The story of TransAlgae
The story of TransAlgae
Three and a half years ago, when we started the TransAlgae project we had isolated researchers, entrepreneurs cultivating and harvesting algae up here at our latitude. Today, we have a tight network of committed growers and researchers from Finland, Sweden and Norway, and the network that builds the foundation for commercialization has grown throughout the project period.
The project has successfully transferred innovative solutions for the production of micro and macroalgae as a source of bioenergy and high-value products. The research results have been transferred directly to companies in a continuous dialogue.
Microalgae have been grown by researchers in Umeå at Umeå Energi and Vakin, by an entrepreneur in Härnösand (Nattviken) and in Vaasa Finland. In Norway, researchers and an entrepreneur (Arctic Seaweed) have grown macroalgae (seaweed) in the laboratory and at pilot scale; they have even harvested macroalgae from the sea. Three completely different cultivation methods have been developed and improved.
The conclusion is that we could develop cost-efficient and energy-efficient cultivation systems. Our results show that algae can produce large amounts of biomass when grown in wastewater and flue gases. We have also shown that algae can be a good source of biofuels, such as biogas, especially macroalgae.
The next step has been to develop and adapt cost-effective methods for harvesting algae. Four different methods have been tested and a completely new method has been developedin order to characterize the valuable algae biomass. Today we have a very good picture of the chemical and biochemical (lipids, carbohydrates and proteins) content of both microalgae grown in municipal wastewater and macroalgae grown in the sea. Microalgae grown in municipal wastewater, with and without flue gases, have a heavy metal content that is below threshold values for use as biofertilizers. The test methods have been greatly developed and improved; this is an important result of this project.
The transformation of algae biomass has been done in different ways for different types of algae. When the project began, for example, there was no knowledge of how microalgae grown on our latitudes have the properties needed for biogas production. These results now also benefit a biogas producer in Finland and show that algae and especially macroalgae can be a good biomass for biogas. Our results show, contrary to what the literature indicates, that pre-treatment of microalgae biomass does not increase biogas production.
Microalgae that are thermally (heat) treated can generate biochar of medium-high heating value.We have also isolated and identified three local algae strains that can produce pigments of high value.
An important part of the project has been the investigation of the benefit that algae sector has for the society (system analysis). Students and companies have worked on designing sustainable business models and they have investigated the role of algae in the circular economy. An important insight is that new economic models are needed, and new business models need to be developed in order to be able to calculate the profitability of the future circular biobased economy, which includes algae.
In order to expand the network and engage the industrial sector, communication has worked to disseminate knowledge that can be understood by non-researchers. This work has been a cross-border collaboration among all partners and resulted in a wepage, video animation, a film, infosheets, newsletters, lectures, workshops and study visits.
The focus on popular science documentation ensures that the knowledge will continue to be disseminated after the end of the project. Experimental details can be found in the scientific publications.
Prior to the project, there was a small network in Sweden and Norway. In Finland, knowledge about algae was limited, but this project has increased the interest in algae significantly and important contacts with industry have been established.
Having small companies as partners in our project has been very rewarding. The exchange of experience between researchers and entrepreneurs has been pivotal for the overall project result; however, we could also observe that this form of financing is not optimal for small companies.
Crucial have also been the active participation of medium-sized companies that have helped and supported the pilot plants operation with the supply of flue gases and wastewater in Sweden. In Finland, companies have also contributed with wastewater, digestate and inoculum for biogas production. It has also been interesting to follow the commercialization of macroalgae in Norway. Without the industrial sector commitment, this project would not have been feasible.
In order to move forward with the commercialization of algae, the dialogue with companies and other projects in the program area but also in Europe has been fruitful. Collaborations with companies have been very tight. The participation of Finnish companies and students has been central to the work on algae’s societal benefits and sustainable business models.
Through external communication, we have reached a variety of target groups in the society with the aim of spreading interest and knowledge about algae in order to lay the groundwork for the commercialization of new products from algae. An unexpected contact is an iron foundry that would like to use algae to become carbon dioxide negative.
New commercial products that have been developed are the system for growing and regulating the cultivation of microalgae (Nattviken Invest, Härnösand, Sweden) and macroalgae food (Arctic Seaweed, Bodö, Norway).
The company Nattviken has developed a completely new method based on artificial intelligence to identify automatically microalgae. This software is based on machine learning and it is able to recognize any feature from an image that the human sight could do. This method can also be used for other microorganisms.
TransAlgae has contributed to sustainable development focusing on a fossil-free future. This project has shown clear benefits for the environment and climate, as algae recycles nutrients from wastewater and flue gases together with the production of biomass for valuable products and biofuels.
Gender equality (equal rights and non-discrimination) have been a common thread in internal and external work.
We are very proud that our TransAlgae project was the winner of the Arctic Award 2017 that included participants from four different interreg programmes.
Sammanfattning (på finska om projektet haft finska partners)/ Yhteenveto (suomeksi, jos hankkeessa on ollut suomalaisia kumppaneita)
Beskriv vad som genomförts under projektet, hur dessa kopplats till det ”programspecifika mål” som gäller för projektet, samt vilka resultat det har lett till. Stäm av gentemot ”Projektets huvudsakliga mål” och ”Förväntat resultat” i ert beslut. Redogör också för resultat som inte varit förväntade och eventuella goda exempel.
Kertokaa, mitä hankkeen aika on toteutettu, miten aktiviteetit on kytketty hanketta koskeviin ”ohjelmakohtaisiin tavoitteisiin” sekä millaisia tuloksia aktiviteettien avulla on saatu aikaan. Verratkaa näitä päätöksessä mainittuihin ”Hankkeen päätavoitteisiin” ja ”Odotettuihin tuloksiin”. Kertokaa myös odottamattomista tuloksista ja antakaa mahdollisesti hyviä esimerkkejä
Kolme ja puoli vuotta sitten, kun aloitimme TransAlgae –hankkeen, tiedossa oli vain yksittäisiä tutkijoita ja yrittäjiä, jotka meidän leveysasteillamme viljelivät ja korjasivat levää. Tänä päivänä meillä on tiivis verkosto sitoutuneita kasvattajia ja tutkijoita Suomesta, Ruotsista sekä Norjasta. Verkosto, joka rakentaa levien kaupallistamisen perusteita, on kasvanut koko projektin ajan.
Hanke on onnistuneesti siirtänyt innovatiivisia ratkaisuja tuottaa mikro- ja makroleviä niin bioenergian kuin korkeampiarvoistenkin tuotteiden raaka-aineiksi. Tutkimustuloksia on jatkuvassa dialogissa siirretty suoraan yrityksille.
Mikrolevää ovat Uumajassa kasvattaneet tutkijat Umeå Energi´ssä ja Vakin´issa ja yrittäjä Härnösandissa (Nattviken). Norjassa tutkijat ja yrittäjä (Arctic Seaweed) ovat kasvattaneet makrolevää (merilevää) niin laboratoriossa kuin myös pilottimittakaavassa. He ovat keränneet makrolevää myös merestä. Hankkeessa on kehitetty ja paranneltu kolmea täysin erillistä viljelymenetelmää.
Yhteenvetona voidaan todeta, että on mahdollista kehittää kustannustehokkaita ja energiatehokkaita viljelyjärjestelmiä. Tuloksemme osoittavat, että levät voivat tuottaa suuria määriä biomassaa, kun niitä kasvatetaan jätevedessä ja savukaasuissa. Olemme myös osoittaneet, että levä, erityisesti makrolevä, voi olla hyvä biokaasun raaka-aine.
Seuraava askel on ollut kehittää ja ottaa käyttöön kustannustehokkaita menetelmiä levän keräämiseen. Hankkeessa on testattu neljää erillistä menetelmää ja myös täysin uusi korjuumenetelmä on kehitetty.
Arvokkaan leväbiomassan kuvaamiseen on kehitetty useita menetelmiä. Tänä päivänä meillä on hyvä kuva yhdyskuntajätevedessä kasvatetun mikrolevän ja meressä kasvaneen makrolevän kemiallisesta ja biokemiallisesta (lipidit, hiilihydraatit ja proteiinit) koostumuksesta. Savukaasujen ollessa mukana tai ilman savukaasuja, yhdyskuntien jätevedessä kasvaneen mikrolevän raskasmetallipitoisuuden on todettu olevan alle kynnysarvon ja levän siten soveltuvan biolannoitteeksi. Testausmenetelmiä on paljon kehitetty ja parannettu, mikä on tärkeä tulos hankkeessa.
Leväbiomassan muuntaminen on toteutettu eri tavoin erityyppisille leville. Esimerkiksi kun hanke alkoi, ei ollut tietoa, minkälaisia ominaisuuksia näillä leveysasteilla kasvaneella mikrolevällä pitäisi olla tuotettaessa biokaasua. Nämä tulokset hyödyntävät nyt suomalaista biokaasun tuottajaa. Tulokset osoittavat, että levä, erikoisesti makrolevä, voi olla hyvä biomassa tuotettaessa biokaasua. Tuloksemme osoittavat, toisin kuin mitä kirjallisuudesta voidaan ymmärtää, että levän esikäsittely ei lisää kaasun tuotantoa.
Mikrolevät, joita lämpökäsitellään, voivat tuottaa lämpöarvoltaan keskitasoa olevaa biohiiltä.
Olemme myös eristäneet ja identifioineet kolme paikallista leväkantaa, joilla voidaan tuottaa korkealaatuista pigmenttiä.
Tärkeä osa hanketta on ollut tutkimus hyödyistä, joita leväsektorista on yhteiskunnalle (systeemianalyysi). Opiskelijat ja yritykset ovat suunnitelleet kestäviä liiketoimintamalleja. He ovat tutkineet myös levän hyödyntämistä kiertotaloudessa. Tärkeä näkökulma on tarve kehittää uusia, levän käytön sisältäviä talousmalleja ja uusia liiketoimintamalleja, jotta kyettäisiin laskemaan tulevaisuuden biopohjaisen kiertotalouden kannattavuus.
Tavoitteena laajentaa verkostoa ja sitouttaa teollisuussektoria, viestintää on kehitetty välittämään tietoa, joka on ymmärrettävää muillekin kuin tutkijoille. Tämä työ on ollut rajat ylittävää yhteistyötä partnereiden kesken. Sen tuloksena on tuotettu videoanimaatio, filmi, tiedotussivuja, uutislehtisiä, luentoja, työpajoja ja suoritettu tutkimusvierailuja.
Kun fokus on ollut dokumenttien popularisoinnissa, on varmistettu, että hankittu tieto jatkaa leviämistä hankkeen päätyttyäkin. Yksityiskohdat ja menettelytavat on löydettävissä tieteellisistä julkaisuista.
Ennen hanketta Ruotsissa ja Norjassa oli pieni yhteistyöverkosto. Suomessa tietoa levistä oli vain rajoitetusti. Tämä hanke on merkittävästi lisännyt mielenkiintoa leviä kohtaan ja tärkeitä yhteyksiä teollisuuteen on luotu.
Koska hankkeen yrityspartnereina on ollut pieniä yrityksiä, työ on ollut palkitsevaa. Kokemusten vaihto tutkijoiden ja yrittäjien kesken on ollut ratkaisevaa hankkeen tuloksia ajatellen. On kuitenkin ollut havaittavissa, että tämän rahoitusmalli ei ole optimaalinen pienille yrityksille.
Ratkaisevaa on myös ollut keskisuurten yritysten aktiivinen osallistuminen. Nämä on auttaneet ja tukeneet pilottialustojen toimintaa toimittamalla savukaasua ja jätevettä Ruotsissa. Suomessa yritykset ovat myös olleet mukana toimittamalla jätevettä, mädätettä, ymppiä biokaasun tuotantoon. On myös ollut mielenkiintoista seurata makrolevän kaupallistamista Norjassa. Ilman teollisuussektorin sitoutumista TransAlgae -hanke ei olisi ollut toteutettavissa.
Levän kaupallistamisen edistämiseksi vuoropuhelu yritysten, toisten ohjelma-alueella olevien hankkeiden ja myös eurooppalaisten hankkeiden kanssa, on ollut hedelmällistä. Yhteistyö yritysten kanssa on ollut tiivistä. Suomalaisten yritysten ja opiskelijoiden osallistuminen on ollut keskeisen tärkeää etsittäessä levien yhteiskunnallisia hyötyjä ja kestäviä liiketoimintamalleja.
Ulkoisen viestinnän kautta olemme tavoittaneet suuren joukon yhteiskunnan kohderyhmiä pyrkimyksenä levittää mielenkiintoa ja tietoutta levistä. Tavoite on ollut luoda perustaa uusien levään perustuvien tuotteiden kaupallistamiselle. Odottamaton yhteydenotto on tullut rautavalimolta, joka haluaisi hyödyntää leviä muuttaessaan tuotantoa hiilidioksidinegatiiviseksi.
Uusia kehitettyjä kaupallisia tuotteita ovat mikrolevän kasvatuksen ja viljelyn säätelymekanismi (Nattviken Invest, Härnösand, Sweden) and makrolevään perustuva ruoka (Arctic Seaweed, Bodö, Norway).
Nattviken on kehittänyt kokonaan uuden tekoälyyn perustuvan menetelmän. Yrityksessä on kehitetty ohjelmisto, joka automaattisesti identifioi mikrolevän. Ohjelmisto perustuu koneoppimiseen ja se pystyy tunnistamaan kuvasta piirteitä, joita ihmissilmäkin tunnistaa. Menetelmä on sovellettavissa myös muiden mikro-organismien yhteydessä.
TransAlgae –hanke on edistänyt kestävää kehitystä kiinnittämällä huomiota fossiilivapaaseen tulevaisuuteen. Hanke on osoittanut selvät hyödyt ympäristölle ja ilmastolle, koska levä kierrättää ravinteita jätevedestä ja savukaasuista samalla kun tuotetaan biomassaa arvokkaita tuotteita ja biopolttoaineita varten.
Sukupuolien yhdenvertaisuus (yhtäläiset oikeudet ilman syrjintää) on ollut yhteinen johtoajatus niin hankkeen sisäisessä toiminnassa kuin yhteyksissä ulospäin.
Olemme tunteneet suurta ylpeyttä kun TransAlgae –hanke arvostettiin Arctic Award 2017 voittajaksi neljän erillisen interreg -ohjelman osanottajien joukosta.
