Je leest:

Het veredelen en melken van algen

Het veredelen en melken van algen

Auteur: | 25 februari 2005

Een bioreactor gevuld met algen kan in de toekomst schimmels en gist vervangen als metabolietenproducent.

Twee vliegen in één klap. Met gratis energie uit zonlicht en het broeikasgas CO2 produceren algen stoffen die gebruikt worden als voedingssupplement of als diervoer. Bioprocestechnoloog prof. dr. René Wijffels, hoogleraar mariene biotechnologie aan Wageningen UR, kreeg vorig jaar een VICI-subsidie van onderzoeksfinancier NWO voor de ontwikkeling van een fotobioreactor en voor de het verbeteren van algenproductie. Daarnaast ontving Wijffels via het Biopartner First Stage Grant programma geld voor het commercieel opschalen van de fotobioreactor.

Met de bioreactor verwacht Wijffels verschillende stoffen te maken. De meeste aandacht gaat nu naar bèta-caroteen, een pigment dat als UV-blokker werkt en als antioxidant gebruikt wordt in voedingsmiddelen. Op de verlanglijst staan ook omega-3-vetzuren, die van nature voorkomen in visolie en waarvan de consumptie geassocieerd wordt met een kleinere kans op hart- en vaatziekten, en de stof astaxanthine, een pigment waar zalm rood mee gekleurd wordt. Ook kunnen de algen zelf worden gebruikt als voeding voor larven van bijvoorbeeld zeebaars.

Met de zon als gratis energiebron is een bioreactor potentieel zeer efficiënt. Het op aarde meest voorkomende fotosynthesepigment chlorofyl kan maximaal twintig procent van het ingevangen licht omzetten in biomassa. Een plant als geheel heeft echter maar een fotosynthetische efficientie van één procent. Met algen zou dat in theorie een stuk meer richting de twintig procent kunnen gaan. Maar traditionele algenbioreactoren halen die hoge opbrengst echter bij lange na niet. ‘Daar zit de uitdaging, dat gat willen wij dichten.’

© Sebastiaan Donders

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Prototype

Een traditionele algenbioreactor is dan ook niet meer dan een open vijver. Wijffels en collega’s ontwikkelden een gesloten systeem waarvan het prototype sinds kort op het dak staat van universiteitsgebouw Agrotechnion. Vanaf april moet de reactor operationeel zijn. Simpel gezegd is het een vat met water waarin de alg Dunaliella salina rondzwemt. Het slimme van de constructie schuilt in de manier waarop het hele volume van voldoende zonlicht wordt voorzien.

De crux, zoals in de afbeelding te zien is, zijn verticaal in het vat geplaatste glazen platen. Daar bovenop zijn speciale lenzen gemonteerd, Fresnellenzen, die meedraaien met de zon. Ze staan altijd loodrecht op de zon en maken daardoor maximaal gebruik van het licht gedurende de hele dag.

De lenzen concentreren het licht tot een smalle bundel die ze op de bovenkant van de glazen platen projecteren. De platen zijn zo geslepen dat ze het invallende licht over hun hele oppervlak uitstralen – tot op de bodem van het vat dus. Daarna is een kwestie van CO2 aanvoeren, de temperatuur goed regelen, de algen op de juiste snelheid mengen, en de bioreactor is een feit.

Wijffels: ‘Als de reactor het doet hier op het dak van het Agrotechnion, dan hebben we het proof of principle geleverd dat de efficiënte productie door algen mogelijk is. Natuurlijk zou de bioreactor het in zonniger oorden beter doen. Omdat voor heel Europa van elke plaats bekend is wat de zonintensiteit is, hebben we doorgerekend waar de hoogste opbrengst behaald zou kunnen worden. Het grensgebied tussen Spanje en Portugal krijgt substantieel meer zonne-uren dan de rest van Europa. We zijn nu in onderhandeling met een bedrijf in Portugal voor de plaatsing van een opgeschaalde algenbioreactor.’

Veredelen

Het VICI-project gaat verder dan de bioreactor. Zo proberen Wijffels en collega’s ook de algen te ‘veredelen’. De combinatie van een flowcytometer en een cellsorter maakt het mogelijk individuele algen die meer pigment produceren uit de massa te vissen. Door volgende generaties reactoren te baseren op hoogproductieve algen, kan de opbrengst omhoog.

Algen efficiënt groeien is overigens nog maar de eerste stap. Daarna moet het ook nog lukken het gewenste metaboliet uit de algen te isoleren. Voor bèta-caroteen hebben de Wageningers een elegante methode ontwikkeld. Door de algen aan een hoge lichtintensiteit bloot te stellen, stoppen ze met groeien en gaan ze ter bescherming grote hoeveelheden van het oranje pigment aanmaken. Dat slaan ze op in blaasjes onder hun membraan. Door op de algensuspensie een oplosmiddel, dodecaan, te gieten, lossen de blaasjes met het bèta-caroteen op, terwijl de algen in leven blijven. Uit het oplosmiddel kan het oranje pigment eenvoudig gewonnen worden. Ondertussen zijn de algen alweer bezig met het maken van de volgende lading pigment.

‘We noemen dit het melken van algen en we zijn er heel trots op dat dit gelukt is. We denken dat dit soort trucjes ook voor andere stoffen mogelijk zijn omdat algen onder stresscondities heel snel overgaan tot het ophopen van metabolieten.’

Zongedreven

‘Er is veel geld te verdienen met efficiënte lichtgedreven bioreactoren’, stelt Wijffels. De commerciële ontwikkeling van zijn resultaten gaat straks ook over naar een spin off-bedrijf Lgem. ‘Het is mijn droom om metabolietenproductie door algen uit de nichemarkten te halen en het een concurrent te laten worden van productie door gist of schimmels. De opbrengst daar is echter zo’n honderd gram per liter, met algen zitten we nog op twintig tot veertig gram. Maar ik geloof dat algenproductie op termijn een alternatief kan worden.’

‘Bovendien moeten we toe naar een zongedreven maatschappij’, vindt Wijffels, die wijst op het evidente voordeel van de zon als duurzame energiebron boven het gebruik van fossiele brandstoffen. Daarnaast zijn het internationale energieagentschap IEA en verschillende oliemaatschappijen zeer geïnteresseerd in het vastleggen van het broeikasgas CO2 door algen. ‘Met algenbioreactoren die draaien op zonlicht en CO2 snijdt het mes aan twee kanten.’

Dit artikel is een publicatie van Bionieuws.
© Bionieuws, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 februari 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.