Nederland loopt voorop in het onderzoek om van algen en zeewier biodiesel te maken. Maar lukt het om dit commercieel rendabel te doen, en is het nog wel nodig in tijden van elektrificering?
“Het gerucht gaat dat Exxon meer geld aan de pr-campagne rond algen uitgeeft dan aan het onderzoek zelf […]” De tweet eind november van Derk Loorbach van onderzoeksinstituut Drift, is een reactie op de reclamecampagne van het Amerikaanse olie- en gasbedrijf over de ontwikkeling van biodiesel op basis van algen.
Al maandenlang adverteert ExxonMobil in Nederland over de nieuwe onderzoeksfase die het bedrijf in een gezamenlijk programma met partner Synthetic Genomics eerder dit jaar is gestart naar algen als biobrandstof. Doel is om rond 2025 dagelijks 10.000 vaten algenbiobrandstof te produceren.
Greenwashing
Greenwashing volgens critici, maar voor ExxonMobil een serieus CO2-arm alternatief voor de toekomst. Het bedrijf investeerde sinds 2009 niet voor niets honderden miljoenen dollars in de samenwerking met Synthetic Genomics om algenbrandstof te ontwikkelen. Dat bedrijf is opgericht door Craig Venter, de wetenschapper die voor het eerst het menselijk genoom in kaart bracht.
Het Texaanse olieconcern staat niet bekend om zijn grote investeringen in hernieuwbare energie als wind en zon, maar gelooft met algen wel een potentiële CO2-arme technologie in handen te hebben die op grote schaal commercieel kan worden geproduceerd.
Want dat is een belangrijke vereiste voor het bedrijf. “Waar kunnen we het verschil maken? Welke energietechnologie is duurzaam, schaalbaar en in alle delen van de wereld beschikbaar en betrouwbaar?”, zegt Bart Vermeulen, verantwoordelijk voor communicatie en overheidsrelaties van ExxonMobil in de Benelux.
“Wind- en zonne-energie zijn al belangrijke bronnen van duurzame energie geworden. Bovendien vloeit daar al genoeg geld naar toe”, aldus Vermeulen. “Daarnaast zien wij dat vloeibare brandstoffen nog decennia lang zullen worden gebruikt, vooral in zwaar transport en zee- en luchtvaart. Dan is het logisch na te denken hoe we die zo duurzaam mogelijk kunnen maken. Bovendien zal de chemie de komende decennia sterk groeien en kunnen algen in de toekomst ook als voedingsgrondstof dienen voor chemieproducten.”
ExxonMobil
ExxonMobil is een van de grootste chemiebedrijven ter wereld. Het Amerikaanse bedrijf werkte aanvankelijk ook samen met Wageningen Universiteit, maar ging na afloop van dat onderzoeksprogramma in 2016 verder met het onderzoek samen met twee Amerikaanse universiteiten en Synthetic Genomics. “Het belangrijkste algenonderzoek doen we vooral met Synthetic Genomics”, aldus Vermeulen.
“Onze samenwerking met Synthetic Genomics is een belangrijke pijler binnen ons bredere onderzoeksprogramma naar technologieën die minder CO2-uitstoot veroorzaken om zo het risico van klimaatverandering te verminderen”, aldus Vijay Swarup, vice-president bij ExxonMobil Research and Engineering Company in een persverklaring. “De nieuwe buitentestfase is een belangrijke stap om een traject te bepalen naar commerciële productie.”
Algaeparc Wageningen
En hoewel er voortgang wordt geboekt, duurt het nog vele jaren voordat het zover is. Net als bij bijvoorbeeld wind op zee, moeten de productiekosten van algenbiobrandstof de komende jaren namelijk nog hard omlaag worden gebracht om van algenkweek een commerciële activiteit te maken. “De doelstelling is om de productiekosten over ongeveer 10 jaar terug te hebben gebracht tot €0,50 per kilo. Nu zitten we nog op ongeveer € 1”, zegt Maria Barbosa, universitair hoofddocent bioprocestechnologie aan de Wageningen Universiteit.
Zij doet onderzoek naar de kweek van algen in het publiek-private onderzoeksproject Algaeparc in Wageningen, waar de kennis en technologie wordt ontwikkeld die nodig is om op grootschalige wijze rendabel microalgen te telen als grondstof voor voedsel, veevoer, brandstof en chemicaliën.
Algaeparc is wereldwijd de eerste locatie waar verschillende algenkweeksystemen gedurende het hele jaar met elkaar vergeleken kunnen worden onder identieke omstandigheden. “We werken heel nauw samen met het bedrijfsleven om de productiviteit te verhogen en de kosten te verlagen”, aldus Barbosa. Die samenwerking gebeurt onder andere in bilateraal onderzoek, zoals met reisorganisatie Tui op Bonaire of met olie- en gasconcern Total.
“De verwachte productiviteit van algen is groter dan die van koolzaad of palmolie. Je kunt ze dichtbij kweken, je hebt geen zoet water nodig en het concurreert niet met de landbouw”
Maria Barbosa, universitair hoofddocent Wageningen Universiteit
Juiste algenstam
Het vinden en ontwikkelen van de juiste stam algen is een van de belangrijkste aandachtsgebieden. “Dat doen we onder andere door de beste algen met elkaar te kruisen en zo een betere stam te ontwikkelen, maar ook door genetische modificatie van de algen”, legt Rick Wieggers, operationeel manager van Algaeparc uit tijdens een rondleiding langs meterslange doorzichtige buizen, waar water met algen traag als golven wordt voortgestuwd.
Niet alleen de stam is van belang voor de uiteindelijke productiviteit, maar ook bijvoorbeeld het moment van oogsten. “Maar de grootste uitdaging die we hebben, is het opschalen”, zegt Barbosa.
De ontwikkeling van algen vindt plaats door een algenstam in water op te kweken en vervolgens langzaam in meterslange doorzichtige buizen te laten stromen. “We moeten ervoor zorgen dat de algen altijd in beweging zijn. Anders zakken ze naar de bodem. Bovendien willen we dat alle algen gelijkmatig worden blootgesteld aan licht, voor een optimale groei”, zegt Wieggers.
Kweken in gecontroleerde labomstandigheden heeft het voordeel dat de productiegroei kan worden geoptimaliseerd en besmetting kan worden voorkomen, maar het vergt ook veel energie. Uiteindelijk verwachten onderzoekers dat de kweek zal gaan plaatsvinden in enorme vijvers waar natuurlijk zonlicht zijn werk kan doen en geen energie nodig is om de ideale watertemperatuur te bereiken. Plekken rond de evenaar lijken het meest geschikt. “In Nederland zullen we geen grootschalige algenkweek gaan opzetten”, denkt Barbosa. “Maar Nederland kan wel een belangrijke rol gaan spelen als technologie-ontwikkelaar.”
Obese alg
De vraag doemt op waarom zoveel onderzoek wordt gedaan naar algen, als er al andere biobrandstoffen commercieel in gebruik zijn en meetellen voor de duurzame inrichting van een land? “Algen hebben een aantal grote voordelen”, legt Barbosa uit. “De verwachte productiviteit van algen is een stuk groter dan bijvoorbeeld koolzaad of palmolie. Je kunt het ook dichterbij het eindgebruik kweken, hebt geen zoet water nodig en is daardoor veel duurzamer dan bijvoorbeeld palmolie of koolzaadolie. Het concurreert niet met landbouwgrond voor voedselproductie.”
De heilige graal lijkt het vinden van een algenras met veel olies en daardoor een hoge productiviteit om er biobrandstof van te maken. ExxonMobil claimt zo’n ‘obese’ alg nu te hebben ontwikkeld. Vorig jaar modificeerde het bedrijf samen met zijn partner Synthetic Genomics een algenstam zodanig dat het oliegehalte meer dan verdubbelde.
De nieuwe alg bestaat voor 40% uit olie, aldus de onderzoekers die hun vinding in Nature Biotechnology publiceerden. De doorbraak kwam naar eigen zeggen tot stand door gebruik te maken van de gentechniek Crispr-cas, waarmee gericht kenmerken in het DNA kunnen worden aangepast.
Ook in Wageningen ontwikkelen ze algenstammen op basis van deze techniek. Een belangrijke doorbraak was ook dat de verdubbeling van het oliegehalte tot stand kwam zonder dat de algengroei aanzienlijk werd belemmerd “één van de grootste uitdagingen op weg naar een commerciële schaalbaarheid”, aldus ExxonMobil.
“We gaan nu de algenrassen die in het lab en in de kassen van SGI zijn ontwikkeld buiten verder ontwikkelen en proberen op te schalen. Daarvoor moeten we hectares aan kweekvijvers gaan bouwen, zodat we in 2025 1,6 miljoen liter algenbiodiesel kunnen produceren. Dat praat je over een hele grote fabriek.”
Behoefte aan biobrandstoffen?
De vraag is echter of er nog wel behoefte is aan (bio)brandstoffen over enkele decennia. Steeds meer landen hebben plannen om de verkoop van brandstofauto’s te verbieden. Elektrische auto’s en/of waterstofauto’s lijken op dit moment de beste kaarten in handen te hebben om de markt te veroveren.
“Er zal altijd vraag blijven bestaan naar brandstoffen”, denken zowel Barbosa als Vermeulen. “Vliegtuigen, de scheepvaart en zwaar transport zullen niet zo makkelijk te elektrificeren zijn. Daar zullen biobrandstoffen zeker een grote rol blijven spelen”, zegt Barbosa. De wereldwijde vraag naar transportgerelateerde energie zal volgens ExxonMobil tot en met 2040 naar verwachting met ongeveer 25% toenemen.
Daar komt bij dat algen niet alleen een belangrijke grondstof zij voor biobrandstoffen, maar ook andere nuttige bestanddelen hebben. Zo wordt het pigment van algen al gebruikt in de voedingsindustrie. De blauwe M&M’s bijvoorbeeld danken hun kleur aan pigment van algen. Verder worden de vetzuren gebruikt voor visvoer en zijn algen geschikt om er bioplastics van te maken.
“Het einddoel van de ontwikkeling van algen is bulkchemieproducten en biobrandstoffen. Maar tot het zover is zal eerst geld worden verdiend met hoogwaardige producten op basis van algen”, denkt Barbosa.
Zeewier: niet de vetten maar de suikers
Microalgen zijn zeer kleine plantachtige organismen, die niet met het blote oog zichtbaar zijn. Ze hebben geen wortels of bladeren. Samen met de macroalgen (zeewier) en ‘echte’ waterplanten maken ze deel uit van de zogenoemde aquatische biomassa.
Er vindt niet alleen onderzoek plaats naar microalgen voor biobrandstoffen. Ook de macro-variant staat in de belangstelling van onderzoekers. In november opende onderzoeksinstelling ECN-TNO in Petten hun zeewierlaboratorium. Het is het eerste laboratorium dat zich op deze schaal (50 kilo zeewier per dag) helemaal richt op zeewierverwerking.
In deze faciliteit die nu nog bestaat uit één enkele lijn kunnen de essentiële processtappen die nodig zijn voor de omzetting van zeewier naar brand- en grondstoffen worden ontwikkeld. Het zeewier wordt uit elkaar gehaald en gesplitst in suikers, eiwitten en mineralen waarna deze worden opgewerkt tot halffabricaten. Dit vormt de opstap naar een verdere uitbreiding van de R&D infrastructuur voor het ontwikkelen van technologie voor de productie van biobrandstoffen op basis van vergassing en bioraffinage.
TNO is optimistisch over het langetermijnpotentieel van zeewier. “Potentieel kan zeewier in 10% van de totale Nederlandse energiebehoefte voorzien door op 9% van het Nederlandse deel van Noordzee (ongeveer 5000 vierkante kilometer, red.) zeewier te gaan kweken”, zegt Jaap van Hal van TNO tijdens een rondleiding door het lab.
In tegenstelling tot algen, waar de biobrandstof op basis van vetten in de alg worden gemaakt, worden uit zeewier de suikers verwerkt tot alcohol en biobrandstof. “Zeewier heeft een aantal voordelen”, zegt Van Hal. “Je hebt geen extra meststoffen nodig om het zeewier te produceren en het groeit snel.”
Waar de kweek van algen naar verwachting gaat plaatsvinden in grote warme regio’s in de wereld, ziet Van Hal grote kansen voor de kweek van zeewier in de Nederlandse Noordzee. De teelt kan ook prima samengaan met de ontwikkeling van grote windparken op zee. Het verklaart ook de interesse van offshorebedrijven als Damen en Van Oord die samen met kennisinstellingen en overheden samen in Stichting Noordzeeboerderij de zeewiersector in Nederland verder willen ontwikkelen.
“Door zeewiervelden aan te leggen bij windparken zou je de stroming binnen die parken kunnen verminderen. Dat vinden de ontwikkelaars van windparken heel prettig, omdat kabels daardoor minder diep in de bodem hoeven te worden ingegraven. Dat scheelt enorm in de kosten”, aldus Van Hal.