Van alle schone energie-opties die in ontwikkeling zijn, is het op algen gebaseerde biobrandstof die het meest lijkt op de samenstelling van de ruwe olie die onder de zeebodem wordt weggepompt. Veel van wat we kennen als petroleum, is tenslotte gevormd uit deze zeer micro-organismen, door een natuurlijke warmte-gefaciliteerde conversie die zich in de loop van miljoenen jaren heeft afgespeeld.
Onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie in Richland, Washington, hebben nu een manier ontdekt om dit "kookproces" niet alleen te repliceren, maar te versnellen tot een punt waar een klein mengsel van algen en water kan worden omgezet een soort ruwe olie in minder dan een uur. Naast het feit dat het gemakkelijk kan worden geraffineerd tot brandbare gassen zoals vliegtuigbrandstof, benzine of diesel, genereert de gepatenteerde technologie ook als bijproduct chemische elementen en mineralen die kunnen worden gebruikt om elektriciteit, aardgas en zelfs kunstmest te produceren om, misschien, te groeien nog meer algen. Het kan ook helpen bij het inluiden van algen als een levensvatbaar alternatief; een analyse heeft aangetoond dat het op grotere schaal toepassen van deze techniek bedrijven in staat kan stellen biobrandstof commercieel te verkopen voor slechts twee dollar per gallon.
"Als het erop aankomt, zijn Amerikanen niet zoals Europeanen die meer geven om het verminderen van hun koolstofvoetafdruk", zegt hoofdonderzoeker Douglas C. Elliott, die 40 jaar lang alternatieve brandstoffen heeft onderzocht. "De drijvende kracht voor het gebruik van elke vorm van brandstof is uiteindelijk of het net zo goedkoop is als de benzine die we nu gebruiken."
Wetenschappers zijn al lang geïntrigeerd door de waslijst van inherente voordelen die algen hebben ten opzichte van andere energiebronnen. Het Amerikaanse ministerie van Energie schat bijvoorbeeld dat het opschalen van de productie van algenbrandstof om het dagelijkse olieverbruik van het land te dekken, ongeveer 15.000 vierkante kilometer land zou kosten, ongeveer de grootte van een kleine staat als Maryland. Ter vergelijking: alleen het aanbod van geproduceerde diesel vervangen door biodiesel uit sojabonen zou de helft van de landmassa van het land reserveren.
Naast het potentieel voor veel hogere opbrengsten, is algenbrandstof nog steeds schoner dan aardolie, omdat de mariene planten kooldioxide uit de atmosfeer verslinden. In de landbouw bloeit algen in een breed scala van habitats, van oceaangebieden tot afvalwatermilieu. Het is niet gevaarlijk zoals nucleaire brandstof en het is biologisch afbreekbaar, in tegenstelling tot zonnepanelen en andere mechanische ingrepen. Het concurreert ook niet met voedselvoorraden en is wederom vergelijkbaar genoeg met benzine dat het net zo kan worden verfijnd met behulp van bestaande faciliteiten.
"Ethanol uit maïs moet worden gemengd met gas en gemodificeerde plantaardige olie voor gebruik met diesel, " zegt Elliott. "Maar wat we hier maken bij het omzetten van algen is meer een directe route die geen speciale behandeling of blending nodig heeft. "
Of, zoals algenonderzoeker Juergen Polle van Brooklyn College zegt: "We kunnen geen vliegtuigen vliegen met ethanol. We hebben olie nodig", vertelt hij aan CBS News .
Maar hoewel de infrastructuur voor de productie van ethanol op basis van maïs zodanig is uitgebreid dat de meeste auto's op de weg rijden op benzinemengsels bestaande uit 10 procent biobrandstof, is de voortdurende ontwikkeling van algenbrandstof nog steeds zo vooruitgegaan sinds de eerste vonk van interesse in de jaren tachtig. Experts uit de industrie schrijven dit wegkwijnen toe aan het ontbreken van een haalbare methode voor het produceren van algenbrandstof met een snelheid van 10 dollar per gallon, volgens een rapport in de New York Times . De belofte van olie uit algen was echter verleidelijk genoeg dat ExxonMobil in 2009 de expertise inschakelde van het wereldberoemde lab Synthetic Genomics van bio-ingenieur Craig Venter om een genetische stam van lipide-rijke algen te fabriceren, als een middel om de kosten van het cultiveren en de stof verwerken tot een commercieel aantrekkelijke grondstof. Ondanks het feit dat $ 600 miljoen werd geïnvesteerd in een aanzienlijk ambitieus streven, zat het project echter samen met "technische beperkingen", waardoor het bedrijf eerder dit jaar moest toegeven dat algenbrandstof "waarschijnlijk verder" is dan 25 jaar verwijderd van de mainstream.
Het hydrothermische vloeibaarmakingssysteem dat het team van Elliott heeft ontwikkeld, is niet iets nieuws. In feite knoeiden wetenschappers met de technologie te midden van een energiecrisis in de jaren zeventig als een manier om verschillende vormen van biomassa zoals hout te vergassen, en deze uiteindelijk een decennium later te verlaten toen de prijs van benzine naar redelijkere niveaus terugkeerde. De in het lab gebouwde versie van PNNL is echter 'relatief nieuwer' en is eenvoudig ontworpen om aan te tonen hoe het vervangen van kostenintensieve werkwijzen zoals het drogen van de algen voordat chemicaliën worden gemengd met een gestroomlijnde aanpak, het hele proces veel kosteneffectiever maakt in alle fasen. Elliott legt bijvoorbeeld uit dat het grootste deel van de uitgaven wordt besteed aan het kweken van algen, die ofwel worden gekweekt in een zogenaamd open-vijversysteem, vergelijkbaar met natuurlijke omgevingen, of in goed gecontroleerde omstandigheden in gesloten-lussystemen. Het open-vijversysteem is niet te duur om te gebruiken, maar het levert meer vervuilde en onbruikbare gewassen op, terwijl kunstmatige omgevingen, waar algen worden gekweekt in doorzichtige gesloten containers en gevoed suiker, duur zijn om te onderhouden.
"Mensen hebben dit ietwat onnauwkeurige idee dat je overal algen kunt laten groeien, alleen omdat ze het op plaatsen zoals hun zwembad zullen zien groeien, maar het op grote schaal oogsten van brandstofwaardige algen is eigenlijk een hele uitdaging", zegt Elliott. “Het mooie van ons systeem is dat je er bijna alle soorten algen in kunt doen, zelfs gemengde soorten. Je kunt zoveel groeien als je kunt, elke soort, zelfs lagere lipidetypes en we kunnen het ruw maken. "
Forbes energy reporter Christopher Helman heeft een goede beschrijving van hoe deze specifieke hydrothermische vloeibaarmakingstechniek werkt:
"Je begint met een bron van algen vermengd met water. De ideale oplossing is 20% algen op gewichtsbasis. Vervolgens stuur je het continu door een lange buis die de algen 30 minuten op 660 graden Fahrenheit en 3000 psi houdt terwijl je roert De tijd in deze snelkookpan breekt de algen (of andere grondstoffen) af en zet deze om in olie.Gegeven 100 pond algenvoeding, zal het systeem 53 pond 'bio-olie' opleveren volgens de PNNL-studies. De olie lijkt chemisch sterk op lichte, zoete ruwe olie, met een complex mengsel van lichte en zware verbindingen, aromaten, fenolen, heterocyclische stoffen en alkanen in het bereik van C15 tot C22. "
Het bedienen van wat in wezen een extreme snelkookpan is bij zo'n constante hoge temperatuur en stress vereist behoorlijk wat vermogen, hoewel Elliott erop wijst dat ze hun systeem hebben gebouwd met warmteterugwinfuncties om de warmte te maximaliseren door het terug in het proces te brengen, wat in het algemeen zou moeten resulteren in een aanzienlijke netto energietoename. Als bonus laat de daaruit voortvloeiende chemische reactie een litanie van verbindingen achter, zoals waterstof, zuurstof en koolstofdioxide, die kunnen worden gebruikt om aardgas te vormen, terwijl resterende mineralen zoals stikstof, fosfor en kalium goed werken als kunstmest.
"Het is een manier om na te bootsen wat er op natuurlijke wijze gebeurt gedurende een onpeilbare tijdsduur", voegt hij eraan toe. "We doen het gewoon veel, veel sneller."
Het team van Elliott heeft de technologie in licentie gegeven aan de in Utah gevestigde start-up Genifuel Corporation, die hoopt voort te bouwen op het onderzoek en het uiteindelijk zal implementeren in een groter gecommercialiseerd raamwerk. Hij suggereert dat de technologie zou moeten worden opgeschaald om ongeveer 608 ton droge algen per dag om te zetten in ruwe olie om financieel duurzaam te zijn.
"Het is een enorme uitdaging om een biobrandstof te maken die kostenconcurrerend is met gevestigde brandstoffen op basis van aardolie, " zei president James Oyler van Genifuel in een verklaring. "Dit is een enorme stap in de goede richting."
