Forskningsprojekt: Algproduktion från avfallsströmmar för en fossilfri framtid

Case - Publicerad 20.6.2017

Alger anses vara tredje generationens biobränsle, samtidigt som en mängd olika högvärdiga produkter kan framställas av biomassan. Det finns mycket forskning och stora möjligheter med alger. Främst av ekonomiska orsaker har tekniken inte kunnat etablera sig i stor skala. Botnia-Atlantica-projektet TransAlgae strävar efter att hitta lösningar så att innovationen algodling ska kunna tillämpas av företag i regionen och bidra till bioekonomin. 

Alger är globalt ett hett område för forskning, och också i Finland görs forskningsinsatser, men trots alla fördelar är det svårt att få algodling ekonomiskt hållbart. Ett sätt att förbättra lönsamheten är just att optimera olika delar av processen, t.ex. att öka lipidhalten eller effektivera skörden. Genom att utnyttja avfallsströmmar i odlingen får man nödvändiga näringsämnen för att algerna ska växa samtidigt som vattnet renas, vilket idag utgör en kostnad. I ett nordiskt klimat kan algodling vara utmanande, men i forskningsprojektet TransAlgae försöker man dels optimera processer, och dels hitta systemlösningar som kan öka tillämpningen av innovationen. Projektägare är Sveriges Lantbruksuniversitet och partners är BioFuel Region, Yrkeshögskolan Novia, Vasa Universitet, Mittuniversitetet, Nattviken Invest och NIBIO.

Behovet av att ta tillvara näringsämnen med alger

Att ställa om ekonomin från en som är byggd på fossila bränslen till en hållbar bioekonomi kräver ett systemtänkande. Mest troligt kommer många olika energiformer att behövas i framtiden. I Finland har vi skogen, och man har höga förväntningar på hur bioekonomin ska utvecklas. Men för att lyckas fullt ut med bioekonomin behövs även den senaste generationen av biobränslen, nämligen alger. Alger kan odlas i avloppsvatten och rökgaser, där de tar upp näringsämnen och koldioxid som annars ses som en kostnad. Det mest akuta problemet i Östersjön är övergödning, så att ta tillvara näringsämnen genom algproduktion i avfallsströmmar är inte bara lämpligt, utan nödvändigt för att åstadkomma ett hållbart samhälle. De upptagna näringsämnena kan sedan användas som gödsel, t.ex. via gödsling med rötrest. Dessutom konkurrerar inte alger om odlingsareal för matproduktion.

Odling, skörd, extraktion och omvandling till energi i ett system

I TransAlgae undersöks alla processer i algodling, och genom att integrera olika processer och produkter hoppas man komma över nuvarande barriärer, t.ex. lönsamhet. Om man tillverkar högvärdiga produkter och extraherar en viss del av algen, så får man även en restprodukt. För hållbarheten, både ekonomisk och ekologisk, behöver den tas tillvara. Ett lovande sätt att göra det är att röta algerna, så man får biogas som kan uppgraderas till biometan. Biometan kan användas som fordonsgas, eller lagras på samma sätt som LNG (Liquefied natural gas), vilket just nu ses som en lovande teknik i Finland. Biogas är på frammarsch i Finland, och alger kan med fördel rötas med befintliga substrat.

I TransAlgae är det Yrkeshögskolan Novia som undersöker hur mycket biometan man får ut av de alger som andra parter i projektet odlar, samtidigt som man optimerar gasproduktionen genom att samröta med regionala material och förbehandling. Att materialen är regionalt tillgängliga är nödvändigt för hållbarheten. Samrötningen görs för att få en effektivare rötning, eftersom mikroalger har en näringssammansättning som inte är optimal för rötning. Alger innehåller för lite kol jämfört med kväve, vilket betyder att man borde blanda algerna med en kolkälla för bättre rötning. Sådana substrat finns det mycket av i Finland, främst inom jordbruket och pappersindustrin. Förbehandlingsmetoder behöver undersökas eftersom cellväggen hos vissa mikroalger har visat sig vara svårnedbrytbar vid rötning.

Återigen kan man hitta synergieffekter i ett system: Om extraktion för högvärdiga produkter utförs, så medför det att algerna utsätts för en hård behandling, vilket kan ses som en förbehandlingsmetod. Förbehandlingsmetoder är inte bara en investeringskostnad, de kan också påverka energibalansen eftersom de kan vara energikrävande. Bland annat därför behövs ett systemtänkande. Samtidigt får man en rötrest, som kan användas som gödsel och därmed återföra näringsämnena till matproduktionen. Syftet med rötningen blir då att bidra till algodlingens hållbarhet och framställa ett förnybart bränsle.

Förutom rötning så undersöks Hydrothermal Liquefaction (HTL) av alger i TransAlgae. HTL kan i princip användas på vilken biomassa som helst, och genom att justera tryck, temperatur, uppehållstid och katalysatorer kan man anpassa produkterna. Processen görs syrefritt vid ca 250-550°C och högt tryck på ca 5-25 MPa, vilket ger en bioråolja som kan förädlas vidare till ett biodrivmedel.

Algodling – Ett typexempel på cirkulär ekonomi

Genom att ha ett systemperspektiv, och kunna se möjligheter till synergieffekter i omgivningen, kan man förbättra den ekonomiska hållbarheten hos alger och samtidigt bidra till cirkulär ekonomi. Vattenrening är en kostnad för samhället, men genom algodling kunde man se det som en resurs. Detsamma gäller rökgaser, där tillförsel av koldioxid är en kostnad för konventionell algodling. För att få 1 kg alger har ungefär 1,8 kg koldioxid tagits upp, och vid till exempel energiproduktion kan koldioxiden som annars skulle hamna i atmosfären bindas i användbar biomassa. Algodling med tillhörande framställning av högvärdiga produkter och energi, samt återvinning av avfallsströmmar, blir till ett typexempel på cirkulär ekonomi. Återvinningen sker inte bara genom algodling i avfallsströmmar, man undersöker även användning av andra restprodukter i olika delar av produktionskedjan, så som kitosan vid skörd och samrötning med andra material. I själva odlingen kan rejektvatten från rötning och vatten från avvattnade alger cirkuleras tillbaka till odlingen.

Samtidigt som algodling verkar lovande, är det nödvändigt att analysera effekterna av att sprida den här innovationen och att utvärdera hållbarheten. Bland annat ska Novia och Mittuniversitetet räkna ut energibalansen för algodling med efterföljande processer. För tillfället ser det ut som att endast energiproduktion från alger är svårt att få lönsamt, men det handlar också om hur man värdesätter vattenrening och biobränslen. Bioraffinaderiet kommer alltid att vara beroende av omgivningen, vilket är typiskt för en cirkulär ekonomi och gör att resultatet av systemanalysen kan bero mycket på lokala förutsättningar.

Artikelns författare Andreas Willfors är TransAlgaes projektledare i Yrkeshögskolan Novia.

Telefon: +358447805738
E-post: andreas.willfors@novia.fi

Läs mera:

Projektets hemsida
Finansiär Botnia-Atlantica