Energi høstes fra alger

Alger er lovende som en mulig kilde til biodiesel, fordi de vokser hurtigt, er rige på vegetabilske olier og kan kultiveres i havvandsdamme, hvilket reducerer behovet for frugtbart land og ferskvand. Mange firmaer søger måder at producere algeolie på en kommerciel skala, men de står over for væsentlige hurdler.

Gæster og journalister så New Zealands minister for energi og klimaændringsemner, David Parker, hælde en grønbrun væske fra en plastic jerrycan i brændstoftanken på en rød Land Rover. Det var ikke noget almindelig brændstof, men en blanding, der indeholdt biodiesel lavet med olie fra mikroskopiske alger, dyrket i spildevandsdamme. I et penibelt øjeblik nægtede firhjulstrækkeren at starte, men så tog motoren ved, og Parker kørte en 10 minutters tur omkring parlamentsbygningen i Wellington.

Publicity stuntet satte alger i rampelyset som en potentiel kilde til biodiesel, der ikke konkurrerer med spiselige afgrøder - i modsætning til de nuværende konventionelle biobrændsler. Vandbårne alger indeholder store løfter. De bittesmå havplanter har kun brug for vand (saltvand eller ferskvand), solens energi, næringsstoffer og kuldioxid (CO2) for at kunne producere vegetabilsk olie gennem fotosyntesen. Nogle stammer giver mindst 15 gange mere vegetabilsk olie pr. hektar end de afgrøder, der almindeligvis anvendes til biobrændstof, såsom rapsfrø, palmer eller soja. Nogle algearter vokser så hurtigt, at de fordobler deres størrelse tre eller fire gange på en dag. Det betyder, at de kan høstes ofte, hvilket er en fordel fremfor afgrøder, som kun kan høstes et par gange om året. Derudover kan anlæg til algevækst placeres i områder, som ikke passer til landbruget, selv ørkener.
 
Der er imidlertid betydelige forhindringer, der skal forceres, før algebaseret biobrændstof kan produceres rentabelt i de store mængder, der vil være nødvendige for at gøre en forskel i verdens generelle forsyning af transportbrændstof. Arbejde på en kommerciel skala kræver enorme mængder af vand, hvilket kan begrænse produktionsstederne. Der findes ikke nogen afprøvet og testet metode til effektiv algehøst i store mængder. Og der skal stadig udføres forskning for at identificere de bedste olieproducerende stammer.

Der er ikke nogen forhindringer, hvad angår ingeniørmæssig design til mikroalgeproduktion, siger Peter Williams, Professor emeritus i biogeokemi ved School of Ocean Sciences ved University of Wales i Bangor. Han fremhæver imidlertid tre usikkerheder omkring levedygtigheden af en kommerciel produktion: "Kapital- og driftsomkostningerne af selve anlægget, om vi skal udføre udviklingsarbejde af algeproduktiviteten, og udgifterne til algehøsten."

Efterspørgslen efter biobrændsel ser ud til at stige

Efterspørgslen efter biobrændsel ser ud til at stige, da den Europæiske Union, USA og andre lande øger kravene til anvendelse af biobrændsler i transportsektoren. Dette og de historisk høje oliepriser har sat skub i talrige iværksættervirksomheder, universiteternes forskningshold og store firmaer til at finde måder at producere biodiesel fra alger på en kommerciel skala. Honeywell company UOP afslørede for nyligt et projekt til at producere militær jetbrændstof fra vegetabilske og algeolier. Chevron annoncerede en samarbejdsaftale med det amerikanske energiministeriums nationale laboratorium for vedvarende energi om at identificere og udvikle algestammer til transportbrændstof. Og i december 2007 dannede Shell og HR Biopetroleum et joint venture selskab, Cellana, til at bygge et pilot-anlæg på Hawaii, der skal producere små mængder af vegetabilsk olie til omdannelse til biobrændsel.

Der er i årevis med held blevet dyrket alger på en lille skala i medicinalindustrien og til helseindustrien, men det er aldrig blevet rentabelt på en stor skala. Der er to almindelige metoder til algedyrkning. Den første anvender en række depottanke, der er forbundet med gennemsigtige slanger, som hviler på støttekonstruktioner. Alger og vand pumpes gennem rørene for at sikre en maksimal eksponering til sollyset. CO2, der føres ind i anlægget, er føde til algerne. Der er kun en lille risiko for forurening af algerne, da de dyrkes i et lukket miljø, der ligner laboratorieforhold. Produktiviteten pr. hektar er også høj, så udstyret kræver mindre jord end åbne systemer. Udstyret er imidlertid dyrt - der er behov for mange kilometer rør for at producere kommercielle mængder olie - og det er vedligeholdelsesomkostningerne for at holde det rent og i driftsmæssig stand, også. Nogle estimater siger, at biodiesel fra disse lukkede systemer kun kan konkurrere, hvis råolie koster 800$ pr. tønde.

Den alternative metode pumper vand omkring en ledningssløjfe bestående af en menneskeskabt, frilufts kanal, hvor algerne udsættes for sollyset. Blæsekanalerne ved eksisterende åbne algedamme indeholder lige så meget vand som et kommunalt svømmebassin. Sådanne åbne damme er billigere end lukkede systemer, men de har også deres ulemper: Lyset når kun algerne nær overfladen, vandet fordamper nemt, og det er sværere at kontrollere temperaturen. Risikoen for forurening er også større end i lukkede systemer. Rovdyr som for eksempel små rejelignende organismer, der æder alger, kan komme ind i åbne damme med vinden eller vandfugle. "Når de er kommet ind, er det som at slippe en hund løs i en slagterforretning. De formerer sig og overtager det hele," siger William.

Produktionsudfordringer

De enorme vandmængder, der er behov for ved en storstilet produktion i begge systemer, udgør en anden udfordring. Det vand, der indeholder algerne, skal fornyes hver dag og tages ud af lyset, så rovdyr og ukrudt dræbes. Det medfører, at det skal pumpes ud af produktionssystemet og så tilbage igen. "Det er som ethvert landbrugssystem, men med en meget høj intensitet," siger Ian Archibald, som er forsker ved Shell Global Solutions International B.V. Den mindste praktiske størrelse for et alge-biodieselanlæg er på 1.000 hektar, som pumper omkring 1 million kubikmeter (28 millioner kubikfod) saltvand om dagen. Det er omkring den dobbelte mængde af det ferskvand, der anvendes til landbrugets vanding. Forskere forventer at kunne reducere den mængde saltvand, der er nødvendig for at producere olie fra alger.

Algehøst og olieudvinding er en anden teknisk og omkostningsmæssig hurdle. De bittesmå planter har en diameter, der er en tiendedel af størrelsen på et menneskehår - og dermed for lille til at kunne indsamle ved at filtrere vandet. Andre muligheder, såsom tilsætning af kemikalier, der får algerne til at klistre sammen, eller slynge væsken for at skille vandet fra algerne, anvendes på kommercielle anlæg, der dyrker alger i små mængder til medicinalprodukter og fødevarer. Begge metoder er dyre, når de anvendes på storstilet kommerciel produktion. Forskere søger efter den bedste tilgang ud af en række muligheder.

Der findes også konkurrerende metoder til at udtrække lipoider og behandlinger til biodieselfabrikation. Almindelige metoder til udtrækning af olie fra algerne omfatter udpresning af tørrede alger, eller tilsætning af kemikalier for at fjerne olien. Vegetabilsk olie skal imidlertid behandles, før det kan anvendes som brændstof. En dieselmotor kan køre på vegetabilsk olie, men der vil komme gummiagtige aflejringer i motoren, og brændstoffet vil blive fast ved lave temperaturer. Standardbehandlingen for at gøre olie fra landafgrøder mere spiselige for motorer kan også anvendes på alger. En kemisk reaktion bryder deres kulkæder, og tilsætning af metanol giver olie, der kan blandes med almindelig diesel. Den behandlede algeolie kan anvendes i dieselblandinger med op til 10%. En alternativ metode, hydrogenbehandling, anvender hydrogen i stedet for metanol og katalysatorer for at fremskynde den kemiske reaktion. Denne tilgang giver et brændstof, som er identisk med fossilt brændstof, men det er komplekst og dyrere, da det anvender produktionsomkostningstunge hydrogener og katalysatorer.

Søgning efter en vinder-stamme

Der er mere end 100.000 kendte mikroalgestammer i verden. Søgen efter den bedste til biobrændsel foregår stadig. Et Shell forskningsprogram, der omfatter flere universiteter, søger efter den stamme, der har en vinder-kombination af højt olieindhold og hurtig vækstrate. Alger reproducerer sig ved celledeling. Normalt vokser alger med højt olieindhold relativt langsomt. For eksempel vil alger, der indeholder 80% olie, kun dele sig hver 10. dag, hvorimod alger, der indeholder 30% olie, kan dele sig tre gange om dagen. Derudover er der en tendens til, at stammer, der kan producere store mængder lipoider, gør det, når de mangler næringsstoffer. Syltning gør også væksten langsommere. Nogle forskere håber på at kunne modificere algerne genetisk til at producere mere olie. Andre har en anden tilgang, og producerer gule alger, der lader lyset trænge længere ned i dammene, hvilket fremmer en mere ensartet vækst.

Den seneste historie tjener som en advarselberetning om hurtig kommercialisering af algebaseret biobrændsel i stor målestok. Oliekriserne i 1970erne fik mange regeringsfinansierede studier i algebrændstof i Frankrig, Tyskland, Japan og USA og andre lande med et bud på at øge energisikkerheden. Men teknologien var dyr, og udviklingsomkostningerne var for høje. USAs energiministeriums Aquatic Species program byggede for eksempel to 1.000 kvadratmeter store åbne damsystemer, og fandt ud af, at alger kun var rentable som biobrændsel med oliepriser på over 60$ pr. tønde. Clinton-administrationen sluttede programmet for 11 år siden, efter at have brugt omkring 25 millioner dollars, da datidens lave oliepriser gjorde det økonomisk set utiltrækkende. I Japan studerede Research for Innovative Technology of the Earth programmet i stort omfang anvendelser af mikroalger. Programmet koncentrerede sig om lukkede systemer til algedyrkning, men blev stoppet efter en investering på mere end 100 millioner dollars, da teknologien blev anset for urentabel. Nye tilgange kombinerer det bedste af disse verdener.

De vedvarende høje oliepriser i dag, samt fremskridt i biokemisk forskning og teknologi, har pustet nyt liv i forskning i det grønne slam. Om algebaserede brændstoffer vil få fremgang, afhænger af, om de teknologiske og kommercielle hurdler kan overvindes. Hvis det sker, kan alger - en af verdens ældste organismer - vise sig at være en velsignelse for fremtidens transportbehov.