал он.
Фотосинтез водорослей был третьим методом обработки. В этом случае отработанные питательные вещества в воде скармливаются различным популяциям водорослей, которые расщепляют их в процессе фотосинтеза. Этот процесс удаляет CO₂ из потока. По мере размножения водоросли могут также служить источником омега-3 жирных кислот или биологически активных соединений, которые можно дополнительно очищать и использовать.
Роттманн сообщил делегатам, что для работы разных систем требуются разные уровни биобезопасности и питательных веществ. Многие системы выращивают определенный тип бактерий или водорослей — производители должны быть осторожны с питательными веществами, которые используются в этих процессах. «В этих системах вам может понадобиться чистый CO₂, но если вы собираетесь очищать сточные воды в УЗВ, у вас не будет большого контроля. У вас будет много вариаций».
«Нам нужно найти недорогой способ превратить отходы во что-то полезное, товар большого объема, который не просто пытается извлечь одно соединение, такое как омега-3 или астаксантин», — сказал Роттманн. Он объяснил, что изначально бактериальная ферментация может быть наиболее логичной отправной точкой.
По опыту Роттмана, бактериальная ферментация может перерабатывать отходы быстрее, иногда в три-пять раз быстрее, чем водоросли. Бактерии также могут потреблять более крупную молекулу отходов и захватывать от 90 до 95 процентов отходов во время первого процесса ферментации. Хотя водоросли могут производить соединения, пользующиеся большим спросом на рынке, у них есть некоторые ограничения. Они не могут фотосинтезировать в темноте и, как правило, метаболизируют более мелкие органические молекулы.
Отвечая на вопросы аудитории, Роттманн объяснил, что индустрия аквакультуры производит слишком много отходов, чтобы полагаться исключительно на водоросли: им нужен еще один инструмент в их арсенале. Однако Оран и Роттманн намекнули, что возможно сочетание бактериальной ферментации и фотосинтеза водорослей. На самом деле, системы могли прекрасно сочетаться друг с другом.
В этой схеме одноклеточный белок может быть основным продуктом переработки отходов, а ценные соединения могут производиться позже в цепочке создания стоимости. Это означает, что производители будут ферментировать поток сырых отходов, позволяя бактериям потреблять 90 процентов питательных веществ, а затем позволяя водорослям перерабатывать более мелкие молекулы и остаточные материалы. Это позволит получить кормовой ингредиент для рыбы, который можно будет повторно использовать, а побочные продукты водорослей создадут здоровую добавленную стоимость для оператора УЗВ, а выбросы из установки аквакультуры будут нулевыми.
Почему мы не делаем этого сейчас?
На бумаге это звучит как авантюра, но и Оран, и Роттманн признают, что строительство или модернизация системы переработки отходов такого типа требует больших капиталовложений. Роттманн сказал делегатам, что это главный камень преткновения для циркулярной аквакультуры. «Речь идет не о том, «работает технология или нет?», а о том, кто за нее будет платить?» и «кто это будет делать?»
Тем не менее, Роттманн отметил, что если инвесторы будут смотреть на системы замкнутого цикла в долгосрочной перспективе, высокий авансовый капитал может быть оплачен стабильной прибылью для бизнеса. Вместо одного продукта – рыбы, выращенной в УЗВ, – производители могли бы иметь целых три продукта при одновременном снижении себестоимости.
