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

Stel je een viskwekerij voor die niet alleen vissen kweekt, maar ook het voedsel dat ze eten en het water waarin ze zwemmen, allemaal binnen één gesloten lus. Dit is de belofte van recirculerende aquacultuursystemen, of RAS. In deze landgebaseerde faciliteiten wordt water constant gefilterd en hergebruikt in plaats van in rivieren of oceanen te worden geloosd. Het systeem vertrouwt op bacteriën om giftig visafval om te zetten in onschadelijke voedingsstoffen, maar het water bevat nog steeds opgeloste stikstof en fosfor die tot schadelijke niveaus kunnen opstapelen. Decennialang hebben wetenschappers gezocht naar een manier om deze overgebleven voedingsstoffen te gebruiken om iets nuttigs te kweken, in plaats van ze slechts als afval te behandelen. Hier komen microalgen kijken, microscopische planten die in het water zweven. Deze kleine organismen zijn natuurlijke krachtpatsers; ze ademen koolstofdioxide in, laten zuurstof vrij en voeden zich met de opgeloste voedingsstoffen die vissen niet kunnen gebruiken. Als ze binnen de viskwekerij zelf gekweekt zouden kunnen worden, zouden ze het water kunnen zuiveren, vers voedsel voor de vissen kunnen leveren en zelfs koolstof kunnen vastleggen, waardoor een werkelijk circulaire ecosystem ontstaat.

Een recente review door onderzoekers aan de Universiteit van Kiel en de Hochschule Bremerhaven werpt een harde, heldere blik op de vraag of dit idee daadwerkelijk op commerciële schaal kan werken. Het team onderzocht honderden studies om te zien of het integreren van levende microalgen in viskwekerijen een haalbare realiteit is of slechts een veelbelovende theorie. Ze kwamen tot de conclusie dat hoewel het concept wetenschappelijk onderbouwd is en meerdere voordelen biedt, de weg van het laboratorium naar een werkende viskwekerij geblokkeerd wordt door aanzienlijke praktische hindernissen. De onderzoekers bevestigen dat microalgen inderdaad als een biologisch filter kunnen fungeren, waarbij ze overtollige voedingsstoffen absorberen en de waterkwaliteit verbeteren. Ze dienen ook als een voedzame aanvulling die de gezondheid en groei van vissen en garnalen kan stimulen. De studie concludeert echter dat, ondanks deze voordelen, de technologie nog niet klaar is voor brede adoptie. De belangrijkste obstakels zijn niet een gebrek aan kennis, maar eerder de moeilijkheid om de algen levend en productief te houden in een rommelige, veranderende omgeving, en de hoge kosten van het oogsten van de minuscule organismen zodra ze gegroeid zijn.

De potentiële voordelen van deze integratie zijn aanzienlijk. In een typische viskwekerij lossen niet gegeten voedsel en visafval op in het water, wat een soep van voedingsstoffen creëert die de vissen kunnen schaden als ze niet worden beheerd. Microalgen kunnen deze voedingsstoffen opdrinken en ze omzetten in nieuwe biomassa. Dit proces zuivert niet alleen het water, maar produceert ook zuurstof, wat essentieel is voor de vissen. Bovendien zitten de algen zelf vol met eiwitten en gezonde vetten, wat betekent dat ze potentieel het dure vismeel in het dieet van de gekweekte dieren kunnen vervangen. De onderzoekers merkten op dat in gecontroleerde omgevingen bepaalde soorten algen, zoals Chlorella en Tetradesmus, hebben aangetoond dat ze grote hoeveelheden stikstof en fosfor uit het water kunnen verwijderen. In sommige experimenten zorgde het toevoegen van algen aan het systeem voor een verbetering van de overlevingskansen van jonge vissen en garnalen en maakte het hen weerbaarder tegen ziekten. De algen helpen ook de chemie van het water te stabiliseren, waardoor de pH-waarde niet te extreem schommelt, wat de dieren stress kan bezorgen.

Echter, de overgang van een klein, gecontroleerd experiment naar een grote, commerciële viskwekerij is waar de moeilijkheden beginnen. De primaire uitdaging is dat een viskwekerij een chaotische plek is. De waterkwaliteit verandert voortdurend afhankelijk van hoeveel de vissen eten, hoeveel er in de bak zitten en hoe goed de filters werken. Microalgen zijn gevoelig; ze hebben specifieke hoeveelheden licht, temperatuur en voedingsstoffen nodig om te gedijen. In een grote bak kunnen de algen zo dik groeien dat ze het licht blokkeren voor de lagen eronder, waardoor de hele cultuur vertraagt of sterft. Dit fenomeen, bekend als zelfschaduwing, is een belangrijke bottleneck. Daarnaast moeten de algen concurreren met bacteriën en andere microscopische organismen die ook in het visafval aanwezig zijn. Soms nemen deze ongewenste concurrenten de overhand, waardoor de algencultuur instort. De onderzoekers vonden dat het handhaven van een stabiele, zuivere algencultuur in een niet-steriele viskwekerijomgeving ongelooflijk moeilijk is en vaak leidt tot inconsistente resultaten.

Zelfs als de algen goed groeien, is het uit het water krijgen van hen een enorm technisch en economisch probleem. Microalgencellen zijn microscopisch klein en zweven in zeer lage concentraties, wat het moeilijk maakt om ze van het water te scheiden. Het proces van het oogsten vereist aanzienlijke energie en dure apparatuur, zoals centrifuges of speciale filters. De studie benadrukt dat de kosten van het oogsten en drogen van de algen vaak zwaarder wegen dan de waarde van de algen als veevoercomponent. In veel gevallen is de energie die nodig is om de lampen, pompen en oogstmachines te laten draaien, duurder dan simpelweg conventioneel visvoer kopen. De onderzoekers wijzen erop dat hoewel het gebruik van afvalwater voor de groei van algen geld bespaart op meststoffen, dit niet genoeg bespaart om de hoge kosten van de machines en elektriciteit te dekken die nodig zijn om het systeem te exploiteren.

Nog een kritisch punt is de helderheid van het water. Vissen moeten hun voedsel kunnen zien om het te eten, en ze vertrouwen op hun zicht om te navigeren en stress te vermijden. Als het water gevuld is met een dichte groene wolk van algen, wordt het troebel, wat de vissen kan verwarren, hun voedselopname kan verminderen en hun stressniveau kan verhogen. De onderzoekers vonden dat er een delicaat evenwicht moet worden gevonden: genoeg algen om het water te zuiveren, maar niet zoveel dat het de bak in een groene soep verandert. Het beheren van dit evenwicht in realtime is moeilijk omdat de algen groeien en sterven met verschillende snelheden, en de vissen op onvoorspelbare tijden afval produceren. De huidige technologie worstelt met het automatisch monitoren en aanpassen van deze omstandigheden, waardoor exploitanten van de kwekerij moeten gokken hoeveel algen te veel is.

Het economische plaatje blijft de grootste barrière. De review analyseerde diverse kosten en concludeerde dat hoewel grootschalige algenvijvers enigszienstig winstgevend kunnen zijn als ze primair worden gebruikt voor waterzuivering, het toevoegen van hen aan een viskwekerij specifiek om voer te produceren zelden kosteneffectief is. De kapitaalinvestering voor de reactoren, de lichten en de oogstapparatuur is hoog, en de operationele kosten voor elektriciteit en arbeid zijn nog hoger. De studie suggereert dat, tenzij de prijs van traditioneel visvoer enorm stijgt of de kosten van het oogsten van algen drastisch dalen, commerciële viskwekerijen waarschijnlijk vast zullen blijven houden aan conventionele methoden. De enige scenario's waarin de cijfers zinvol zijn, zijn in zeer specifieke, hoogwaardige situaties of waar de algen voor andere doeleinden worden gekweekt, zoals de productie van biobrandstoffen of farmaceutica, in plaats van enkel voor visvoer.

Uiteindelijk concludeert het artikel dat hoewel het idee van een viskwekerij die zijn eigen voedsel kweekt en zijn eigen water zuivert wetenschappelijk mogelijk is, het nog geen praktische realiteit is voor de meeste boeren. De technologie werkt in kleine, zorgvuldig gecontroleerde experimenten, maar het is nog niet bewezen dat het betrouwbaar en goedkoop op grote schaal werkt. De onderzoekers benadrukken dat toekomstig succes afhangt van het ontwikkelen van betere manieren om algen te oogsten, het creëren van algestammen die robuuster en gemakkelijker te kweken zijn in rommelige omgevingen, en het vinden van goedkopere manieren om het water te verlichten en te mengen. Totdat deze technische en economische uitdagingen zijn opgelost, zal de integratie van microalgen in recirculerende aquacultuursystemen waarschijnlijk een niche-experiment blijven in plaats van een standaard industrieel proces. Het potentieel is aanwezig, maar de weg om dit tot een routineonderdeel van de viskweek te maken is nog lang en steil.