Optimization of Parachlorella kessleri growth under different environmental conditions for lipid production

उन सामग्रियों की खोज में जो ग्रह को नुकसान नहीं पहुँचाती हैं, वैज्ञानिक शैवाल (एल्गी) की सूक्ष्म दुनिया की ओर मुड़ रहे हैं। ये नन्हे, एककोशिकीय पौधे बढ़ने के लिए सूर्य के प्रकाश का उपयोग करते हैं, और ऐसा करते हुए, वे ऐसे तेल और प्लास्टिक का उत्पादन कर सकते हैं जो एक दिन उन पेट्रोलियम-आधारित उत्पादों की जगह ले सकते हैं जो हमारे लैंडफिल और महासागरों को भर देते हैं। चुनौती सही प्रकार के शैवाल और उन्हें तेजी से उगाने और सबसे उपयोगी पदार्थ बनाने के लिए आदर्श वातावरण खोजने में निहित है। यह स्थितियों को ट्यून करने का मामला है—जैसे कि पानी की अम्लता, हवा की गर्माहट, दिन की लंबाई, और उपलब्ध कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा—ठीक वैसे ही जैसे एक माली किसी विशिष्ट फसल से सर्वोत्तम उपज प्राप्त करने के लिए ग्रीनहाउस को समायोजित करता है। जब ये कारक सही ढंग से संतुलित होते हैं, तो शैवाल टिकाऊ ऊर्जा और बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक के लिए एक कारखाने में बदल सकते हैं।

भारत में शोधकर्ताओं के एक दल ने हाल ही में पाराक्लोरेला केसलरी (Parachlorella kessleri) नामक हरे शैवाल की एक विशिष्ट प्रजाति पर ध्यान केंद्रित किया, जिसे उन्होंने दिल्ली में यमुना नदी में खोजा था। वे यह देखना चाहते थे कि क्या इस स्थानीय किस्म को उच्च मात्रा में लिपिड, जो बायोफ्यूल बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले वसा हैं, और पॉलीहाइड्रॉक्सीअल्केनोएट्स (PHAs), जो बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक हैं, का उत्पादन करने के लिए प्रेरित किया जा सकता है। विकास के लिए सबसे अच्छा नुस्खा खोजने के लिए, वैज्ञानिकों ने नदी के पानी से शैवाल को अलग किया और इसे किसी भी बैक्टीरिया से साफ किया। फिर उन्होंने शैवाल को कांच के फ्लास्क में उगाया, और यह देखने के लिए कि नन्हे सेल कैसे प्रतिक्रिया देते हैं, एक समय में सावधानीपूर्वक एक स्थिति को बदला। उन्होंने अम्लता के विभिन्न स्तरों, ठंडे से लेकर गर्म तक के तापमान, प्रकाश और अंधकार के विभिन्न चक्रों, और पानी में बुलबुलों के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड गैस की विभिन्न सांद्रता का परीक्षण किया।

प्रयोगों ने उन स्थितियों के एक स्पष्ट सेट का खुलासा किया जहाँ शैवाल फलते-फूलते थे। कोशिकाएं तब सबसे अच्छी तरह बढ़ीं जब पानी थोड़ा क्षारीय था, जिसका pH 8 था, और इसे 25 डिग्री सेल्सियस के आरामदायक तापमान पर रखा गया था। उन्हें रात की तुलना में लंबा दिन पसंद था, विशेष रूप से 16 घंटे प्रकाश और उसके बाद 8 घंटे अंधेरे का चक्र, और वे तब सबसे अधिक तेजी से बढ़े जब उनके ऊपर की हवा में 2 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड थी। इन विशिष्ट स्थितियों के तहत, शैवाल 16 दिनों के बाद अपने चरम आकार पर पहुँच गए। इस इष्टतम वातावरण में, शोधकर्ताओं ने पाया कि शैवाल न केवल अच्छी तरह से बढ़ रहे थे; बल्कि वे ऊर्जा और प्लास्टिक के निर्माण खंडों (building blocks) का भंडारण भी कर रहे थे। सूखी कोशिकाओं में वजन के अनुसार 17 प्रतिशत लिपिड और 11 प्रतिशत PHA था। इसका अर्थ है कि इन स्थितियों के तहत उगाए गए शैवाल के एक एकल बैच से, वैज्ञानिक संभावित रूप से ईंधन और प्लास्टिक दोनों सामग्रियां प्राप्त कर सकते हैं।

यह खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पहली बार है जब इस विशिष्ट प्रकार के शैवाल, जो यमुना नदी में पाया जाता है, का इन दोनों मूल्यवान सामग्रियों को एक साथ उत्पादित करने के लिए अध्ययन और अनुकूलन किया गया है। जबकि अन्य अध्ययनों ने एक उद्देश्य के लिए शैवाल उगाने पर ध्यान केंद्रित किया है, यह कार्य दिखाता है कि कोशिकाओं का एक ही बैच दोहरे उद्देश्य के लिए काम कर सकता है, जो टिकाऊ उत्पादों को बनाने की प्रक्रिया को अधिक कुशल और कम खर्चीला बना सकता है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि शैवाल स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला को संभालने में सक्षम थे, लेकिन pH, तापमान, प्रकाश और कार्बन डाइऑक्साइड के जिस विशिष्ट संयोजन की उन्होंने पहचान की, उसने उच्चतम उपज प्रदान की। अध्ययन पुष्टि करता है कि इस स्वदेशी प्रजाति में बड़े पैमाने पर संचालन, जैसे कि बायोरिफाइनरी में उपयोग किए जाने की क्षमता है, जहाँ यह कचरे और सूर्य के प्रकाश को उपयोगी वस्तुओं में बदलकर एक चक्रीय अर्थव्यवस्था (circular economy) बनाने में मदद कर सकती है। यह कार्य भविष्य के कदमों के लिए एक आधार तैयार करता है, जिसमें बड़े, अधिक नियंत्रित टैंकों में शैवाल का परीक्षण करना शामिल है ताकि यह देखा जा सके कि क्या ये परिणाम औद्योगिक स्तर पर भी सत्य सिद्ध होते हैं।