Algenreactor klaar voor ­opschaling naar industriële productie

Tekst: Pieter van den Brand

Hoogleraar bioprocestechnologie René Wijffels gaat voorop naar de kassen van AlgaePARC. De proeffabriek in het Gelderse Bennekom dicht bij de campus van Wageningen Universiteit & Research herbergt twee manshoge rijen met een uitgestrekt netwerk van horizontale buizen, waar een donkergroene vloeistof doorheen walst. De algenreactor bevat authentiek zeewater (1.700 liter).

Zoutwater alg fotobioreactor

In de transparante glazen buizen stroomt de Nannochloropsis rond. “Een zoutwateralg”, legt Wijffels uit, “die volop vetzuren bevat die je uit kunt persen tot olie. Een ideaal alternatief voor palm- en visolie.”

Op de grond, enkele meters voor de fotobioreactor, staat de voorkweekreactor. De doeken op de reactor (inhoud: 300 liter) ogen wat primitief, maar moeten voorkomen dat de jonge alg aan een te hoge lichtintensiteit wordt blootgesteld. Licht is het belangrijkste aspect voor de alg, doceert Wijffels. Voor het groeiproces van de alg (in chemietaal ‘fotosynthese’) zijn naast licht alleen nog CO2 en stikstof en fosfaat als voedingsstoffen nodig. “We gebruiken daar in onze reactor gewoon kunstmest voor”, zegt Wijffels.

Pionieren met algenproductie

Het huidige AlgaePARC is versie 2.0. Bij de start in 2011 lag de nadruk op onderzoek naar de verschillende productietechnieken die zich aandienden. Buiten werden open algenbassins en gesloten reactorsystemen beproefd, met horizontale en verticale buizen. “We wilden zoveel mogelijk technieken het hele jaar door testen. We waren echt aan het pionieren”, zegt Wijffels. “Inzicht in het energie-, water- en CO2-verbruik en de brede milieuvoetafdruk was cruciaal. Het rendement en de kosten van technieken zijn bepalend voor het verdere succes.”

Horizontaal buizenstelsel

Sinds 2019 vindt het onderzoek alleen nog binnen in het kassencomplex plaats. “De meest efficiënte techniek qua energie-input en productievolume hebben we in beeld”, wijst Wijffels naar de algenreactor met zijn horizontale buizenstelsel. “Ook de juiste dikte van de buizen hebben we in de smiezen. Deze dunne buizen presteren het beste. Zo realiseer je het grootste oppervlak en vangen de algen het meeste licht.”

Startups

Subsidies vanuit de overheid en de EU maken het mogelijk de proeffabriek binnenkort uit te breiden. Het doel is jonge mkb-bedrijven van de faciliteiten van AlgaePARC te laten profiteren om hun ideeën te testen, zonder dat ze zelf in infrastructuur hoeven te investeren. De bedrijven Algreen (kweek- en verwerkingstechnieken) en FUMI (eiwitextractie) zijn al van de partij, maar het aantal deelnemende startups zal snel groeien, verwacht Wijffels.

“Vanwege hun hoge gehalte aan eiwitten en olie staan algen steeds scherper op het netvlies van de levensmiddelenindustrie, die nu omziet naar duurzame plantaardige alternatieven. Eromheen zie je een nieuw ecosysteem van techbedrijven en toeleveranciers ontstaan.”

Olie, eiwitten, pigmenten

Naast uitbreiding van de algenreactoren wordt de proeffabriek verrijkt met technologie voor de verwerking en extractie van de algen voor het winnen van olie, eiwitten en pigmenten. In een hoek van de proeffabriek staat een decanter voor de eerste ontwatering van de algenmassa. In een doos verderop is recent een homogenisator afgeleverd.

Dit apparaat is bedoeld om de celstructuur van de alg te ontmantelen om de begeerde olie en eiwitten te kunnen oogsten. Daar komen later membraan- en extractiesystemen bij voor het winnen van respectievelijk eiwitten en olie. “Er zijn nu verschillende leveranciers wereldwijd die reactoren bouwen. Tien jaar geleden was er nog helemaal niets”, vertelt Wijffels.

“De technologie voor het verwerken en oogsten van de ingrediënten is eveneens beschikbaar. De enige bottleneck is de schaal. Dankzij de doorontwikkeling van de technologie ligt de kostprijs nu rond de 30 euro per kilo droge stof. We hebben berekend dat als je algen op een oppervlak van honderd hectare produceert, de prijs naar zo’n drie euro de kilo gaat. Zaak is nu de partijen te vinden die in de opschaling van technieken willen investeren.”

Chlorofylgehalte verlagen

De groene kleur, veroorzaakt door chlorofyl in de alg, leek een obstakel, maar is dat allang niet meer, geeft Wijffels aan. “Met de ontwikkelde technieken is het mogelijk het chlorofylgehalte te verlagen en witte of gele eiwitten te winnen. Het eiwit is in feite al kleurloos, maar het chlorofyl is geen obstakel meer.”

__________

De 5 sterke punten van microalgen

1. Er zijn wel 200.000 soorten algen, die allemaal sterk verschillen in voorkomen, groeivormen en eigenschappen. Het zeewier op het strand en aan de kust zijn macroalgen. Microalgen zijn tussen de 0,001 en 0,05 mm groot. Enkele tientallen algensoorten worden voor ­commerciële doeleinden gekweekt, zoals Chlorella en Spirulina. Bij deze twee ­bekende soorten gaat het vooral om het ­winnen van eiwitten (proteïnen).
2. Het onderscheidende van algen is dat ze naast eiwitten het hele ­palet aan aminozuren en omega-vetzuren (3, 6 en 9) bevatten, wat de ­voedingswaarde flink verhoogt. Algen zijn zowel geschikt in humane voeding (neem de ‘algenburger’) als in veevoer. Gedroogd is de alg populair in voedings­supplementen.
3. Microalgen bevatten pigmenten, bijvoorbeeld het roodgekleurde ­astaxanthine en een blauwe ­kleurstof uit de spirulina-alg die al in ­voedingsproducten wordt toegepast.
4. Potentie om in korte tijd veel meer biomassa te produceren dan elke andere biomassasoort, op een klein landbouwareaal.
5. AlgaePARC gebruikt een fototrofe techniek die de alg doet groeien met zon- of kunstlicht. Daarnaast bestaat een heterotrofe proces met fermentatie. De alg groeit dan op suikers. De voedingsindustrie is hier druk mee, want ze heeft veel ervaring met dit soort processen. De toepassing van (riet)suiker maakt het product minder duurzaam dan de algenkweek op licht. Opschalen van het fermentatieproces is de grote uitdaging om het product betaalbaar te maken. Het omega 3-product uit fermentatieprocessen wordt al wel in zalmvoer gebruikt.