Uit WikiMobi
Spirulina farm.jpg
60.492 bytes
Algen.jpg
84.967 bytes
Aquatische biomassa bestaat uit plantaardig of dierlijk materiaal dat zich in water gevormd heeft. Dit zijn bijvoorbeeld algen en wieren. Algen en wieren zetten rookgassen en afvalwater om in biomassa. Bron: Ministerie van Economische Zaken Van algen kunnen veel producten worden gemaakt. Afhankelijk van de algensoort worden hoogwaardige componenten voor farmacie, voeding en cosmetica geproduceerd. Ook kan men koolwaterstofketens en lipiden (vetachtige stoffen) voor energieproductie uit de algen verkrijgen.
Meer informatie over: Biobrandstof uit algen
The media player is loading...
In de jaren '50 begon de ontwikkeling van algenkweeksystemen. Algen werden toen onderzocht als een alternatieve eiwitbron voor de toenemende wereldbevolking. Tijdens de energiecrisis in de jaren '70 begon het onderzoek van algen als een bron van hernieuwbare energie. De focus lag vooral op de microalgen in watersystemen op land. Ook was er veel onderzoek gedaan naar de verwijdering van algen, als plaag, in nutriëntrijk water en de inzet van algen in waterzuiveringtechnieken. In de jaren '80 begon onderzoek naar de mogelijke kweek en inzet van zeewieren op open zee. Pas sinds enkele jaren is er volop aandacht voor algen als energiedragers die ingezet kunnen worden voor de transitie naar duurzame energiebronnen. Dit komt met name door hun snelle groei en relatief hoge opbrengsten per hectare. De aandacht is met name gericht op de beheersbaarheid van micro-algen kweeksystemen op land. Recentelijk komt er ook steeds meer aandacht voor de grootschalige potentie van zeewieren op zee en hun bijdrage aan een zogenaamde bio-based economy. Dit is de economie waar biomassa wordt toegepast voor non-food artikelen zoals bijvoorbeeld brandstof, materialen, elektriciteit en warmte.
De meest interessante biobrandstoffen uit algen zijn momenteel biodiesel, biomethaan en bioethanol.
Inhoud |
Definitie en algemene beschrijving
Aquatische biomassa omvat plantaardig en dierlijk materiaal dat in zout of zoetwater is gevormd. De groep aquatische biomassa bestaat naast waterplanten voornamelijk uit micro-algen en zeewieren (macro-algen). Veelal wordt er kortweg gesproken over algen. Algen zijn een groep van relatief eenvoudige, plantachtige organismen. De verzamelterm algen omvat meer dan 80.000 soorten, die variëren in grootte van micrometer eencelligen tot 65 meter macroalge zeewieren. Ze groeien over het algemeen in zoet- of zout water, hoewel verschillende soorten zich hebben aangepast zodat ze kortere of langere tijd zonder water kunnen overleven. Algen dragen wereldwijd via fotosynthese voor meer dan 70% bij aan de zuurstofproductie door CO2 en andere nutriënten zeer efficiënt om te zetten. Bron: (wordt z.s.m. geplaatst)
Voor de productie en manipulatie van micro-algen naar biodiesel wordt er onderscheid gemaakt tussen open en gesloten kweeksystemen.
Open systemen: Het meest bekende en meest eenvoudige openlucht algenkweeksysteem is de ondiepe vijver (raceway pond). De grootte van de kweekvijvers variëren van een paar m2 tot 250 ha.
Naast licht is CO2 de voornaamste voedingsbron voor algen. Verder zijn nutriënten als nitraten, fosfaten en zouten nodig voor de groei. Licht en CO2 zijn de beperkende factoren voor de groei van algen. Doorstroomsnelheid via een peddelwiel, regelmatig oogsten, en eventuele toevoeging van vloeibare CO2 aan het watermilieu kunnen opbrengsten verhogen. Na het oogsten vinden verschillende conversiestappen plaats, zoals centrifuge, olie-extractie uit de alg en verestering van de olie naar biodieselspecificaties. Uit het algenpersresidu kan via vergisting biomethaan geproduceerd worden.
Open kweeksystemen zijn relatief makkelijk te realiseren en afhankelijk van nutriëntinput en doorstroomsnelheid ook beperkt in energieverbruik. Gemiddelde opbrengsten uit een dergelijk systeem liggen rond de 45 ton droge stof per hectare per jaar, wat grofweg 200.000 liter olie per jaar oplevert. Nadeel is de ontvankelijkheid van het open systeem voor verontreiniging van buitenaf door bijvoorbeeld sporen van andere algen en plantensoorten. Ook is de invloed op kweekcondities beperkt.
Gesloten systemen: Om de algen nog beter te manipuleren wordt momenteel ook veel onderzoek gedaan naar gesloten kweeksystemen. Kweekcondities zoals temperatuur-, nutriëntentoevoer en -opname, gasuitwisseling en behouden van de monocultuur kunnen worden opgevangen door het afsluiten van een open systeem met doorzichtig materiaal of een kas. Ook kan er, bijvoorbeeld ’s nachts, extra belicht worden. Met deze methode kan er op relatief klein landoppervlak een hoge opbrengst worden bereikt. De zogenaamde bioreactoren zijn hiervan een voorbeeld.
Gesloten systemen hebben vaak een zeer hoog energieverbruik door extra belichting, pompsystemen voor doorstroomsnelheid en extra nutriëntentoevoer. Ook zijn ze in aanschaf duurder dan open systemen, zeker als grotere oppervlakten of productiehoeveelheden worden nagestreefd. Conversiestappen naar biodiesel zijn voor het gesloten systeem in beginsel gelijk aan die van het open systeem.
Meer informatie over: gesloten systeem
The media player is loading...
Hybride variant: Gezien de beperkingen van beide kweeksystemen, wordt er nu ook gekeken naar hybride systemen. Hierin wordt een specifieke algensoort in een gesloten reactor gekweekt die sterk genoeg is en de beste eigenschappen heeft voor een exponentiële groei in de open vijvers. Een voorbeeld is Cellana, een joint venture van Shell en HR BioPetroleum. Meer informatie over: Cellana
Grondstoffen en leefomgeving
Gebruik grondstoffen
Aquatische biomassa heeft als voordeel dat het vrijwel overal gekweekt kan worden, dit in tegenstelling tot biomassa dat vruchtbare landbouwgrond nodig heeft om te groeien. Aquatische biomassa kan daarom geproduceerd worden zonder te concurreren met voedsel. Bovendien is voor veel algensoorten geen zoet water vereist en kunnen zelfs nutriëntrijke afvalwaterstromen (o.a. stikstof en fosfor) en rookgassen (o.a. ook CO2 en NOx) gebruikt worden voor de kweek.
Emissies
Er zijn analyses gedaan naar de broeikasgasbalans van algen-naar-biodiesel systemen. Bij open kweeksystemen is de broeikasgasbalans van biodiesel uit algen veel gunstiger (vanwege lager energieverbruik) dan van conventionele biodieselsoorten. Bron: Ecofys VROM rapport 2008, FAO rapport Ecofys 2009.
Volgens een onderzoek van de Universiteit van Virginia veroorzaakt het produceren van algen meer broeikasgassen dan het maken van andere biobrandstoffen. Bron: University of Virginia
[Draag bij aan het uitwerken van dit onderwerp, deze tekst graag aanvullen met informatie over: emissies]
Omgevingsbelasting
Volgens een onderzoek van de Universiteit van Virginia, gebaseerd op de resultaten van algenkwekerijen van de afgelopen tien tot vijftien jaar, kost het produceren van algen meer energie, veroorzaakt het meer uitstoot en verbruikt het meer water dan bij de productie van andere biobrandstoffen, zoals prairiegras, koolzaad of graan. Het zou volgens de onderzoekers beter zijn om algenkwekerijen te combineren met afvalwaterzuiveringsinstallaties met een overschot aan fosfor en stikstof. Ondanks de relatief grote milieubelasting kunnen algen een aantrekkelijke biobrandstof zijn, want er is geen concurrentie met andere landbouwgewassen en bovendien hebben ze een hogere energie-inhoud dan gewassen als graan of switchgrass, aldus het onderzoek. Bron: University of Virginia
Toekomst
In Nederland zou men micro-algen kunnen kweken in combinatie met grote CO2 bronnen zoals kolencentrales en industrie.
Meer informatie over: Eerste Nederlandse bedrijf dat biomassa uit algen kweekt
The media player is loading...
Ook is er toepassing mogelijk bij de waterzuiveringbedrijven. Het grote potentieel ligt echter op open zee. Als men bijvoorbeeld macro-algen weet te kweken in combinatie met offshore windparken. Bron: Ecofys VROM studie 2008.
Politiek, sociaal en economische factoren
Politieke en sociale factoren
Er zijn zowel voor- als tegenstanders voor aquatische biomassa.
Voorstanders noemen onder andere voordelen t.o.v. biomassa van het land. In tegenstelling tot het verbouwen van bijvoorbeeld maïs als biobrandstof is er bij biomassa uit water geen landbouwgrond en kunstmest nodig en kan de energieopbrengst tot 200 keer die van bijvoorbeeld maïs zijn. Algen zijn de snelst groeiende plantensoort op aarde.
Meer informatie over: voorstanders.
Tegenstanders noemen de onvolledige informatievoorziening van bedrijven die aquatische biomassa produceren. Het is bijvoorbeeld niet duidelijk hoeveel energie het kost om algen te kweken. Ook zouden de grondstoffen die gebruikt worden concurreren met de voedselvoorziening.
Meer informatie over: tegenstanders.
Economische factoren
Algen worden, met name in Azië, al wel commercieel gekweekt voor voedsel. Biobrandstof uit algen is momenteel nog te duur vergeleken met andere duurzame energiebronnen en de opbrengsten zijn te laag vergeleken met de hoogwaardigere producten die men uit algen kan halen. De technologische ontwikkeling moet nog een sterke groei doormaken om biobrandstoffen uit algen te laten concurreren met andere duurzame bronnen. Vergeleken met conventionele biomassagewassen moet er nog veel kennis worden opgedaan op het gebied van soortenveredeling, groeicondities, manipulatie en optimalisatie van de kweek.
In het rapport Van Iersel en Ecofys, 2007, wordt een prijsrange gegeven voor PPO (Puur Plantaardige Olie) gekweekt uit microalgen in open vijver op land van 0,80 tot 1,80 €/l PPO.
Ecofys heeft de kosten per ton droge stof van de beschikbare aquatische biomassa in kaart gebracht:
Set 1: Microalgen in open vijver op land
Set 2: Microalgen in plastic zakken op zee
Set 3: Wierenkweek in horizontale lijnen bij windparken op zee
Set 4: Wierenkweek in ringstructuren op zee
Set 5: Wierenkweek in verticale lijnen heel dichtbij kust
Set 6: Drijvende wierenkweek in open zee
Op basis van deze gegevens heeft Ecofys set 2 en 4 uitgesloten in verdere potentieelberekeningen.
Productiekosten van algen zijn hoog. In onderstaande tabel zijn de productiekosten per hectare voor algen geteeld voor hoogwaardige toepassingen in een open systeem weergegeven in vergelijking met de kosten van suikerbiet. De kosten van algen zijn 30-40 keer hoger dan van suikerbiet.
| Algen | Suikerbiet | |
|---|---|---|
| Energie | Energie 150 MWh elektriciteit €15.000 | 500 liter diesel €500 |
| Zuiver CO2 | €15.000 | - |
| Kunstmest/bestrijding | €3.500 | €300 |
| Zuiver water | €20.000 | - |
| Andere | (onderhoud) €3.000 | (zaaigoed) €300 |
| Totaal | €106.500 | €1.600 |
| Opbrengst | 30 ton | 5 ton |
| Kostprijs biomassa | €3.550 ton‐1 | €106 ton‐1 |
Bron: Inventarisatie aquatische biomassa Ministerie van Economische Zaken
Kengetallen
Klimaatverandering
Er is nog geen eenduidige kennis over de emissies bij de productie en het gebruik van algen voor biobrandstof. Verschillende rapporten komen met tegengestelde resultaten.
Leefomgeving
Aquatische biomassa maakt geen gebruik van landbouwgrond in tegenstelling tot andere biomassa. Ook benutten algen CO2 en NOx uit rookgassen of stikstof en fosfor uit afvalwater. Het is anders kostbaar en moeilijk om deze stoffen te verwerken.
Kosten
In vergelijking met andere biomassa zijn de kosten 30-40 keer zo hoog.
Tijd
Het grote potentieel aan aquatische biomassa ligt bij het kweken van macro-algen op open zee.
Hernieuwbaarheid
Algen zijn de snelst groeiende gewassen op aarde.
Toelichting
Het potentieel aan aquatische biomassa is groot maar de technieken staan nog in de kinderschoenen en de kosten zijn momenteel nog te hoog voor commerciële toepassing.
Extra informatie en interessante ontwikkelingen
Links
Rapporten
- Inventarisatie aquatische biomassa Senternovem: http://www.senternovem.nl/mmfiles/Rapport%20-%20Inventarisatie%20aquatische%20biomassa%20juli%202009_tcm24-316720.pdf
Organisaties en bedrijven
- Programma Aquatische Biomassa van Agentschap NL: http://www.senternovem.nl/energietransitie/innovatieagenda_energie/programma_aquatische_biomassa.asp
- Nederlandse vereniging voor Energie uit Water (EWA): http://www.energieuitwater.nl/
- biodiesel Algae Oil: http://www.oilgae.com/
- Europese Algen Associatie: http://www.eaba-association.eu/
- Aquaphyto, Nederlandse producent aquatische biomassa: http://www.aquaphyto.com/
- Ingrepro, Nederlandse producent aquatische biomassa: http://www.ingrepro.nl/
Overige links
- Film: Ideeën prijsvraag creëren van grote hoeveelheden biomethaan uit algen in de oceaan: http://www.oilgae.com/videos/watch/29/X-Prize-biomethane-from-algae/
Well to Wheel
De informatie in dit artikel heeft betrekking op de volgende Well to Wheel analyses:
