Algenkweek

Algemeen

Microalgen worden in Azië en de VS al decennia lang gekweekt, meestal voor toepassingen in de (dier)voeding. Algenkweek in de Lage Landen is een relatief recent fenomeen. Op dit moment wordt wereldwijd maar zo’n 15 000 ton gedroogde algen per jaar geproduceerd. Deze productie verloopt voornamelijk in open “raceway ponds”. Door de beperkingen van deze open ponds wordt er meer en meer geïnvesteerd in gesloten fotobioreactoren.

Condities voor algenkweek

Licht

De lichtintensiteit is een belangrijke groeifactor voor algen. Te veel licht leidt tot lichtintoxicatie, te weinig licht remt de groei. Een veelvoorkomend probleem bij algenkweek is "self shading". Bij hoge concentraties aan algen zullen deze zorgen voor schaduweffecten, waardoor de belichting tijdens de algenkweek moet worden opgevoerd.
Op pilootschaal is beschaduwen mogelijk bij hoge lichtintensiteit en kan worden bijbelicht bij te lage lichtintensiteit.

Water

Algen kunnen afhankelijk van de soort worden gekweekt in zoet water, brak water, zeewater of superzout water.

Nutriënten

De groei van een algencultuur is afhankelijk van de juiste balans tussen de specifieke nutriënten. De belangrijkste anorganische elementen voor algen zijn stikstof, fosfor, kalium, magnesium, calcium, zwavel, ijzer, natrium, kobalt, mangaan, boor-, …
De meeste microalgen zijn foto autotroof en kunnen hun suikers opbouwen uit CO2 en water.

Hierbij wordt O2 geproduceerd die moet worden afgevoerd. Te hoge O2 concentraties leiden immers tot inhibitie van de algengroei.
De pilootinstallatie wordt uitgerust met een systeem dat een goede gasuitwisseling toelaat.

Temperatuursbeheersing

De beste groeitemperatuur is afhankelijk van de algensoort. Kleine fluctuaties hebben geen directe invloed op de algencultuur. Vaak overleven algen ook bij lagere temperaturen, maar is de groei beperkt. Hoge temperaturen zijn echter het meest limiterend voor de algen. Komt de temperatuur boven de grenswaarde, dan zal de cultuur afsterven.

In de zomer moet dus voldoende koeling voorzien worden en in de winter moet er verwarming aanwezig zijn. De pilootinstallatie wordt voorzien van een nauwkeurige temperatuurregeling op basis van de kennis aanwezig in de serrekweek.  

Het opschalen van de algenkweek

Laboschaal

In het labo worden de algen opgekweekt vanaf proefbuisniveau tot enkele liters. Dit kan gebeuren in erlenmeyers of flessen waarbij ze telkens worden overgeënt in een groter volume.

De laatste stap in het labo bestaat uit een enting van de algen in een reactor van 60 L, deze cultuur doet dienst als entmateriaal van de pilootinstallatie in de serre.

Fotobioreactoren:

Fotobioreactoren zijn gesloten systemen van buizen, zakken of platen waarin algen in hun specifiek medium worden rondgepompt.
Deze systemen kunnen een hogere productiviteit bereiken dan de open “raceway ponds” en zijn minder gevoelig voor contaminatie zodat er een grotere keuze is in mogelijke algen. Toch hebben ook deze systemen enkele nadelen die via een goed ontwerp opgevangen kunnen worden. Hierbij denken we aan de vorming van een biofilm op de wand van de fotobioreactor, waardoor de lichtdoorlaatbaarheid van de reactor sterk vermindert. Verder kunnen hoge zuurstofconcentraties ontstaan en een te grote opwarming, waardoor koeling nodig is tijdens de zomerperiode of in warme gebieden.
Met al deze beperkingen is rekening gehouden in het ontwerp van de pilootinstallatie. De nadelen van dit gesloten systeem wegen dan ook niet op tegen de grote voordelen (flexibiliteit in stammen, gecontroleerde omgeving, hogere productiviteit, weinig contaminatie).

Oogsten en water recycle

De gekweekte algen zitten in relatief lage concentraties in het water van de algenkweek. Bij open ponds is de concentratie 0,1 – 0,6 gram droge stof per liter. Bij de fotobioreactoren zal dit hoger zijn namelijk tussen 1 en 5 gram droge stof per liter. Er moet dus 10 keer minder water in de fotobioreactor wat een bijkomend voordeel is. Dit betekent echter nog steeds dat minstens 99,5 % van de oogst van de fotobioreactoren uit water bestaat.

Binnen SUNBUILT zijn we overtuigd van de noodzaak om kringloopsluiting van het kweekmedium toe te passen voor een reductie van kosten en milieu-impact. Om dit te realiseren moet het water gezuiverd teruggestuurd worden. De oogstinstallatie bestaat daarom uit een combinatie van centrifugatie en membraanfiltratie. De centrifuge wordt gebruikt om een hoog eind drogestofgehalte te bereiken. De membranen worden gebruikt voor ontwatering van de algen voor centrifugatie en polishing van het supernatans van de centrifuge. Het water van de membraanfiltratie is vrij van zwevende stoffen, bacteriën en schimmels en kan dus makkelijker opnieuw gebruikt worden voor de algenkweek.

De algenkweek is geïntegreerd opgesteld bij de fotobioreactoren om het oogsten en de water recycle efficiënt uit te voeren.