Biobrandstoffen uit microalgen
Motivatie
Microalgen zijn kleine (micrometer schaal) ééncellige aquatische planten. Er zijn duizenden verschillende soorten waarvan een groot aantal rijk aan lipiden (20-60 gewichtsprocenten) waarvan we biodiesel kunnen maken. Microalgengroei wordt aangedreven door zonlicht en de benodigde bouwstenen zijn koolstofdioxide (CO2), water en inorganische nutriënten zoals nitraten, ammonium en fosfaten. Om deze reden kunnen microalgen ook gebruikt worden voor nutriëntenverwijdering uit afvalwater of voor de verwijdering van CO2 uit verbrandingsgassen (figuur 1).
Onder ideale omstandigheden kan 9% van de energie van zonlicht vastgelegd worden als chemische energie in de algenbiomassa. Dit percentage staat ook wel bekend als de fotochemische efficiëntie.
Het fotosynthese proces van microalgen is bijna identiek aan dat van de hogere landplanten. Maar omdat microalgen ééncellig zijn kunnen de kweekomstandigheden nauwgezet gecontroleerd worden in zogenaamde fotobioreactoren en kunnen de condities optimaal worden gehouden. Met microalgen kunnen in de praktijk daarom veel hogere fotochemische efficiënties bereikt worden dan met hogere planten: 0.1 tot 1 % voor hogere planten versus 3 tot 5 % voor microalgen (figuur 2). Deze efficiëntie kan gebruikt worden om de opbrengst per landoppervlak te berekenen welke ongeveer 70 ton droge stof per hectare per jaar zal zijn. De verwachtingen zijn hoog gespannen en mogelijk kan de efficiëntie verder opgevoerd worden waarbij 9 % het absolute maximum is.
De hoge biomassa productiviteit kan niet volledig omgezet worden in lipiden voor biodiesel. Op het eerste gezicht lijkt dit een nadeel, echter de biomassa die overblijft bevat nog veel waarde en energie welke gebruikt kan worden. Een deel van de eiwitten en pigmenten die overblijven kunnen geëxtraheerd en omgezet worden in bruikbare producten. Het restant (o.a. koolhydraten) kan gebruikt worden om extra brandstof of energie te genereren door middel van een biologische of thermisch-chemische behandeling. De overblijvende inorganische nutriënten en water kunnen opnieuw gebruikt worden voor de kweek van nieuwe microalgen.
Uitdaging
Ondanks het feit dat hoge productiviteiten gehaald kunnen worden zijn de huidige productiesystemen kapitaalintensief en zijn de operationele kosten hoog. Met name de energiebehoefte om fotobioreactoren draaiende te houden en de biomassa te oogsten is nog veel te hoog.
Er moeten technische en biologische oplossingen gevonden worden om de energiebehoefte voor grootschalige productiesystemen voor microalgen omlaag te brengen. Bovendien moet de productiviteit verder opgevoerd worden door middel van het verhogen van het lipidengehalte in de biomassa en het evrhogen van de fotochemische efficiëntie. De integratie van biodieselproductie met de productie van andere bruikbare componenten en hergebruik van nutriënten en water moet uiteindelijk een duurzaam en economisch proces opleveren.
Onderzoeksagenda:
In samenwerking met Wageningen Universiteit is de volgende onderzoeksagenda vastgesteld:
• Verlaging van de energiebehoefte met betrekking tot de CO2 toevoer en de afvoer van zuurstof (O2)
• Verhogen van het lipidengehalte van microalgen
• Verhogen van de fotochemische efficiëntie in grootschalige productiesystemen
• Verlaging van de energiebehoefte met betrekking tot het oogsten van biomassa
• Valoriseren van residuele biomassa: eiwitten
• Mogelijke scenarios voor grootschalige algenproductie sites analyseren
Onderzoeksprojecten:
• Carbon dioxide supply in photobioreactors: a biological approach
• Oxygen removal in photobioreactors: a biological approach
• Biorefinery: make value from protein
• Harvesting of algae for oil extraction
• For efficient, robust and flexible algae plants; an advanced scenario study approach
Deelnemende bedrijven:
• Alliander
• Eneco
• Delta
• Essent
• Rosendaal Energy
• Neste Oil
• Hednesford
• Friesland Foods
• Syngenta
• Dow
• Ingrepro
• AF&F
• Hubert Stavoren
