Algenbiobrandstof: De Volgende Energierevolutie?

Koolstofneutrale Brandstof

Om de CO2-uitstoot te verminderen, is de favoriete weg geweest om verbrandingsmotoren en thermische krachtcentrales te vervangen door alternatieven zoals elektrische voertuigen en hernieuwbare energieën. Maar dit is niet altijd eenvoudig.

Vliegtuigen hebben bijvoorbeeld voorlopig geen realistisch pad om op elektrische energie te vliegen, omdat batterijen te zwaar zijn om te vliegen. En zelfs als we dit punt eindelijk bereiken, zal het decennia duren voordat de bestaande vloot wordt vernieuwd.

Andere voordelen komen voort uit de praktische aard van vloeibare brandstoffen. Ze zijn gemakkelijk op te slaan in enorme volumes voor noodgevallen. Ze kunnen maanden of zelfs jaren stabiel blijven. En ze zijn eenvoudig te vervoeren per tanker of pijpleiding. Dit maakt ze ideaal voor afgelegen locaties, militair gebruik en scheepvaart.

Totdat er een revolutionaire nieuwe technologie opkomt, zal er een blijvende vraag naar vloeibare brandstof blijven bestaan. Dus is de uitdaging het vinden van vloeibare brandstoffen die niet afhankelijk zijn van de levering van fossiele brandstoffen.

Biobrandstofgeneraties

1^st generatie biobrandstoffen waren en zijn nog steeds problematisch, omdat ze afhankelijk waren van het omzetten van voedselproducten zoals maïs in ethanol. Dit legt extra druk op het milieu en steunt op enorme industriële boerderijen die monocultuur toepassen. Als men de fossiele brandstoffen die voor meststoffen en tractors worden gebruikt meeneemt, is het misschien niet eens veel beter dan gewone benzine. En er is het ethische dilemma van het gebruiken van voedsel om brandstof te maken, waarbij brandstofgebruikers in rijke landen wonen en armere landen lijden onder voedseltekorten of inflatie.

2^nd generatie biobrandstoffen zijn ontworpen om reststromen van de landbouw of andere planten zoals gras te gebruiken om brandstoffen te produceren. Dit is al beter, omdat het niet direct concurreert met voedselproductie. Maar het vereist nog steeds veel land, en de omzetting van plant naar brandstof kan behoorlijk inefficiënt zijn. En alleen landbouwafval is niet in voldoende volume om een echt verschil te maken in het totale brandstofverbruik.

3e generatie biobrandstoffen vertrouwen op algen en een gesloten systeem onafhankelijk van bewerkbare grond. Theoretisch zou dit de perfecte manier moeten zijn om biobrandstof te produceren, omdat het niet concurreert met bestaande landbouwbronnen. Het zou ook overvloedig zeewater kunnen gebruiken in plaats van eerder zoet water.

Bron: Exxon

In de praktijk is algenbiobrandstof getest, maar niet op industriële schaal geproduceerd.

Er wordt zelfs gediscussieerd over 4^th generatie biobrandstoffen, of “fotobiologische zonnebrandstoffen”. Ze zouden gebaseerd zijn op het nabootsen van algenphotosynthese met kunstmatige nanotechnologieën. Maar deze bevinden zich nog steeds in laboratoria en zullen de commerciële schaal pas over enkele decennia bereiken.

Obstakels en Beperkingen voor Massaproductie

Het probleem dat de 3e generatie biobrandstoffen teistert, is altijd de opbrengst geweest. De algenconcentratie is te laag, de productiekosten zijn te hoog, en de omzetting naar brandstof vereist zowel kapitaalinvesteringen als verlies van een deel van de energie die in de algen zit.

Elke besmetting door andere organismen kan ook een oogst vernietigen en de winst verminderen. Een alternatief was om het te laten groeien in gesloten steriele containers, maar dit verhoogde de kosten eveneens.

Bovendien vereiste de eerste poging tot algenbiobrandstofproductie in de jaren 2010 het oogsten van algen, een ingewikkeld proces dat de productie ook onderbrak.

Het gevolg is dat de productiekost boven de $5 tot $8 per gallon blijft, waardoor het niet concurrerend is ten opzichte van fossiele brandstoffen.

Tweede Keer de Charme?

Vanwege de ongrijpbare winstgevendheid werd de eerste algenbiobrandstofboom in 2009-2010 geen energierevolutie. Je kunt meer lezen over wat er mis ging in dit artikel van 6 jaar geleden.

Sindsdien zijn er vorderingen gemaakt die de sector een nieuwe opleving “voeden”:

• Geavanceerde genetische engineeringtechnieken zijn nu toepasbaar op algen.
• Betere kennis over hoe algen om te zetten in brandstof.
• Ontdekking van zeldzame soorten die bestand zijn tegen besmetting en in open vijvers kunnen worden gekweekt.

Een andere factor is het feitelijke einde van goedkoop olie. Schalieolie heeft minstens een vat nodig tussen $50-70$ om winst te maken, olieontdekkingen zijn op hun laagste sinds 1946, en de oorlog in Oekraïne heeft een wereldwijde energiecrisis veroorzaakt.

Nu olie schaarser en duurder wordt, is binnenlandse algenbiobrandstofproductie plotseling veel aantrekkelijker. Dus een nieuwe golf van algenbedrijven schaalt nu op om koolstofneutrale brandstof te produceren op de meest milieuvriendelijke manier. (meer hierover in de sectie “Investeren in algenbiobrandstof”)

De Nieuwe Algenboom Voeden

Naast technologie en brandstofprijs is wat veranderd hoe te investeren in algenbiobrandstoffen. De vorige opleving werd gedreven door een leger van ambitieuze startups met beperkte financiering. Dit was een probleem in een bedrijf dat niet alleen innovatie, maar ook een enorme kapitaalinvestering vereist. Hoogstwaarschijnlijk zal algenbiobrandstof alleen een realiteit worden via een opeenvolgend proces:

1. Fundamentele wetenschappen om de biochemie en genetica van microalgen te begrijpen.
2. Selectie en engineering van de juiste algenstam geoptimaliseerd voor lipideproductie.
3. Optimalisatie van het productieproces, inclusief teelt, oogst en omzetting naar brandstof.
4. Opschalen van de productie om kosten te verlagen

In 2010 waren stap 1 en 2 nog niet echt aanwezig, zonder betrouwbare methode om de genetica van algen te wijzigen, bijvoorbeeld (inclusief geen volledig genoom voor de meeste soorten geanalyseerd).

De chemie van de omzetting naar brandstof was op zijn best vaag, vooral op industriële schaal. En een misplaatste focus op ethanolproductie in plaats van lipiden bleek een dood punt.

Stap 3 bleek ook moeilijk, waarbij door wetenschappers geleide startups vaak faalden in het implementeren van industrieel ontwerp.

Ten slotte, met lage productieopbrengsten, kon geen opschaling het winstgevendheidsprobleem oplossen, en droogde het kapitaal snel op.

Investeren in Algenbiobrandstof

In 2023 zijn de wetenschappelijke vragen grotendeels beantwoord. Bijvoorbeeld, het bedrijf Viridos ontdekte hoe de concentratie van lipiden in algen meer dan te verdubbelen door slechts één gen te wijzigen. Bovendien hebben tools die de afgelopen 5 jaar zijn ontwikkeld, zoals NGS (Next Generation Sequencing) en CRISPR, genbewerking veel gemakkelijker en goedkoper gemaakt. Evenzo zijn er nu veel goed begrepen methoden om algenlipiden om te zetten in brandstoffen.

Het laatste is dat terwijl fundamenteel onderzoek vaak wordt uitgevoerd door gerichte startups, het geld en de industriële opschaling nu komen van zeer grote bedrijven. Vaak traditionele oliebedrijven.

Als gevolg hiervan betekent investeren in algenbiobrandstof investeren in de enkele grote bedrijven die een toekomst bouwen waarin ze koolstofneutrale olie produceren in plaats van te boren naar fossiele brandstoffen. Dit is misschien niet goed voor dromen van 100x rendementen. Maar ze zouden desalniettemin goede investeringen moeten zijn, aangezien deze enkele grote ondernemingen de enige energiebedrijven zullen zijn met de unieke intellectuele eigendom om de energietransitie te beheren zonder te concurreren met elke andere duurzame energie. Ze zijn bovendien al winstgevende bedrijven die royale dividenden uitkeren of agressief groeien.

1. Exxon Mobil

Dit is misschien de meest verrassende naam op de lijst van mogelijke biobrandstofinvesteringen. Exxon is een soort nemesis voor milieuactivisten, regelmatig beschuldigd van een grote bijdrage aan de opwarming van de aarde. Maar het is ook de wereldleider in algenbiobrandstof door zijn samenwerking met Viridos.

XOM Prijsgrafiek

Viridos is een bedrijf opgericht door Craig Venter, de vader van synthetische biologie en een van de eersten die het menselijk genoom sequentieerden. Het was ook het eerste bedrijf dat een synthetisch genoom en een kunstmatige/synthetische cel creëerde.  En ze hebben een lange weg afgelegd sinds ze meer dan een decennium geleden begonnen met onderzoek naar algenbiobrandstof:

We hebben al een 5-10x verbetering in bio-olierendement ten opzichte van natuurlijke stammen aangetoond in een buitenomgeving in de echte wereld. En we zijn van plan om nog veel verder te verbeteren.

Exxon is van plan om binnen 2 jaar 10.000 vaten algenbiobrandstof per dag te produceren. Het is nog klein vergeleken met de totale 3,7 miljoen vaten per dag die het bedrijf produceert, maar als het slaagt, kan het snel opgeschaald worden tot een groot deel van de productie van het bedrijf tegen 2030.

2. Reliance Industry

Reliance Industry is een enorm Indiaas conglomeraat, het grootste particuliere bedrijf in het land, actief in telecom, textiel en energie. In 2022 was het het eerste Indiase bedrijf dat ooit $100 miljard aan omzet bereikte.

Reliance heeft een video uitgebracht waarin ze hun toetreding tot de algenbiobrandstofmarkt aankondigen, met de claim “een van de grootste algenkweeksystemen ter wereld”. Tot nu toe bestond hun energieportfolio voornamelijk uit raffinaderijen en petrochemische fabrieken. Met dit algenproject zouden ze productie kunnen starten en het overvloedige zonlicht in India (en ook onbebouwde woestijnen) kunnen gebruiken om de extreme afhankelijkheid van het land van buitenlandse fossiele brandstofimporten te verminderen.

Crowdfunding & VC

We konden op het moment van dit artikel geen lopende campagne vinden. Maar het is iets waar investeerders met een hoger risicoprofiel op moeten letten, zoals de succesvolle crowdfundingcampagne van 2021 voor Manta Biofuel. Ze gebruiken open vijvers en magnetische nanodeeltjes om de algen te oogsten.

Gekwalificeerde investeerders en VC’s zullen ook toegang hebben tot een veel diversere reeks investeringsopties. Bijvoorbeeld, Primary Ocean, die zeewier kweekt voor voedsel, bioplastics en biobrandstoffen. Of Algenol (chemische cosmetica en biobrandstoffen) of Gevo (diverse biobrandstoffen).

Conclusie

Algenbiobrandstoffen ondergaan een stille renaissance achter de gesloten deuren van megacorporaties met diepe zakken en het geduld om de problemen van kosten en schaalbaarheid op te lossen. Het ontstaan van grootschalige projecten zoals de Exxon 10.000 vaten/dag is een teken dat algenbiobrandstof nu een volwassen technologie wordt.

Dit betekent ook dat er de komende jaren waarschijnlijk nieuwe startups in dit veld zullen ontstaan, zoals Manta Biofuel in 2021. Dus investeerders zullen een groeiend scala aan investeringsopties hebben in de komende jaren. Andere oliebedrijven zullen mogelijk ook proberen in te halen en bieden op elk bedrijf met de technologie om te helpen. Hoogstwaarschijnlijk zullen dit bedrijven zijn die al hoogwaardige verbindingen uit algen produceren en ervaring hebben met grootschalige productie. Dus algenbedrijven kunnen in het algemeen de nieuwe grote trend worden tegen 2025-2026.

Investeerders in bedrijven zoals Reliance of Exxon willen misschien niet alleen op basis van de algenbiobrandstoftheorie investeren, aangezien ze de komende jaren nog grotendeels afhankelijk blijven van andere inkomstenstromen. Deze technologie zal echter de langetermijnvooruitzichten van deze bedrijven verbeteren, omdat een oliereus als Exxon soepel kan overstappen van fossiele brandstoffen naar algenbrandstoffen door simpelweg zijn kapitaalinvesteringen van boren te verplaatsen naar het bouwen van algenkweekvijvers.

In het geval van stijgende koolstofbelastingen zal dit ook een levensvatbaar alternatief bieden om vloeibare brandstoffen tegen een redelijke prijs te houden, waardoor algenbiobrandstoffen in dat scenario veel winstgevender worden. En in tegenstelling tot fossiele brandstoffen, wordt verwacht dat de kosten zullen dalen door voortdurende verbeteringen in de genetische engineering van algen.