Biobrandstoffen uit algen

Brandstof uit algen wordt al langer gezien als een mogelijk alternatief voor fossiele brandstoffen. Hierin worden micro- en macroalgen best onderscheiden. Microalgen zijn eencellige fotosynthetiserende organismen, macroalgen zijn grote meercellige organismen en worden vaak ‘zeewier’ genoemd. Sommige soorten zeewier bevatten hoge concentraties aan suikers (ongeveer 60 % van het gewicht voor het genus Laminaria) welke omgezet kunnen worden naar biobrandstof. De term biobrandstof slaat echter evengoed op brandstof verkregen uit andere (terrestrische) gewassen en niet enkel op brandstof uit algen. Algen hebben echter het voordeel geen lignine te bevatten zodat de suikers vrijgemaakt kunnen worden met simpele mechanische processen. Dit verhoogd de productie efficiëntie aanzienlijk. ).

Uit zeewier kan in principe tweemaal zoveel brandstof per hectare gehaald worden als uit bijvoorbeeld suikerriet, en zelfs vijfmaal zoveel als uit maïs . Bovendien verbruikt de productie van wieren geen zoet water of traditionele meststoffen die gebruikt kunnen worden in andere landbouw. Ook de ethische conflicten die ontstaan bij het opofferen van, voedsel producerende, landbouwgrond voor de productie van energie worden omzeild aangezien de macroalgen in zee worden gekweekt . Het omzetten van de specifieke suikers uit zeewier tot brandstof staat echter nog niet op punt. De microbiële methodes gebruikt bij andere biobrandstoffen werken soms niet aangezien de meeste bacteriën niet in staat zijn de grote suiker polymeren te metaboliseren(vooral het geval bij het fermentatie proces voor bio-ethanol). Dit draagt eraan bij dat, hoewel de productie van brandstoffen uit algen reeds lang mogelijk is, de kostefficiëntie nog steeds lager is dan bij fossiele brandstoffen.

Brandstof productie

Er zijn verschillende mogelijkheden voor de productie van brandstof uit algen. Biodiesel en biogas zijn de meest onderzochte opties, maar ook de productie van bio-ethaniol behoort zeker tot de toekomstige mogelijkheden.

Biodiesel wordt aangemaakt door verestering van lipiden die veelvuldig aanwezig zijn in algen. Door het manipuleren van groeicondities kunnen algen zelfs nog gestimuleerd worden nog meer lipiden aan te maken. Dit proces vertrekt van een lipide en een goedkope alcohol (meestal methanol), en levert de gewenste ester verbinding en glycerol. Ook voor glycerlol is er een afzet markt in de voedingsindustrie en als antivries middel.

Een andere mogelijkheid is de productie van biogas (methaangas). Biogas wordt aangemaakt door methaan producerende bacteriën samen met de algen in een afgesloten tank te plaatsen. De bacteriën breken de organische moleculen dan af tot methaangas en koolstofdioxde.

Tot slot dient ook bio-ethanol vermeld te worden. Momenteel wordt veel bioethanol geproduceerd uit terrestrische gewassen, maar die methodes zijn vaak niet direct toepasbaar op algen. Het fermentatie process loopt vast aangezien de meeste bacteriën niet in staat zijn de grote suikerketens uit algen af te breken (bv. alginaten, laminarine, fucoïdine). Onderzoek is echter volop aan de gang.

Kweek

Microalgen

Fotobioreactoren (PBR's)

Fotobioreactoren zijn gesloten systemen waarin microalgen in susspentie gehouden worden. Meestal betreft het een netwerk van doorzichtige buizen waar de algen constant in worden rondgepompt zodat maximale fotosynthese kan bekomen worden. De voordelen zijn dat nutrient en gas concentraties nauwkeurig kunnen geregeld worden en dat blootstelling aan het licht optimaal is (delen van reactoren kunnen bijvoorbeeld gedraaid worden om zich voordurend op de zon te orienteren). Dit leidt tot significant hogere opbrengsten dan eenvoudigere systemen, maar ook vereiste investeringen zijn veel hoger, wat kostefficiëntie in het gedrang brengt.

Figuur 3: Een typische opstelling van een fotobioreactor.

‘Raceways’

Een eenvoudigere en goedkopere oplossing is kweken van microalgen in zogenaamde ‘raceways’. Het principe is eigenlijk hetzelfde als bij fotobioreactoren, maar in plaats van buizen worden uitgegraven kanalen gebruikt. Brede en ondiepe kanalen leveren de beste blootstelling aan zonlicht, maar vereisen veel oppervlakte. Net als bij fotobioreactoren word het water rondgepompt om de algen in suspensie te houden en te verzekeren dat zoveel mogelijk cellen voldoende licht krijgen. Nutriënten en gassen in het water zijn echter moeilijk te controleren aangezien er uitwisseling is met de atmosfeer, wat ook een bijkomend gevaar voor besmetting met andere (gevaarlijke) micro-organismen kan opleveren.

Figuur 3: Een typische opstelling van 'raceway' aquacultuur

Macroalgen

In tegenstelling tot microaglen kunnen macroalgen gewoon in hun natuurlijke omgeving gekweekt worden. Hierdoor vereist de kweek van macro algen minder onderhoud en investering. Echter, door hun grote biomassa is het oogsten ervan veel arbeidsintensiever dan bij microalgen

De meest gebruikte methode voor het kweken van macroalgen is de ‘longline’ methode. Hiervoor worden dikke touwen bevestigt aan vlotters en aan de bodem of andere objecten (eventueel zelfs windmolens ) verankert. De algen worden op lange drijvende lengtes touwen gezaaid, waar ze groeien. Ze zijn achteraf eenvoudig te oogsten door de touwen weer op te halen.Deze methode wordt ook vaak gebruikt voor het kweken van weekdieren (bv.mossels), en is niet te verwarren met 'longline' visserij. In het geval van Alaria esculenta werd een productiviteit van 15kg per meter over een periode van 5 maanden vastgesteld Mogelijks schuilt nog verbetering in het gebruik van zogenaamde geïntegreerde aquacultuur, waar algen in de buurt van vis aquacultuur projecten opgezet worden. De algen beperkten zo de vervuiling die deze aquacultuur met zich mee brengen door de afvalstoffen ervan als nutriënten te gebruiken. Zo word tegelijkertijd productiviteit van de algen verhoogt en vervuiling van andere aquacultuur beperkt.

Figuur 3: Suikerwier (Laminaria saccharina)

Zie ook:

Lijst van mariene biotechnologie toepassingen