Algen zijn veelbelovend voor de toekomst als bron van ‘groene’ brandstof en duurzame productie van chemicaliën. Maar het kweken van genoeg algen is een struikelblok. In het AlgeaPARC in Wageningen wordt onderzocht onder welke omstandigheden algen het hardst groeien. Het park opende ruim een jaar geleden zijn deuren: een mooie gelegenheid voor Kennislink om er eens een kijkje te nemen.

Even vroeg ik me af of ik wel op de goede plaats was. Lopend door een wijds landschap van velden en akkers was het op deze zonovergoten dag eind mei even zoeken. Na een kwartier lopen vanaf de bushalte over kleine landweggetjes kwam ik dan toch op mijn bestemming terecht: het Algae Production And Research Centre (AlgaePARC); een onderzoekscentrum van deWageningen Universiteit waar ze onderzoek doen naar algen voor industrieël gebruik.

Ruim een jaar geleden ging dit proefproject van start. Maar wat doen ze er nou precies? Om daar achter te komen gaf ik me op voor een tour voor geïnteresseerden door het algenpark.

Van vetzuren tot enzymen

Ik en mijn mede-geïnteresseerden werden ontvangen door Rouke Bosma, bedrijfsleider van het AlgaePARC. In het overdekte gedeelte van het park screenen onderzoekers verschillende algensoorten, vertelt Bosma in zijn kantoor. Ze bekijken welke algensoorten het snelst groeien, en welke stoffen de algen produceren. Welke alg het goed doet? Ik mag vanwege geheimhouding geen namen geven”, zegt Bosma. “Wij groeien de algen hier op natuurlijk zeewater waaraan voedingsstoffen worden toegevoegd, maar de exacte samenstelling van de vloeistof waarin de algen gekweekt worden is geheim.”

Eerst even een stapje terug. Waar komt die belangstelling voor algen eigenlijk vandaan? Algen zijn interessant voor de industrie omdat ze met zonlicht als energiebron via fotosynthese kunnen groeien. Tijdens hun groei maken ze bijvoorbeeld eiwitten, vetzuren,carotenoïden of enzymen die als voedsel, chemicaliën en brandstof kunnen dienen. “Algen kunnen ingezet worden om bulk- en fijnchemicaliën te maken, en nadat deze stoffen eruit gehaald zijn kan de rest van de biomassagebruikt worden om energie uit te winnen”, legt Bosma uit.

Algen: de feiten op een rij

  • Er zijn grofweg twee soorten algen: macroalgen, oftewel zeewier, en microalgen: kleine eencellige plantachtige organismen van 1-50 micrometer groot.
  • Zeewieren worden gekweekt in een natuurlijke omgeving, microalgen meestal in fotobioreactoren. In het AlgaePARC onderzoeken ze alleen microalgen.
  • (Bijna) alle algen halen hun energie uit fotosynthese waarbij ze energie uit licht gebruiken om koolstofdioxide vast te leggen in suiker. Hierbij ontstaat zuurstof als afvalproduct.
  • Naar schatting zijn er 200.000 tot een paar miljoen verschillende soorten microalgen. 50.000 hiervan zijn beschreven. Ter vergelijking: van planten zijn er ongeveer 250.000 soorten.
  • Wetenschappers hebben al meer dan 15.000 nieuwe stoffen afkomstig uit de biomassa van microalgen gevonden.
  • De algen zijn tot op zekere hoogte aan te sturen een gewenste stof te maken door omgevingsfactoren als temperatuur, licht, pH, en voedingsstoffen te variëren.

Laten we even stiltstaan bij de het maken van biobrandstof. Algen kunnen twintig tot zestig procent olie binnenin zich hebben. Met dat percentage kan je twintig- tot vijftigduizend liter olie per hectare per jaar produceren. In vergelijking: oliepalm – een populair biobrandstofgewas – levert slechts zesduizend liter per hectare per jaar. Bovendien is voor het kweken van algen geen kostbare landbouwgrond nodig. “Wij groeien ze op zeewater en gebruiken reststoffen als CO2, stikstof en fosfaat om ze te laten groeien.”

Biomassa maken

Volgens Bosma gaat het zeker nog een aantal jaren duren voordat algen op grote schaal geproduceerd kunnen worden. Want voordat je algenproducten kunt maken heb je eerst veel biomassa nodig. En dat betekent een hele grote berg algen.

Daar ligt op dit moment het knelpunt. De kosten voor algenkweek zijn hoog en de efficiëntie waarmee algen aan fotosynthese doen kan ook beter. “Er is (nog) geen ervaring en kennis met het op grote schaal kweken van algen, en er is een gebrek aan bedrijven gespecialiseerd in fotobioreactoren. Daarom onderzoeken wij onder welke omstandigheden en in welke bioreactoren algen het beste groeien en meest produceren.”

In het AlgaePARC vergelijken wetenschappers vier verschillende systemen, of fotobioreactoren, voor de algenkweek. Op andere plekken wordt er ook onderzoek gedaan aan verschillende systemen, maar nooit met dezelfde alg onder dezelfde omstandigheden. “AlgaePARC is uniek omdat vier verschillende reactoren onder dezelfde buitenomstandigheden vergeleken kunnen worden”.

Hier kijken ze niet alleen welke systemen technisch en economisch gezien het voordeligst zijn, maar ook hoe ze het doen op duurzaamheid. De hoeveelheid energie, water, algenproductie en arbeidsuren per systeem worden in de gaten gehouden. De vier systemen worden onderling vergeleken per grondoppervlak: die is bepalend voor de hoeveelheid licht die erop valt en dus voor de mate van fotosynthese.

Betonnen platform

Tijd om de verschillende kweeksystemen met eigen ogen te gaan bekijken. We verlaten het kantoor en lopen naar buiten. Het buitenpark is een stuk kleiner dan gedacht: een betonnen platform waarop de verschillende fotobioreactoren dicht bij elkaar staan. “Alle systemen zijn zo ontworpen dat de industrie het onder dezelfde omstandigheden op kan schalen”, licht Bosma toe.

Als eerste zien we het ‘horizontale-buizen-systeem’ zien (zie plaatje): een aantal doorzichtige buizen die horizontaal naast elkaar liggen. Algen stromen door de buizen heen en vangen aan alle kanten het licht op voor hun fotosynthese. De CO2, nodig voor de fotosynthese, wordt vanuit gasflessen toegevoegd. Van dit type reactor staat een stukje verderop ook de verticale-buizen-variant. De lichtinval op de verticale buizen is anders dan op horizontale buizen doordat de verticale buizen achter elkaar staan en elkaar overschaduwen. Volgens onderzoek leidt dat tot drie keer beter licht gebruik per grondoppervlak en dus een hogere algenproductie. Of dit echt zo is, zal nog moeten blijken.

Hoe goed de algen in de verschillende systemen groeien meten ze met een spectrofotometer: een apparaat dat de hoeveelheid licht meet die het systeem in en uitgaat. Is de uitgaande hoeveelheid licht lager? Dan neemt de alg dus licht op voor de fotosynthese.

Waterbed voor algen

We lopen verder over het platform, totdat we tegen een grote plastic zak gevuld met water aanlopen. Het lijkt wel wat op een waterbed, maar het is het derde testsysteem. In deze grote plastic waterbubbel worden algen van links naar rechts doorgespoeld door tien panelen. Zeewater met voedingsstoffen en CO2 worden via een andere leiding erin gepompt.

“Dit prototype is een bioreactor van de toekomst”, aldus Bosma. Voor dit waterbed is veel minder koeling en toegevoegde warmte nodig omdat het water in de zak de temperatuur binnenin gedurende dag en nacht middelt. Bovendien is het plastic slechts twee milimeter dik waardoor veel minder materiaal nodig is om deze reactor te maken. Nadeel is wel de kans op lekkage. “Ik heb de zak een keer per ongeluk lek gestoken met mijn trouwring…”

Tot zover de eerste drie systemen. We komen aan bij het vierde en laatste testmodel. Het vierde systeem is in tegenstelling tot de eerste drie geen gesloten maar een open systeem. Het ziet eruit als een zwembad waarin een kleine laag water staat. Algen kunnen erin groeien, maar ook andere micro-organismen die erin terecht komen kunnen dat. “Dat is naast de verdamping die optreedt een nadeel”, aldus Bosma.

Bevroren buizen

Het park is nu een jaar open. En, in welke reactor willen de algen het hardst groeien? “Daar kunnen we eigenlijk nog niet veel over zeggen. Het eerste jaar was vooral om alle bugs uit de software en de systemen te halen.” En in de winter liggen de bioreactoren min of meer stil. Bij vorst heeft het geen zin om de systemen draaiende te houden. Er is te weinig zon en de temperatuur in de buizen is te laag voor de algen om te produceren. Opwarmen zou veel te veel energie kosten en ten koste gaan van de duurzaamheid.

De piekproductie vindt dus in de zomer plaats. Maar of Nederland straks op grote schaal algen gaat kweken als dit proefproject een succes wordt is nog maar de vraag. “In Nederland is het licht diffuus en komen er constant wolken voor de zon”, aldus Bosma: “Voor het commericeel produceren van microalgen zullen we uiteindelijk naar Spanje of Noord-Afrika moeten uitwijken.”

Deze reportage verscheen 10 juli 2012 op Kennislink

Reageer