Algen: onverwachte bondgenoten in de strijd voor een circulaire toekomst

Veel afgelegen eilanden hebben een gemeenschappelijke uitdaging: ze zijn nauwelijks zelfvoorzienend. Talloze noodzakelijke producten – van voedingsmiddelen tot brandstoffen – moeten van overzee worden aangevoerd. Dat maakt de eilanden enorm afhankelijk van het buitenland en het zorgt natuurlijk ook nog eens voor veel CO₂-uitstoot door containerschepen.

Maar wat als je een deel van die producten op het eiland kunt maken en dan nog op een duurzame manier ook? Wageningse wetenschappers bedachten zo’n productieproces, met in de hoofdrol een stel onopvallende organismen met onverwachte superkrachten: microalgen. Deze kleine krachtpatsers – de meeste zijn nog kleiner dan één enkele rode bloedcel – kunnen zich onder de juiste omstandigheden razendsnel vermenigvuldigen. Waar een palmolieplantage van een hectare jaarlijks zo’n 6000 liter olie oplevert, kan een algenkwekerij in diezelfde periode naar verwachting zo’n 35.000 liter produceren.

Visvoer en vleesvervangers

Het mooie is: die microalgen zijn ook nog eens een goede bron van vetten of eiwitten. Daarmee komen er allerlei interessante toepassingen binnen handbereik, legt hoogleraar Bioprocestechnologie René Wijffels uit. “Zo zou je de microalgen kunnen omzetten in biobrandstoffen, om bijvoorbeeld de vliegreizen van en naar de eilanden te verduurzamen.” Dat productieproces is momenteel nog te duur, maar enkele andere toepassingen zijn al op korte termijn haalbaar. Zo zijn microalgen erg geschikt als duurzaam voer voor viskwekerijen of vleesvervangers.

De afgelopen jaren zochten Wijffels en zijn collega’s naar een manier om deze microalgen op grote schaal te kweken. Op het eiland Bonaire bouwden zij een testinstallatie, mede op verzoek van de lokale overheid. Daar begon de zoektocht naar een zogeheten ‘gesloten systeem’: een algenkwekerij die volledig draait op grondstoffen die lokaal aanwezig zijn. Wijffels: “Algen zijn hiervoor uitermate geschikt, want ze hebben voornamelijk zeewater, CO₂ en zonlicht nodig. Dat zijn onuitputtelijke grondstoffen, en ze zijn op tropische eilanden in overvloed voorradig.”

Keep it cool

Maar de weg naar een heuse algenkwekerij is niet zonder hobbels en kuilen. Gaandeweg stuitten de onderzoekers namelijk op een serieuze wetenschappelijke uitdaging: microalgen houden niet van te hoge temperaturen. Loopt de temperatuur in je algenkwekerij te ver op – een reëel probleem op een tropisch eiland – dan zal de oogst verloren gaan. Je kunt de bioreactor natuurlijk wel koelen, maar dat kost veel water en elektriciteit. En dat past niet in het ideaalplaatje van een duurzaam en gesloten systeem.

Twee promovendi – Robin Barten en Rocca Chin-on – zochten de afgelopen jaren naar manieren om algen toch geschikt te maken voor de tropische temperaturen op Bonaire. Allereerst onderzocht Barten in de Wageningse laboratoria welke microalgensoort het best bestand is tegen de hitte. Na een streng selectieproces kwam hij uit bij Picochlorum sp., een microalg die van nature rond Bonaire voorkomt. “Dat is een zeer robuuste microalg met een goede tolerantie tegen hoge temperaturen en zoutconcentraties, en bovendien een van de snelste groeiers ter wereld,” licht Barten toe. “Daarnaast is het fijn dat deze al in de omgeving voorkomt, want je wilt niet het risico lopen dat je een vreemde algensoort in de natuur introduceert.” En niet onbelangrijk: Picochlorum sp. bestaat tot wel vijftig procent uit voedzame eiwitten. 

Door middel van een evolutieproces maakte Barten de Picochlorum sp. nog sterker. Een jaar lang kweekte hij ‘zijn’ algenras op bij steeds iets hogere temperaturen. Het overgrote deel van de algen stierf in dit experiment, maar Barten is enkel geïnteresseerd in de weinige overlevers. Want door dit experiment vele malen te herhalen, houd je uiteindelijk de algen over die extra hittebestendig zijn. Barten: “Dankzij dit veredelingsproces kan Picochlorum sp. nu zo’n 2,5° extra hitte doorstaan.” De microalg kan nu overleven tot 47,5° Celsius, al groeit hij het snelst rond 40° Celsius.

Ondertussen werkte Chin-on op Bonaire aan een nieuw prototype van de bioreactor, de proefopstelling waarin de algen worden gekweekt. Ook hier speelt koeling een hoofdrol. Chin-on besloot het kweeksysteem in een V-vorm te bouwen, zodat de complete bioreactor in het water kan drijven als de temperatuur oploopt. De temperatuur in het water fluctueert immers minder dan op land. Chin-on: “Die ligt in het water rond 30° Celsius. Dat maakt deze opstelling in principe ook geschikt voor algen die iets minder hittebestendig zijn dan Picochlorum sp.” 

Opschaling als bottleneck

Hoewel de wetenschappers de laatste jaren dus steeds meer geheimen van de algenproductie ontrafelden, blijkt de opschaling naar een volwaardige algenkwekerij op Bonaire nog niet zo eenvoudig. Dat is volgens Wijffels vooral een financieel probleem: er zitten weinig grote bedrijven op het eiland die de Wageningse proefopstelling kunnen uitbouwen tot een rendabel bedrijf. De Bonairiaanse economie drijft voornamelijk op het toerisme, en grote industrie is er schaars. 

Om uit deze impasse te komen, stelt Wijffels voor om de recente wetenschappelijke doorbraken te combineren in een volledig werkend demonstratiemodel. Zo’n minikwekerij moet investeerders – desnoods van overzee – overtuigen om de algenproductie verder uit te breiden. Wijffels hoopt dat overheden, bedrijven of wetenschapsfinanciers bereid zijn om dit demonstratiemodel mee te financieren. “Dit is de beste manier om een zaadje te planten,” zegt Wijffels. “Uiteindelijk is dat ook in het belang van Bonaire zelf, want het maakt het eiland meer zelfvoorzienend en de economie diverser. En het concept kan vervolgens ook toegepast worden op andere locaties: Bonaire dient dan als modellab voor deze duurzame circulaire technologie.”