Marjon van Es, stagiare TWA-Japan, & Rob Stroeks, NOST Tokyo
Origineel gepubliceerd op de site van Agentschap NL.
Samenvatting
Algenbiomassa lijkt de toekomst te hebben om hernieuwbare grondstoffen mee te produceren. Algen en wieren zijn in grote aantallen aanwezig, de invloed op de voedselvoorziening is minimaal en productie op zee concurreert niet met landgebruik. Op dit moment is het al mogelijk om hoogwaardige producten te maken met behulp van micro- en macroalgen. De verwachting is dat de technologie in de toekomst eveneens rendabel zal zijn voor de productie van bulkproducten op grote schaal, zoals biobrandstoffen, grondstoffen voor de chemische industrie en ingrediënten voor voedsel en voer. In Nederland wordt het gebruik van algenbiomassa op dit moment gezien als potentiële vervanger van fossiele grondstoffen. Wageningen Universiteit werkt met de industrie samen op verschillende gebieden, waaronder CO2-fixatie, de productie van goedkope eiwitten, waterzuivering, grondstoffen voor de chemie en biobrandstoffen. Nederland kan met de sterke offshore-industrie ook zijn voordeel doen voor de ontwikkeling van toepassingen op zee. Om deze potentie te benutten zijn onderzoek en internationale samenwerking van vitaal belang.
Dit artikel geeft een inventarisatie van het onderzoek naar en toepassingen van algenbiomassa in Japan. Het land van de eetbare nori heeft veel kennis in huis over de structuur en aard van algen en wieren. Daarnaast heeft Japan veel potentie om algen- en wierenvelden te exploiteren in de uitgebreide oceanische gebieden die het land omringen. Japan heeft ook behoefte aan nieuwe alternatieve energiebronnen, die een oplossing kunnen aanreiken voor een duurzame, onafhankelijke en milieuvriendelijke energiehuishouding. Overheid, bedrijven en onderzoekers bestuderen de mogelijkheden met algenbiomassa dan ook actief.
Waarom investeert Japan in algenbiomassa?
Het verbouwen van algen op zee kan Japan een welkom alternatief bieden voor ingevoerde energiebronnen, zonder dat het de binnenlandse vruchtbare landbouwgrond aantast. Volgens sommige visionairs kan het eilandenrijk in de toekomst zelfs veranderen van een energie-importerend in een energie-exporterend land.
In Japan komen van nature weinig fossiele grondstoffen voor, waardoor het land afhankelijk is van import. Naast deze importafhankelijkheid spelen in Japan natuurlijk ook milieukwesties als de eindigheid van fossiele grondstoffen en de vermindering van broeikasgassen. Vooral dat laatste is op dit moment weer een hot item. In augustus 2009 sprak de net aangetreden minister-president Yukio Hatoyama zich tijdens een topbijeenkomst van de Verenigde Naties duidelijk uit over het klimaatbeleid van zijn nieuwe regering. Hij verkondigde de doelstelling om in 2020 de uitstoot van CO2 met 25% te reduceren ten opzichte van 1990. Japan is sindsdien hard op zoek naar maatregelen om dit percentage te halen en om de (import)afhankelijkheid van fossiele grondstoffen te verminderen.
De Japanse overheid stimuleert het gebruik van alternatieve energiebronnen. Dat gaat voornamelijk om zonne-, hydro- en geothermische energie. Maar deze alternatieve energiebronnen kunnen niet alle functies van fossiele grondstoffen vervangen: de chemische industrie en de transportsector zijn op dit moment veelal gebaseerd op olie en ook energieopwekking gebeurt voornamelijk met fossiele grondstoffen. Biomassa speelt nog maar een zeer beperkte rol in de Japanse energiehuishouding. De overheid bekijkt wel mogelijkheden met voedselafval en cellulose, maar door logistieke en andere problemen komen die niet echt van de grond. De meeste bio-ethanol die Japan importeert is veelal eerste generatie bio-ethanol uit Brazilië. De productie van eerste generatie hernieuwbare grondstoffen zoals bio-ethanol kenmerkt zich door het gebruik van suikers, zetmeel en plantaardige oliën uit gewassen die ook voor voedingstoepassingen kunnen dienen. Denk aan suikerriet (Brazilië), maïs (VS), suikerbiet en granen. Nieuwe technieken maken het mogelijk om ook cellulosehoudende biomassa, de niet eetbare delen van planten, om te zetten in biogrondstoffen. Dit voorkomt directe concurrentie met voedsel, maar er is nog steeds competitie om bruikbaar land (om te wonen of voedsel te telen) en zoet water.
Het gebruik van algenbiomassa kan deze concurrentie geheel opheffen, omdat er geen vruchtbare landbouwgrond nodig is en de teelt in zout water kan plaatsvinden. Vooral door die laatste factor ziet Japan algenbiomassa als een goede kandidaat voor de productie van hernieuwbare grondstoffen. Wat is algenbiomassa eigenlijk en wat kun je er mee? Onder algenbiomassa worden zowel micro- als macroalgen gerekend. Microalgen zijn ééncellige of kleine meercellige algen, terwijl macroalgen grotere, complexe meercellige organismen zijn, ofwel wieren. Beide algensoorten zijn fotosynthetisch en zetten met behulp van zonlicht CO2 om in biomassa. Algenbiomassa is te gebruiken voor de productie van zowel specifieke hoogwaardige als bulkproducten met een lagere waarde. Hoogwaardige toepassingen omvatten voornamelijk voeding(supplementen), pigmenten en textuurelementen. Daarnaast bestaat er een breed spectrum van laagwaardige toepassingen voor algenbiomassa, zoals grondstoffen voor de chemische industrie (plastics, coatings), biobrandstoffen, eiwitten voor voeding en veevoer en het fixeren van CO2 uit rookgassen of het zuiveren van afvalwater.
Hoogwaardige toepassingen
Japan staat natuurlijk het meest bekend om het kweken van zeewieren als voedingsproducten, zoals Nori, Kombu en Wakame. Maar wat niet vergeten mag worden, is dat Japan ook één van de grondleggers is van het kweken van microalgen. Dat gebeurt in open bassins voor de productie van voedingssupplementen op het eiland Okinawa. Deze open bassins hebben echter als nadeel, dat ze gevoelig zijn voor contaminatie en dat de cultuurcondities slecht te reguleren zijn. Het cultiveren van microalgen in gesloten systemen, zogenoemde fotobioreactoren, heeft deze nadelen niet en is productiever. In 2007 heeft het bedrijf Yamaha dan ook geïnvesteerd in een grote indoor-fotobioreactor voor de productie van het pigment astaxanthine met behulp van de microalgensoort Haematococcus. De huidige commerciële toepassingen in Japan zijn dus alleen hoogwaardig. De oorzaak hiervan ligt in de hoge kosten voor zowel het kweken als het oogsten: het is op dit moment te kostbaar om rendabele laagwaardige toepassingen te leveren.
Toekomst voor laagwaardige toepassingen
Het gebruik van algen voor laagwaardige toepassingen mag dan nog niet rendabel zijn, de gebruiksperspectieven voor de toekomst zijn dusdanig interessant, dat er wel onderzoek plaatsvindt naar het verlagen van de productiekosten. Dit kan op twee manieren: door de efficiëntie van de productieketen te vergroten en door organismen gerichter te laten functioneren. In de jaren negentig heeft Japan grootschalig geïnvesteerd in de toepassing van microalgen om de opvang van CO2 economisch haalbaar te maken. Dit onderzoek richtte zich voornamelijk op fotobioreactoren, maar doordat de resultaten niet voldeden aan de verwachtingen werd dit tien jaar durende programma niet verlengd. Pas in 2004 is het onderzoek naar laagwaardige toepassingen van algen in Japan weer onder de aandacht gebracht. Dit resulteerde de afgelopen twee jaar in het opstarten van vier grote microalgenprojecten. Deze onderzoeken richten zich niet alleen op CO2reductie zoals in de jaren 90, maar ook op het verhogen van de algenproductie en het ontwikkelen van specifieke metabolieten met behulp van genetische aanpassingen voor de productie van biobrandstoffen. In Japan worden zeewieren in tegenstelling tot microalgen minder gezien als bron voor hernieuwbare toepassingen. Dit komt onder andere doordat zeewierteelt in eerste instantie is bedoeld voor de voedingsindustrie. Daarnaast zijn er veel problemen met het verdwijnen van zeewier (Isoyake). Maar de potentie om op grote schaal zeewier te kweken is groot dankzij de grote exlusieve economische zone en de aanwezige kennis over zeewieren. De lopende projecten rond het gebruik van zeewier voor hernieuwbare toepassingen komen voort uit de overlast van het op strandenaanspoelende zeewier. De projecten richten zich op het nuttig inzetten van dit aangespoelde zeewier. Daarbij wordt vooral gekeken naar de fermentatie tot biomethanol of bio-ethanol. Naast deze projecten bestaan er in Japan ook grote cultuurcollecties van zowel micro- als macroalgen en is er veel fundamentele kennis over de taxonomie en fysiologie van algen. Deze kennis is opgebouwd vanaf de jaren zeventig: na de grote overlast van Harmfull Algal Blooms (voornamelijk van microalgen) en problemen met Isoyake (waarvoor zeewierbedrestauratie nodig is om de zeewieren weer te laten terugkeren). Daarnaast zijn er in Japan veel ontwikkelingen op het gebied van tweede generatie biomassa . De kennis die deze projecten opleveren, is vaak ook interessant voor het verwerken van algen.
Samenwerking met Nederland
In Nederland is de aandacht voor aquatische biomassa de laatste jaren enorm toegenomen. Aan de Wageningen Universiteit zijn grote samenwerkingsprojecten met de industrie gestart op het gebied van CO2-fixatie, de productie van goedkope eiwitten, ω-3 vetzuren, waterzuivering, grondstoffen voor de chemie en biobrandstoffen. De Nederlandse overheid stimuleert deze initiatieven via verschillende programma’s. Denk aan het Technologisch Topinstituut Watertechnologie WETSUS, het FES-programma Towards Biosolar Cells, het bioraffinageprogramma van SenterNovem en investeringen van de provincie Gelderland en het Ministerie van LNV in een pilotproject in Wageningen: AlgaePARC.
Met de interesse van zowel Japanse bedrijven als universiteiten en de mogelijkheid tot kennisuitwisseling lijkt nu het juiste moment aangebroken om samenwerking op te zetten. Hopelijk kan in de nabije toekomst vanuit zowel Japan als Nederland een bijdrage worden geleverd aan het onderzoek naar hernieuwbare toepassingen van algenbiomassa. In beide landen spelen dezelfde vragen rond fosfaatopname en milieuregulaties bij de bemesting van zeewier. Nederland kan daarbij zijn voordeel doen met de
Japanse fundamentele kennis die nodig is bij het opzetten van nieuwe toepassingen voor micro- en macroalgen. Nederland kan ook van betekenis zijn voor Japan. Wij hebben veel technische en ketenontwikkelingskennis in huis, binnen zowel de biotechnologie als de landbouw die in Japan minder sterk ontwikkeld is.
Het is dus voor zowel micro- als macroalgen interessant om op onderzoeksniveau te gaan samenwerken en ideeën uit te wisselen omtrent de vragen die spelen. Zeker nu verschillende ministeries mogelijkheden voor samenwerkingsprojecten met het buitenland hebben ontwikkeld, zoals JST (de Japanse tegenhanger van Senternovem).
