Een groeiende wereldbevolking vraagt om duurzame bronnen voor gezond voedsel, diervoeder en chemicaliën. De toenemende vraag naar natuurlijke en gezonde producten zet onderzoekers en bedrijven aan om in te zetten op innovatieve producten met functionele ingrediënten. Microalgen hebben potentieel als hernieuwbare grondstof voor voedingsstoffen, bieden veelbelovende alternatieven voor kleurstoffen en worden gebruikt in cosmetica. Bovendien kan het kweken van microalgen bijdragen aan een commercieel aantrekkelijk en duurzaam gebruik van niet-bewerkbaar land van boeren. In dit artikel presenteren onderzoekers van VITO en Thomas More een geïntegreerde methodologie om een geografische techno-economische analyse uit te voeren die tijdvariaties omvat (een spatio-temporele TEA). Ze passen deze methodologie toe op de waardeketen van microalgen met een extractie van hoogwaarde verbindingen, zoals lipiden en eiwitten.
De waardeketen van microalgen
De productie van microalgen is kostbaar, dus is het van belang dat economisch haalbare waardeketens worden ontwikkeld. De belangrijkste activiteiten in de waardeketen van microalgen worden in onderstaande figuur weergegeven.
Van links naar rechts: teelt, oogsten, centrifugeren, conservering, downstream processing (DSP) en verwerking in voedsel, diervoeder of cosmetica. Onderaan worden de belangrijkste voorwaarden aangeduid die moeten worden overwogen in het ontwerp van de waardeketen: locatie, capaciteit, prijs, grondstof- en productkwaliteit en planning.
TEA van waardeketens van micro-algen
Techno-economische assessments (TEA) kunnen inzichten bieden in de technische en economische haalbaarheid van elk proces in de waardeketen, zoals kweek, oogsten, conserveren, downstream-verwerking, enz. Geografische kenmerken beïnvloeden echter de proceshaalbaarheid en het procesontwerp. Niet elke regio is immers even geschikt voor microalgenproductie, maar ook de organisatie en de logistiek achter de gehele waardeketen zijn sterk afhankelijk van de locatie (bv. locaties voor kweek, locaties voor verwerking, geografische situering van de marktvraag en het transportnetwerk).
Wiskundige modellering is een veelgebruikte methode om waardeketenontwerp in een geografische context aan te pakken. Daar waar in de literatuur heel wat modellen terug te vinden zijn in de context van de biomassa waardeketen, is het aantal studies dat zich richt op modellen voor microalgen schaars.Bovendien richten die studies zich op het gebruik van microalgen voor biobrandstofproductie in dunbevolkte gebieden en sluiten ze een techno-economische analyse van processen in de waardeketen uit. Daarom werd een nieuwe methode ontwikkeld - een spatio-temporele TEA, die een dynamisch TEA-model combineert met een waardeketen-optimalisatiemodel (MooV).
Resultaten
De spatio-temporele TEA heeft tot doel de optimale algengebaseerde waardeketen tegen minimale kosten te definiëren, rekening houdend met geografische variaties. Een casestudy over de teelt van Nannochloropsis gaditana in Vlaanderen, Beieren en Ierland onthult aanzienlijke kostenvariaties (±40%) afhankelijk van de regio en de waardeketen-configuratie. Het opnemen van geografische kenmerken en vergelijken van ontwerpopties zijn cruciaal voor het beoordelen van de levensvatbaarheid van het businessplan. In Vlaanderen bijvoorbeeld verdubbelen de waardeketenkosten vanwege specifieke regionale kenmerken, zoals meerdere kleinschalige kassen. In alle gevallen domineren CAPEX- en OPEX-kosten met betrekking tot de boerderij (90% van de totale kosten) en bepalen ze de waardeketenconfiguratie.
Toekomstig onderzoek en aanbevelingen
De analyse van de casestudies geeft aan dat optimalisatie van de waardeketen en samenwerking tussen boerderijen de eenheidskosten kunnen verlagen. Toekomstig onderzoek moet zich richten op het eerlijk verdelen van voordelen uit het samenwerken van partners langsheen de waardeketen.
De geschetste scenario's in het onderzoek hebben als doel inspirerend te zijn. Talloze andere scenario's kunnen worden gedefinieerd om de impact van bepaalde beslissingen op de techno-economische haalbaarheid en de configuratie van de waardeketen te analyseren. Voorbeelden zijn een uitbreiding van de capaciteit van de verwerker, het openen van een extra verwerker, decentrale verwerking versus centrale verwerking of het aanpassen van de verwarmingsstrategie. Bovendien kan deze methodologie worden uitgebreid naar verschillende stammen, de combinatie van verschillende stammen om doorheen het ganse jaar kweek te organiseren, verschillende regio's, of verschillende downstream-verwerkingstechnologieën.
