Challenges of Microalgae Integration in Recirculating Aquaculture Systems: Bridging Potential and Practice

Immaginate un allevamento ittico che non si limita a crescere pesci, ma che coltiva anche il cibo di cui si nutrono e pulisce l'acqua in cui nuotano, il tutto all'interno di un unico ciclo chiuso. Questa è la promessa dei sistemi di acquacoltura a ricircolo, o RAS. In queste strutture terrestri, l'acqua viene costantemente filtrata e riutilizzata invece di essere scaricata in fiumi o oceani. Il sistema si affida ai batteri per trasformare i rifiuti tossici dei pesci in nutrienti innocui, ma l'acqua trasporta comunque azoto e fosforo disciolti che possono accumularsi fino a livelli dannosi. Per decenni, gli scienziati hanno cercato un modo per utilizzare questi nutrienti residui per far crescere qualcosa di utile, piuttosto che trattarli semplicemente come scarti. Entrano in gioco le microalghe, piante microscopiche che galleggiano nell'acqua. Questi minuscoli organismi sono centrali di energia naturali: respirano l'anidride carbonica, rilasciano ossigeno e si nutrono dei nutrienti disciolti che i pesci non possono utilizzare. Se potessero essere coltivate all'interno dell'allevamento ittico stesso, potrebbero pulire l'acqua, fornire cibo fresco per i pesci e persino catturare il carbonio, creando un ecosistema veramente circolare.

Una recente revisione condotta da ricercatori dell'Università di Kiel e della Hochschule Bremerhaven esamina con rigore e chiarezza se questa idea possa effettivamente funzionare su scala commerciale. Il team ha esaminato centinaia di studi per vedere se l'integrazione di microalghe vive negli allevamenti ittici sia una realtà percorribile o solo una teoria promettente. Hanno scoperto che, sebbene il concetto sia scientificamente valido e offra molteplici vantaggi, il percorso dal laboratorio a un allevamento ittico funzionante è bloccato da significativi ostacoli pratici. I ricercatori confermano che le microalghe possono effettivamente agire come un filtro biologico, assorbendo l'eccesso di nutrienti e migliorando la qualità dell'acqua. Esse fungono anche da integratore nutriente che può potenziare la salute e la crescita di pesci e gamberi. Tuttavia, lo studio conclude che, nonostante questi vantaggi, la tecnologia non è ancora pronta per un'adozione diffusa. Gli ostacoli principali non sono la mancanza di conoscenza, quanto piuttosto la difficoltà di mantenere le alghe vive e produttive in un ambiente disordinato e mutevole, e l'alto costo del raccolto di questi minuscoli organismi una volta cresciuti.

I potenziali benefici di questa integrazione sono sostanziali. In un tipico allevamento ittico, il cibo non consumato e i rifiuti dei pesci si dissolvono nell'acqua, creando una zuppa di nutrienti che può danneggiare i pesci se non gestita. Le microalghe possono "bere" questi nutrienti, trasformandoli in nuova biomassa. Questo processo non solo pulisce l'acqua, ma produce anche ossigeno, che è vitale per i pesci. Inoltre, le alghe stesse sono ricche di proteine e grassi sani, il che significa che potrebbero potenzialmente sostituire la costosa farina di pesce nella dieta degli animali allevati. I ricercatori hanno notato che, in ambienti controllati, certi tipi di alghe, come Chlorella e Tetradesmus, hanno dimostrato di poter rimuovere grandi quantità di azoto e fosforo dall'acqua. In alcuni esperimenti, l'aggiunta di alghe al sistema ha migliorato i tassi di sopravvivenza di pesci e gamberi giovani e li ha resi più resistenti alle malattie. Le alghe aiutano anche a stabilizzare la chimica dell'acqua, impedendo al pH di subire oscillazioni troppo ampie, il che può stressare gli animali.

Tuttavia, la transizione da un piccolo esperimento controllato a un grande allevamento ittico commerciale è il punto in cui iniziano le difficoltà. La sfida primaria è che un allevamento ittico è un luogo caotico. La qualità dell'acqua cambia costantemente a seconda di quanto mangiano i pesci, di quanti ce ne sono nella vasca e di quanto bene funzionano i filtri. Le microalghe sono sensibili; hanno bisogno di quantità specifiche di luce, temperatura e nutrienti per prosperare. In una vasca grande, le alghe possono crescere così densamente da bloccare la luce che raggiunge quelle sottostanti, causando il rallentamento o la morte dell'intera coltura. Questo fenomeno, noto come auto-ombreggiamento, è un importante collo di bottiglia. Inoltre, le alghe devono competere con batteri e altri organismi microscopici presenti nei rifiuti dei pesci. A volte, questi competitori indesiderati prendono il sopravvento, causando il collasso della coltura algale. I ricercatori hanno scoperto che mantenere una coltura di alghe stabile e pura in un ambiente di allevamento ittico non sterile è incredibilmente difficile e porta spesso a risultati incoerenti.

Anche se le alghe crescono bene, estrarle dall'acqua è un enorme problema tecnico ed economico. Le cellule di microalghe sono microscopiche e galleggiano in concentrazioni molto diluite, rendendo difficile separarle dall'acqua. Il processo di raccolta richiede un'energia significativa e attrezzature costose, come centrifughe o filtri speciali. Lo studio evidenzia che il costo del raccolto e dell'essiccazione delle alghe spesso supera il valore delle alghe come ingrediente per mangimi. In molti casi, l'energia necessaria per far funzionare luci, pompe e macchinari per il raccolto rende l'intero processo più costoso rispetto al semplice acquisto di mangime tradizionale per pesci. I ricercatori sottolineano che, sebbene l'uso di acque reflue per far crescere le alghe faccia risparmiare sul fertilizzante, non risparmia abbastanza da coprire gli alti costi dei macchinari e dell'elettricità necessari per gestire il sistema.

Un altro problema critico è la chiarezza dell'acqua. I pesci devono vedere il loro cibo per mangiarlo e si affidano al senso della vista per orientarsi ed evitare lo stress. Se l'acqua è piena di una densa nuvola di alghe verdi, diventa torbida, il che può confondere i pesci, ridurre il loro nutrimento e aumentare i loro livelli di stress. Se le alghe rendono l'acqua opaca, i pesci potrebbero avere difficoltà a trovare il cibo. I ricercatori hanno scoperto che deve essere raggiunto un equilibrio delicato: abbastanza alghe per pulire l'acqua, ma non così tante da trasformare la vasca in una zuppa verde. Gestire questo equilibrio in tempo reale è difficile perché le alghe crescono e muoiono a ritmi diversi, e i pesci producono rifiuti in tempi imprevedibili. La tecnologia attuale fatica a monitorare e regolare queste condizioni automaticamente, lasciando agli operatori l'allevamento il compito di indovinare quanto sia troppa la presenza di alghe.

Il quadro economico rimane la barriera principale. La revisione ha analizzato vari costi e ha scoperto che, sebbene i grandi stagni algali possano essere parzialmente redditizi se utilizzati principalmente per il trattamento delle acque reflue, l'aggiunta di essi a un allevamento ittico specificamente per produrre mangime è raramente conveniente. L'investimento di capitale per i reattori, le luci e le attrezzature per il raccolto è elevato, e i costi operativi per elettricità e manodopera sono ancora più alti. Lo studio suggerisce che, a meno che il prezzo del mangime tradizionale per pesci non schizzi alle stelle o il costo del raccolto delle alghe non scenda drasticamente, gli allevamenti ittici commerciali probabilmente rimarranno legati ai metodi convenzionali. Gli unici scenari in cui i numeri tornano sono in situazioni molto specifiche ad alto valore o dove le alghe vengono coltivate per altri scopi, come la produzione di biocarburanti o prodotti farmaceutici, piuttosto che solo come mangime per pesci.

In definitiva, il documento conclude che, sebbene l'idea di un allevamento ittico che coltiva il proprio cibo e pulisce la propria acqua sia scientificamente possibile, non è ancora una realtà pratica per la maggior parte degli allevatori. La tecnologia funziona in piccoli esperimenti controllati con cura, ma non è ancora stata dimostrata la sua capacità di funzionare in modo affidabile ed economico su larga scala. I ricercatori sottolineano che il successo futuro dipende dallo sviluppo di modi migliori per raccogliere le alghe, dalla creazione di ceppi algali più resistenti e facili da coltivare in ambienti disordinati e dal ritrovamento di modi più economici per illuminare e mescolare l'acqua. Finché queste sfide ingegneristiche ed economiche non saranno risolte, l'integrazione delle microalghe nei sistemi di acquacoltura a ricircolo rimarrà probabilmente un esperimento di nicchia piuttosto che una pratica standard del settore. Il potenziale c'è, ma il percorso per renderlo una parte di routine dell'allevamento ittico è ancora lungo e ripido.