Algen: groene drab of de energiebron van de toekomst?

  • Algemeen
Algen: groene drab of de energiebron van de toekomst?

Aan de basis van fotosynthese ligt zonlicht. Het zorgt ervoor dat water en koolstofdioxide in glucose en zuurstof worden omgezet. Op land zorgt het ervoor dat planten groeien en in de zee doet het net hetzelfde bij algen of wieren. Bomen en landbiomassa worden al massaal in energie omgezet, maar nu gaat er ook steeds meer aandacht naar de aquatische biomassa.

­De biomassa die al eens vergeten wordt

Bij algen denken we natuurlijk aan de vieze groene drab waar kikkers in te vinden zijn of die het zwembad helemaal verpest. Een opperbest imago heeft het dus niet, maar het is wel cruciaal voor het leven op aarde. Het ligt aan de basis van alle voedselketens. Het zijn de uitvinders van de fotosynthese – je kleine bonsai of al het groen buiten stamt ervan af – en het is verantwoordelijk voor ruim een derde van de zuurstofvoorraad in de lucht.

De meeste algen komen in waterige milieus voor, maar ze zijn ook elders te vinden. Sommige algensoorten komen namelijk ook op boomschors en op stenen voor of leven in symbiose met schimmels. De meeste algensoorten halen hun energie uit zonlicht, maar sommige soorten zijn ook mixotroof (ze halen ook koolstof uit organisch materiaal) of heterotroof (ze zijn de fotosynthese verleerd en zijn volledig afhankelijk van organisch materiaal). Algen worden tot de oudste organismen op aarde gerekend. Er zijn namelijk fossielen gevonden van algen die tot 1,7 miljard jaar oud zijn.

Van groene algen naar groene brandstof

Uit algen kan olie worden gewonnen die als biobrandstof kan worden gebruikt. Een vereiste is wel dat men kiest voor algen die rijk zijn aan lipiden. Onder meer sargassum, gracilaria en chlorella zijn geschikt voor het maken van biobrandstof. De opbrengst wordt geschat op 15 tot 20 ton biodiesel per hectare per jaar.
1

Stap 1: een vervuilende energiecentrale

Een energiecentrale als een gascentrale wekt energie op. Deze energie wordt op het net geplaatst en levert grijze energie op. Deze gascentrale stoot namelijk ook CO2 uit.
Stap 1: een vervuilende energiecentrale
2

Stap 2: de CO2 afvangen

Deze CO2 wordt via de post-combustiontechniek afgevangen en naar een algenreactor of algenvijver geleid. Hier gebruiken de algen de CO2 als voedingsstof, waarna ze zich vermeerderen. Dit doen ze relatief snel. Sommige algensoorten nemen per dag vier keer in massa toe.
Stap 2: de CO2 afvangen
3

Stap 3: oogsten en omzetten tot biobrandstof

Via de toepassing van flocculatie, een proces dat ook wordt gebruikt bij waterzuivering, klonteren de algen samen. Dit maakt het mogelijk om de algen eenvoudiger te oogsten. Na de oogst worden de algen in biobrandstof omgezet. Dit doet men door via transesterificatie de lipiden uit de algen te halen.
Stap 3: oogsten en omzetten tot biobrandstof

Onderzoek naar het gebruik van algen als biobrandstof

Dat algen als biobrandstof kunnen worden gebruikt, is al veelvuldig bewezen. Zo deed het Nederlandse AlgaeLink samen met KLM onderzoek naar algenkerosine. Er werd zelfs een akkoord gesloten om de duurzame productie van vliegtuigbrandstof uit algen te onderzoeken. Voorts heeft een Boeing 737-800 wel degelijk al eens twee uur op algenbrandstof gevlogen. De techniek is er en technisch gezien is het perfect mogelijk.

De Wageningen University heeft dan weer het AlgaePARC gebouwd. In dit kenniscentrum verzamelt men alle kennis over het gebruik van algen als biobrandstof. Er zijn ook opstellingen te vinden om te experimenteren met de algenkweek. Men wil er de productiviteit van microalgen verhogen, de energiebalans van de teelt verbeteren en de energiebehoefte van algen verminderen. Dit wil men bereiken door onder meer de algendichtheid te veranderen, algenstammen te selecteren die het meest geschikt zijn voor massaproductie en door het reactorontwerp te optimaliseren.

Ook ExxonMobile voert uitgebreid onderzoek naar het gebruik van algen als biobrandstof. Ze willen het tegen 2025 technisch mogelijk maken om 10.000 vaten algenbiobrandstof per dag te produceren. Ter vergelijking: we verbruiken per dag meer dan 90 miljoen vaten olie. Om hun doel te bereiken, hebben ze alvast een algenstam aangepast. Dankzij de aanpassing is het oliegehalte van de algen meer dan verdubbeld. Hiervoor pasten ze de genetische schakelaar aan die verantwoordelijk is voor de transformatie van koolstof in olie.

Voor- en nadelen van het gebruik van algen als biobrandstof

Omdat algen snel vermeerderen, ligt de opbrengst per hectare veel hoger. In vergelijking met maïs kan men per hectare tot vijf keer meer brandstof halen. Daarnaast zijn er geen traditionele meststoffen nodig. Bovendien concurreren algen niet met voedsel – nog vaak gewonnen op plaatsen waar voorheen bossen te vinden waren – en stoten ze net als andere biobrandstoffen minder CO2 uit dan fossiele brandstoffen. Omdat algen ook zelf CO2 uit de lucht halen, is het hoofddoel om ervoor te zorgen dat de uitgestoten CO2 niet groter is dan de uit de lucht gehaalde CO2. Verder hebben algen veel water nodig, maar dit hoeft geen drinkwater te zijn. Zeewater en zelfs afvalwater kunnen volstaan. Ten slotte kan er, door het gebruik in combinatie met een energiecentrale, een gesloten koolstofkringloop ontstaan.

In de praktijk zijn er ook nadelen verbonden aan het gebruik van algen als biobrandstof. Vooral het prijskaartje spreekt in het nadeel van algen: klassieke energiebronnen zijn veel goedkoper. Een liter algenolie kan tot €5 kosten en dat is vele malen hoger dan het prijskaartje van diesel. Experts willen dit echter wel relativeren: in de prijs van een liter algenolie zit alvast een CO2-reductie verwerkt, terwijl dit bij fossiele brandstoffen niet het geval is.

Daarnaast is het kweken arbeidsintensief en gaat het om grote installaties die onderhouden moeten worden. Bovendien zorgen algen wel voor een veel kleinere CO2-uitstoot ten opzichte van fossiele brandstoffen, maar blijft er wel sprake van een stikstofoxiden- en fijnstofuitstoot. Hierdoor blijft brandstof uit algen nog steeds negatieve gezondheidsgevolgen hebben. Hoe dan ook heeft biobrandstof tegenwoordig een te duchten concurrent gekregen: elektrisch rijden. Het ziet ernaar uit dat die laatste het pleit zal beslechten. Desondanks kunnen algen wel nuttig zijn voor onder meer vliegtuigen die niet zomaar op elektriciteit kunnen overstappen.

Conclusie

Hoewel algen wel degelijk een veelbelovend alternatief zijn voor klassieke brandstoffen, blijft het kostenplaatje te hoog om het commercieel interessant te maken. Bijkomstig onderzoek blijft noodzakelijk. In de tussentijd evolueert de technologie achter accu’s en elektrische auto’s snel, waardoor de kans groter is dat zij op korte termijn het straatbeeld domineren. Als brandstof voor onder meer vliegtuigen blijven algen wel veel potentieel hebben.

Veelgestelde vragen over het gebruik van algen

Zijn er ook andere toepassingen waarbij algen worden gebruikt?

Ja en er wordt vaak onderzocht hoe algen meerdere doelen kunnen dienen, net omdat dit de rendabiliteit ten goede zou komen. Zo bestaan algen ook uit eiwitten en suikers. Het zou interessant kunnen zijn om deze eiwitten en suikers ook in de voedingsindustrie te gebruiken. Onder meer voor diervoeder zou dit kunnen worden gebruikt.

Daarnaast kunnen algen ook worden gebruikt voor onder meer de productie van kleding, waar ze een alternatief vormen voor katoen, maar ook voor polyester en acryl waarvoor aardolie nodig is. Volgens experts is het, zolang textielvezels niet blijvend gerecycled kunnen worden, het meest duurzame kledingmateriaal dat er is. Ook bioplastic uit algen en algen als vleesvervanger behoren tot de mogelijkheden. Ten slotte worden algen ook gebruikt in de cosmetica, als verdikkingsmiddel of als hydraterend element. Telkens hebben ze het voordeel dat het een duurzaam alternatief is voor bestaande grondstoffen.

Hoe komt het dat algen zo'n hoge opbrengst hebben?

Dit heeft alles te maken met de snelheid waarmee ze zich vermenigvuldigen. Algen slagen er namelijk in om tot 98% van het zonlicht in energie om te zetten terwijl dit bij planten gemiddeld 12% is. Dit komt omdat algen veel uitsteeksels hebben met op elkaar gestapelde schijfjes, waarin dan weer gammabouwstenen zitten. Het is een van de redenen waarom algen zo goed worden bestudeerd: moderne zonnepanelen halen 20% energie uit het zonlicht. Ingenieurs geloven dat algen de blauwdruk hebben voor superefficiënte zonnepanelen.

Welke algen zijn geschikt voor de productie van biobrandstof?

Vooral de eencellige microalgen met een grootte van 3 tot 50 µm zijn interessant, terwijl macroalgen minder interessant zijn. Deze microalgen moeten bovendien ook voldoende vet zijn. Onder meer sargassum, chlorella en gracilaria worden vaak genoemd. Hoe dan ook ligt de opbrengst nog steeds te laag om te concurreren met fossiele brandstoffen. Daarom wordt vooral onderzocht hoe men deze microalgen genetisch kan manipuleren om de opbrengst te verhogen. Bij het onderzoek van ExxonMobile manipuleerde men de Nannochloropsis gaditana.

Met welke kosten krijgt men te maken bij de productie van algen?

Onderzoekers spreken over meer dan 50 kostengroepen. De belangrijkste kostengroepen zijn de installatiekosten, de exploitatiekosten en de onderhoudskosten. Het gaat dan onder meer om de infrastructuurkosten, de kosten voor de groei van de biomassa, de oogstkosten, ontwateringskosten en de olie-extractie. Ook nutriënten zoals stikstof, fosfor en kalium, CO2, water en elektriciteit brengen kosten met zich mee. Ten slotte zijn er ook de kosten voor landgebruik. Veel van deze kosten kunnen worden beperkt, maar vooral genetische manipulatie, de combinatie met klassieke energieopwekking en het aanwenden van afvalstromen moeten ervoor zorgen dat algen met klassieke brandstoffen kunnen concurreren.

Algen worden ook gebruikt voor afvalwaterbehandeling. Valt dit te combineren met biomassaproductie?

Ook dit wordt onderzocht. De algen halen zware metalen, pathogenen en andere contaminanten uit het afvalwater, terwijl de biomassa wordt gebruikt voor biobrandstofproductie. Volgens een aantal experts is deze combinatie de meest aannemelijke commerciële toepassing op korte termijn. Hiervoor zijn echter wel grote landoppervlaktes vereist en bovendien is de opbrengst hiervan te beperkt om mondiaal het verschil te maken.

Kan men nog meer optimaliseren dan alleen de olie-inhoud?

Ja, het verhogen van de olie-inhoud is slechts een van de stappen die men zet om de genetische structuur van de algen te verbeteren. Ook het verder optimaliseren van de fotosynthetische efficiëntie, het verbeteren van de groeisnelheid, het verbeteren van de temperatuurtolerantie, het reduceren van de vatbaarheid voor foto-oxidatie en het reduceren van foto-inhibitie worden onderzocht.