Chokniti Khongchum/Shutterstock
Microalgen worden door de Chinezen al duizenden jaren gebruikt voor medicinale en voedingsdoeleinden, in de overtuiging dat ze bijna elke gezondheidstoestand kunnen genezen. Het idee dat microalgen buitengewone genezende krachten hebben, is niet zo vergezocht als sommigen misschien denken. Hoewel de oude Chinezen geloofden dat de microalgen verantwoordelijk waren voor de verbetering van de gezondheid, weten we nu dat het in feite de biochemische verbindingen zijn die door deze microscopische wezens worden geproduceerd, die voor de “magie” zorgen.
Er zijn ongeveer 100.000 soorten microalgen, elk met zijn eigen specifieke eigenschappen. Door deze diversiteit kunnen microalgen in bijna elke omgeving op aarde gedijen. Meestal komen ze voor in aquatische habitats, zoals zoet water of afvalwater, maar ze zijn ook aangetroffen in vochtige grond – en zelfs op sneeuwbanken.
Microalgen worden meestal beschreven als groen, en dit is waar voor soorten als B. braunii en C. vulgaris. Maar er zijn ook andere soorten, zoals C. officinalis, die rood is, of F. spiralis, die bruin is. Elke classificatie produceert verschillende soorten of hoeveelheden biochemische verbindingen, waardoor sommige nuttiger zijn voor bepaalde toepassingen dan andere.
In de afgelopen decennia heeft onderzoek het enorme potentieel van microalgen aangetoond, vooral bij de productie van biobrandstof – brandstof die wordt gemaakt van plantaardig materiaal of dierlijk afval. Ik wilde een overzicht geven van dit onderzoek om een kader te scheppen voor het vaststellen van de meest geschikte microalgensoorten voor de grootschalige productie van biobrandstoffen, die uiteindelijk kunnen wedijveren met de olie- en gasreuzen en onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen kunnen verminderen.
De magie van micoalgen
Microalgen hebben een uniek vermogen om zonlicht en kooldioxide om te zetten in een breed scala van biochemische verbindingen. Hoewel ze bij de dieren worden ingedeeld, metaboliseren ze op dezelfde manier als planten, waarbij ze zuurstof produceren om aan te vullen wat wij mensen verbruiken. Deze cyclus fungeert als een koolstofafvangsysteem, waarbij schadelijke CO₂ in de atmosfeer wordt omgezet in bruikbare zuurstof. Microalgen produceren ook een breed scala aan andere verbindingen die zich in de cellen bevinden, en die microalgen zo goed maken in het bestrijden van de effecten van de opwarming van de aarde.
In het algemeen kunnen de producten van microalgen in drie klassen worden ingedeeld: proteïnen, koolhydraten en lipiden (vetten). Maar uit onderzoek is gebleken dat er nog andere hoogwaardige biochemische verbindingen zijn die belangrijke toepassingen hebben in een breed scala van verschillende industrieën. Zo produceren microalgen verbindingen die bekend staan als carotenoïden, beter bekend als kleurstoffen of pigmenten. Deze verbindingen zijn verantwoordelijk voor de roze kleur van zalm, aangezien het voedsel dat de zalm eet grote hoeveelheden carotenoïden bevat.
Een andere klasse van hoogwaardige verbindingen zijn meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA). Deze verbindingen behoren tot de familie van de lipiden en spelen een essentiële rol bij de energievoorziening van de cellen. Microalgen worden beschouwd als een van de rijkste bronnen van deze verbindingen, die helpen bij de behandeling van de gevolgen van diabetes en artritis.
Maar hoe is het mogelijk dat deze organismen olie produceren die in auto’s kan worden gebruikt? De benzine en diesel die momenteel worden gebruikt, is afgeleid van ruwe olie die miljoenen jaren geleden werd gevormd uit dode zeedieren. Maar moderne biobrandstof wordt geproduceerd uit levende organismen op een real-time basis.
Hoe biobrandstof wordt geproduceerd
Biobrandstof uit microalgen is momenteel een van de meest veelbelovende alternatieven voor fossiele brandstoffen om aan de energievraag van de wereld te voldoen. Dit is geen gemakkelijke taak, zeker niet wanneer men moet concurreren met een zeer winstgevende industrie die al meer dan een eeuw bestaat. Maar in tegenstelling tot olie, die niet hernieuwbaar is, is biobrandstof een hernieuwbare en duurzame bron van brandstof. Helaas kan biobrandstof economisch gezien nog niet concurreren met traditionele fossiele brandstoffen. Het komt allemaal neer op het eindresultaat, en momenteel is de vereiste opschalingstechnologie er nog niet.
Microalgen produceren niet direct biobrandstof – ze produceren lipiden (vetten). Om biobrandstof te maken moeten deze vetten worden omgezet via een proces dat transesterificatie heet. Bij dit proces wordt zoveel mogelijk water verwijderd, het zogenaamde ontwateringsproces, maar dit vergt aanzienlijke hoeveelheden energie, met hoge bedrijfskosten tot gevolg. Als gevolg daarvan wordt het totale proces te duur om te concurreren met de olie- en gasindustrie, ondanks de positieve milieueffecten.
Afgezien van de economische aspecten is de toekomst van de kweek van microalgen en de extractie van lipiden veelbelovend. De ontwikkeling van hybride technologieën zal de wereldwijde verschuiving naar het verminderen van onze afhankelijkheid van fossiele brandstoffen versnellen. Daartoe behoren celfabrieken die gebruik maken van gouden nanodeeltjes – op atomen gelijkende subatomaire deeltjes die de bouwstenen vormen van fysische materie – om de productiesnelheid te verhogen en de efficiëntie te vergroten.
Een andere mogelijke oplossing is een proces dat bekend staat als “melken”. Traditionele kweekmethoden voor microalgen houden in dat ze na afloop van de kweekperiode worden vernietigd, waardoor het volledige potentieel van elke cel wordt beperkt. Net als bij het melken van een koe, kan dit proces worden herhaald zonder dat de koe wordt gedood, en hetzelfde geldt voor microalgen. Door herhaaldelijk hoogwaardige verbindingen uit dezelfde cultuur van microalgen te halen, kunnen de hoge productiekosten worden weggenomen, wat resulteert in een duurzaam en schaalbaar proces voor de toekomst.
Dit zou ertoe leiden dat biobrandstof qua kosten kan concurreren met de huidige fossiele brandstoffen, wat de verschuiving naar alternatieve energiebronnen zou helpen versnellen. Helaas is er nog een lange weg te gaan voordat de productie van biobrandstoffen concurrerend kan worden ten opzichte van de prijzen en hoeveelheden van fossiele brandstoffen. Maar deze zich ontwikkelende technologieën hebben het potentieel om de overgang te versnellen die nodig is om de wereld te helpen haar emissiedoelstellingen voor 2050 te halen.
Callum Russell werkt niet voor, geeft geen advies aan, heeft geen aandelen in, en ontvangt geen financiering van bedrijven of organisaties die baat hebben bij dit artikel, en heeft buiten zijn academische aanstelling geen relevante affiliaties bekend gemaakt.