Algen zijn een interessant alternatief voor landbouwgewassen zoals maïs en soja om biobrandstof uit te maken. In tegenstelling tot gewassen zijn algen te kweken in fabrieksinstallaties en hoeven dus geen kostbare landbouwgrond te bezetten. De productie van algen kost bovendien veel minder water. En algen leveren per hectare grondoppervlak meer lipiden, de vetachtige stoffen waar biodiesel uit gemaakt wordt. Algenolie is alleen nog niet economisch haalbaar; de productieschaalgrootte moet omhoog en de kosten drastisch omlaag.

Twee jaar geleden startte in Wageningen een miljoenenproject om de fundamentele aspecten en probleempunten van biobrandstofproductie uit algen te onderzoeken. Betrokken waren onder meer de Wageningen Universiteit (WUR), technologisch topinstituut voor watertechnologie Wetsus en diverse bedrijven uit binnen- en buitenland. ‘Dit jaar start in Wageningen een nieuw pilotproject om de opschalingsmogelijkeden van brandstofproductie uit algen te onderzoeken’, vertelt hoogleraar René Wijffels van de WUR. Hij en onderzoekscollega Maria Barbosa publiceren deze week in Science een beschouwend artikel over brandstofproductie uit algen.

Gouden bergen
‘De inspanningen wereldwijd zijn nu veel groter dan twee jaar geleden’, zegt Wijffels. ‘In plaats van kleine bedrijfjes die gouden bergen beloven, zijn er nu grote spelers die fundamenteel onderzoek doen voor grootschalige productie van biobrandstof uit algen binnen tien tot vijftien jaar. Dat is een vrij realistische termijn, gebaseerd op kostenberekeningen, de beperkte productie-ervaring die er is en rekening houdend met onzekerheden en onvermijdbare tegenslagen die vertraging zullen opleveren.’

Het streven is om met zo min mogelijk energie zoveel mogelijk algen te kweken. Dat gebeurt in dunne wanden of buizen met daarin een mengsel van water en algen. De algen zetten onder invloed van zonlicht CO2 uit het water om in lipiden. Daarnaast hebben de algen ook stikstof en fosfor nodig. De olieachtige stoffen zijn vervolgens uit de algen te persen en te raffineren tot biobrandstof, bijvoorbeeld biodiesel.

Horizontaal of verticaal
In pilotproject AlgaePARC (Algae Production and Research Center) in Wageningen zullen vier verschillende technologieën vergeleken worden op kosten, energiebalans, productiviteit en stabiliteit van het proces. De eerste technologie is een open systeem, een soort vijver. De tweede maakt gebruik van horizontale buizen. Deze vangen echter aan de oppervlakte volle lichtintensiteit en er is gevaar op zuurstofophoping. Dit heeft beide een negatief effect op de productie. Het derde systeem werkt met stapeling van horizontale buizen. Dit vergroot bovendien de productiecapaciteit per grondoppervlakte. Door het stapelen wordt de hoeveelheid licht verdund, maar is er nog wel gevaar op zuurstofophoping. De vierde technologie maakt gebruik van verticale dunne platen gevuld met water en algen.

Wijffels: ‘Wij geloven zelf heel erg in de dunne platentechnologie. Door te variëren met de afstand tussen de platen en de hoogte van de platen bepaal je de lichtintensiteit aan de oppervlakte. De lichtintensiteit moet niet te hoog zijn, want dan verbranden de algen, en ook niet te laag, want dan kunnen ze nauwelijks overleven. Het nadeel van de verticale dunne platentechnologie is alleen dat je er vrij veel CO2-gas doorheen moet laten bubbelen en dat kost energie. Bij elk van de vier uitvoeringen zijn verschillende kosten gemoeid. We willen dus precies weten wat de verschillen in productie zijn om een afweging te kunnen maken.’

Turkse algen
Wijffels: ‘In het komende jaar worden er ook drie demofabrieken gebouwd in Zuid-Europa, namelijk in Italië, Turkije en Zuid-Spanje. De verwachting is dat het op de zonnigste plekken van Europa mogelijk moet zijn honderd ton algen per hectare per jaar te kweken, al lijkt dat een beetje wishful thinking van de EU. In Nederland zitten we nu op vijfentwintig à dertig ton, maar dat moet in theorie omhoog kunnen naar vijftig à zestig ton. De totale hoeveelheid licht die in een jaar op Nederland valt is immers de helft van die in Zuid-Europa. De meest logische plek om in de toekomst grootschalige algeninstallaties te bouwen is in woestijngebieden, zoals de Sahara.’

Daarvoor zijn namelijk vrij forse grondoppervlakken nodig op zonnige plekken. Wijffels berekende dat er ongeveer 9,25 miljoen hectare grond nodig is om de complete Europese transportsector over te laten schakelen naar biobrandstof uit algen. Dat is de oppervlakte van bijna heel Portugal. Bovendien vragen al die hongerige algen om 1,3 miljard ton CO2, vijfentwintig miljoen ton stikstof en vier miljoen ton fosfor.

Makkelijk persen
Het streven is om de benodigde CO2, stikstof en fosfor terug te winnen uit afvalstoffen en zoveel kringlopen te sluiten. ‘Stikstof kunnen we bijvoorbeeld terugwinnen uit afvalwater en uit mestresiduen. CO2 is onder meer af te vangen van energiecentrales. Het is hoofdzakelijk een logistiek probleem om dit allemaal naar de algen toe te brengen. Maar een bijkomende mogelijkheid is om nutriënten terug te winnen uit de biomassa die overblijft nadat de olie uit de algen is geperst’, aldus Wijffels. Deze biomassa bestaat voor een belangrijk deel uit eiwitten, die ook zijn te benutten voor voedselproductie als vervanger voor eiwitten uit soja.

De onderzoekers proberen tenslotte ook nog winst te behalen door genetische manipulatie van algen; om de aanmaak van lipides te vergroten en ze minder gevoelig te maken voor hoge zuurstofconcentraties in het water en te veel zonlicht. Een dun celmembraan zou bovendien ideaal zijn om de olieachtige stoffen lekker makkelijk uit de algen te kunnen persen. Wijffels is hoopvol dat het binnen tien à vijftien jaar allemaal mogelijk is, voor massaproductie van algenolie.

Paul Schilperoord

René H. Wijffels en Maria J. Barbosa, ‘An Outlook on Microalgal Biofuels’, in Science, 12 augustus 2010.