Gerelateerde onderwerpen

Algemener

Biomassa

Marcel Janssen

Microalgen

Dr. Marcel Janssen is gepromoveerd op het kweken van microalgen aan de Wageningen Universiteit.

Profiel
1. Wat zijn microalgen?
Microalgen zijn eencellige fotosynthetische micro-organismen die in een waterige omgeving leven. Fotosynthetisch wil zeggen dat de algen zonlicht gebruiken als energiebron om minerale verbindingen om te zetten in levende biomassa, zoals nieuwe algen. Biomassa is een samenvattende benaming voor materie die gevormd wordt door allerlei organismen. Het gaat dan vooral om planten, schimmels en eencelligen, maar ook wel om dieren. Biomassa kan gebruikt worden als brandstof of er kan door vergisting brandbaar gas uit gewonnen worden (vooral uit mest).

Het proces van fotosynthese bij de microalgen is identiek aan dat van de hogere landplanten: zuurstof komt vrij en kooldioxide wordt vastgelegd. Je komt de microalgen in alle milieus tegen: zoet en zout water, zuur en alkalisch water (water met een zeer lage zuurgraad), bij lage temperatuur (in de poolzeeën) en bij hoge temperatuur (in de woestijn). Er zijn duizenden verschillende soorten en ook de uiterlijke diversiteit is enorm. De grootte varieert van enkele micrometers tot tientallen micrometers. Een micrometer is hetzelfde als een duizendste millimeter. Ook de samenstelling met betrekking tot pigmenten, eiwitten en vetten/oliën varieert behoorlijk tussen de verschillende soorten.
2. Waar worden microalgen nu voor gebruikt?
Microalgen worden momenteel op kleine schaal gekweekt voor de visteelt. Bij de teelt worden zeer jonge vislarven of larven van schelpdieren (bij)gevoed met levende microalgen. Dit zijn soorten die rijk zijn aan zogenaamde visvetzuren. Om diezelfde reden worden microalgen ook geproduceerd voor de levensmiddelensector. Het is belangrijk om aan te geven dat de gezonde vetzuren in vette vis niet door de vissen zelf aangemaakt worden, maar dat deze afkomstig zijn van microalgen (het fytoplankton) die aan het begin van de voedselketen staan in de zeeën en oceanen. Verder zijn sommige van de pigmenten in algen waardevol vanwege hun werking als antioxidant en als natuurlijke kleurstof voor levensmiddelen.
3. Hoe worden microalgen momenteel gekweekt?

Het grootste deel van de microalgen dat nu op de markt verkrijgbaar is, wordt gekweekt in open vijvers. Meestal zijn dit vijvers van het type ‘raceway’. Dit zijn ondiepe kanalen die aan de kopse kanten met elkaar verbonden zijn en waardoor het water wordt rondgepompt via grote schoepenraden.

Het rondpompen van het water is nodig om te voorkomen dat de algen in de vijver bezinken en om een gelijkmatige verdeling van het licht te creëren (het licht is alleen beschikbaar aan het oppervlak). Verder worden de algenvijvers op een bepaald punt verrijkt met kooldioxide die nodig is voor de fotosynthese. Bij de fotosynthese wordt zonlicht gebruikt om kooldioxide om te zetten in koolhydraten.
 

Helaas kunnen slechts een beperkt aantal algensoorten in open systemen zoals de 'raceway' vijvers gehandhaafd worden. Alle andere soorten worden in een gesloten omgeving, in een zogenaamde fotobioreactor, gekweekt. Dit zijn momenteel bijna allemaal buisreactoren van een uiteenlopende omvang. Wat deze systemen gemeen hebben is hun relatief hoge investeringskosten (materiaal- en installatiekosten) en een relatief hoog energieverbruik. Deze systemen zijn daarom alleen aantrekkelijk voor producten die een toegevoegde waarde hebben. De kostprijs van algenproductie ligt boven de 10 euro per kilo droge stof. Biomassa wordt gemeten als droge massa: het water dat zich in de algen bevindt wordt niet meegerekend.


  algenvijver type raceway4

Raceway vijver van algenkweker Ingrepro

4. Hoe kun je microalgen gebruiken om biodiesel te maken?
Een groot aantal soorten microalgen kunnen zogenaamde triglyceriden (stoffen die voorkomen in natuurlijke vetten en oliën) ophopen. Deze zijn zichtbaar als kleine oliedruppeltjes in de cel. Het ophopen gebeurt onder omstandigheden waarbij bepaalde voedingsstoffen die nodig zijn voor de groei van de microalgen (zoals stikstof) niet meer aanwezig zijn. Bij een dergelijk gebrek aan voedingsstoffen wordt de koolstof die de microalgen vasthouden niet meer omgezet in nieuwe biomassa (eiwitten). De koolstof wordt daarentegen in de cellen van de microalgen opgeslagen als vet/olie (andere soorten microalgen hopen juist weer zetmeel of andere koolhydraten op). De triglyceriden kunnen vervolgens afgescheiden worden uit de microalgen en omgezet worden in biodiesel. Dit wordt transesterificatie genoemd. De individuele vetzuren worden daarbij vrijgemaakt uit de triglyceriden, deze reageren met de vloeistof methanol en zo ontstaan de methylesters (koolwaterstoffen) die direct als biodiesel gebruikt kunnen worden.
5. Wat is het voordeel van het gebruik van microalgen boven dat van landplanten?
Het proces van de fotosynthese in microalgen en landplanten is identiek. In theorie kunnen ze dus even efficiënt zonne-energie aanwenden om kooldioxide vast te leggen in nieuwe energierijke biomassa. Het voordeel van microalgen is dat ze klein zijn en in een gecontroleerde waterige omgeving gekweekt kunnen worden. De omstandigheden in dit waterige milieu kunnen optimaal gehouden worden, zodat een veel hogere productiviteit bereikt kan worden dan bij landplanten op basis van een zelfde hoeveelheid lichtenergie (dit heeft echter een keerzijde, zie vraag 6). Verder kan een groter deel van de kooldioxide dat vastgelegd wordt zich ophopen als olie/vet. Een algencel hoeft namelijk geen fysieke structuur op te bouwen zoals stengels en wortels.
6. Kan deze technologie nu al op grote schaal toegepast worden?

Al de technologie die nodig is om algen zodanig te verwennen dat ze een maximale productiviteit halen, leidt tot extra kosten en energieverbruik. Beiden zijn in de huidige productiesystemen nog te hoog. Zelfs open vijvers zijn nog te duur en energie-intensief. Dat heeft voor een groot deel te maken met de investeringen in oogstsystemen en het energieverbruik van deze oogstsystemen. Microalgen zijn namelijk klein en de concentratie microalgen in de vijvers is laag (minder dan 0,5 gram droge stof per liter). De huidige productie-systemen (raceway vijvers en buizenreactoren) kunnen natuurlijk wel gebruikt worden om op grotere schaal algen te kweken en er zelfs olie uit te winnen, maar de productiekosten zijn momenteel dus te hoog en de totale energiebalans is nog negatief.

 

algenvoorfoodinbuizenreactor2

Een buisreactor om algen in te kweken van het Duitse bedrijf Salata Gmbh (reactor design is van het Duitse IGV, Institut fur Getreideverarbeitung)

7. Wat moet er gebeuren om op grote schaal algen te gaan kweken voor bio-energie?
De investeringskosten en het energieverbruik van fotobioreactoren moeten omlaag. Om dat laatste te bewerkstelligen, zal men het water in het kweeksysteem minder hard moeten laten stromen. Hiervoor moet het ontwerp aangepast worden. Deze aanpak kan eventueel aangevuld worden met nieuwe technologieën om de algenkweek te voorzien van voldoende kooldioxide en om de geproduceerde zuurstof te verwijderen (te veel zuurstof remt de fotosynthese). De investeringskosten kunnen verder verlaagd worden door gebruik te maken van andere en minder materialen. De meest veelbelovende nieuwe ontwerpen zijn dan ook gebaseerd op het gebruik van dunne, maar sterke, doorzichtige plastic folies.

De investeringskosten van algenvijvers zijn in verhouding tot de andere productiesystemen relatief laag. Wel moeten er voor de vijvers nieuwe methodes en/of technologieën ontwikkeld worden om de microalgen te oogsten uit het water. Veel aandacht richt zich nu op vlokvorming (flocculatie) van biomassa om deze te concentreren in een kleiner volume water.

Ook de microalg zelf kan aangepast worden door versnelde selectie en eventueel genetische modificatie om zo stammen te krijgen die nog meer olie ophopen en misschien wel zelf de olie uitscheiden.
8. Kunnen microalgen op een andere manier een rol spelen in een duurzame samenleving?

In het scenario dat je op grote schaal microalgen gaat kweken voor olie/vet blijft er nog een groot deel over van de biomassa die de algen produceren. Dit deel kan weer gebruikt worden voor andere doeleinden (het zogenaamde ‘bioraffinaderijconcept’).

Zelfs in het geval dat je netto geen energie produceert maar wel in staat bent om producten zoals visvetzuren te maken, kan dit flink bijdragen aan een duurzame samenleving. In dit specifieke voorbeeld hoef je namelijk niet meer de zee op om vis te vangen om olie te winnen. Je kunt dan direct visvetzuren produceren met een neutrale CO2 balans.

Aanbevolen links

Algemene informatie over microalgen en het gebruik ervan, gemaakt door Wageningen Universiteit en researchcentrum.
Protist information server. Microalgen behoren tot de grotere groep van de protisten. Dit is een website met vele foto’s van microalgen en hier krijg je een goed beeld van de diversiteit binnen de groep van microalgen.
Website van technologisch topinstituut watertechnologie Wetsus. Binnen Wetsus worden verschillende vormen van duurzame energieproductie en duurzame alternatieven voor waterbehandeling onderzocht.
  • Print dit artikel
  • Bookmark and Share

Aanmelden nieuwsbrief

Themasponsors Energiebronnen

Klik op een logo voor meer informatie

Themasponsors stellen de experts van ClubGreen in staat om het thema 'Energiebronnen' zo uitgebreid mogelijk in beeld te brengen en up-to-date te houden. Het standpunt van een expert is niet per se dat van een themasponsor.

Primagaz

Primagaz-ballon-kleinPrimagaz Nederland B.V. is marktleider op het gebied van levering van propaan. Aan ca 10,000 klanten wordt gas in bulktanks geleverd. Daarnaast wordt propaan geleverd in flessen. Primagaz ontwikkelt en implementeert verantwoorde en betrouwbare lokale energieoplossingen. Iedere klant is uniek. Het talent om te leren van en reageren op de veranderende klant is voor Primagaz de belangrijkste eigenschap voor succes.

Primagaz zoekt naar manieren om de kwaliteit van leven van onze klanten en medewerkers te verbeteren in harmonie met de samenleving en het milieu.

Primagaz-logo-klein


Bekijk de presentatie van Primagaz.

Centrosolar

Centrosolar-zon-kleinCentrosolar leeft al meer dan 15 jaar van de zon. Centrosolar gaat veel verder dan de meeste partijen door zelf te investeren in de productie. De productiefaculteit werkt volgens de strengste Europese normen, ook als het gaat om milieu.
Zonnepanelen zijn rendabel als ze zoveel mogelijk stroom opwekken. Centrosolar heeft als doel om wereldwijd hoogwaardige zonne-energiesystemen te leveren voor bedrijven en particulieren. Centrosolar is een betrouwbare leverancier die hierop harde garanties afgeeft en aanspreekpunt is voor alle onderdelen.Centrosolar-logo


Bekijk de presentatie en de zonnepanelen van Centrosolar.

donQi

donqi1donQi Urban Windmill is dé oplossing voor duurzame energie in de bebouwde kom. De kleine windmolen is compact, stil, zonder trillingen en heeft een hoog rendement. Er zijn steeds meer bedrijven die een zinvolle bijdrage willen leveren aan een duurzame wereld. Door deze decentrale energieopwekking worden bedrijven steeds minder afhankelijk van traditionele energieopwekking uit fossiele brandstoffen. Tevens geven ze een duidelijk statement af van een duurzame wereld.

donqi-logo


Bekijk de presentatie en de video van donQi.

Dutch Solar Systems

DSS-pand-smallDutch Solar Systems BV maakt deel uit van het ICT-concern Centric. Het bedrijf richt zich o.a. op inventieve toepassingen van zonne-energie en warmteterugwinning uit afvalwater. Daartoe combineert Dutch Solar Systems de kracht van de zon met hightech kennis en zoekt ze voortdurend naar nieuwe ontwikkelings- mogelijkheden. Zo brengt Dutch Solar Systems BV de zorg voor het milieu samen met bedrijfsmatig denken. Steeds meer mensen profiteren van een DSS zonneboiler of van een van onze warmte terugwin apparaten.
dutch-solar-systems-logo


Bekijk de presentatie van Dutch Solar Systems.

Greenchoice

greenchoice5Greenchoice levert als enige energieleverancier in Nederland uitsluitend milieuvriendelijke energie. Inmiddels leveren we aan ruim 280.000 tevreden klanten groene energie. Hierbij hanteren wij zeer concurrerende tarieven. Onze groene stroom en groen gas is zelfs voordeliger dan gewone grijze energie. Greenchoice heeft als doelstelling om zoveel mogelijk mensen in Nederland te laten overstappen op groene energie. Onze toekomst en die van onze kinderen ligt bij duurzame opwekking. De natuur lijdt zeer onder de gevolgen van vervuiling door de verbranding van fossiele brandstoffen en het broeikaseffect. Dit terwijl de alternatieven nu al voor handen zijn!greenchoice-video-logo


Bekijk de presentatie en de diensten van Greenchoice.

Meewind

meewind5Als ambitieus energiefonds stimuleert Meewind de aanleg van windmolenparken. Uw participatie, samen met die van gemeenten, bedrijven en tienduizenden andere burgers, is daarbij van vitaal belang. Door gezamenlijk te investeren wordt een draagvlak gecreëerd dat politieke besluitvorming versnelt en onafhankelijke energievoorziening mogelijk maakt. Nu en in de toekomst. Met uw eigen stukje windpark wordt de CO2-uitstoot gereduceerd, meer duurzame energie geproduceerd en ontvangt u bovendien langdurig een aantrekkelijk rendement.

meewind-logo


Bekijk de presentatie en windmolenparken van Meewind.

Prima Energy

Prima-energy-ZonnepaneelDe toekomst van onze energievoorziening is een belangrijk vraagstuk dat iedereen aangaat. We staan voor een overgang van de huidige centrale energievoorziening, gedomineerd door fossiele brandstoffen met een hoge CO2-uitstoot, naar een nieuwe, efficiëntere en tegelijk decentrale energievoorziening.

Daarom biedt Prima Energy moderne, efficiënte, koolstofarme en decentrale energieoplossingen. Met een gevarieerd aanbod aan producten en diensten bieden we energieoplossingen op maat.

 

Prima-Energy-logo-klein


Bekijk de presentatie van Prima Energy.

Stichting Energy Valley

Energy valley6Stichting Energy Valley bestaat sinds 2003 en is een netwerkorganisatie die met publieke en private partners invulling geeft aan de regionale groeikansen van de energiesector. De stichting is intermediair om projecten te versnellen, kennisuitwisseling te bevorderen en de noordelijke energieregio te versterken. Bedrijven, kennisinstellingen en overheden werken daarbij nauw samen om met concrete projecten werk te maken van een toekomstbestendige energie-economie.

stichting-energy-valley-logo


Bekijk de presentatie en de video van Energy Valley.