Het groene goud

Microalgen zijn een veelbelovende bron van biodiesel, ten minste als er fors in de productiekosten kan worden gesnoeid. In de tussentijd worden er allerlei andere lucratieve toepassingen bedacht. Van antirimpelcrèmes en margarines tot visvoer en afvalopruimer.

Onder felle tl-lampen hangt een rij met een tiental verschillend gekleurde plastic panelen. Het kleurenpalet van de flinterdunne waterzakken varieert van groen tot rood. Dat komt doordat verschillende soorten algen gebruikt zijn, en de kweekleeftijd verschilt. ‘Hier kijken we wat het effect is op de algengroei en de aanmaak van nuttige stoffen in functie van de hoeveelheid CO2 en voedingszouten zoals stikstof en fosfor die worden toegediend. Het dieet bepaalt grotendeels de aanmaak van de inhoudsstoffen’, zegt Mark Michiels van Proviron, een klein chemisch bedrijf bij Antwerpen. Dit bedrijf, dat onder meer remvloeistof maakt, begon in 2006 met onderzoek naar microalgen. ‘We maken al langer biodiesel van koolzaad, maar algen leken een veelbelovend alternatief. We zijn nog wel bezig met algen, maar niet meer met het doel er brandstof van te maken. Dat is nog veel te kostbaar en verre van rendabel.’

Voorlopig mikt Proviron op de markt van aquacultuur. Specifieke oliën en eiwitten van de Nannochloropsis-algen kunnen visolie en -meel vervangen in visvoer. ‘Met name jonge larfjes hebben baat bij omega-3 vetzuren waar algen zo rijk aan zijn. Er is 30 tot 40 procent minder sterfte. Algen in een latere kweekfase toedienen is voorlopig gekkenwerk. Dan zou de vis veel te duur betaald worden. We hopen daar natuurlijk verandering in te kunnen brengen’, aldus Michiels.

De hoge kostprijs van de algenkweek komt vooral door installatiekosten. ‘Zeker gesloten buissystemen van doorzichtig hard plastic zijn peperduur’, zegt Michiels. ‘Stel dat je 1 hectare wil aanleggen, dat is 10.000 vierkante meter. Elke meter is een uur werk à 50 euro. Dan zit je al op een half miljoen euro, voor de aanleg alleen al. En dan heb ik het nog niet over de materiaalkosten.’ Michiels en zijn collega’s hebben daarom zelf een goedkoper alternatief ontworpen: een vlakkeplaatreactor omgeven door een waterbuffer. De parallelle platen zijn gemaakt van dunne plasticfolie, dat uit één stuk bestaat. Het kan zo worden uitgerold. Een reactor telt 35 platen en is zeven meter lang. De panelen, die alleen onderaan vastzitten, worden rechtop gehouden door een omringende waterbuffer. ‘Niks geen dure verstevigingsstructuur, zoals bij rechtopstaande buizen of platen. Het water zorgt er tevens voor dat bij felle zon de temperatuur niet te hoog wordt, waardoor de algen zouden sterven. De ideale groeitemperatuur ligt tussen de 20 en 25 graden Celsius. Gesloten buissystemen moeten in de hoogzomer worden gekoeld met sproeiers. Bij ons hoeft dat niet.’ 

Hooge Maey

Een eerste pilotproject, met vijf reactoren, is net afgesloten. Deze zomer wordt het systeem opgeschaald tot 120 reactoren. De praktijkproef ligt op de site De Hooge Maey, een oude vuilnisbelt ten noorden van de stad Antwerpen. ‘Daar kan in de wintermaanden restwarmte aan worden onttrokken. Dat is nodig, want bij minder dan 15 graden staat de algengroei stil. Door rotting ontstaat in de storthoop methaangas, dat in omgebouwde dieselmotoren wordt verbrand om elektriciteit op te wekken. Bij dit proces komen CO2, NOx en warmte vrij. Bijkomend voordeel, maar dat is nog niet bewezen, is dat stikstofoxide in het rottingsgas voorkomt dat algen na verloop van tijd gaan aankoeken aan de wanden van de panelen.’

De opbrengst van afgelopen jaar was uitsluitend voor onderzoek. Dit jaar start de commerciële productie. De helft van die productie gaat naar viskwekers, de andere helft is al toegezegd aan een grote oliemaatschappij (‘Welke, dat kan ik niet zeggen’) die studie wil doen naar algendiesel. Proviron (foto) is op dit moment de enige algenkweker van België. 




Algenworst

Ook in Nederland is er nog maar een handjevol bedrijven die op kleine schaal algen kweken. Zij richten zich vooral op nichemarkten. Zo kweekt Ingrepro in het Gelderse Borculo algen in twee open vijvers, in totaal 4.000 vierkante meter. Grote schoepen houden de stroming op gang en de dagelijkse oogst is volautomatisch. Na het aftappen van de algensoep wordt die ingedikt en tot flinterdunne vellen gedroogd. De gedroogde algen, al dan niet tot kleine pellets samengeperst, zijn de basisgrondstof voor diverse algenproducten die het bedrijf aanbiedt. Onder meer lekkere tussendoortjes voor honden en paarden, rijk aan vitaminen en mineralen en omegavetzuren.

Kweekbedrijf LGem in het Brabantse Made produceert zeer hoogwaardige algenproducten in drie gesloten kweeksystemen van flexibele buizen in een kas, in totaal 1.000 vierkante meter. Als de algendichtheid hoog genoeg is, tappen medewerkers de donkergroene algensoep af. Een centrifuge slingert de algen uit het water en er blijft een dikke groene pasta over. Die wordt verkocht als levend concentraat of gevriesdroogd poeder. Voornaamste afnemer is de voedingssupplementenindustrie, met name richting Noord-Amerika. Sinds kort mikt LGem ook op de viscultuur.

Er komen diverse experimenten van de grond voor nieuwe toepassingen van algen. Zo is er op Texel een mosselzaadkwekerij om de bodem van de Waddenzee te behoeden tegen leegschrapen voor mosselzaad. Voor die mosselkweek op het land worden gekweekte algen gebruikt als voedsel.

De Stichting Zeeuwse Tong onderzoekt de mogelijkheid van binnendijkse viskweek in een gesloten kringloop: het afvalwater van de tongkweek dient als voedingsbron voor de kweek van kiezelalgen. Deze algen zijn op hun beurt weer voedsel voor schelpdieren. De eerste resultaten zijn veelbelovend. En in Oosterbeek staat een bedrijfje dat algen probeert te kweken op reststromen van de belendende papierindustrie en die algen ter plekke als voer wil gaan gebruiken voor visteelt. De uitwerpselen van de vissen (beekforellen) dienen eveneens als voer voor de algen. Er loopt een experiment in Sterksel, waarbij varkens worden gevoed met algen die bovenin de stal zijn gekweekt op de uitgescheiden CO2 en warmte van de varkens. Een worstfabrikant heeft aangetoond dat de gezonde vetzuren uit de algen terechtkomen in het varkensvlees. Binnenkort dus op de markt: algenworst.

In Vlaanderen is een vergelijkbaar onderzoek dat zich richt op verrijking van eieren met omega-3 vetzuren uit algen: het Flanders Food project Omega-Ei. Door het voer voor leghennen te mengen met algen neemt het vogellichaam dat gezonde vetzuur op, wat uiteindelijk terechtkomt in de eierdooier. De Vlaamse eierboeren hopen dat het ei hierdoor aantrekkelijker wordt voor de consument. In Leuven wordt gezocht naar de alge die hiervoor het meest geschikt is. ‘Van de circa 80.000 typen algen zijn er nog maar enkele tienduizenden beschreven door de wetenschap. Er is dus nog genoeg werk aan de winkel’, zegt René Wijffels, hoogleraar bioprocestechnologie aan de Wageningen Universiteit. Globaal bestaat de helft van een alge uit lipiden (vetten), de rest is verdeeld over eiwitten en suikers.
 

Vier euro per kilo
Voor de kweek in open vijvers wordt veelal Spirulina en Chlorella gebruikt. Twee extremofielen die tegen een stootje kunnen. ‘Dat moet ook wel, want er vliegt nogal eens een vogel over die wat in het water laat vallen. Bij een open vijversysteem heb je de groeiomstandigheden minder in de hand dan bij gesloten systemen.’ Van de wereldwijd geproduceerde 5.000 ton gedroogde algen komt 90 procent uit open vijvers. China en Japan zijn grootleveranciers. Alles wat je aan algen op internet kunt bestellen komt uit die landen.

Voornaamste wereldspelers voor gesloten systemen zijn Israël en de Verenigde Staten. Paradepaardjes zijn Nannochloropsis oculata, Haematococcus pluvialis en Isochrysis aff.galbana, alle drie rijk aan omega-3 vetzuren en antioxidanten, waaronder Astaxanthine, het pigment dat zalm roze kleurt. Deze algen vinden hun weg vooral naar de reformwinkels. Dunaliella salina wordt ingezet voor de productie van carotenoïden (antioxidanten) voor de cosmetische industrie (gezichtscrème die rimpels voorkomt) en als voedingssupplement. ‘Bedrijven die zich op zulke toepassingen richten, begeven zich in nichemarkten met hoge eindprijzen en missen daarom de drijfveer om goedkoper te produceren. Die drijfveer is er wel als je een bulkproduct als biodiesel wilt maken’, zegt Wijffels.

Zijn vakgroep houdt zich vooral bezig met het omlaag brengen van de productiekosten. ’Onze analyse laat zien dat produceren tegen totaalkosten van vier euro per kg algen mogelijk is. Dat kan zelfs dalen tot veertig cent na technologische verbeteringen en bij grootschalige productie, met een eenheid van 100 hectare, die niet in kassen plaats vindt, maar buiten waar het zonlicht beter te benutten is. Wanneer de nodige energie bij gesloten systemen, om water rond te pompen, zakt van de huidige 4 watt per m2 tot 1 watt per m2, dan is algendiesel competitief met andere brandstoffen’, aldus Wijffels.

De productiviteit kan volgens de algenexpert nog flink omhoog. Aan de opbrengst van open vijvers valt weinig meer te sleutelen, de daar behaalde dichtheden (enkele tiende gram per liter) komen aardig overeen met de natuurlijke situatie in open zee. Daarentegen is naar zijn idee bij gesloten systemen, die veel beter beheersbaar zijn dan vijvers, tot 5 gram algen per liter haalbaar, terwijl de kosten met 90 procent kunnen dalen. ‘Dat is te bereiken door op een zo klein mogelijke oppervlakte te zorgen voor een zo hoog mogelijke productie.’ 

Open of gesloten?

Hoe dat kan, wordt sinds medio vorig jaar onderzocht in het AlgaePARC in Wageningen. Op het terrein staan vier verschillende kweeksystemen. Het voordeel van de open vijvers of raceways waarin menging plaatsvindt met schoepenwielen, zijn de relatief lage investeringskosten. Nadeel is dat dit open systeem gevoelig is voor infecties, waardoor de keuze zich beperkt tot snel groeiende, robuuste soorten. Vijvers zijn weinig effectief in omzetting van zonlicht in energie (lees: biomassa), omdat hooguit slechts anderhalf procent van het zonlicht kan worden benut.

Dat percentage is theoretisch tien procent bij gesloten systemen, waarvan er drie staan opgesteld. Horizontale buisreactoren zijn productiever per vierkante meter dan een open vijver. Daarnaast is het makkelijk op te schalen door wat extra buizen aan elkaar te koppelen. Nadelen zijn de hoge lichtintensiteit die op de buis valt plus de enorme energiekosten voor het rondpompen van het water, wat de helft van de productiekosten bepaalt. Rondpompen is nodig om te voorkomen dat er ophoping van zuurstof ontstaat: te veel zuurstof is giftig voor algen. Bij verticaal opgestelde buisreactoren, die samen panelen vormen, speelt het probleem van te hoge lichtintensiteit minder, omdat ze in elkaars schaduw staan. Ook de productiviteit is hoger dan van de enkele laag buisreactor. Tot slot is er de vlakkeplaatreactor. Dat systeem vraagt minder water, waardoor minder energie kwijt is aan rondpompen. Vlakke platen zijn het meest productief. Er zijn dichtheden te behalen van 30 gram per liter. Minpunt hier is dat er veel elektriciteit nodig is om de algen in oplossing te houden. Daarnaast is extra veel CO2 nodig en is de opschaling lastiger. Wijffels: ‘We zoeken naar een optimale combinatie van de systemen. De variatie op de vlakkeplaatreactor zoals door Proviron ontwikkeld komt al aardig in de buurt.’ 

Niet alleen vetten

Wijffels ziet overigens alleen kansen voor biodiesel als er meer producten uit de algen worden gehaald. Voor de economische haalbaarheid van algendiesel moet het vetgehalte van de algen omhoog, onder meer door te zoeken naar soorten die meer lipiden bevatten. Maar alleen lipiden maken de algenkweek niet rendabel, zegt Wijffels. ‘Je zult er ook andere producten uit moeten halen door de alge net als olie te kraken.’

‘Vooral de eiwitfracties die oplosbaar zijn in water en daarmee geschikt voor de voedingsindustrie, zijn aantrekkelijk. Je zou wel gek zijn als je alleen voor de lipidenfractie gaat. Het is juist de combinatie van toepassingen en de synergie daartussen die algenkweek duurzaam en rendabel maakt.’ De Wageningse groep concentreert zich daarom niet alleen op verhoging van de productiviteit. Een Wageningse promovendus probeert algen te ‘dresseren’ om de juiste omega-3 vetzuren te leveren voor verwerking in margarines, die nu uit palmolie worden gewonnen en het milieu schaden. Een andere onderzoeker zoekt een manier om algen meer vetten te laten maken: een hongerdieet dat dikker maakt. En een derde onderzoeker wil weten welke pigmenten worden gemaakt door welke algen.

Algen bevatten een scala aan nuttige componenten. Er zijn de laatste jaren 15.000 nieuwe chemische verbindingen in algen ontdekt. Naast vetzuren zijn dat carotenen (pigmenten van geel tot rood) en andere kleurstoffen, antioxidanten, eiwitten en zetmeel. Al deze componenten zijn te gebruiken als grondstof door de chemische- en levensmiddelenindustrie.

In Leuven richt het onderzoek zich vooral op voeding. De universiteit doet mee aan een groot Europees onderzoek naar de toepassing van algenolie in voedingsproducten. Omega-3 vetzuren werken preventief tegen hart- en vaatziekten en kanker. Tevens spelen ze een belangrijke rol in de hersenontwikkeling van foetussen en jonge kinderen. ‘Belangrijkste bron is visolie. Maar daar kleven bezwaren aan, zoals de typische geur en smaak, mogelijke vervuiling met zware metalen en de druk van de visvangst op het milieu. Daarom is er gezocht naar alternatieven, zoals preparaten uit krill en de groenlipmossel. Het onderzoek vergelijkt de biobeschikbaarheid van omegavetzuren uit de verschillende bronnen met die uit algen’, zegt Annick Verween van het Vlaamse Algenplatform. Ze noemt het bizar om de gezonde vetzuren uit vissen te halen. ‘Want die vissen kregen die vetzuren binnen door zelf algen te eten. Je kunt dus een stap overslaan en direct zelf algen consumeren. Dan hoeven die vissen niet te sterven. En het product uit algen is bovendien veel zuiverder dan uit visolie.’

Geneeskunde 

In Gent wordt onder meer onderzocht hoe algen kunnen worden ingezet bij afvalwaterzuivering. ‘De algen kunnen groeien op stikstof en fosfor dat volop aanwezig is in het afvalwater. Hierdoor houd je niet alleen schoon water over, maar kun je de gekweekte algen als meststof op het land strooien. Een andere landbouwtoepassing zijn algen als schimmeldodend middel strooien op golfvelden.’

Het lastigste is om farmaceutische producten te maken uit algen. ‘Die toepassing is nog het verste weg’, weet Verween. ‘Sommige algen zouden antiviraal, anti-ontstekend of tumorremmend zijn. Maar de zoektocht naar de verantwoordelijke bio-actieve stoffen in algen is zoeken naar een speld in de hooiberg. Bij planten is dat veel makkelijker, omdat je bijvoorbeeld weet dat een bepaalde stam in Afrika de plant gebruikt tegen een of andere kwaal. Dan kun je gericht zoeken, maar bij algen niet.’

Dat zoekproces kan worden bekort door het erfelijk materiaal van algen te veranderen. In Europa mag dat (nog) niet. In de Verenigde Staten gebeurt dat volop. Daar kiest men voor genetische manipulatie van algen om therapeutische eiwitten te maken. Bijvoorbeeld door het gen voor een menselijk groeihormoon in een alge te zetten. Medicijnen tegen kanker en een vaccin tegen malaria zitten inmiddels in de klinische fase.