Energiaátmenet algákkal a tiszta energiára - a tudomány spektruma
Bioenergia: Alga üzemanyaggal érje el célját
2011 novemberében egy United Airlines repülőgép repült Houstonból Chicagóba. A különlegesség: a tartályban keverék volt, amely csak 60 százalékban hagyományos üzemanyagból állt. A másik 40 százalék algás üzemanyagból származott. Az úgynevezett Algaház 2013 óta van Hamburgban. A mikroalgák, amelyek állítólag a lakosok számára termelik az energiát, az épület homlokzatát alkotó átlátszó biomodulokban szaporodnak. Az algaházak és az algatüzelőanyag csak két példa arra, hogy a kutatók és vállalatok miként használják már apró vízi organizmusokat a környezetbarát energia termelésének ösztönzésére. A szakértők meg vannak győződve arról, hogy a "zöldarany" potenciálja óriási.
"Az algákból történő energia megszerzésének gondolata lenyűgöző" - mondja Olaf Kruse, a Bielefeldi Egyetem Algatechnológiai és Bioenergia Tanszékének vezetője. Ahelyett, hogy elégetné a véges szén- és olajkészleteket, és így felszabadítaná a klímát károsító CO2-t, az egysejtű zöldalgák megújuló, tiszta energiát ígérnek. És a cianobaktériumok is, amelyeket a biológusok kék-zöld algának is számítottak az algák közé, - nem utolsósorban fotoszintetizáló képességüknek köszönhetően - hozzájárulhatnak a környezettudatos élethez.
Az egysejtű zöldalgák megújuló, tiszta energiát ígérnek
Az ötlet természetesen nem teljesen új - repcével, szójával és kukoricával akarták bevezetni az energiaforradalmat. De ezeknek a növényeknek az üzemanyag-termesztése világszerte ellentmondásos: Mivel az üzemanyagot előállító mezők nem termelnek élelmiszert. A mikroalgák kiutat jelentenének ebből a lemeztartály-dilemmából. A szárazföldi növényekkel ellentétben nincs szükségük értékes szántókra a növekedéshez, sokkal gyorsabban szaporodnak, és ennek megfelelően területenként lényegesen több biomasszát termelnek: Akár 100 tonna szárazanyag hektáronként és évenként, szemben a cukornád 17 tonnájával vagy a búza 3,5 tonnájával . A vízzel szemben sem támasztanak magas követelményeket, és meg vannak elégedve sóval, sósvízzel vagy szennyvízzel.
Meghatározták az algás energia pályáját
A beruházásokat mind az ásványolaj-társaságok, mind a repülési és az autóipar végzik. A politikai irányvonalat is már meghatározták: az uniós előírások szerint a közlekedés energiafogyasztásának legalább tíz százalékát 2020-ig megújuló energiákkal kell fedezni. Egy nemrégiben elfogadott reform hét százalékra fagyasztotta az első generációs bioüzemanyagok arányát. A második generációs bioüzemanyagok hozzájárulnak a fennmaradó három százalékhoz: szennyvíziszap, szalma vagy algák.
Alapvetően nem kell sok az algák termesztéséhez. A fény, a víz, a hő és a CO2 nagyrészt elegendő ezek szaporításához. Ha azonban a lehető legmagasabb hozamot szeretné elérni, és ezt nagy léptékben, akkor a dolgok bonyolultabbá válnak. Az olyan tényezőket, mint a hőmérséklet, a fényintenzitás, a tápanyagok és a CO2 koncentrációja, finomhangolni kell, és az algatípustól és a rendszer elhelyezkedésétől is függenek. Még mindig kevés az egyetértés abban, hogyan lehet leghatékonyabban előállítani a zöld aranyat, és hogyan lehet a legjobban felhasználni energiára.
Egyesek algákat nyitott medencékben, mások fotobioreaktorokban növesztenek, azaz zárt rendszerekben, amelyek általában átlátszó műanyag csövekből vagy lemezekből állnak. Ez utóbbiaknak megvan az az előnyük, hogy helytől függetlenül megépíthetők, és az algák ellenőrzött körülmények között nőnek. A fotóbioreaktorok azonban általában rendkívül technikai jellegűek, ezért megvásárlása és karbantartása drága.
A betakarítás költségekkel is jár: az algák értékes olajához vagy etanoljához való eljutáshoz a folyékony algaszuszpenziót szilárd és folyékony komponensekre kell szétválasztani, majd szárítani és az értékes anyagokat kivonni. "A szárítás azonban sok energiát emészt fel" - mondja Michael Kröger a lipcsei német biomassza-kutató központból.
A metánt algákból állítják elő
Néhány munkacsoport ezért a nedves biomasszát közvetlenül gázzá alakítja. A svájci Paul Scherrer Intézet (PSI) tudósai az úgynevezett szuperkritikus vízben, azaz magas hőmérsékleten és nagy nyomáson bontják fel a biomasszát az egyes komponenseire. A végeredmény a metán, egy olyan gáz, amely könnyen betáplálható a földgázhálózatba. Az energiamérleg jó: "A biomassza majdnem teljes átalakulását elérjük, és a biomassza energiájának 65-75 százalékát üzemanyagként nyerjük. A mai biotechnológiai folyamatok 2-3-szorosára rosszabbak" - mondja Christian Ludwig, a PSI projektmenedzsere. Ludwig szerint a rendszer igazi szépsége a tápanyagciklus lezárására tett kísérlet: kollégáival értékes ásványi anyagokat és azt a vizet is kinyerik, amelyben az algákat termesztették. Mindkettő ismét a következő algapopuláció rendelkezésére áll. Ideális esetben az algatelepeket működtetni kellene szénerőművek közelében: Az algáknak CO2-re van szükségük a növekedéshez, és a tápanyagokat a kipufogógázokból nyerhetik. A légkörbe való kiszökés helyett a CO2 a biomasszában rögzül.
A fosszilis tüzelőanyagokkal ellentétben a megújuló nyersanyagokból származó energiát CO2-semlegesnek tekintik: Ha a biodízel megég a motorban, akkora mennyiségű CO2 szabadul fel, mint amennyit a fotoszintézis során korábban abszorbeáltak. Az algákkal azonban lehetséges, hogy több CO2 nyerhető ki a légkörből: Ha az erjedési maradvány műtrágyaként kerül a mezőkre, a búza és hasonlók beépítik a benne lévő szenet. "A teljes CO2-egyensúly érdekében azonban még többet kell fontolóra venni. Hogy a végén pozitív-e, azt még várni kell" - mondja Mandy Gerber környezetvédelmi mérnök a bochumi Ruhr Egyetemről, aki a mérlegen dolgozik.
"A technológia még nem áll készen arra, hogy az algákból energiát nyújtson költséghatékonyan" (Olaf Kruse)
Az energia- és CO2-egyensúly kétségtelenül fontos az algák energia-potenciáljának felmérésében. De a fő kérdés egy másik: Mennyibe kerül egy liter alga üzemanyag előállítása? Ha a liter többe kerül, mint amennyit a végén hoz, akkor nem sikerül. "A technológia még nem érett az algák energiahatékony előállításához" - mondja Kruse. "Ehhez csak idő kell. Az eddig beáramló kutatási alapok marginálisak más kutatási területekhez képest, de az elvárások nyomása óriási." Kröger egyértelmű szavakat is talál: "Az emberek 10 000 éve gazdálkodnak. Évezredekbe telt, hogy megtalálják azokat a növényeket, amelyeket érdemes volt termeszteni, és optimalizálni őket. Nincs ez másként az algákkal sem. Négy után is Tökéletes technológiára csak öt évtizedes kutatásig számíthat. "
A helyzetet tovább rontja, hogy az energia olcsó termék, amelynek szinte semmibe sem kell kerülnie. "A technológia azonban tovább fog fejlődni. És ha az olaj ára akkor emelkedik, amire a szakértők jósoltak, a kártyákat újra összekeverik" - mondta Kruse.
Nagy profit az élelmiszeriparban
Az algák ma már nagy hasznot hoznak: az élelmiszer- és takarmányiparban. Magas árú nyersanyagokat állítanak elő, például pigmenteket és fehérjéket. Például az asztaxantin vörös színezőanyag, amely miatt a tenyésztett lazac olyan gyönyörűen csillog a tányéron. "A liter világpiaci ára meghaladja az 1000 eurót. A rendkívül tiszta omega-3 olaj literenként körülbelül 120 eurót hoz" - mondja Johann Mörwald, az algákból omega-3 zsírsavakat előállító osztrák Ecoduna vállalat ügyvezető igazgatója. A bioenergia-termelők is profitálhatnak az értékes nyersanyagokból: "Kombinálni akarjuk az energiatermelést az értékes anyagok jövedelmező kinyerésével. Kollégáink, az Oberhauseni Fraunhofer Intézet UMSICHT, kivonják az omega-3 zsírsavakat, és a fennmaradó alga biomasszát biogázzá erjesztjük" - magyarázza Gerber von a Buhumi Ruhr Egyetem közös projektje.
Az amerikai Algenol cég teljesen más koncepciót használ. A vállalat nem használ biomasszát, az algák azonban közvetlenül előállítják a kívánt terméket: bioetanolt. "Az algáink olyan géneket tartalmaznak, amelyek biztosítják, hogy növekedésük érdekében már nem tudnak cukrot termelni. Ehelyett etanolt termelnek" - mondja Dirk Radzinski, a németországi és svájci Algenol-ágak ügyvezető igazgatója. Az Algenol-nál nem talál drága fotóbioreaktorokat: A műanyag zacskók ugyanezt teszik. Az algák 30 napig etanolt szabadítanak fel benne. Az alkalmazottak ezután összegyűjtik a keveréket, megtisztítják az etanolt, és a fennmaradó biomasszát benzinné, dízelré és kerozinná dolgozzák fel. Az Algenol honlapján azt hirdeti, hogy egy liter üzemanyagot - akár benzint, akár dízelt - egy eurónál kevesebb áron tudnak előállítani.