De toekomst voor algen als grondstof voor biobrandstoffen

Voor de meeste mensen betekenen algen enkel maar problemen, namelijk wanneer deze groeien in hun zwembaden, vijvers en lokale rivier zorgen ze voor problemen. De algemene definitie voor algen is dat het een niet-systematische verzamelnaam is voor een aantal groepen relatief eenvoudige organismen die aan fotosynthese doen, en die dus niet tot de hogere planten of landplanten behoren. Het verschil met planten is dat algen geen bladeren, wortels, bloemen en dergelijke hebben. Algen kunnen zowel eencellige als meercellige organismen zijn. Algen doen wel, net zoals gewone planten, aan fotosynthese en produceren hierbij ook zuurstof als bijproduct. Het wordt geschat dat algen 73% tot 83% van de zuurstof produceren die voor de mensen en andere landdieren ter beschikking staat. Over het algemeen zijn algen een indicator voor de kwaliteit van het milieu waarin zij voorkomen. Een te veel aan algen duidt op (te) voedselrijk water. Als hier niet tijdig verandering in gebracht wordt zullen de algen 's nachts zoveel zuurstof verbruiken dat andere organismen niet kunnen overleven. En dit is dus de reden waarom mensen het in het algemeen niet zo hebben voor algen.

Maar hierin kan snel verandering komen want algen hebben het potentieel om als grondstof te dienen voor de productie van biobrandstoffen. Biobrandstoffen uit algen worden vaak beschouwd als de derde generatie van de biobrandstoffen. Algen zouden kunnen gekweekt worden speciaal om na het oogsten ervan ze te gaan gebruiken voor biobrandstof. Voor het gebruik als biobrandstof zijn met name de ééncellige microalgen interessant en zijn de macro-algen (meestal zeewier genoemd) minder geschikt. Momenteel zijn er al toepassingen voor gekweekte algen, maar deze bevinden zijn vooral in de voedsel industrie. De kweek van algen is zeer intensief en op een relatief klein oppervlakte kan een hoge opbrengst gerealiseerd worden. Maar de kweek van algen kost ook energie. Zo moet bijvoorbeeld het water waarin de algen groeien geroerd worden om het zuurstof te mengen. Enkel dit roeren vraagt dus energie.

Uit de algen voor biobrandstof worden dan lipiden gewonnen. Lipiden zijn vetten en vetachtige stoffen die in de biochemie een belangrijke rol spelen. Deze lipiden zijn dan de grondstof voor de productie van biodiesel. Hoe hogere het gehalte aan lipiden in de algen, hoe geschikter deze zijn voor de productie van biobrandstoffen. Een hectare groene algen produceert jaarlijks zo'n 15 tot 20 ton biodiesel. Deze vorm van productie van biobrandstoffen wordt nog maar op beperkte schaal gebruikt, maar is de laatste jaren wel sterk in opkomst. Dit hebben ze vooral te danken aan het feit dat het kweken van algen geen concurrentie vormt met het telen van voedingsgewassen of andere planten. En op het vlak van CO2 uitstoot zijn ze 'klimaatneutraal'. En nadeel voor de algen is dat het kweken en het proces voor de productie van biobrandstoffen relatief duur is. Om één ton algen te kweken die geschikt zijn voor de productie van biobrandstoffen kost het ongeveer $5000. Ook is het kweken van het algen een zeer arbeidsintensief proces en is veel onderhoud aan de installaties noodzakelijk.

Maar achter deze nadelen bevindt zich een grote potentiële vervanger voor de fossiele brandstoffen. Algen kunnen dienen als grondstof voor de productie van biobrandstof en ethanol. De basis benodigdheden om de algen te laten groeien zijn CO2, water, nutriënten en zonlicht. Geen enkele van deze benodigdheden heeft een beperkte voorraad op aarde. Het kweekproces kan doorgaan in twee soorten systemen, namelijk open systemen of in gesloten systemen zoals een systeem van doorzichtige buizen en vaten. Algen kunnen gekweekt worden op onvruchtbare grond en er is geen zuiver water voor vereist. De massa aan algen kan zich verdubbelen in slechts één dag tijd. In vergelijking met andere grondstoffen voor biobrandstoffen, is de oppervlakte bij algen 50 tot 150 maal kleiner om eenzelfde hoeveelheid brandstof te gaan produceren. Algen worden door vele mensen bestempeld als de ultieme bron voor de productie van de grondstoffen voor biobrandstoffen.

Algen vormen dus een uiterst geschikt grondstof voor de productie van biobrandstoffen. Bijvoorbeeld neem de VS, een land waar heel veel diesel geconsumeerd wordt. Om het huidige verbruik van diesel in de VS te gaan vervangen door biodiesel geproduceerd met algen, zou er een oppervlakte van 40.500 vierkante kilometer nodig zijn om de algen te kweken. Dit is inderdaad een gigantisch grote oppervlakte maar om dit in perspectief te kunnen plaatsen kan het vergeleken worden met de totale oppervlakte in VS die momenteel gebruikt wordt voor het kweken van gewassen of om vee te laten grazen, deze bedraagt zo'n 40.000.000 vierkante kilometer. Dus indien 1% van de oppervlakte voor landbouw en veeteelt zou vrijgemaakt worden voor het kweken van algen, zouden er voldoende algen gekweekt kunnen worden om in VS alle diesel te vervangen door biodiesel. Dit voorbeeld is enkel ter illustratie dat er geen onmogelijk grootte oppervlakte vereist is om voldoende algen te kweken zodat een aandeel van het verbruik van fossiele brandstoffen kan vervangen worden door biobrandstoffen uit algen. Bij andere soorten grondstoffen voor biobrandstoffen is er steeds een veel grotere oppervlakte vereist om hetzelfde resultaat te verkrijgen.

Naast een voldoende grote oppervlakte moet ook de capaciteit beschikbaar zijn om de algenproductie, op deze gigantisch grote schaal, te gaan omzetten in biobrandstoffen. Deze moet de algen snel genoeg en/of in een voldoende groot volume kunnen omzetten in de gevraagde biobrandstof. De oppervlakte en de capaciteit voor de algen-biobrandstof omzetting zijn de twee voornaamste vereisten voor een grootschalige integratie van biobrandstoffen uit algen in de energiemarkt. Veel wetenschappers en onderzoekers zijn bezig met onderzoek en ontwikkeling van productieprocessen voor biobrandstoffen uit algen. De grootste struikelblok is de hoge kostprijs voor het kweken van de algen. Dus het is belangrijk dat de algen die gekweekt worden, van die stammen zijn waaruit er op een zeer efficiënte manier biobrandstof geproduceerd kan worden.

Op het gebeid van CO2 uitstoot zijn de biobrandstoffen een ideaal hulpmiddel om ervoor te zorgen dat er minder CO2 in de atmosfeer terecht komt. Wanneer de levenscyclus van biobrandstoffen uit algen geanalyseerd wordt, dan constateert men dat deze slechts 1/3 tot 1/4 van de hoeveelheid CO2 uitstoot als dat er uitgestoten wordt bij de levenscyclus van diesel uit fossiele bronnen. In dit geval is de CO2 uitstoot afkomstig van de energie vereist voor kweekproces en het transport van de algen en de geproduceerde biobrandstoffen.

De biobrandstof geproduceerd uit algen kan voor talloze toepassingen gebruikt worden. En voornamelijk dan in de transportsector. Wagens, bestelwagens, vrachtwagens kunnen gebruik maken van deze biobrandstoffen. De motoren hoeven geen of slechts kleine modificaties te ondergaan om op biobrandstof te kunnen draaien. Maar naast het wegverkeer is er nog een belangrijk transportsector die veel milieuvriendelijker zou worden met de integratie van biobrandstoffen. Het gaat hier namelijk over de luchtvaartsector. Vliegtuigen maken gebruik van speciale brandstoffen zoals kerosine voor het aandrijven van de jet-motoren. Daar wordt kerosine gebruikt in plaats van diesel om het zowel op milieu als financieel gebied gunstigere is in gebruik dan diesel. Ook kerosine kan geproduceerd worden met algen en zo kunnen vliegtuigen dan ook gebruik maken van biobrandstoffen.

Veel mensen hebben een verkeerd beeld van de technologie achter de productie van biobrandstoffen in het algemeen. Het is niet meer zo dat deze technologie alleen nog maar in uitgevoerd op labo schaal en dat het dus nog jaren zal duren voor deze klaar zijn om uitgevoerd te worden op commerciële schaal. De laatste jaren zijn deze technologieën sterk ontwikkeld en momenteel lopen er al een aantal proefproject of zullen ze binnenkort van start gaan.

Geschreven door Emile Glorieux, Bron [renewableenergymagazine]