Algen: de ideale grondstof voor alles… behalve brandstof

Algen leken de ideale biobrandstof, maar de hype is voorbij. De productie is te duur, algenkwekerijen maken nu veevoer of cosmetica. Maar wie weet monteren we straks naast ons zonnepaneel een algentank op het dak, die direct de CO2 uit onze schoorsteen opneemt.

‟Eencellige groene dingetjes in zoet of zout water,” zo beschreef een algenonderzoeker ooit het onderwerp van zijn studie. Zijn de dingetjes meercellig en groot, dan heten ze macro-algen of wieren. Algen zijn enorm nuttig voor de planeet. Ze absorberen CO2, produceren meer zuurstof dan alle landplanten samen en staan aan het begin van lange voedselketens die vaak eindigen bij onszelf. Een groot deel van de oeroude, samengeperste plantenmassa’s die wij gebruiken als fossiele brandstoffen is ooit alg geweest. Bioloog Jeffrey Dukes berekende dat één liter benzine bijna 24 ton prehistorisch plantaardig materiaal vertegenwoordigt. Een kind begrijpt dat het opstoken daarvan niet duurzaam is. Binnen de EU is dan ook afgesproken dat in 2020 minimaal 10 procent van de vervoersbrandstof een niet-fossiele oorsprong heeft. Een paar late druppels op een gloeiende plaat, maar toch. Bij de speurtocht naar alternatieven waren begin deze eeuw algen ineens een hype als bron van biobrandstof.

Biologische eigenschappen

Algen leken niet alleen de problemen van fossiele brandstoffen op te lossen, maar ook die van eerste en tweede generatie biobrandstofleveranciers als maïs, soja, suikerriet, hout, palm- en koolzaadolie en resten dierlijk vet. Algenkweek concurreert namelijk niet met voedselgewassen; het neemt geen vruchtbare landbouwgrond in beslag. Ook bossen en biodiversiteit hebben niets te vrezen. Het badwater voor zoutwateralgen is onuitputtelijk; bij zoetwateralgen kan het water worden hergebruikt. Je kunt onbewerkte rookgassen uit elektriciteitscentrales rechtstreeks door de algensoep jagen om met CO2 de biomassa te voeden. Ook voor afvalwaterzuivering kan algenteelt iets betekenen, omdat algen het vuile water ontdoen van bijvoorbeeld stikstof en fosfor door het op te eten.

Wat de brandstofwereld bijzonder aansprak, zijn de biologische eigenschappen van het groene spul. Op een dieet van zonlicht, CO2 en water groeien de meeste algen dankzij fotosynthese razendsnel. Ze leveren meer droge biomassa per hectare dan de meeste landbouwgewassen. Ze hebben geen stengels, wortels of bladeren die wel voeding consumeren maar verder voor ons niet veel nut hebben; algen bestaan bijna helemaal uit eiwitten, koolhydraten en vetten. Micro-algen – de eencelligen – kunnen wel 40 procent vet bevatten.

Loze belofte

Magnifieke eigenschappen! Hoe is het mogelijk dat algenbrandstof nog niet in grote golven over de wereld stroomt? ‛Not for lack of trying’, zouden Amerikanen zeggen. Met name in de VS, waar de afhankelijkheid van olieproducerende landen nachtmerries veroorzaakt, stortten vele ondernemers zich in de algensoep om brandstof te maken. Sommige start-ups wisten fikse overheidssubsidies te verwerven en bedrijven als Exxon, Audi, Shell, Nestlé en Goldman Sachs tot investeringen te bewegen. In 2009 vloog een Boeing 737-800 van Continental Airlines twee uur op algenbrandstof. In Nederland deed AlgaeLink met de KLM onderzoek naar algenkerosine.

Maar algenbrandstof maakte de beloftes niet waar. Neem je in 2017 een kijkje op de glossy websites, dan valt al snel op dat het laatste nieuws dateert van jaren geleden, of dat alle werkwoorden die over brandstof gaan in de toekomstige tijd staan. Nog bestaande bedrijven produceren inmiddels algenproducten voor vee- en visvoer, cosmetica, voedingssupplementen en farmaceutische stoffen, of ze verkopen zelf ontworpen kweeksystemen.

Ook Nederlandse algenbrandstofpioniers legden het loodje. Neem Ingrepo. Begin deze eeuw gingen een paar Achterhoekse boeren algen kweken. Ze verkochten de business al snel door aan het bedrijf Aquacultura dat failliet ging, maar doorstartte als Ingrepo. Algen, toeterde de PR-afdeling, konden theoretisch voorzien in de hele Nederlandse dieselbehoefte. In 2012 meldde directeur Callenbach dat algendiesel alleen maar uit kon als je ook hoogwaardige producten verkocht. In 2013 ging Ingrepro, volgens Callenbach de grootste algenproducent van Europa, failliet.

Hoge productiekosten

René Wijffels, hoogleraar aan de Universiteit van Wageningen, onderzoekt de haalbaarheid van algenbrandstof. De bottleneck, zegt hij, zijn de productiekosten. “Algenbrandstof is nog te duur. Op de eerste plaats kost het productieproces teveel energie. Ten tweede zijn biomassa en vetgehalte van algen weliswaar hoog vergeleken met andere gewassen, maar om te kunnen concurreren met de extreem goedkope fossiele brandstoffen moeten ze nog hoger. Daar komt bij dat andere algenproducten zoals omega vetzuren, die minder volume en productiecapaciteit vragen dan brandstof, al wèl commercieel in de markt te zetten zijn. Algenproducenten richten zich dus liever daarop.”

Van 2010 tot 2015 leidde Wijffels het universitaire pilot-onderzoek AlgaePARC naar de haalbaarheid van algenbrandstof. Negentien bedrijven waren erbij betrokken, waaronder reuzen als Unilever, DSM, BASF, Nestlé, Exxon en Total. ‟Zij maken zich zorgen over beschikbaarheid van grondstoffen. Voedingsmiddelenbedrijven zaten erbij vanwege de voedingsproducten uit algen. Daar is niks mis mee. Petroleum als brandstof was honderd jaar geleden ook onhaalbaar. Er ontstond een chemische industrie die de hoogwaardige stoffen eruit haalde; uit de reststoffen ging men brandstof maken. Je moet eerst dingen maken die iets opleveren, daarna kun je geleidelijk de piramide afdalen naar brandstof.”

Europa

En dat gebeurt, vooral in Europa. Bedrijven kiezen voor hoogwaardige producten waarvoor een markt bestaat, eventueel als tussenstap naar brandstof. Het Nederlandse bedrijf AlgaSpring bijvoorbeeld heeft niet de ambitie brandstof te maken. ‟Zonde om de hoogwaardige vetzuren uit algen voor brandstof te gebruiken,” zegt directeur Kees van Kilsdonk. ‟Het is eersteklas, milieuverantwoord voedsel. Onze zoutwateralg is een goed alternatief voor vetzuren uit vissen, die je dus niet meer hoeft te vangen. Wij verkopen producten voor aquacultuur en veevoer en voedingssupplementen voor mensen. De bottleneck zit in de afzet. De prijzen van gangbare voedingsmiddelen zijn ongelooflijk laag, veel (milieu)kosten worden afgewenteld op planeet en samenleving. En de toelatingsprocedures voor nieuw voedsel in de EU zijn lang en duur.”

Bij Algaspring zwemmen de algen in open reactoren in een voormalige rozenkas van 1 hectare, een semi-gesloten systeem. Dat systeem heeft een gunstige kostprijs-kwaliteitverhouding, zegt Van Kilsdonk. ‟Maar er is geen absolute waarheid. Net als bij groenten vraagt de diversiteit van algen om diverse teelttechnologieën.” Ziet hij een toekomst voor algenbrandstof? ‟Misschien als bescheiden bijdrage in de mix, misschien als vliegtuigbrandstof, omdat het veilig is en een hoge calorische waarde heeft. Maar ik zie meer in wind, zon en getijden.”

Eemscentrale

Ook Omega Green is niet begonnen met de intentie brandstof te maken. Het bedrijf produceert zoet- en zoutwateralgen vlakbij de Eemscentrale, een kolencentrale. De groene celletjes zijn zich daar in lange plastic zakken ijverig aan het reproduceren, gevoed door zon, mineralen uit mest en CO2. Nu nog uit tanks, vertelt Monique Schoondorp, een van de twee oprichters van Omega Green. “We onderhandelen met energieleveranciers in de Eemshaven over rookgasleidingen. Zij moeten iets met hun CO2, wij kunnen het gebruiken. We kennen de kritiek uit de milieubeweging dat je zo alsnog afhankelijk wordt van fossiele brandstoffen en die bestaansrecht verschaft. Maar we hebben ze niet nodig, er zullen altijd andere CO2-bronnen blijven, zoals cementproductie en mestvergisting. Zij kunnen ons wel helpen. Tot 2030 zíjn die centrales er nog, wij willen ze inschakelen bij de ontwikkeling van een circulaire economie. We vragen rookgasleidingen en investeringen in opschaling. Zij zijn op hun beurt geïnteresseerd in algenbrandstof. Dan zeggen wij dat brandstof via de tussenstap van andere, hoogwaardige producten misschien wel haalbaar wordt.”

Algenkerosine

Bij de afsluiting van het pilot-onderzoek AlgaePARC schatte men dat commerciële toepassing van algenbrandstof nog zeker 15 jaar zou duren. Voorlopig gaat het nog om proof of principle, zegt Wijffels: “Bewijzen dat het kan en stapsgewijze innovaties uitvoeren die de kosten drukken. Vervanging zal geleidelijk gaan, via bijmenging.” Wijffels zet zijn kaarten op vliegtuigbrandstof. ‟Andere biobrandstoffen hebben de bekende nadelen, en elektrisch vliegen zie ik niet gauw gebeuren. De benodigde zonnepanelen en accu’s zijn te zwaar, en de verlengsnoeren te kort.”

Algenkerosine speelt dan ook de hoofdrol in zijn nieuwe project. ‟Met reisorganisatie TUI werken we aan een pilot op Bonaire. TUI bezit zes luchtvaartmaatschappijen en heeft de grootste vakantievloot van Europa. Ze vliegen veel op de Antillen en willen verduurzamen. Met geld van Economische Zaken, de EU en het NWO onderzoeken we de mogelijkheid van algenkweek op Bonaire, voor biokerosine en veevoer. Nevendoelstellingen zijn bewustwording over duurzaamheid van vakanties, en diversificatie van een eilandeconomie die voor 99,5 procent afhankelijk is van toerisme.”

Hij schetst een imaginair toekomstperspectief. ‟Bonaire is 8000 hectare. We gaan het natuurlijk niet doen, maar stel dat je de helft gebruikt voor algenteelt voor brandstof. We denken dat we daar in de toekomst uit 100 ton droge stof per hectare per jaar misschien 50 ton brandstof kunnen maken. Dat is 200.000 ton kerosine per jaar, precies genoeg voor de 2.136 retourvluchten van TUI. Nog wel duurder dan kerosine uit petroleum ja. Maar je moet ook dromen toch?”

Lozingen op zee

Het Bonaire-project laat goed zien welke keuzes en knelpunten op tafel liggen bij brandstofproductie uit algen. ‟Zoutwateralgen liggen voor de hand, vanwege het alom aanwezige zeewater. Wetenschappers zijn er nog niet uit of open of gesloten kweeksystemen de voorkeur verdienen, maar wij onderzoeken de laatste. Een gesloten systeem of bioreactor beperkt het risico van besmetting met andere organismen. De opbrengst is hoger en je kunt met meer algensoorten werken. Bovendien is Bonaire beschermd gebied, lozingen op zee zijn een no-go area vanwege het gevaar voor de biodiversiteit van niet-inheemse en eventueel genetisch gemanipuleerde algen; gesloten systemen bieden meer controle. ”

Helaas maken die gesloten systemen het productieproces ook weer een stukje duurder. De smalle buizen waarmee een bioreactor meestal werkt, zorgen voor hogere materiaalkosten. Ook temperatuurcontrole is een kostenopdrijver. Wijffels: ‟Bij meer dan 500 C gaan de meeste algen dood. In open systemen zorgt verdamping voor koeling, bioreactoren werken met energieslurpende warmtewisselaars. Daarom denken we voor Bonaire aan in zee drijvende systemen: gratis koeling.”

CO2-balans

Pijnpunt bij biobrandstoffen is dat de productie soms meer energie kost dan oplevert. Hoe zit dat bij algen? ‟Bij AlgaePARC ging er aanvankelijk twee keer meer energie in dan eruit kwam, inmiddels is die verhouding omgekeerd. Maar haalbaarheid veronderstelt twintig tot veertig keer meer.” En de CO2-balans? ‟Eén kilo algen kweken betekent twee kilo CO2 fixeren. Als je de olie eruit verbrandt, komt die weer vrij. Dat maakt het proces CO2-neutraal – afgezien van de emissies van het productieproces. Daar moet je dus energieverbruik verminderen.”

Ander aandachtspunt is de extra CO2 waarmee telers algen voeden om de productie te verhogen. Leidingen aanleggen van bronnen van kooldioxide – zoals rookgassen uit industrieschoorstenen – naar algenkweekplekken is duur. En bij voor voedseltoepassingen bedoelde algen is het zelfs ongewenst, omdat dat ongezuiverde kooldioxide is. Gezuiverd in tanks aanvoeren kan, maar is nog duurder. Wijffels verwacht veel van onderzoek naar directe opname en concentratie van CO2 uit de lucht. ‟Dan kun je stand-alone productiesystemen maken, vergelijkbaar met zonnepanelen. Dat werkt met schoorsteeneffecten en natuurlijke ventilatiesystemen, en kan tegen redelijke kosten.”

Zulke innovaties zijn een onderzoeksprioriteit. Een andere is verbetering van algenstammen door selectie en genetische modificatie, bijvoorbeeld voor een hoger vetpercentage. “Daarmee maak je nog grotere stappen. Gevaren? Alle economische activiteiten herbergen gevaren. Je moet kritisch kijken naar de veiligheidsrisico’s van genetische modificatie, maar ik zie meer kans dan gevaar. Je moet de risico’s afzetten tegen die van kolencentrales, van kernenergie. We moeten consumenten en milieubeweging bij die keuzes betrekken. En zij moeten beseffen dat we moeten kiezen.”