Alger

ingressimage_algereaktor.jpg Photo: Illustrasjon: Prosjektlab

Globale økninger i klimagassutslipp og dermed temperatur, befolkningsvekst, begrensede jordbruksarealer, minkende tilgang på ferskvann og økt behov for energi er alle utviklingstrekk som vil forme morgendagens samfunn. Det vil bli stadig vanskeligere å dekke behovet for biomasse gjennom tradisjonell utnyttelse av landjorda. Verdens hav og innsjøer rommer imidlertid også en enorm produksjon av biomasse. En stor del av denne biomassen kommer fra en mangfoldig gruppe organismer som kalles alger.

I mange sammenhenger kan det være praktisk å skille mellom de små encellede algene vi kaller mikroalger, og makroalgene, som vi for eksempel kan kjenne igjen som tang i fjæra. Alle alger baserer seg på å utnytte sollyset gjennom fotosyntese. I tillegg til sollys trenger algene også et fuktig miljø, CO2 og næringsstoffer som nitrogen og fosfor.

Algene står for hoveddelen av fotosyntesen i verdenshavene og er en del av grunnlaget for alt marint liv. Disse robuste organismene er globale storprodusenter av oksygen og storforbrukere av CO2. Bare et lite mindretall av verdens arter er klassifisert og beskrevet. En stor del av den oljen vi utnytter i dag er restene av fortidens alger.

Dyrking av alger er i dag en milliardindustri. Alger brukes som utgangspunkt for en rekke viktig tilsettinger i matvarer og industrielle produkter. En stor del av algene som utnyttes kommersielt i dag er makroalger. Nå setter stadig flere fokus på mikroalgene. Disse små organismene har et unikt sett av egenskaper som gjør dem interessante for kultivering. Kan det være mulig å realisere en storstilt dyrkning av mikroalger for å bidra til å dekke verdens økende behov for biomasse?

Hvordan produsere?
Det finnes to tilnærminger til dyrking av mikroalger: dyrking i åpne systemer og dyrking i fotobioreaktorer. Åpne system kan i sin enkleste form være åpne, relativt grunne dammer/kanaler hvor et skovlhjul sørger for sirkulasjon i vannmassen. Det finnes mange muligheter for å gjøre produksjonen mer effektiv, men et åpent system vil være mindre produktivt og mer sårbart for ytre påvirkninger enn en fotobioreaktor. Samtidig innbærer dyrking i åpne dammer lave drifts- og investeringskostnader.

Fotobioreaktorer er lukkede systemer hvor algene dyrkes i rør, poser eller mellom plater. Hovedpoenget er å ha stor overflate i forhold til volumet for slik å maksimere produksjonen, samtidig som produksjonen er mindre sårbar for ytre miljøpåvirkninger. I tillegg vil fotobioreaktorer kunne være meget plasseringsvennlige. Mange ser for seg at slike anlegg vil bli foretrukket til en rekke fremtidige formål. Både teknologiutvikling og kostnadsreduksjoner vil være nødvendige for å muliggjøre storskalaanlegg med fotobioreaktorer.

Rask vekst uten bruk av jordbruksareal

Mikroalgene formerer seg ved celledeling. Delingstiden kan ligge mellom 7 og 48 timer, avhengig av art og miljøforhold. Dette gir rom for rask økning i biomasse over kort tid. Noe av grunnen er at alger ikke bruker mye energi på å utvikle kompliserte strukturer eller organer. De er isteden tilpasset å raskt utnytte gode miljøforhold til vekst og deling. Sammenlignet med tradisjonelle avlinger mener U.S. Department of Energy (1) at man kan få 30 ganger så mye energi per arealenhet fra mikroalger.

Ved dyrkning i fotobioreaktorer (lukkede systemer) kan mikroalger kultiveres på områder som ikke egner seg til tradisjonelt landbruk. Kultivering i åpne systemer kan også i mange tilfeller foregå uten å komme i konflikt med dyrking av annen biomasse og matproduksjon. Uavhengig av produksjonsmetode kan mikroalger dyrkes best i de områder av verden som i dag har størst behov for biomasse. Dette fordi veksthastigheten, opptil en grense, bedres med økende temperatur.

CO2, avløpsvann og oljeinnhold

Som alle organismer som baserer seg på fotosyntese er algene forbrukere av CO2. Økte konsentrasjoner av CO2 vil virke gunstig på hvor mye biomasse som blir produsert. Både i fotobioreaktorer og i åpne dammer er det mulig å tilføre avgasser med CO2 fra forbrenningsanlegg og kraftproduksjon for å øke produksjonen av biomasse. Man oppnår med dette en resirkulering av CO2, hvor avgassene bindes i biomassen før den forbrukes. Frem i tid kan man også tenke seg anlegg hvor alger dyrket på CO2-utslipp inngår i forbrenningsprosesser med CO2-lagring.

I dyrkingen kan man med fordel benytte avløpsvann fra kloakk og liknende. Mikroalgene kan nyttiggjøre seg næringsstoffer som nitrogen og fosfor, samtidig som de renser avløpsvannet. Det samme vil gjelde vannkilder som mottar avrenninger fra landbruket.

Mange alger kan ha et betydelig innhold av lipider (oljer). Den faktiske prosentandelen vil variere med art og miljøforhold. Lipidproduksjonen hos algene varierer som en respons på endringer i miljøet, for eksempel minsket tilgang på nitrogen. Man kan derfor ”stresse” noen alger til å ha over 50 % oljeinnhold. Dette vil imidlertid gå på bekostning av veksthastigheten.  Dyrking av mikroalger kan dermed involvere en fase med fokus på veksthastighet og en sluttfase med vekt på å øke oljeinnholdet i algene. I praksis vil algenes oljeinnhold ofte ligge en del under teoretisk maksimum.

Bruksområder?
Mikroalger har vært dyrket i lengre tid for fremstilling av en rekke stoffer til næringsmiddelindustrien, bioplast og farmasøytiske formål.  De små, grønne organismene er imidlertid også interessante til en rekke andre formål. Dette inkluderer forprodukter til hav- og landbruk, gjødselproduksjon og ulike former for energiproduksjon.

Store kommersielle aktører har knyttet seg opp mot produksjon av biodiesel og  drivstoff til fly fra alger. Blant energiproduktene er også bioetanol og biogass av interesse. Det forskes også på om man i fremtiden kan bruke alger til å fremstille hydrogen.

bodytextimage_skjema-1..JPG

–>

Oilgae

Biodiesel Magazine

Trends in Biotechnology

NREL

Referanser

1) Artikkel i New York Times 6.1.2008

2) John Benemann, EECA Biofuels Conference 2007, “Microalgae Biofuels” s10

3) Martha J. Groom, Elizabeth M. Gray and Patricia A. Townsend, Biofuels and Biodiversity: “Principles for Creating Better Policies for Biofuel Production”, Conservation Biology, 2008, Volume 22, No 3, 602-609

Joakim Hauge

joakim@bellona.no