Mikrolevät ovat vihreää kultaa – ympäristöystävällinen vaihtoehto vedenpuhdistukseen

LUT-yliopisto on tehnyt vaativaan vedenkäsittelyyn liittyvää tutkimusta jo vuosikymmeniä. Yhteen tekniikkaan perustuvalla käsittelyllä ei yleensä saavuteta haluttua puhdistustulosta, vaan jätevesien käsittely vaatii eri teknologioita yhdistäviä hybridiratkaisuja. Mikroleviin perustuva puhdistus on edullinen ja ympäristöystävällinen vaihtoehto, joka on mahdollista yhdistää nykyisiin laitoksiin ja prosesseihin.

Kuvassa vapaasti eläviä mikroleviä kalankasvattamon jätevedessä

Oikeus puhtaaseen juomaveteen ja vesihuoltoon lisättiin Yhdistyneiden Kansakuntien (YK) ihmisoikeuksien julistukseen järjestön yleiskokouksessa vuonna 2010. Maailman terveysjärjestö WHO:n (World Health Organization) ja YK:n lastenjärjestö UNICEFin vuonna 2019 julkaiseman raportin mukaan yli kaksi miljardia ihmistä elää yhä ilman puhdasta vettä.

Amit Bhatnagar, LUTin vedenkäsittelyn professori ja yksi maailman viitatuimmista tutkijoista (Highly Cited Researcher), on päättänyt tehdä kaiken voitavansa tuon tilaston muuttamiseksi. 

Kasvaessaan Intiassa Ganges-joen kanaalin varrella Bhatnagar joutui itse todistamaan puutteellisen kunnallistekniikan ja nopean teollistumisen haitallisia vaikutuksia. Hänen lapsuudessaan juomavettä sai kodin hanasta, mutta monet vesialueet saastuivat seuraavien 20-30 vuoden aikana pahasti.

"Jotkut alueet Intiassa ovat aina kärsineet huonosta vedenlaadusta ja vesihuollosta, etenkin kesäisin. Nopean teollistumisen myötä ongelmista alkoivat kuitenkin kärsiä myös sellaiset alueet, joilla vettä oli aiemmin ollut saatavilla", kertoo Bhatnagar.

Nähtyään vesipulan aiheuttamia ongelmia yksittäisille ihmisille, asuinyhteisöille ja kokonaisille yhteiskunnan sektoreille, Bhatnagarille kypsyi ajatus urasta tieteentekijänä.

"Maatalousvaltaiset valtiot, kuten Intia, ovat äärimmäisen riippuvaisia vedestä. Tutkijana haluan olla ratkaisemassa vesikriisiä maailmanlaajuisella tasolla."

Bhatnagar väitteli kotimaassaan kemiantekniikan tohtoriksi ja suuntautui tutkimuksessaan vedenkäsittelyyn. Uransa aikana hän on tehnyt vedenpuhdistuksen tutkimusta eri puolilla maailmaa: Sveitsissä, Etelä-Koreassa, Saksassa, Puolassa, Ruotsissa ja viimeiset vuodet Suomessa.

"Olen onnekas, sillä olen saanut työskennellä monissa maissa. Toimiessani tutkimustehtävissä eri maissa olen ymmärtänyt, kuinka laaja ympäristöongelma vesien saastuminen on – siitä kärsivät eriasteisesti kaikki alueet."

Mikrolevät ovat mikroskooppisen pieniä yhteyttäviä soluja, joita löytyy luontaisesti vedestä

Bhatnagar toimii LUTissa vedenkäsittelyn professorina. Hänen erikoisalaansa on vedenpuhdistus biologisilla prosesseilla, jotka perustuvat leviin. Mikrolevät ovat fotosynteettisiä eli yhteyttämiseen kykeneviä mikroskooppisen pieniä soluja, joita löytyy luontaisesti sekä makeista vesistä että merivedestä.

"Mikrolevät pystyvät käyttämään kasvuunsa tehokkaasti ravinteita, kuten typpeä ja fosforia, metalleja ja muita jätevesistä löytyviä kemiallisia yhdisteitä. Samalla mikrolevät sitovat hiilidioksidia (CO2)", taustoittaa Bhatnagar.

Mikroleväteknologiaan perustuvaa vedenkäsittelyä voi yhdistää jo olemassa oleviin jätevesilaitoksiin. Se on myös halvempi ja ympäristöystävällisempi vaihtoehto moniin perinteisesti käytettyihin puhdistustekniikoihin verrattuna.

"Mikroleväpuhdistuksen etuja ovat muun muassa myrkyllisten haitta-aineiden halvempi ja ekologisempi poistaminen, energiatehokkuus sekä mahdollisuus ottaa talteen ravinteita ja vähentää hiilidioksidipäästöjä. Leväpuhdistuksella voidaan myös välttää haitallisten kemikaalien käyttöä jätevesien puhdistuksessa", professori luettelee.

Mikroleviin perustuva vedenkäsittely on myös uusiutuviin luonnonvaroihin perustuvan kiertotalouden ytimessä. Kiertotalouden mallin mukaisesti aiemmin jätteenä ajatellut sivuvirrat nähdään arvokkaina raaka-aineina.

"Kun vesi on käsitelty, voidaan levien biomassa ottaa talteen ja hyödyntää se moniin eri tarkoituksiin. Siitä voidaan valmistaa muun muassa biopolttoaineita, biomuoveja, sekä ravintoa kaloille ja eläimille. On monta perustetta kutsua mikroleviä vihreäksi kullaksi."

"Minulle on tärkeää ratkoa reaalimaailman ongelmia"

Ennen LUTille tuloaan Bhatnagar työskenteli Itä-Suomen yliopistossa. Hän pitää Suomea vedenkäsittelyn alalla edelläkävijänä, erityisesti toimivan vedenkäsittelyn infrastruktuurin, ansiokkaan lainsäädännön sekä yleisen tietoisuuden ansiosta.

LUTin pitkä kokemus vedenpuhdistuksesta sekä yhteistyöstä teollisuussektorin kanssa innostivat Bhatnagarin ottamaan vastaan hänelle tarjotun professuurin. Hän aloitti työssään loppukesällä 2020 ja on siitä lähtien rakentanut tutkimusryhmäänsä ja laboratoriota Mikkelissä, osana LUTin erotustekniikan osastoa. LUT edustaa erotustekniikassa Suomen laajinta tutkimusosaamista.

"LUTin tutkimusta viedään aktiivisesti innovatiivisiksi tuotteiksi ja uusiksi sovelluksiksi. Pidän tärkeänä, ettei tutkimukseni jää pelkiksi laboratoriotuloksiksi, vaan että sitä sovelletaan reaalimaailman haasteisiin, jotka ovat osa maailman ympäristöongelmia."

Vedenpuhdistuksen eri tekniikoista LUTissa tutkitaan esimerkiksi adsorptiota, sähkökemiallisia tekniikoita, membraani- eli kalvosuodatusta sekä hapetusta. Oman asiantuntemuksensa Bhatnagar näkee täydentävän muiden tutkimusryhmien osaamista erinomaisesti.

"Kaikissa tekniikoissa on hyvät erityispiirteensä, mutta yhteen tekniikkaan perustuvalla prosessilla ei jätevettä yleensä saada puhdistettua tehokkaasti. Kun mikroleviin perustuvaa puhdistusta yhdistetään muihin tekniikoihin, syntyy hybridiprosesseja, jotka voivat parhaimmillaan olla todella tehokkaita."

Mikrolevätekniikalla voidaan parantaa sekä eri teollisuussektoreiden että puutteellisesta infrastruktuurista kärsivien asuinalueiden jätevedenkäsittelyä.

"Mikroleväkäsittely sopii erityisen hyvin lämpimille ja runsaasti auringonvaloa saaville alueille. Näillä alueilla vedestä saadaan tehokkaasti poistettua eloperäisiä aineita kuten ravinteita, tiettyjä saasteita sekä taudinaiheuttajia. Ravinteista typpi ja fosfori ovat pääasiallisia syitä vesistöjen rehevöitymiseen", kertoo Bhatnagar.  

Mikrolevään perustuvien ratkaisujen soveltuvuutta myös kylmille sekä pitkien ja pimeiden talvien alueille tutkitaan.

"Tutkimme Suomen kaltaisten alueiden paikallisia leväkantoja, jotka soveltuisivat kasvatukseen niukemmassa auringonvalossa ja alhaisemmassa lämpötilassa."

Bhatnagar keskustelee kestävyysaiheista aktiivisesti tutkijayhteisössä sekä sosiaalisessa mediassa. Hän kertoo tavoitteekseen saada aikaan positiivisia vaikutuksia ympäröivään yhteiskuntaan.

"Käännös kohti kestävämpää maailmaa on tehtävä nyt. Minun alallani se tarkoittaa vesikierron sulkemista ja sitä, että jätevettä ei nähdä enää jätteenä. Haluan kehittää kestäviä ja tehokkaita vedenkäsittelyn ratkaisuja, joita voidaan viedä myös köyhiin maihin."

Kiinnostus Bhatnagarin tutkimusryhmässä hiljattain avoinna olleeseen nuoremman tutkijan työpaikkaan antoi vahvistusta, ettei professori suinkaan ole tavoitteensa kanssa yksin.

"Saimme lähes 250 hakemusta yhteen nuoremman tutkijan paikkaan! Hakijoita oli kaikkialta maailmasta, ja monet heistä maista, joissa puhdasta vettä ei ole kaikkien saatavilla. Hakemusten arvioiminen vei paljon aikaa, mutta olen tietenkin iloinen, että ryhmämme ja edustamme tutkimusala herättää paljon kiinnostusta", päättää Bhatnagar hymy huulillaan.

Kuva professori Amit Bhatnagarista

Amit Bhatnagar

Kuka: Amit Bhatnagar, 45, perheeseen kuuluu vaimo Eva Kumar, joka työskentelee Terveyden ja Hyvinvoinnin laitoksella (THL)
Koulutus: kemiantekniikan tohtori, Indian Institute of Technology (IIT), Roorkee, Intia (2003)
Ura & aiemmat tutkijatehtävät:
Professori, LUT-yliopisto elokuusta 2020 alkaen
Professorin ja apulaisprofessorin tehtävissä Itä-Suomen yliopistossa vuosina 2014–2019
Tutkija (post doc) Linnaeus University (Ruotsi), 2012–2014
Tutkija (post doc) University of Porto (Portugali), 2010–2012
Erasmus Mundus Post doc, TUHH (Saksa), 2009–2010
Marie Curie More Experienced Researcher, Kuopion yliopisto, 2009
BK-21 Postdoctoral Researcher, Yonsei University, (Etelä-Korea), 2006–2009
Tutkija (post doc), Central Building Research Institute (Intia), 2006
Tutkija (post doc), EAWAG (Sveitsi), 2004
Mikä motivoi minua tieteentekijänä: Uteliaisuus oppia jatkuvasti uutta.
Motto: "Älä lannistu epäonnistumisesta, sillä epäonnistuminen on ensimmäinen yritys oppimiseen" (vapaasti suomennettu Dr. APJ Abdul Kalamin, Intian entisen presidentin sitaatti).

Artikkelin pääkuvassa vapaasti eläviä mikroleviä kalankasvattamon jätevedessä, kuvaaja Rebecca J. Wicker, LUT-yliopisto.

Lisätietoja (englanniksi):

Amit Bhatnagar, vedenkäsittelyn professori, LUT-yliopisto amit.bhatnagar@lut.fi
twitter: @DrBhatnagarA

Lue seuraavaksi: