Productie van biobrandstof, veevoeder, chemische basisproducten en hoogwaardige specialiteiten. Allemaal uit algen die wel tien maal sneller groeien dan planten op het land. Het lijkt erg op de biobased economy zelf: grootse plannen, veel onderzoek, testsites en proefproducties, maar de grootschalige vervanging van fossiele producten door groene uit algen nog niet echt van de grond gekomen – afgezien van bepaalde farmaceutische producten en neutraceuticals. Dat blijkt al uit de kostprijs van algen, die nu nog $ 8-80/kg is. Veel te hoog als het om brandstoffen gaat. Die kosten moeten 10 keer omlaag, de productie moet 100 maal omhoog, en de technologie moet op alle punten verbeterd. Maar het komt er wel van. Denk ik. Zeker gezien de hoge bedragen die links en rechts worden geïnvesteerd.
Veel kweekmethoden
Moet je algen kweken in open vijvers, in ovale open ‘race ponds’ of in gesloten reactoren bestaande uit glazen buizen (biotubular reactors)? Met extra spiegels of met extra licht in het water of rond de biotubes? De methode met open vijvers is goedkoop en wordt op dit moment nog verreweg het meest toegepast. Dat wil zeggen in race ponds waarin de algen in het rond bewegen. De productiewijze in gesloten photobiotubes is duur en high-tech, maar beter te beheersen. De open ponds produceren gezamenlijk zo’n 30 miljoen kilo per jaar, de gesloten systemen op dit moment nog maar 0,1-0,2 miljoen kilo. Producenten van de ‘biotubes’ claimen dat zo’n ‘algenvijvertje’ dichtgroeit, omdat het zonlicht niet verder zou komen dan 10 cm diep, en dat vervuiling en besmetting permanent op de loer liggen. Dat lijkt onzin, gezien de hoeveelheden die in open systemen worden geproduceerd. We weten nog heel veel niet, bijvoorbeeld niet hoeveel verschillende soorten algen er bestaan (dat zijn er zeker enkele honderdduizenden, waarvan we minder dan de helft kennen). We kennen pas enkele tientallen soorten goed. En we weten dat we op de meest onverwachte plaatsen steeds weer bruikbare nieuwe soorten zullen vinden, na genetische aanpassing of niet.
Nog lang geen biobrandstof uit algen
Op de Zevende Internationale Algenconferentie, begin december in het ‘floating pavillion’ in Rotterdam, gingen de confrontaties vrolijk verder. Beide productiemethodes zullen hun weg wel vinden. Eén ding werd wel duidelijk, biobrandstof uit algen lijkt voorlopig geen optie, hoewel er zelfs op dit punt deskundigen zijn die daar voor de iets langere termijn heel anders over denken en heel forse projecten in gedachten hebben. Jonathan Trend, nanotechnoloog van NASA, denkt bijvoorbeeld aan de productie van algen op zee in drijvende doorzichtige plastic zakken in zijn OMEGA project (Offshore Membrane Enclosure for Growing Algae) voor de kust van San Francisco, met afvalwater van die stad als voeding. Daar wil hij biovliegtuigbrandstof gaan maken uit algen met hoge olieopbrengst. Zo zijn er meer grote projecten: in Portugal is A4F (Algae for Fuel), samen met een cementonderneming, na testen met proefopstellingen, begonnen aan de bouw van SECIL, de grootste tubular fotobioreactor ter wereld, die tot en met het oogsten geheel automatisch moet gaan werken. Anderen zijn aanzienlijk voorzichtiger. Cees Sagt, geneticus bij DSM (van wie de meeste cijfers in dit overzicht zijn) zegt dat zijn bedrijf wel heel scherp kijkt naar wat anderen doen, maar dat ze zelf nog geen concrete plannen hebben in die richting.
Geclaimde kostprijzen liggen ver uiteen
Dat algen een hot topic zijn, blijkt wel uit de aandacht die eraan wordt besteed op vele internationale conferenties met het woord ‘Algae’ in de titel. Maar grootschalige productie vindt nog steeds niet plaats. Kleinschalig worden algen al lange tijd toegepast als productievehikel voor farmaceutische en cosmetische producten. Dat algen nog aan het begin van een grootse toekomst staan, blijkt onder meer uit het feit dat er nog steeds uitgebreide discussies worden gevoerd over de beste productiemethoden, de beste oogsttechnieken, en de kostprijs van eindproducten; geschatte prijzen liggen vaak mijlen uit elkaar. Zo zou algenolie voor biobrandstof te produceren zijn voor € 0,5 per liter (vergeet het voorlopig maar), of € 5, of zelfs nog vele malen meer. Desondanks draaien er hier en daar al grote projecten en zijn andere in voorbereiding. Op basis van hun snelle groei en hoge opbrengst aan vetzuren, eiwitten, zetmeel en andere stoffen als meervoudige onverzadigde vetzuren en caroteen voor vee- en visvoer, en voor menselijke consumptie. En ‘straks’ dus ook voor biobrandstof.
Al vijftig jaar onderzoek
Maar laten we bij het begin beginnen. Hoe lang zijn algen al een veelbelovende mogelijkheid voor industriële productie van nuttige stoffen? Volgens John Benemann, die er zo ongeveer vanaf het begin bij was, begonnen de eerste serieuze pogingen rond 1950 op het dak van MIT in Boston. Met open vijvertjes gevuld met zoet water. Daarna begonnen de Japanners al snel met de commerciële productie en probeerden de Australiërs het met algen in zeewater. De verwachtingen waren hooggespannen, en men dacht snel te kunnen komen tot een rendement (ten opzichte van zonlicht) van wel 12%. ‘Onzin,’ zegt Benemann, ‘3% was al heel mooi.’ Maar de onderzoekers bleven hoge verwachtingen houden en dachten dat ze spoedig wel een zesde van de Amerikaanse olieproductie uit algen zouden kunnen halen. En nu, tientallen jaren later, denkt Benemann nog steeds – en met hem vele anderen – dat het absoluut mogelijk moet zijn om biobrandstoffen en chemische basisproducten uit algen te verkrijgen. Maar het is kennelijk weerbarstige materie, en ook hij is van mening dat er aan de technologie nog het nodige moet veranderen. Dat wil zeggen: hard werken aan de biologie van algen, aan productiemethoden, aan het oogsten en ontwateren van biomassa, en aan de economie van het hele proces.
En ook nog eens veel verschillende oogsttechnieken
Er is inmiddels wel zo’n beetje consensus over de vraag welke alg het beste te gebruiken is voor welk product, maar het tiental algen dat nu wordt gebruikt, is natuurlijk nog lang niet het laatste woord. Er zijn nog zoveel algen te ontdekken, en aan hun biologie en hun productiemechanisme valt nog zoveel te verbeteren, dat het nog lang zal duren voordat we voor elk productieproces de beste alg hebben gevonden en die hebben aangepast. Ook de manier van ontwateren en oogsten is onderwerp van een stevige discussie: centrifugeren, filtreren via membranen, eenvoudig bezinken en meer ingewikkelder flocculatietechnieken. Om over het percentage droge stof dat elk oogstproces oplevert maar te zwijgen. Elke alg, elke concentratie en elk productieproces heeft haar eigen oogsttechniek.
Een interessante technologie die in het drijvende paviljoen werd besproken, was die van het Nederlandse bedrijf Evodos, dat op lage snelheid centrifugeert, zonder zelfs de fragiele cellen kapot te maken. Ze noemen het Spiral Plate Technology en komen tot een droge-stofgehalte van 98%, maar rekenen het water in de cellen niet mee (kan 70% zijn). Het bedrijf levert machines voor ontwatering op laboratoriumschaal en een klasse groter voor testdoeleinden. Er komt binnenkort een machine voor commerciële productie op de markt, en Evodos claimt oogstkosten van € 100 per ton algen (droog gewicht). Waarmee ook voor deze technologie is aangetoond dat die nog in volle ontwikkeling is.
Hoogtechnologisch
Dat Noordwest Europa te koud en te donker zou zijn, is onzin. Zeker als je aan de Nederlandse hoogtechnologische glastuinbouw denkt. Licht, kooldioxide en warmte maken in die bedrijfstak concurrentie op wereldschaal meer dan mogelijk. Een dergelijke intensieve algenproductie zou hier dus prima kunnen. Daarnaast kunnen algen ook nog eens afvalwater verwerken voor hun nutriëntenbehoefte. En ze groeien nog sneller als ze licht van de juiste golflengte krijgen toegediend. Een Nederlands voorbeeld is Arnoud van Diem, met zijn bedrijf(je) AF&F, Algae Food & Fuel op het terrein van ACRRES in Lelystad, die zijn algen laat groeien met behulp van LED-lampjes. Maar dat is een verhaal dat elders op deze site staat.