Here Comes Pond Scum Power (artikel businessweek 21 november 2007)

Algae biodiesel isn’t practical yet, but startups and giants are enthusiastically exploring the possibilities

by Gail Edmondson

In a world spooked by global warming and thirsty for nonpolluting fuel, lowly algae hold a potent appeal. The plants sop up large quantities of carbon dioxide, a greenhouse gas, and produce tiny globules of fat that can be collected and turned into biodiesel fuel for trucks, cars, and trains. The oils might even be processed into aircraft fuel.

One of algae’s great virtues is that the plant has so little in common with other sources of fuel. Unlike cornfields that are harvested to produce ethanol, algae farms don’t require huge volumes of freshwater, nor do they tie up land that could be used for food crops. Algae flourish in saltwater or even wastewater and grow up to 40 times faster than other plants. Compared with current energy crops, algae have “the potential to deliver 10 or 100 times more energy per acre,” says Ron C. Pate, a technical expert at Sandia National Labs. That’s why industrial giants ranging from Chevron (CVX) to Honeywell (HON) to Boeing (BA) are starting up algae business units. “In the past two years, we have changed from algae skeptics to proponents,” says Dave Daggett, Boeing’s technology leader for energy and emissions.

Bringing down the cost of producing algae oil in commercial volumes—billions of gallons—is still a big challenge. “The scale required to grow algae to a meaningful dimension is staggering,” says Bill Green, managing partner at VantagePoint Venture Partners. But biodiesel from other plants is already a robust market. In Europe, refiners are producing 1.4 billion gallons a year from rapeseed, soy, and other plants. In all, the world consumed $1.7 billion worth of biodiesel last year. That should grow to $26 billion by 2020, says market researcher Global Insight.

In the U.S., demand for such plant-based oils is quickly outstripping supplies. That and algae’s mystique have attracted the attention of energy entrepreneurs such as Martin Tobias, CEO of Imperium Renewables in Seattle, which is armed with $145 million in venture capital and private equity funding. Imperium buys practically every drop of oil U.S. algae startups are producing. So far it has sold just a few hundred gallons of finished fuel. But Tobias has dedicated a 5 million-gallon refinery to algae oil, and by 2011 he expects startups to be making 100 million gallons a year. At that point, Tobias reckons, the price per gallon will fall to $1.70, from as much as $20 today. “The only thing missing is the farms,” he says. “I prefer not to operate a large-scale farm myself, but I may have to do it.”

Extracting oil from algae is currently a cumbersome affair that involves drying and processing the plants.

But some of the world’s top genetic engineers want to create improved algae strains that will produce oil continually, eliminating the most difficult processing steps. “Farming and harvesting are both complex and expensive,” says human genome pioneer J. Craig Venter, whose 2005 startup, Synthetic Genomics, is experimenting with algal genes. Rival Solazyme in South San Francisco has engineered more than a dozen specialized strains and ramped up pre-commercial production. “We can easily make thousands of gallons [of algal biodiesel] a month,” says Chief Operating Officer Jonathan S. Wolfson.

Startups in the U.S. and Europe are turning to power companies and local governments to back larger trials, selling the idea that algae can offset some of the power plants’ CO₂ emissions. On Nov. 2, German energy group E-On Hansa said it would build a $3.2 million pilot algae farm at its Hamburg power plant with support from the city government. Portuguese biodiesel maker SGC Energia is investing in a $3 million pilot algae farm next to a power plant. It will be up and running in 2008.

Many startups still have growing pains. GreenFuel Technologies in Cambridge, Mass., founded in 2004, quickly snared $20 million to create a business around its patented algae bioreactor. But when its system was tested at a power plant outside Phoenix, the green goo grew too fast, overwhelming GreenFuel’s ability to harvest the oil. Last June, after just two weeks, GreenFuel stopped the trial.

Despite the misadventure, though, the market proved forgiving. GreenFuel raised an additional $5.5 million to pursue a lower-cost approach. It expects to announce new commercial trials in the next few weeks.

Desgevraagd: Algenbiodiesel (TU Delft)

Vliegtuigfabrikant Boeing onderzoekt de mogelijkheid om vliegtuigen te laten vliegen op biodiesel die wordt gewonnen uit algen. Dat schreef het blad Businessweek vorige week.Tanken vliegtuigen in de toekomst algenbiodiesel? Volgens prof.ir. Jos van Buijtenen, gasturbine-expert bij Luchtvaart en Ruimtevaarttechniek, is dat best mogelijk. “Er wordt daar nu veel onderzoek naar gedaan. Bij Delcraftworks, (het project van L&R, dat binnen vier jaar moet leiden tot een nieuw milieuvriendelijk vliegtuig, red.), staat een onderzoek naar biodiesel ook op de rol.”

Het voordeel van biodiesel boven kerosine is dat bij verbranding netto minder Co2 wordt uitgestoten, en dat de energiebron onuitputtelijk is. Dit in tegenstelling tot fossiele brandstoffen. Maar het probleem met veel van de energiegewassen is dat ze de voedselvoorziening in delen van de wereld in gevaar brengen. Ook zetten ze aan tot het kappen van oerwoud om extra landbouwareaal te creëren. “Die problemen heb je niet met biodiesel uit algen”, vertelt Van Buijtenen. “De olieopbrengst per vierkante meter algenkweek kan twintig â dertig maal hoger zijn dan bij andere biodieselgewassen, zoals koolzaad of oliepalmen.”

Technisch komt er nog wel het een en ander kijken bij het vliegen op biodiesel. “Het is hygroscopisch. Dat wil zeggen dat het waterdamp aantrekt. Hierdoor kan het op grote hoogte bevriezen. De zuurgraad van de diesel is anders dan die van kerosine. Pompen en leidingen moeten worden aangepast om te voorkomen dat ze beschadigen. Toch is het een technische haalbaar verhaal. Al is het wel de vraag hoeveel al die bewerkingen aan energie kosten. Je wilt het paard niet achter de wagen spannen.”

De grootste uitdaging is volgens de onderzoeker van logistieke aard. Van Buijtenen: “Het luchtverkeer is internationaal. Vliegtuigen willen overal kunnen tanken. Het probleem is dat je pas met de brandstof kunt gaan vliegen als iedereen het doet en de biodiesel overal voorradig is. Maar met de toekomstige schaarste aan fossiele brandstoffen neemt de druk toe en zal er wel iets moeten veranderen.”

Maar hoe staat het met de productie van de biodiesel zelf? “Het is nog niet bewezen dat de productie economisch rendabel gemaakt kan worden”, zegt dr.ir. Wouter van Winden. Hij was tot voor kort werkzaam bij de faculteit Technische Natuurwetenschappen en werkt nu bij DSM. Vorig jaar zette hij in Mozambique een onderzoekscentrum op, gericht op de productie van algenbiodiesel.

“Je moet de algen van het water scheiden en drogen. Dat zijn twee extra stappen die energie kosten. En het maken van een vijver is lastiger dan gewoon grond bewerken. Daarnaast moet je het water continu in beweging houden. De oogstmethoden zijn nog helemaal niet uitontwikkeld. Uiteindelijk denk ik wel dat je tien maal meer kunt oogsten, maar het is nog een hele uitdaging.”

Algensoep (artikel uit begin 2007 Delta TUDelft)

Algensoep

Docent bioprocestechnologie dr.ir. Wouter van Winden (Technische Natuurwetenschappen) en zijn studievriend uit Wageningen Bram van Beek, werken nauw samen met de Eduardo Mondlane-universiteit in Maputo, Mozambique. Ze hebben in de Zambezidelta een opvallende proefopstelling aangelegd: grote vijvers die een algensoep vormen. Van Winden wil onderzoeken of en hoe je uit deze algen biodiesel kunt winnen. Biobrandstof wordt nu vaak gewonnen uit gewassen als koolzaad en oliepalmen, maar dat vergt veel grond, ten koste van oerwouden of voedselproductie.

Toen Van Winden contacten legde in Mozambique, bleek de universiteit enthousiast. “We hadden geluk: ze wilde net een dependance maken in de delta, die meer dan duizend kilometer ten noorden van Maputo ligt. Die steun was belangrijk. Nu was het niet zomaar een idee van westerlingen die iets kwamen brengen.”

De juiste algen vinden is lastig. “Net zoals er in een tuin onkruid groeit, krijg je tussen de algen al snel ongewenste algen. Om het rendabel te houden, moet je zorgen voor een stabiele algencultuur die veel olie produceert.” In de vijvers die al aangelegd zijn . de grootste heeft een omvang van duizend vierkante meter . wordt het water continu in beweging gehouden. “Zo blijft het een mooie algensoep.”

Zodra een ideale samenstelling van algen in de vijver is bereikt, wordt het onderzoek eenvoudiger. “Als je goede algen hebt, moet je ze uit het water halen, drogen en de olie er uit persen. Naast de vijver hebben we een container gezet waar dat op laboratoriumschaal kan gebeuren. Geen hightech proces, maar dat hoeft ook niet in Mozambique.”

Van Winden schat dat een auto zo’n vijftig tot honderd kilometer kan rijden op de dagproductie van de grootste proefvijver. “Maar de Zambezidelta heeft duizenden vierkante kilometers land, waar je grotere vijvers aan zou kunnen leggen.” Als in december de fondsen van de onderzoekers zijn uitgeput, dragen ze de vijvers en apparatuur over aan de universiteit. Het contact met de TU Delft blijft behouden, onder meer via stages van Delftse studenten. Van Winden: “We moeten voorkomen dat het project stil valt. Mozambique is één van de armste landen ter wereld. Als de opstelling niet wordt gebruikt, zullen mensen onderdelen mee naar huis nemen. Daar hebben ze op korte termijn meer profijt van.”

Van Winden heeft het boek van Prahalad nog niet gelezen. “Bij de opzet van ons project waren we ons wel bewust van de drie bekende P’s die een voorwaarde zijn voor duurzame ontwikkeling: aandacht voor people, planet en profit. En daar zie je een raakvlak met de visie van Prahalad: een project dat op lange termijn geen ‘profit’ genereert zal nooit lang standhouden en kan daarom ook niet duurzaam zijn. Biodiesel zou wat ons betreft best door een westers bedrijf in Mozambique geproduceerd mogen worden, als dat lokaal maar banen, belastinginkomsten en exportdeviezen voor de Mozambiquaanse economie oplevert.”

Voor Kandachar en zijn studenten heeft ‘The fortune at the bottom of the pyramid’ nieuwe deuren geopend. Maar dat betekent niet dat hij de inhoud kritiekloos accepteert. “Ik ben een wetenschapper. Ik laat me overtuigen door bewijzen, niet door opvattingen.”

Als samensteller van een volgend jaar te verschijnen bundel over de base-of-the-pyramid-filosofie werpt Kandachar lastige vragen op. Mogen bedrijven mensen met nauwelijks een inkomen blootstellen aan intensieve marketing- en reclamecampagnes? Moeten traditionele landen hun oude strategieën voor ontwikkelingshulp helemaal overboord zetten? “Ik heb geen pasklare antwoorden”, vertelt Kandachar. “Maar ik denk niet dat we op de TU Delft dit soort projecten moeten opschorten tot alle vragen beantwoord zijn. Mensen hebben nu onze hulp nodig. Voor hen zijn academische discussies niet zo belangrijk.