Algen, water, zonlicht... en de natuuruur kan haar gang gaan Wetenschap zoekt naar de ideale biobrandstof
Er rijden nog geen auto’s op, maar toch vestigen wetenschappers hun hoop op algen als nieuwe biobrandstof. Vorige week werd er in Leiden een congres over gehouden. ‘Laten we in godsnaam stoppen met olie versjouwen.’
DOOR PETRA MEIJER Even leken biobrandstoffen gewonnen uit koolzaad, maïs, soja en oliepalm een gouden toekomst tegemoet te gaan. De Verenigde Staten stelden zichzelf als doel dat in 2022 maar liefst vijftien procent van alle transportbrandstoffen uit biobrandstof moest bestaan. Biobrandstof is in tegenstelling tot fossiele brandstof ‘klimaatneutraal’. Dat betekent dat er bij verbranding niet meer CO2 vrijkomt dan de planten tijdens het groeien opnemen.
Ook in Nederland schoten ‘groene’ initiatieven uit de grond. In het Rotterdamse Botlekgebied werd bijvoorbeeld de milieuvriendelijke fabriek van Biopetroluit de grond gestampt. De fabriek zou koolzaad verwerken tot biobrandstof die rechtstreeks de tank in kon. Prijskaartje: tachtig miljoen euro. Nog voordat de fabriek goed en wel op gang gekomen was, lag hij al onder vuur. Aan deze alternatieve energiebron kleefden namelijk nogal wat nadelen.
Door het dreigende olietekort was de vraag naar alternatieve brandstoffen explosief toegenomen. Boeren in ontwikkelingslanden roken hun kans en gebruikten hun landbouwgrond steeds vaker voor het verbouwen van energiegewassen in plaats van voor het verbouwen van voedsel. Terwijl westerse consumenten zich zorgen maakten over goedkoop tanken, kon men elders op de wereld de hierdoor gestegen voedselprijzen niet langer betalen. Grote stukken tropisch regenwoud werden gekapt om plaats te maken voor de nieuwe energiegewassen. De claim dat ze meer CO2 opnemen dan het oorspronkelijke regenwoud is door wetenschappers in twijfel getrokken. Daarmee viel een belangrijk argument voor biobrandstoffen, namelijk CO2-neutraliteit, weg.
De ideale biobrandstof concurreert dus niet met voedsel of ander gebruik van planten: algen bijvoorbeeld. Die groeien in water en daarom zouden in vijvers op onvruchtbare stukken land kunnen worden gekweekt. Terwijl gewassen schoon water nodig hebben om te groeien, overleven algen nog in het meest smerige water. Vanwege hun zuiverende werking laten ze zelfs schoner water achter.
Maar hoe haal je milieuvriendelijke energie uit duizenden kilo’s algen? In het kort komt het hier op neer. Je neemt grote bakken circulerend water, vele kilo’s algen, zonlicht, en dan laat je de natuur haar gang gaan. De algen gebruiken het zonlicht om koolstofdioxide (CO2) en water om te zetten in suikers en lipiden (vetten), waar je biodiesel van kan maken. Je haalt de algenmassa uit het water, stopt het in een centrifuge en perst de olie eruit. Een kilo gedroogde algen levert ongeveer een halve liter biobrandstof op. Het groene restant dat overblijft, bevat vervolgens – door middel van vergisting - nog genoeg glucose om omgezet te kunnen worden in ethanol. Dat kan weer gebruikt worden om biodiesel te maken.
Maar waarom rijden er dan nog geen auto’s op algen? Volgens prof. dr. Huub de Groot van het Leids Instituut voor Chemisch onderzoek (LIC) is er eigenlijk één groot probleem: in de omzetting van zonlicht naar brandstof gaat er nog te veel energie verloren. ‘Fotosynthese is voor planten een kostbaar proces, dus genoeg is genoeg. Ze kunnen hun energie natuurlijk ook gebruiken om te groeien of om kleine plantjes te maken. Daarom hebben ze een regulatieritme. Ze stellen de cel in op een grote of lage hoeveelheid licht. Gemiddeld wordt minder dan 1% van de energie uit het zonlicht vastgelegd in de vorm van biomassa.’
Samen met andere wetenschappers probeert De Groot manieren te vinden om het fotosynthetische proces efficiënter te maken. Dat kan op verschillende manieren. Via genetische modificatie kun je bijvoorbeeld dingen toevoegen aan de cel of overtollige mechanismen uitschakelen. Hij geeft een voorbeeld: ‘In de lucht is CO2 niet geconcentreerd, maar verdund aanwezig. Je kunt proberen de cellen meer CO2 aan te laten pompen.’
Maar er zijn nog veel meer mogelijkheden, bleek vorige week toen wetenschappers uit de hele wereld in Leiden bijeen kwamen om te praten over door fotosynthese verkregen brandstoffen.
Zo ook: woestijnplanten. De Groot: ‘In woestijnen heb je planten die worden blootgesteld aan heel veel zon. Ze hebben maar een paar druppels water nodig en “BAM!” alles staat in bloei. Zulke eigenschappen kan je proberen te isoleren om ze vervolgens ergens anders toe te voegen of na te maken.’
Het congres diende nog een ander doel dan het uitwisselen van kennis rondom biobrandstof uit algen. ‘Vanwege het dreigende olietekort is het juist nu belangrijk om getalenteerde studenten voor dit soort onderzoek te interesseren. Daarom waren er verschillende honours class-studenten uitgenodigd. Naar aanleiding van het congres zullen ze een onderzoeksvoorstel schrijven. We laten ze dus echt meedenken en hopen natuurlijk dat er iets moois uit voortkomt. Aangezien biobrandstoffen steeds belangrijker worden, is het noodzakelijk om de nieuwe generatie hierbij te betrekken.’
Veel gehoorde bezwaren rondom algen als biobrandstof wuift De Groot moeiteloos weg. ‘Je hoort wel eens dat we hier in Nederland te weinig zon zouden hebben, maar dat is grote onzin. Recentelijk is uit onderzoek gebleken dat de hoeveelheid zon in de Sahara maar een factor 2 groter is dan die in Nederland.’
En de kosten ? ‘Mensen hebben het altijd alleen maar over wat het kost. Je moet kijken naar wat het oplevert. Een vierkante meter zonlicht brengt nu zo’n duizend kilowattuur, dus tweehonderd euro per jaar op. Op een stukje land van 300 vierkante meter heb je met 60.000 euro toch een aardig jaarsalaris.’ Dat daar meer materiaal voor nodig, is ontkent De Groot niet. ‘Maar nu heb je het alleen nog maar over zonlicht an sich. We zouden de zon moeten gebruiken om producten die eigenlijk niets waard zijn, een hoge toegevoegde waarde te geven.’ Als voorbeeld noemt hij afgewerkte motorolie. ‘Als ik een alg ontwerp die afgewerkte motorolie weer bruikbaar maakt, dan wordt het zonlicht in ene een stuk meer waard.’
Het gaat De Groot om een duurzame economie. ‘Laten we in godsnaam allemaal stoppen met het versjouwen van olie, en kleinschalig naar betere oplossingen kijken. Er is niet één oplossing. We hebben verschillende toepassingen naast elkaar nodig om het energieprobleem aan te pakken.’ Vooral die kleinschaligheid is belangrijk, omdat er simpelweg te weinig ruimte is om alle fossiele brandstoffen met algen te vervangen. ‘Je moet ze integreren in bestaande technologische structuren. We zijn bijvoorbeeld benaderd door tomatenboeren. Bij het kweken van tomaten blijft afvalwater over waar eigenlijk nog best veel voedingsstoffen in zitten. We kregen de vraag of ze daar niet wat nuttigs mee konden doen. Door fotosynthesebacteriën of algen toe te voegen kan je hier biomassa uit kweken. Die kan je vervolgens omzetten in elektriciteit.’
En er zijn nog meer mogelijkheden. ‘In zee leeft een bepaald soort naaktslakje, de groene wierslak. Van deze slakjes is bekend dat ze in eerste instantie een lichte kleur hebben. Een deel van de bladgroenkorrels uit de algen die ze eten slaan ze echter in hun lichaam op. Daardoor worden ze groen, én kunnen ze zelf fotosynthese bedrijven. Dat is natuurlijk heel efficiënt. Ik sluit niet uit dat wij in de verre toekomst als een soort groene marsmannetjes door het leven gaan met onze armen gespreid naar de zon.’
De zon is de oplossing
Volgens René Kleijn van het Centrum voor Milieuwetenschappen Leiden (CML) kunnen algen echter nog lang niet op grote schaal worden toegepast. ‘De wetenschap is al vrij ver, maar we wachten nog op een technologische doorbraak. Zelfs als die doorbraak er snel zou komen, duurt het nog een lange tijd voordat zo’n nieuwe techniek is geïmplementeerd. Ik weet zeker dat de zon de oplossing is voor ons energieprobleem. Maar al had je tien miljard euro tot je beschikking: de sector is nog te klein en opschalen kost tijd.’
Wat moet er gebeuren? Kleijn: ‘Ik geloof in de kracht van innovatie. Maar om die kracht te mobiliseren zou je een belasting moeten heffen op CO2-uitstoot. Deze belasting moet dan aan maatschappij worden teruggegeven, door de inkomensbelasting of BTW te verlagen. Voordat opschaling mogelijk wordt, moeten de randvoorwaarden waaronder onze economie werkt veranderden.’
Bovendien zitten er volgens Kleijn nog wat haken en ogen aan een schaalvergroting. ‘Wat op kleine schaal goed gaat, kan op grote schaal best voor problemen zorgen. Dat zie je op dit moment bijvoorbeeld in Duitsland. Er wordt een kleine belasting geheven op gewone energie, waarmee duurzame energie gesubsidieerd wordt. Maar als iedereen zonnepanelen op zijn dak zet, wordt de hoeveelheid belastingbetalers kleiner, terwijl de subsidievragers in aantal toenemen.’ Een soortgelijke vergelijking gaat ook op als je naar brandstoffen op wereldniveau kijkt. Kleijn: ‘Als biobrandstof goedkoper wordt, neemt de vraag naar kolen en olie af, en dan daalt de prijs. Kolen en olie worden dan dus evengoed opgebruikt. Behalve wanneer je eerder genoemde belasting op CO2-emissie oplegt.’
Kleijn noemt de eerste generatie biobrandstoffen een groot fiasco en van daaruit gezien is het kweken van algen veelbelovend. Maar voorlopige uitkomsten van recent onderzoek van het CML tonen aan dat voor het kweken van algen flink wat materiaal nodig is. Kleijn: ‘Je hebt bassins nodig, plastic en wat nog veel schadelijker is voor het milieu: heel veel kunstmest. Sommige mensen doen misschien alsof algen enkel van CO2 leven, maar dat is natuurlijk niet zo. Ze moeten ergens van groeien.’
Nederland heeft nog steeds een groot mestoverschot. Toch denkt Kleijn niet dat dierlijke mest op korte termijn zal worden ingezet voor algenproductie. ‘Het is al lastig genoeg met kunstmest. In dierlijke mest zitten de voedingsstoffen opgesloten in organisch materiaal. Dit materiaal moet eerst worden afgebroken voordat ze beschikbaar zijn voor de algen. Bovendien is dierlijke mest natte smurrie. Dat maakt het lastig bij allerlei processen als bijvoorbeeld pompen. Verder heeft het een negatief effect op de hoeveelheid licht die in het water kan doordringen. Kunstmest bestaat uit puur beschikbare voedingsstoffen en houdt het proces dus veel makkelijker, maar is schadelijk voor het milieu.’
Kleijn benadrukt echter het belang van fundamenteel onderzoek als dat van professor De Groot en zijn collega’s. ‘Zolang dat aan de gang is, moet je wetenschappers niet te veel lastigvallen met vragen over duurzaamheid en haalbaarheid. Maar wanneer de nieuwe technologieën grootschalig toegepast gaan worden, is het noodzakelijk om een volledige analyse te maken van de voor- en nadelen.’
Naast enkele milieubezwaren zijn er ook nog economische bezwaren. Kleijn: ‘Pas als meer dan tien procent van alle fossiele brandstoffen vervangen kan worden, zet het zoden aan de dijk. Daarvoor is biobrandstof uit algen simpelweg nog te duur.’ Op dit moment is er wel veel vraag naar alternatieve brandstoffen, maar dat is vooral gesubsidieerde vraag. Bedrijven zullen pas willen investeren als er een CO2-belasting wordt geheven, en dat is volgens Kleijn hard nodig. ‘Er is niets zo makkelijk als een gat in de grond te boren en te wachten tot de olie naar boven komt. Maar de tijd van goedkope en makkelijke energie is voorbij.’
