Dyrking av våre produktive hav er nødvendig for å dekke behovene for mat, fôr, materialer og energi til en stadig økende global befolkning. Norge, som har en av verdens lengste kystlinjer, kan ta en ledende rolle i en slik utvikling. Gjennom MACROSEA (2016-2019) har Norge etablert en tverrfaglig kunnskapsplattform for produksjonsbiologi- og teknologi, som kan bidra til videre utvikling av industriell makroalgedyrking.

MACROSEA har bidratt til systematisk forskning og levert ny generisk kunnskap om kimplantekvalitet, dyrking i sjø av røde og brune arter og genetikk hos en brun. Det er utviklet vekstmodeller av brune og røde arter som er koblet til 3D hydrodynamiske-økosystemmodeller for å estimere lokalitetsavhengig produksjon. Metoder for effektiv påsåing, utsett og høsting er utredet, og dragkrefter har blitt målt som input til numeriske modellverktøy som kan visualisere deformasjon av sjøanlegg under ulike miljøforhold.

Det er utviklet 3 prototyper av utstyr for taredyrking, en modell for produksjonspotensial og et beregningsverktøy for dimensjonering av sjøanlegg. Det er formidlet 80 foredrag, 10 populærvitenskapelige- og 10 vitenskapelige artikler, 10 rapporter, 1 bokkapittel, 55 mediesaker og 4 filmer. Prosjektet har bidratt til utdanning av 6 PhD-er og 10 MSc-studenter. Avslutningskonferansen, som ble arrangert sammen med SIG Seaweed og den nye NFR-finansierte kunnskapsplattformen Norwegian Seaweed Biorefinery Platform (2019-2023) samlet rundt 150 deltagere fra nasjonal og internasjonal industri, forskning og myndigheter.

MACROSEA ble finansiert av Norges Forskingsråd.

Kimplantekvalitet

Ved dyrking av makroalger i sjøanlegg er det behov for kimplanter av god kvalitet.  MACROSEA har bidratt til forbedrede dyrkingsprotokoller for sukkertare Saccharina latissima, butare Alaria esculenta og søl Palmaria palmata til å bli mer robuste og tilrettelagt for bruk i en industriell skala. Resultatene viser at sukkertare vokser godt etter 6 ukers dyrking på tynn line i vertikale gjennomstrømmings-inkubatorer etterfulgt av spinning på tykt bæretau med bruk av en såkalt tarespinnemaskin før utsett i sjø.

Butare dyrkes vanligvis opp fra gametofyttkulturer på grunn av sesong-avgrenset tilgang på planter med sporer ute i naturen. MACROSEA har bidratt til ny kunnskap om fertilitetsinduksjon og metodikk for måling av tetthet og kvalitet av gametofyttkulturer. Søl dyrkes ikke kommersielt i Norge, blant annet på grunn av komplisert livssyklus og lavt utbytte både av antall kimplanter og høstbar biomasse.  MACROSEA har bidratt til ny kunnskap om kjønnsmodning i naturen, induksjon av sporeslipp, metoder for å øke antall kimplanter fra morplantene, metoder for på-såing av tau og nett, og testing av betingelser for inkubering av sporer og kimplanter. Forskningen resulterte i et vellykket dyrkingsforsøk av søl på nett i sjøanlegg i Midt-Norge.

Dyrking i sjø

Variasjon i vekst, biokjemisk sammensetning og begroing av dyrket S. latissima varierer hovedsakelig med sesong og dyp og systematisk med breddegrad. Resultatene fra et måleprogram viste at sukkertare som ble dyrket i sjø fra februar oppnådde maksimal lengde og biomasse 2 måneder tidligere på lokaliteter i Sør-Norge enn på lokaliteter i Nord-Norge. Proteininnholdet ble redusert utover våren i perioden før plantene ble begrodde, og på same måte som vekst, biomasse og begroing ble også nedgangen i proteininnhold funnet å være forsinket med økende breddegrad. Denne sesongmessige forskyvningen av vekst og begroing og proteininnhold fra sør mot nord kan bidra til å forlenge perioden det kan dyrkes og høstes sukkertare langs norskekysten. Resultatene kan bidra til nye produksjonsstrategier. Produksjon målt som lengde og biomasse, var høyere på grunnere- (2 m) enn på større (8 m) dyp, mens protein, aske og internt nitrat generelt var høyere på større dyp. På lokaliteter med høy ferskvannstilførsel førte lavere salinitet til dårligere vekst, og mindre askeinnhold, begroing og akkumulert lys på dypere dyp, som igjen ga økt proteininnhold og en annen sammensetning av begroingsorganismer enn på lokaliteter uten ferskvannstilførsel.

Genetikk

Sukkertare er en av de mest aktuelle artene for dyrking i Norge. I MACROSEA har vi undersøkt genetisk mangfold og tilpassning av sukkertare langs kysten. Vekst og genuttrykk av sukkertarekulturer fra Tromsø, Trondheim og Bergen ble undersøkt i laboratoriet, der de tre kulturene ble dyrket sammen i laboratorie-miljø som simulerte vekstforholdene i Nord-, Midt- og Sør-Norge i mai (sjøtemperatur og dag lengde). Resultatene viste en tydelig tendens til at veksten av Tromsø-kulturen var best, spesielt under vekstforhold som simulerte miljøet i Nord-Norge. For å undersøke genetisk struktur og utveksling av gener hos sukkertarepopulasjoner ble materiale fra 21 stasjoner, der 12 var plassert i kystområdene fra ytre Oslofjord til Porsanger og ni i Hardangerfjorden og Sognefjorden, undersøkt. Resultatene viste god genflyt og liten forskjell i genetisk struktur, bortsett fra redusert genflyt mellom Sør-Norge og Nord-Norge, og også mellom kyststasjonene og de innerste fjordstasjonene. Resultatene tydet også på en viss grad av genetisk tilpassing av sukkertare-populasjoner i Skagerrak og i de to fjordene. Et annet studie ble gjort på sukkertare innsamlet i Skottland og på vestkysten av Sverige. Resultatene fra disse undersøkelsene viste at genflyten mellom populasjoner var sterkt påvirket av lokalt strømmønster, samtidig som populasjoner viste klar genetisk tilpassing til miljøet.

Marin modellering

Kart over produksjonspotensialet for sukkertare langs og utenfor norskekysten er utviklet. Kartene er basert på modellresultater fra det fysisk-biologiske havmodellsystemet SINMOD koblet med en vekstmodell for sukkertare. Det er gjort forbedringer i hvordan biomassen i tarekulturene beregnes, basert på resultater fra feltforsøkene i måleprogrammet. Vekstmodellen viste samme trend som feltmålingene, med 2 mnd senere maksimal plantestørrelse og biomasse på lokaliteter i Nord-Norge sammenlignet med i Sør-Norge. Modellbaserte estimater for biomasseproduksjon (utbytte per enhet sjøareal) antyder at det i gjennomsnitt kan dyrkes 75 tonn per hektar langs norskekysten ved høsting i juni (20-220 tonn per hektar avhengig blant annet av utsettingstidspunkt). Resultatene vil bli gjort tilgjengelige til bruk i GIS-systemer og googlemaps. Vekstmodellen for sukkertare er videreutviklet slik at den nå kan ta hensyn til hvordan tarekulturene vekselvirker med lyset (selvskygging). Resultatet av forbedringene er at modellene for biomasseproduksjon nå er mer fleksible og tar hensyn til flere viktige faktorer enn tidligere.  

Teknologi for påsåing, utsett og høsting

Et laboratoriesystem for automatisk kimplanteproduksjon med overvåking har blitt designet. En industriell produksjonslinje for kimplanter er utredet basert på state of the art for slike systemer. Det er utviklet metoder for bildebehandling av substrat for kvantifisering av sporofytter og sporetetthet som muliggjør behandling av et stort antall bilder med lite tidsforbruk sammenlignet med manuell telling. En prototype for klargjøring av spoler for kimplanteproduksjon spinner 300 m substratline på to plastsylindere på 90 sek. En "tarespinner" er utviklet for å automatisere spinning av kimplanteline rundt bæretau før utsett i sjø. Spoler av kimplanteline plasseres i maskinen og roteres rundt tauet med en prosesshastighet på 110 m bæretau på 14 minutter. Et nytt dyrkingssystem kalt SPOKe: Standardized production of kelp, er designet med tanke på automatisering og standardisering. Konseptet omfatter sirkulære moduler for å gi en dedikert plattform for automatisering. En gantry-robot på skinner brukes til å interagere med modulene, utstyrt med verktøy avhengig av oppgave. En VR-demo og en prototype som demonstrerer prinsippet for gantry-roboten er tilgjengelige for visning på SINTEF Ocean.

Sjøanlegg

For å designe og dimensjonere tareanlegg som skal stå i sjø er det behov for datagrunnlag mht. krefter taren påfører anlegget når den blir utsatt for bølger og strøm, samt numeriske metoder og verktøy for simulering av anleggene under ulike miljøforhold. MACROSEA har bidratt til ny kunnskap om mekaniske egenskaper, morfologi og dragkrefter til sukkertare. Målinger av slepehastighet, drag-krefter og strekkrefter i slepeforsøk med dyrket sukkertare (middels store og store planter) på tau med forskjellige konstante hastigheter i en dokk med sjøvann viste klare sammenhenger mellom tarens vekst og påførte drag-krefter. Det er utviklet numeriske metoder i SINTEF Oceans simuleringsverktøy FhSim for simulering av anlegg i sjø.