Pws Algen

Floor van Donkelaar, Lesley van der Pavert, Lex Verbrugh & Manon Maarsenveen.

Rembrandt-College

De groene toekomst: ALGEN

Profielwerkstuk De openbare presentatie zal plaatsvinden op woensdag 10 februari 2016 van 19.30 tot 21.30 uur

door

Floor van Donkelaar Lesley van der Pavert Lex Verbrugh Manon Maarsenveen In klas V6B

Profielwerkstuk begeleider

Dhr. Langejan

1

Voorwoord Op dit moment leest u het profielwerkstuk van Floor van Donkelaar, Lesley van de Pavert, Lex Verbrugh en Manon Maarseveen. Alle vier zijn we leerlingen die zich bevinden in het zesde jaar van het voorbereidend wetenschappelijk onderwijs op het Rembrandt-College te Veenendaal. Ieder van ons heeft tachtig uur aan onderzoek besteed en daarmee hebben we samen dit profielwerkstuk gerealiseerd.

Het onderwerp van ons profielwerkstuk is algen, een actueel onderwerp waar we alle vier graag onderzoek in wilden doen. Tegenwoordig worden algen namelijk gezien als een potentiële bron voor de productie van biobrandstoffen. Vragen zoals ‘hoe maakt een alg oliën aan?’ en ‘op welke manier wordt olie uit algen verwerkt tot biobrandstoffen?’ hielden ons bezig. Na enige verdieping in het onderwerp besloten we te gaan onderzoeken of biobrandstoffen uit algen op chemisch gebied realiteit kunnen worden. En daarom luidt onze hoofdvraag: ‘Tot in welke mate kunnen biobrandstoffen uit algen concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied?’

Tijdens ons onderzoek hebben een aantal mensen ons geholpen en hadden we de beschikking over verschillende materialen. Hiervoor willen we allereerst onze begeleider meneer Langejan bedanken, die ons tijdens het gehele traject heeft geholpen. Voor vragen konden we altijd bij hem terecht en de tussentijdse evaluaties stelden we zeer op prijs. Daarnaast willen we TOA’s Manon en Bas bedanken, want dankzij hun hulp hebben we de practica zo goed mogelijk kunnen uitvoeren. Tot slot willen we Aljan Ausema bedanken voor de uitnodiging van de pws-dag aan de universiteit van Wageningen en voor het krijgen van de algen Chlorella sorokiniana en Scenedsmus obliquus.

2

Inhoudsopgave Voorwoord .............................................................................................................................................. 2 Samenvatting........................................................................................................................................... 5 Inleiding ................................................................................................................................................... 6 Fossiele brandstoffen .............................................................................................................................. 7 Het maken van fossiele brandstoffen ................................................................................................. 7 Bruinkool en steenkool........................................................................................................................ 7 Aardgas en aardolie ......................................................................................................................... 8 Winning van aardolie en aardgas .................................................................................................... 8 Delving van steenkool en bruinkool ................................................................................................ 9 Het gebruik van fossiele brandstoffen ................................................................................................ 9 Producten uit de destillatietorens................................................................................................... 9 Brandstoffen .................................................................................................................................. 10 Toepassingen van andere fossiele brandstoffen........................................................................... 10 Voor en nadelen van fossiele brandstoffen ...................................................................................... 10 Biobrandstoffen uit algen ...................................................................................................................... 12 De alg ................................................................................................................................................. 12 Fotosynthese ................................................................................................................................. 12 Het gebruik van biobrandstoffen uit algen ....................................................................................... 14 De voor- en nadelen van biobrandstoffen uit algen ......................................................................... 14 Olie uit algen halen............................................................................................................................ 15 Zelf olie uit algen halen ................................................................................................................. 16 Het kweken van algen ........................................................................................................................... 18 De vorm van de reactor ..................................................................................................................... 18 Het groeimedium en het water ......................................................................................................... 19 De lichtintensiteit .............................................................................................................................. 20 De temperatuur ................................................................................................................................. 20 De koolstofconcentratie .................................................................................................................... 20 De zuurtegraad .................................................................................................................................. 21 Algen keuze ........................................................................................................................................... 22 Binaire nomenclatuur ........................................................................................................................ 22 Scenedesmus Obliquus...................................................................................................................... 22 Chlorella Sorokiniana......................................................................................................................... 23 Chlorella sorokiniana of Scenedesmus obliquus? ............................................................................. 23 Practicumbeschrijving ........................................................................................................................... 24 3

Practicum 1 ........................................................................................................................................ 24 Practicum 2 ........................................................................................................................................ 29 Practicum 3 ........................................................................................................................................ 32 Practicum 4.1..................................................................................................................................... 34 Practicum 4.2..................................................................................................................................... 36 Vrijgekomen energie ............................................................................................................................. 38 Fossiele brandstoffen ........................................................................................................................ 38 Reactie warmte ............................................................................................................................. 38 Biobrandstoffen uit algen .................................................................................................................. 38 Reactiewarmte .............................................................................................................................. 40 Conclusie ............................................................................................................................................... 41 Discussie ................................................................................................................................................ 42 Problemen die zijn ontstaan voor het beantwoorden van de hoofdvraag ....................................... 42 Wat ging goed/minder goed ............................................................................................................. 42 Bronnen ................................................................................................................................................. 44 Bronnen tekst .................................................................................................................................... 44 Bronnen afbeeldingen ....................................................................................................................... 46 Bijlage .................................................................................................................................................... 48 Logboek tijd ....................................................................................................................................... 48 Practicum 2, 3 en 4: kleurenschema ................................................................................................. 52

4

Samenvatting In dit profielwerkstuk wordt er gekeken naar het verschil tussen biobrandstoffen uit algen en fossiele brandstoffen en wordt de vraag beantwoord of biobrandstoffen uit algen kunnen concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied.

Als eerste worden fossiele brandstoffen en biobrandstoffen uit algen apart besproken. Hier wordt ingegaan op de stappen die nodig zijn tot het toegepast kan worden. Er wordt behandeld hoe fossiele brandstoffen gemaakt worden en welke soorten er zijn. Ook worden de toepassingen van fossiele brandstoffen genoemd en worden de voor- en nadelen hiervan gegeven. Hetzelfde wordt behandeld voor biobrandstoffen uit algen, maar bij de algen wordt ook ingegaan op de kweek.

Vervolgens worden de practica besproken, waarin de Chlorella Sorokiniana en de Scenedesmus Obliquus gekweekt worden en waarna geprobeerd is om olie uit de Scenedesmus Obliquus te halen.

Om antwoord te geven op de hoofdvraag, is de reactiewarmte van fossiele brandstoffen en van biobrandstoffen uit algen berekend. Hieruit is te concluderen dat er minder energie nodig is voor de verbranding van biobrandstoffen uit algen dan voor fossiele brandstoffen. De mate waarin biobrandstoffen uit algen kunnen concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied is in theorie dus groot. Ook de resultaten van het practicum maken deel uit van de conclusie. Hieruit is gebleken dat het niet gemakkelijk is om algen te kweken, wat de mate van concurrentie met fossiele brandstoffen doet verkleinen.

5

Inleiding De voorraden met fossiele brandstoffen beginnen op te raken, het wordt hoog tijd over te stappen naar nieuwe bronnen van energie. Diesel is een vorm van chemische energie in een auto. Over geringe tijd zal dus ook diesel opraken. Hoe kunnen we dit vervangen? Eén van de mogelijkheden zijn algen.

Algen zijn kleine eencellige organismen (wieren) die biodiesel kunnen produceren door middel van fotosynthese. Tot in welke mate kunnen we biobrandstof uit algen laten concurreren met diesel uit fossiele brandstoffen? Zo luidt onze hoofdvraag. Is het mogelijk om met algen diesel te gaan produceren en daarmee diesel uit fossiele brandstoffen te vervangen?

We gaan dieper in op de fossiele brandstoffen, biobrandstoffen en op de algen ‘Chlorella sorokiniana’ en ‘Scenedesmus obliquus’, wat zijn dit voor algen?

Het is van groot belang dat er wordt onderzocht of algen een manier van vervanging zijn of dat ze niet geschikt zijn. In dat geval moet er naar andere mogelijkheden worden gezocht.

6

Fossiele brandstoffen Het maken van fossiele brandstoffen Fossiele brandstoffen zijn verbindingen van koolstofatomen die in het geologisch verleden zijn ontstaan uit resten van plantaardig en dierlijk leven. De belangrijkste fossiele brandstoffen zijn: aardolie, aardgas, bruinkool en steenkool.

Bruinkool en steenkool Ver in het geologisch verleden zijn er rond de evenaar, waar de tropische zones zich bevonden, veel plantenresten opgeslagen in de bodem. Deze plantenresten zijn steeds dieper de bodem ingezakt, waardoor de temperatuur en druk hoger werden. Dit heeft ervoor gezorgd dat de structuur van plantenresten is veranderd. Hoe hoger de temperatuur, druk en tijd, des te verder het stadium van de oorspronkelijke plantenresten is veranderd. Alle drie deze factoren spelen een rol bij de vormingssnelheid van fossiele brandstoffen.

De eerste verandering die heeft plaatsgevonden is het ontstaan van veen. Als de plantenresten in contact komen met zuurstof, breken bacteriĂŤn, schimmels en andere micro-organismen ze af tot mineralen. Er wordt een grote hoeveelheid water uit de planten geperst, waardoor de biomassa toeneemt. Ook komt er CO2 vrij. Veen bevat nog steeds veel water. Vroeger werd het in Nederland gebruikt als brandstof door het af te graven en te drogen, hierdoor ontstond turf.

De volgende stap van het proces is het ontstaan van bruinkool. Er is meer water uit het veen geperst, waardoor de bruinkool droger is. De C-atomen zitten dichter op elkaar. Waar in het veen het koolstofgehalte nog 60% was, is dat toegenomen naar 70% in bruinkool.

Bij een nog hogere druk, temperatuur en tijd gaat de bruinkool over in steenkool. Ook hierbij ontstaan CO2 en H2O. Steenkool bevat nog maar 10% water. Het is dus al in een ver gevorderd stadium waar veel tijd voor nodig is. Toch zijn er plekken in de wereld waar steenkool in een veel minder lange tijd is gevormd. Als de bodem een hogere temperatuur heeft, zoals in Sumatra door vulkanische activiteit, dan verloopt het proces sneller.

Na de steenkool kunnen bij een nog hogere druk en temperatuur eerst antraciet en daarna grafiet en uiteindelijk diamant ontstaan. Antraciet is een hoogwaardige vorm van steenkool. Grafiet is door de hoge druk en temperatuur in een rooster (honinggraat) gedrukt en bestaat vrijwel alleen uit koolstof.

Al het water is verdwenen. Het is een zacht materiaal dat afgeeft waardoor wij het tegenwoordig als schrijfmateriaal gebruiken. Diamant wordt ook in een rooster gedrukt alleen is dat rooster veel sterker.

Stof: Veen Bruinkool Steenkool Antraciet Diamant Grafiet

Percentage koolstof: 60% 70% 80% - 90% 90% - 95% 100% (diamantrooster) 100% (honinggraat)

In feite vindt de volgende reactie plaats: xCxHxOx ďƒ xCO2 + xH2O + xCx

7

De organische verbindingen worden omgezet in koolstofdioxide, water en koolstof. Hoe hoger de druk en de temperatuur zijn hoe verder her stadium is waarin het oorspronkelijke materiaal zich bevindt.

Organisch materiaal

Veen

Bruinkool

Steenkool (antraciet)

Grafiet

Diamant

Aardgas en aardolie Naast bruinkool en steenkool heb je ook aardolie en aardgas als fossiele brandstoffen. Deze worden op een andere manier gevormd. Aardgas en aardolie ontstaan in tegenstelling tot bruinkool en steenkool in zee.

Organisch materiaal zet zich af in de zee en komt op de bodem terecht. Dit materiaal hoopt zich op waardoor er nieuwe lagen met hetzelfde organische materiaal naar boven komen. Het is belangrijk dat het water op de bodem uiterst weinig zuurstof bevat. Dat zorgt ervoor dat het materiaal niet wordt verteerd door bacteriĂŤn. Er ontstaat een druk waardoor het materiaal wordt samengeperst.

Hierdoor ontstaat kerogeen, een mengsel van alkanen die onder hoge druk bij elkaar zitten.

Vervolgens kan er bij stijging van de temperatuur aardolie ontstaan. Bij een nog hogere temperatuur wordt dit aardgas. Doordat aardgas en olie veel lichter zijn dan de omringende gesteenten, worden ze omhoog gedruk. Er ontstaat dan een soort kamer waar het zich gaat ophopen.

Er zijn dus twee soorten van fossiele brandstoffen: aan de ene kant aardgas en aardolie en aan de andere kant steenkool en bruinkool. In dit onderzoek richten we ons vooral op aardgas en aardolie, omdat die als brandstof voor voertuigen kunnen dienen. Dit geldt niet voor bruinkool en steenkool.

Omdat we graag willen onderzoeken hoe we biobrandstoffen uit algen kunnen laten concurreren met fossiele brandstoffen, zijn aardgas en aardolie dus geschikter.

Het is nu duidelijk hoe de grondstoffen in de grond zijn ontstaan, maar er is nog geen brandstof gevormd. Hoe krijgen we de fossiele brandstoffen op aarde? En hoe zorgen we ervoor dat ze bruikbaar zijn in het dagelijks leven?

Winning van aardolie en aardgas Er zijn veel bedrijven die aan winning van aardolie doen. Daarvoor is het echter wel belangrijk om te weten waar de aardolie zich bevindt. Om dit te onderzoeken wordt seismologisch onderzoek gedaan.

Men laat de aarde trillen. Vervolgens weerkaatst elke aardlaag de trilling op een andere manier. Aan een bepaald soort weerkaatsing kan men dus waarnemen dat er aardolie in de grond zit. Een gebied waar veel aardolie in de grond zit zijn delen van het MiddenOosten (Oliestaten). Ook in Nederland bevindt zich een kleine voorraad aardolie, in Drenthe, Rotterdam en in de Noordzee zijn enkele velden gevonden.

Figuur 8.1

Het gebied waar aardolie gevonden is, kan onder de grond liggen, op het vaste land, maar ook onder de zeebodem. Indien het gebied onder de zeebodem ligt, worden er boorplatforms gebouwd. Er wordt eerst heel diep in de aardkorst geboord, totdat het gebied van de aardolie bereikt is. Daarna kan er gepompt worden, de olie komt zelden omhoog, maar het aardas stijgt.

8

Als de olie in poriën zit, wordt er stoom in de grond geblazen die de olie losweekt. Er ontstaat dan een mengsel van aardolie, aardgas en water. Dit wordt gescheiden en de olie wordt in de olieraffinaderij verder verwerkt.

In de olieraffinaderij komt de aardolie in een destillatietoren. Hier wordt het mengsel van verschillende C- ketens gescheiden door de temperatuur. Bovenin de destillatietoren is de temperatuur laag en onderin de toren is de temperatuur hoog (tot 400⁰C). Door de variatie van massa’s van de stoffen (aantal C – atomen) zijn de kookpunten verschillend. Lange ketens hebben een hoog kookpunt en korte ketens een laag kookpunt. Doordat de stoffen onderin de destillatietoren betreden, zullen korte ketens door de hitte opstijgen totdat de temperatuur onder het kookpunt van de desbetreffende stof komt. De stof zal dan weer vloeibaar worden en zich met andere soortgelijke ketens verzamelen in een uitgang. Zo ontstaan er bij elke uitgang fracties met elk een ander kooktraject. Er zijn verschillende soorten fracties met elk hun kooktrajecten en aantal C – atomen.

Fractie Gas Benzine Nafta Kerosine Diesel stookolie Residu

C–atomen per keten 1-4 4-12 4-8 Rond de 12 Rond de 16 16-25 tot 80

Aardgas wordt op dezelfde manier opgespoord en opgeboord, meestal stijgt het vanzelf en hoeft men niet te pompen. Via leidingen wordt aardgas naar elk huis in Nederland vervoerd. Het hoeft niet bewerkt te worden.

Delving van steenkool en bruinkool Steenkool en bruinkool worden gedolven in mijnen zoals dat vroeger gebeurde in de mijnen in ZuidLimburg. Er zijn binnen de steenkool verschillende soorten. Dat heeft te maken met de tijdsduur waarin het gevormd is, maar ook met de omstandigheden waaronder dit is gebeurd, zoals druk en temperatuur. De soorten zijn van laagwaardig naar hoogwaardig gerangschikt: vlamkool, gasvlamkool, gaskool, vetkool, esskool, magerkool en antraciet. De laagwaardige kolen bevatten relatief meer water, meer H-atomen, meer O-atomen en logischerwijs minder C-atomen. Dit houdt in dat hoe hoogwaardiger de kool is, hoe meer C-atomen het molecuul bevat en des te hoger de verbrandingswarmte is. Bij bruinkool is de verbrandingswarmte veel lager dan bij de laagwaardigste soort steenkool: vlamkool.

Het gebruik van fossiele brandstoffen Uiteindelijk zijn er verschillende soorten eindproducten van de fossiele brandstoffen. Namelijk de verschillende eindproducten van de aardolie, het aardgas en de verschillende soorten steenkool en bruinkool.

Producten uit de destillatietorens Helemaal boven uit de destillatietoren komt de eerste fractie, lgp (liquefied petrolium gas). Oftewel raffinaderijgassen. Het zijn gassen als methaan, propaan en butaan. Ze worden gebruikt als brandstof in gasflessen of in aanstekers. Het mengsel van de gassen wordt ook gebruikt in auto’s die op autogas oftewel lpg rijden.

9

Nafta wordt, nadat het uit de destillatietoren, komt gekraakt. Er worden alkenen van gemaakt, onverzadigde koolwaterstoffen die gepolymeriseerd kunnen worden. Het eindproduct is dus vooral plastic. Uit nafta worden ook aromaten zoals xyleen gewonnen, die men voor onder andere plastics gebruikt.

Brandstoffen Benzine wordt gebruikt als brandstof voor de meeste auto’s. Maar kan ook als bijvoorbeeld schoonmaakmiddel gebruikt worden. Tegenwoordig zijn er voor auto benzine twee soorten: Euro 95 en super 98. Het getal staat voor het octaangetal. Het octaangetal zegt iets over de klopvastheid van de benzine, in welke mate het in staat is om bij elkaar gedrukt te worden zonder te ontbranden.

Kerosine staat bekend als vliegtuigbrandstof. Vroeger werd kerosine ook gebruikt in het huishouden en als lampolie, tegenwoordig is het voor gebruikswijze overbodig geworden. Diesel wordt ook gebruikt als autobrandstof.

Stookolie wordt ook gebruikt in dieselmotoren, het gaat dan om de lichte variant. De zwaardere olies met een hogere viscositeit worden gebruikt in grote vrachtschepen.

Het residu wordt gebruikt voor asfalt, ook teer is een eindproduct wat tevens onderdeel is van asfalt.

Toepassingen van andere fossiele brandstoffen De overige fossiele brandstoffen zijn alle vormen van steenkool en aardgas. Steenkool is een bron van energie voor vele elektriciteitscentrales in Nederland.

Voor en nadelen van fossiele brandstoffen Fossiele brandstoffen is een te algemeen begrip om daar van de voor en nadelen van te benomen.

Wat voor aardolie geld hoeft namelijk niet voor steenkool te gelden. Daarom behandelen we de fossiele brandstoffen apart: Bij de verbranding van elke vorm van fossiele brandstoffen komt koolstofdioxide vrij. Koolstofdioxide is slecht voor het milieu aangezien het een van de oorzaken van het versterkt broeikaseffect is.

Koolstofdioxide houdt de warmte in de atmosfeer vast waardoor de aarde op lange termijn opwarmt.

Diesel wordt gebruikt als brandstof voor auto’s met een dieselmotor. Bij de verbranding in een motor komt koolstofdioxide vrij. Echter is dit niet het enige proces waar koolstofdioxide bij vrij komt. De diesel moet namelijk eerst worden getransporteerd en geraffineerd voordat het als brandstof gebruikt kan worden. Ook bij deze processen komt koolstofdioxide vrij.

Steenkool heeft als voordelen dat het een relatief goedkope brandstof is, het is eenvoudig te winnen waardoor de kosten laag blijven. Daar komt nog bij dat er grote voorraden zijn over de hele wereld.

Nadelen zijn dat bij de verbranding van steenkool grote hoeveelheden CO2 vrijkomen. En ook zijn er grote voorraden, ooit is het op en voor die tijd moet er iets nieuws gevonden worden.

Aardgas is goedkoper dan zijn duurzamere alternatieven, daarnaast is het een product dat minder schadelijk is voor het milieu dan andere fossiele brandstoffen. Zo stoot een aardgasfabriek 70% minder CO2 uit dan een steenkoolfabriek. Nadelen zijn dat het nog steeds slecht is voor het milieu. Er blijft namelijk een uitstoot van CO2 bij de verbranding. Daarnaast dreigt ook aardgas op te raken binnen zestig jaar. Aardgas zal door de schaarste dus steeds duurder worden en daardoor minder aantrekkelijk.

10

Aardolie is een enorm belangrijke stof en heeft als voordeel dat het voor veel dingen gebruikt kan worden, daarnaast is het simpel te transporteren, door tankers of leidingen. Nadelen zijn ook bij aardolie dat er CO2 vrij komt bij het gebruik.

Hoewel er grote nadelen zijn aan het gebruik van fossiele brandstoffen, worden ze toch veel gebruikt. Ze zijn niet weg te denken uit de huidige maatschappij. Overal zijn fossiele brandstoffen aanwezig. Of het nou je eigen auto is of een plastic lepeltje, het komt allemaal diep uit de grond.

De grote koolstofkringloop Bij het gebruik van fossiele brandstoffen komt koolstofdioxide vrij, een stof die een nadelige invloed heeft op de opwarming van de aarde. Om beter te begrijpen waar de koolstofdioxide vandaan komt, bekijken we de grote koolstofkringloop.

Het proces waar we ons op focussen, de inkoling van dode planten en dierenresten, is een onderdeel van de grote koolstofkringloop. Onder invloed van een hoge druk en temperatuur in een anaerobe omgeving zal hierdoor uiteindelijk een pure vorm ontstaan. Doordat planten en bomen voedingsstoffen uit de bodem halen, komt er ook koolstof in de plant zelf terecht. Deze voedingsstoffen zijn onder andere in de bodem gekomen door opgeloste stoffen in neerslag en door andere (dode) organsimen.

Er zijn twee verschillende takken te onderscheiden, namelijk die van aardolie en aardgas en die van steenkool.

Als aardolie en aardgas zich onder de grond bevinden kunnen gasvormige kleine ketens, zoals methaan, ontsnappen door kieren en gaatjes. Hierdoor komen ze in de oceaan terecht. Door de druk zullen de deeltjes niet direct omhoog gaan. Ze kunnen daardoor worden opgenomen door bacteriën, die ze omzetten in koolstofdioxide.

Steenkool is een vaste stof, waardoor er niets naar boven kan komen. Echter kan het wel voorkomen dat door tektonische activiteit, zoals orogenese, de steenkoollagen omhoog komen en zelfs aan de oppervlakte komen. Dat maakt de winning van steenkool in Zuid-Limburg ook mogelijk; door plooiing is steenkool op een hoger niveau onder de grond gekomen. Als steenkool aan de oppervlakte komt kan het oxideren en dan komt er koolstofdioxide vrij. Zo zou de koolstof dus weer in de atmosfeer terecht kunnen komen.

Er is dus een biologische balans waarbij constant uitwisseling is van koolstof tussen de verschillende componenten zoals: athmosfeer (onderste luchtlaag), lithosfeer (bovenste aardlaag) en hydrosfeer (zeeën en oceanen). Natuurlijk spelen er ook andere processen een rol bij de kringloop, maar dat is niet van toepassing op het onderwerp.

Milieu Er is dus een balans van de aarde zelf, dat betekent dat koolstofdioxide in de atmosfeer niet per definitie slecht is. Sterker nog, het is heel normaal. Koolstofdioxide is één van de hoofdrolspelers bij het broeikaseffect, het effect wat er voor zorgt dat er op onze aarde een aangenaam klimaat heerst.

Het versterkt broeikaseffect is daarentegen wel een probleem, hierbij wordt er teveel koolstofdioxide uitgestoten, wat voor een hoge concentratie koolstofdioxide zorgt. Dit zou een hogere moniale gemiddelde temperatuur met zich meebrengen die een negatieve invloed heeft op de aarde. Het versterkt broeikaseffect wordt veroorzaakt door de mens. Door het omhoog pompen van aardolie en het winnen van aardgas, dat vervolgens verbrand wordt, komt er veel meer koolstofdioxide vrij dan normaal. En dat heeft een versterkt broeikaseffect tot gevolg.

11

Biobrandstoffen uit algen De alg Algen zijn eencellige wieren die tot de plantachtige organismen behoren. Ze bestaan voor het grootste deel uit zuurstof en waterstof. Koolstof en stikstof zijn belangrijk voor de structuuropbouw van algen, omdat deze moleculen eiwitten en koolhydraten maken.

De diversiteit in algen is zeer groot. Er zijn volgens schattingen ongeveer 80000 soorten algen. Deze algen hebben verschillende groeiomstandigheden, maar ook verschillende vormen en kleuren door de verschillende pigmentcombinaties. Algen kunnen onderverdeeld worden in microalgen, die tussen de één en vijftig micrometer groot zijn, en macroalgen, ook wel wieren genoemd. Doordat de meeste microalgen lipiden bevatten, worden ze gezien als mogelijke leverancier van de grondstof van biobrandstoffen. Het zijn vooral de triglyceriden (tri-acylglycerol) die geschikt zijn voor de productie van biobrandstoffen. Triglyceriden zijn opgebouwd uit een glycerolmolecuul en drie vetzuren. De vetzuursamenstelling hiervan is te vergelijken met de vetzuursamenstelling van plantaardige oliën.

Fotosynthese De meeste algen zijn autotroof. Dit betekent dat ze in staat zijn om organische verbindingen te maken met behulp van energie uit zonlicht of uit oxidatie van anorganische stoffen. Algen maken gebruik van fotosynthese in de chloroplasten: ze zetten koolstofdioxide en water om in zuurstof en suikers. Dit doen ze met behulp van de energie die in de vorm van fotonen uit het zonlicht wordt ontvangen.

Je kan het fotosyntheseproces in twee fasen Figuur 12.1 onderscheiden, de lichtreactie en de donkerreactie, ook wel calvincyclus genoemd.

De lichtreactie vindt plaats in de thylakoïden, platte blaasjes in de chloroplast. Fotonen zorgen ervoor dat water gesplitst wordt in zuurstof en H+-ionen, hierbij komen elektronen vrij. Het vrijkomende elektron wordt naar een hoger energieniveau gebracht en komt terecht op de primaire acceptor. In de elektronenketen geven Figuur 12.2 de elektronen vervolgens hun energie af waardoor er ATP wordt gevormd. ATP staat voor Adenosinetrifosfaat, zie figuur 12.2 De binding van de laatste fosfaatgroep bevat veel energie. De elektronen die hun energie hebben afgestaan voor de vorming van ATP, worden daardoor opnieuw opgewaardeerd. Vervolgens geven de elektronen hun energie opnieuw af om de vrijgekomen H+-ionen te laten binden aan NADP+, een molecuul die fungeert als protonenoverdrager. De lichtreactie eindigt met de moleculen NADPH2 en ATP. De donkerreactie is een continue cirkel waarin constant stoffen worden aangevoerd en afgevoerd.

Hierdoor verandert de structuur van de moleculen. De calvincyclus begint bij het RuBP- carboxylase molecuul waar 3CO2 aan toegevoegd wordt. Hierdoor ontstaat onder toevoer van energie, 6ATP → ADP, het molecuul 1,3-glycerine-zuurfosfaat. De energie is afkomstig van de lichtreactie. Vervolgens komen de getransporteerde H+-ionen vrij uit het NADPH2 molecuul en staat het zojuist gevormde molecuul zes fosforionen af. Op deze manier ontstaat 6 glyceraldehyde 3-fosfaat (G3P). 1 glyceraldehyde 3-fosfaat molecuul verlaat de cyclus en wordt omgevormd in organische stoffen. De overige vijf moleculen vervolgen de cyclus en worden, met behulp van de afgegeven energie en fosforatomen uit ATP, omgevormd tot RuBP- carboxylase, het beginmolecuul van de Calvincyclus.

12

De protonen worden gebruikt om ATP te maken en de elektronen binden aan de NADPH. Met behulp van ATP en NADPH wordt CO2 omgezet in suikers. Deze suikers, die ontstaan in de chloroplasten, bepalen onder andere de mate van groei van de alg. Om deze groei zo maximaal mogelijk te laten verlopen, moet de zuurstof die is ontstaan grotendeels verwijderd worden. De overmaat aan zuurstof zorgt er voor dat het fotosynthese proces wordt afgeremd.

Naast autotrofe algen zijn er ook heterotrofe algen die met behulp van suiker of zetmeel in het donker groeien.

Algen zijn producenten en staan daarom aan de basis van de voedselketens. Ze zetten CO2 om in verschillende organische stoffen. Wanneer de voedingsstoffen van algen zoals nitraat en fosfaat toenemen, neemt de groei van algen dus ook toe. De algen zullen dan meer licht vangen dan de waterplanten op de Figuur 13.1 bodem, waardoor de waterplanten niet overleven. Dit heeft gevolgen voor de organismen die deze waterplanten nodig hebben voor voortplanting of als schuilplaats. Doordat het aantal van deze organismen daalt, neemt het aantal zoĂśplanktonetende vissen toe en neemt daardoor de hoeveelheid zoĂśplankton in het water af. Dit heeft een positief effect op de groei van de algen.

Er zijn verschillende onderzoeken gedaan naar het kweken van de ideale alg, maar deze is nog niet ontdekt. De ideale alg beschikt over de volgende eigenschappen. In het algemeen ontwikkelen alle plantensoorten beter bij een hogere lichtintensiteit. Ook verloopt het delingsproces van algen hierbij sneller. Echter kost het gebruik van een hoge lichtintensiteit meer energie. De ideale alg zou dus een hoge opbrengst moeten geven bij een lage lichtintensiteit. Dit zou kweeksystemen met een groot invangend lichtoppervlakte overbodig maken. Het moet tegen een hoge zuurstofconcentratie kunnen. Dit heeft invloed op het productieproces, omdat er hierdoor minder aan zuurstofverwijdering geĂŻnvesteerd hoeft te worden. Zuurstof heeft namelijk een negatief effect op de groeisnelheid. De ideale alg zal ook vlokken moeten vormen. Zelfvlokkende algen bevatten extracellulaire polymere structuren en dienen daardoor als een soort lijm tussen de cellen. Indien zelfvlokkende algen worden toegevoegd aan niet-vlokkende algen, zal de bezinkingssnelheid verbeteren waardoor de opbrengst van niet-vlokkende algen groter wordt. Verder moet de ideale alg tijdens het groeien lipiden aanmaken om de productie van biobrandstoffen mogelijk te maken. Tot slot moet de alg resistent zijn tegen infecties, een dun membraan hebben en groot zijn.

Figuur 13.2

13

Het gebruik van biobrandstoffen uit algen De biobrandstoffen uit de algen kunnen gebruikt worden als biodiesel. De lipiden moeten eerst veresterd worden om er vervolgens biodiesel uit te maken. Zo kunnen er onder andere auto’s en vrachtwagens op rijden. Op dit moment zijn worden er nog geen biobrandstoffen uit algen gebruikt in de maatschappij. Dit komt vooral door de hoge kosten ervan. Er wordt wel veel onderzoek gedaan.

Een voorbeeld is vliegtuigmaatschappijen, die de olie uit algen kunnen gebruiken als grondstof voor biokerosine.

De algenbiomassa kan ook voor energie zorgen door het te drogen en daarna direct te verbranden.

Het kan vervolgens via HTU, pyrolyse of gasificatie omgezet worden in brandstof in vloeibare, vaste of gasvormige vorm. Een andere manier waarop algen voor energie zorgen, is door biogas, waarin de algenbiomassa kan worden omgezet door middel van anaerobe digestie. Een gram biomassa levert ongeveer een halve liter biogas op. Verder bevatten bepaalde algen polysachariden, die kunnen worden omgezet in bio-ethanol.

In het schema hieronder is te zien welke producten uit algen gebruikt kunnen worden voor welk eindproduct. Wanneer de lipiden gezuiverd worden, kan er bijvoorbeeld hydrogeen of ‘straight vegetable oil’ ontstaan. Kortom, er zijn verschillende soorten biobrandstoffen die kunnen ontstaan uit de olie van de alg.

Figuur 14.1

De voor- en nadelen van biobrandstoffen uit algen Er zitten veel voordelen aan het gebruik van biobrandstoffen uit algen, maar er zijn ook een aantal nadelen. Deze voor- en nadelen worden in deze deelvraag besproken.

Eén van de redenen waarom het gebruik van biobrandstoffen uit algen zo gewild is, is het groot producerende vermogen van algen. Ze hebben een hoog oliegehalte. Dit, in combinatie met de snelle groei van de algen, maakt algen tot een zeer geschikte bron voor biobrandstoffen. Afhankelijk van de soort, zet één hectare algen per jaar ruim 100 ton CO2 om in 15 tot 20 ton biodiesel. Een ander voordeel van het gebruik van algen is dat deze niet concurreren met voedsel of ander gebruik van 14

planten. Ze hebben namelijk geen land dat nodig is voor traditionele landbouw en ze gebruiken water dat andere gewassen niet nodig hebben. Een voordeel ten opzichte van fossiele brandstoffen is dat algen geen CO2 uitstoten. Algen gebruikten CO2 namelijk als voedsel. CO2 die bij verbranding in een energiecentrale is vrijgekomen, kan opgevangen worden en naar een algenreactor gebracht worden. Zo komt de CO2 niet in de atmosfeer.

Microalgen kunnen gekweekt worden voor hun olie of eiwitten. Hierdoor kunnen ze ook gebruikt worden voor de productie van dierenvoeding. Verder is de biomassa van microalgen rijk van micronutriënten en kan het dus gebruikt worden als voedingssupplement. Ook zou de biomassa kunnen dienen als energiebron. Nadat de olie eruit gehaald is, kunnen de algen gedroogd worden en gebruikt worden als brandstof voor energieopwekkingbronnen. Verder kan de kleurstof van algen gebruikt worden in verf en voeding.

Maar waarom zijn algen dan nog niet in gebruik voor de productie van biobrandstoffen? Dat komt door de volgende nadelen. Ten eerste liggen de kosten voor de productie van algen erg hoog. Dit komt vooral door de methodes die gebruikt worden om algen te kweken, zoals het gebruik van reactoren en de te lage concentraties gekweekte algen ten opzichte van de oogstkosten. De energie die in de kweek wordt gestopt, wordt nooit geheel omgezet in biobrandstoffen. Dit komt doordat de algen zelf ook energie nodig hebben om te groeien. De algen bevatten niet alleen olie, maar ook suiker en eiwitten, waar op dit moment alleen nog op kleine schaal nog iets mee gedaan wordt. De hoge kosten voor de productie wegen niet op tegen de opbrengsten die de algen kunnen leveren.

Ook is de productie van algen op dit moment nog te kleinschalig om er een biobrandstof uit te halen die kan concurreren met fossiele brandstoffen. Wanneer de algen op grotere schaal geproduceerd worden, daalt de kostprijs per kilo algen wel, maar de kostprijs per liter olie is dan waarschijnlijk nog steeds hoger dan de huidige dieselprijs.

Olie uit algen halen Er zijn drie soorten biobrandstoffen te onderscheiden, de eerste, tweede en derde generatie biobrandstoffen. Voedselgewassen als palmolie, suikerriet en koolzaad behoren tot de eerste generatie biobrandstoffen. Hierbij worden suikers en zetmeel gebruikt voor de productie van bioethanol en vetten of oliën voor de productie van biodiesel. De tweede generatie biobrandstoffen wordt gemaakt uit afvalstoffen zoals houtsnippers of maïsresten. Biobrandstoffen uit algen worden gerekend tot de derde generatie biobrandstoffen. In tegenstelling tot de eerste en tweede generatie heeft de derde generatie biobrandstoffen als voordeel dat het geen landbouwgrond in beslag neemt.

Het heeft hierdoor geen invloed heeft op de productie van voedsel. Microalgen zijn een geschikte bron voor het produceren van biobrandstoffen. Dit komt doordat ze bepaalde lipiden bevatten, namelijk triglyceriden.

Voor het produceren van biobrandstoffen uit algen moet er eerst een grote hoeveelheid algen gekweekt worden. Voor één milliliter olie zijn er namelijk minstens vijfendertig miljard algencellen nodig. Algen hebben zonlicht, water en koolstofdioxide nodig om te groeien. Als er een grote hoeveelheid algen is ontstaan, moeten er stresscondities toegediend worden. Want als de algen aan hun optimale groeiomstandigheden blootgesteld worden, ontstaan de lipiden voornamelijk in de vorm van membranen. Membraanlipiden bevatten fosfaatgroepen of suikergroepen, waardoor ze minder geschikt zijn als biobrandstof. Ook vormen membraanlipiden een sterke binding tussen de in water oplosbare moleculen en de in olie oplosbare moleculen. De oorzaak hiervan is de polariteit van de lipiden. Dit heeft tot gevolg dat de membraanlipiden moeilijk te scheiden zijn van de overige biomassa. Wanneer de algen onder suboptimale omstandigheden gekweekt worden, hopen de lipiden zich op in de vorm van triglyceriden, die zeer geschikt zijn voor de productie van biobrandstoffen. Een nadeel is wel dat deze manier van kweken relatief veel energie kost.

15

Er zijn verschillende manieren om olie uit algen te halen. De eerste methode is persing. Dit is de meest gebruikte methode waarmee meer dan 70% van de olie uit de alg gehaald kan worden. Bij deze methode worden de algen uitgedroogd en kan de inhoud van de alg uit de celwand gedrukt worden. De triglyceriden komen vrij en kunnen verder tot biobrandstoffen verwerkt worden. Bij de tweede methode wordt gebruik gemaakt van ultrasonische golven. Deze methode werkt sneller dan persing. De ultrasonische golven creĂŤren bubbels en als deze bubbels vlak bij de celwanden uiteenvallen, ontstaan er schokgolven die ervoor zorgen dat de celwanden breken. De derde methode is de hexaan solvent extractie. Met deze methode kan meer dan 95% van de olie uit de alg gehaald worden. Der olie uit de algen lost op in cyclohexaan en vervolgens wordt de overige biomassa uit deze oplossing verwijderd. De olie wordt gefilterd en kan vervolgens verder verwerkt worden tot biobrandstoffen. De laatste methode is de superkritische vloeistof extractie, die alle olie uit de alg kan halen. Als een substantie onder druk wordt gezet en vervolgens verhit wordt om omgezet te worden in een vloeistof of gas, verandert koolstofdioxide in een superkritische vloeistof.

Deze vloeistof wordt gemengd met algen en zet vervolgend de volledige alg om in olie. Maar omdat deze methode veel apparatuur en arbeid vereist, wordt het minder vaak gebruikt.

Als er olie is gewonnen, wordt het gezuiverd met behulp van vetzuurketens. Dit proces heet transverestering. Een katalysator wordt gemengd met alcohol waardoor er een biobrandstof ontstaat waaraan een glycerolmolecuul is gekoppeld. Wanneer het glycerolmolecuul is verwijderd ontstaat er een biobrandstof als eindproduct.

Zelf olie uit algen halen Om zelf olie uit algen te extraheren, moeten de algen eerst gefiltreerd of gecentrifugeerd worden.

Dit kan met behulp van een koffiefilter of een centrifuge. Op die manier worden de algen van het groeimedium gescheiden. Het ingedikte algenmengsel moet vervolgens gedroogd worden bij een temperatuur tussen de 70ËšC en 80 ËšC. Daarna moeten de gedroogde algen fijngemalen worden waardoor ze openbreken. De opengebroken algen worden in een scheitrechter opgelost in een organisch oplosmiddel, bijvoorbeeld 3 ml hexaan. Nadat de oplossing geschud is, moet vervolgens dezelfde hoeveelheid water aan toegevoegd worden. Door nogmaals te schudden ontstaat er een scheiding tussen de olie, die opgelost is in het organische oplosmiddel, en de reststoffen die opgelost zijn in het water.

In figuur 16.1 is een scheitrechter te zien waarin water gescheiden is van olie. De bovenste laag (1) is het organische oplosmiddel met olie en de onderste laag (2) is water met algen.

Om het organische oplosmiddel van het water te scheiden, moet het mengsel gecentrifugeerd worden. Door te verdampen kan het organische oplosmiddel vervolgens van de olie gescheiden worden.

Figuur 16.1

16

Om olie afkomstig uit de alg om te zetten in biobrandstoffen, moet de olie omgeësterd worden.

Wanneer er een alcohol wordt toegevoegd aan de triglyceride, worden de verbindingen tussen de vetzuren en glycerol verbroken. Voor de omestering van één mol triglyceride, is 3 mol alcohol nodig.

Triglyceride CH2 – OCOR1 │ CH – OCOR2 │ CH2 – OCOR3

+

+

Methanol

3 CH3OH

↔

Glycerol

↔

CH2 – OH │ CH – OH │ CH2 – OH

+

Methylesters R1 – COOH3

+

R2 – COOH3 R3 – COOH3

17

Het kweken van algen De kweek van microalgen kan een belangrijke rol gaan spelen in milieuvriendelijke productie van grondstoffen voor biobrandstoffen. De manier waarop de alg gekweekt moet worden is dus van groot belang. Hierin spelen de volgende factoren een belangrijke rol: de vorm van de reactor, de samenstelling van het groeimedium, de lichtintensiteit, de temperatuur, de koolstofdioxideconcentratie en de zuurtegraad. Omdat elke alg zijn eigen optimum heeft voor een bepaalde factor, is het belangrijk om voor iedere alg de ideale groeiomstandigheden te onderzoeken.

De vorm van de reactor Er bestaan verschillende soorten reactoren waarin algen gekweekt kunnen worden. Elk systeem heeft zo zijn voor- en nadelen. De reactoren die worden besproken zijn de drie meest gebruikte reactoren: de raceway ponds, de buisreactor en de plaatreactor.

De raceway ponds, ook wel open vijvers genoemd, zijn ondiepe, ringvormige kanalen. Over de hele wereld wordt deze reactor het meest gebruikt. In raceway ponds wordt het water door middel van schoepenraden met algen vermengd. Dit voorkomt dat de algen bezinken en zorgt ervoor dat alle algen worden blootgesteld aan dezelfde hoeveelheid. Het is de bedoeling dat alle algencellen het zonlicht, dat op het water valt, absorberen en dat er geen licht op de op de bodem valt. De concentratie algen moet dus zo gekozen worden dat al het zonlicht wordt geabsorbeerd. Op deze manier kan er maximaal gebruik gemaakt worden van de energie uit zonlicht. In de praktijk wordt dit bereikt door de snelheid waarmee algen geoogst worden, aan te passen aan de productie. Wanneer de algen zich snel voortplanten, zullen de algen ook eerder worden geoogst. De productie en oogstsnelheid verschilt gezien de variatie in zonneschijn en lichtintensiteit van dag tot dag. De oogst zal hierdoor dus ook dagelijks aangepast moeten worden.

Figuur 18.1

Het nadeel van raceway ponds is dat grote, open vijvers moeilijk te controleren zijn. Hierdoor verdampt er veel water en is de reactor gevoelig voor infecties. Dit heeft tot gevolg dat de keuze van de te kweken algensoort zich beperkt tot weerbare, snelgroeiende soorten.

De tweede soort reactor is de horizontale buisreactor. In tegenstelling tot raceway ponds is dit een gesloten kweeksysteem. De reactor is opgebouwd uit enkele of meerdere lagen horizontale buizen.

Het voordeel van het ontwerp is dat je het zo kunt aanpassen dat het zonlicht over een veel groter oppervlak verdund wordt. Het licht wordt efficiĂŤnter gebruikt en er wordt voorkomen dat de algen een overschot aan licht krijgen. Toch blijft de lichtintensiteit erg hoog. Algen zijn niet bestand tegen een hoge lichtintensiteit en zullen daardoor langzamer gaan groeien. De productiviteit van algen neemt hierdoor af. Een tweede nadeel is dat er veel energie nodig is om het algenmengsel rond te pompen.

18

Ook de gasuitwisseling bij dit systeem is niet optimaal. Zo kan de zuurstof zich ophopen en de doorgang blokkeren en is het erg lastig om koolzuurgas (CO2) in de reactor te pompen. Dit kan schadelijk zijn voor algen. Op figuur 18.1 zie je een schematische weergave van een buizen-reactor.

De algen worden samen met verbrandingsgassen, water en nutriënten door de reactor gepompt.

De laatste reactor is de vlakke plaat reactor. Net als de buisreactor is dit een gesloten reactor. Het systeem bestaat

Figuur 19.1

uit een serie vlakke, parallelle platen die zo zijn opgesteld dat er per vierkante centimeter grondoppervlak een groter reactoroppervlak aanwezig is dat wordt blootgesteld aan zonlicht.

Op deze manier kan dezelfde hoeveelheid licht verdund worden over een groter oppervlak. Het nadeel van de te hoge lichtintensiteit is hiermee opgelost. De productiviteit in deze reactor is dus theoretisch gezien groter. Op figuur 18.2 zie je een schematische weergave van een vlakke plaat-reactor.

Figuur 19.2

Samengevat ziet het er dus zo uit: Raceway Pond

Voordelen  Goedkoop in aanschaf en gebruik

   

Nadelen Groot risico op besmetting doordat het een open systeem is Veel landoppervlakte nodig Koolstofdioxide (CO2) verlies aan de lucht Veel water verdamping Zuurstofophoping Energie om te mixen Hoge aanschafprijs

 

Hoge kosten gas toevoer Hoge aanschafprijs

  

Buireactor

 

Vlakke plaatreactor

  

Gesloten systeem waardoor er weinig kans is op besmetting Hogere fotosynthetische efficiëntie dan raceway pond Hoge biomassa concentratie Hoge fotosynthetische efficiëntie Geen zuurstofophoping

De productie van biobrandstoffen door algen is veelbelovend, maar op dit moment zijn de kosten van de aanleg van een reactor veel te hoog, waardoor niet veel bedrijven zich hier aan wijden. Dit is een belangrijk punt dat verbeterd moet worden in de toekomst.

Het groeimedium en het water Het groeimedium bestaat uit water met daarin de juiste nutriënten in de juiste verhouding. De nutriënten zijn de voedingsstoffen die onmisbaar zijn voor een gezonde ontwikkeling en groei van algen. Bij een te lage concentratie zullen de algen slechter groeien. Als groeimedium kan Pokon of Chrysal afhankelijk van de algensoort in zoet- of zoutwater worden verdund.

19

EssentiĂŤle nutriĂŤnten voor groeiende algen zijn stikstof en fosfaat. In het milieu kan je al zien dat er bij een overschot van fosfaat, eutrofiĂŤring optreedt. Hierdoor wordt het voedselrijkdom van oppervlaktewater vergroot. Dit kan sterkte algengroei tot gevolg hebben.

De lichtintensiteit Licht is een belangrijke factor voor algen, bij te veel licht zullen de algen niet overleven en bij te weinig licht zullen ze nauwelijks groeien. De ideale lichtintensiteit is moeilijk te bepalen, dit ligt voornamelijk aan de vorm van de reactor en aan de hoeveelheid algen in de reactor. Meestal gebruikt men de vuistregel: de lichtintensiteit die voor je ogen nog net niet oncomfortabel is, is genoeg (Buiter, 2013). Wanneer je merkt dat deze lichtintensiteit aanslaat bij de algen, kun je met kleine stapjes de lichtintensiteit verhogen.

Zonder licht zal de alg niet groeien en uiteindelijk sterven. Licht speelt namelijk een grote rol in de fotosynthese1. Lichtkwaliteit verwijst naar de kleur of de golflengte van het licht dat het oppervlak van de plant bereikt. Wanneer je met een prisma het zonlicht breekt, zie je dat zonlicht uit de kleuren: rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet bestaat.

De kleuren rood en blauw hebben de meeste impact op de groei van de plant. De kleur blauw is vooral verantwoordelijk voor vegetatieve bladgroei en rood gecombineerd met blauw moedigt de bloei aan. Het is goed te verklaren dat blauw een belangrijke kleur is voor planten, want planten bevatten phototropins. Phototropins zijn plantspecifieke blauwlicht receptoren voor fototropie, chloroplast beweging, bladexpansie en voor de opening van de huidmondjes.

De temperatuur De keerzijde van verlichting is verwarming. De temperatuur van het water is ook van belang voor de optimale groei van de algen. De temperatuur is afhankelijk van de algensoort, maar het optimum van de meeste algen ligt tussen de 20â °C en de 25â °C. De temperatuur beĂŻnvloedt, afhankelijk van het optimum, de groei en productiviteit van planten en daarmee beĂŻnvloedt het ook de fotosynthese. De mate van fotosynthese en de ademhaling stijgen beide, binnen bepaalde grenzen, bij een toenemende temperatuur.

De koolstofconcentratie Algen hebben net als planten koolstofdioxide nodig om te groeien. De alg gebruikt de koolstof om alle suikers, eiwitten en vetten in de algencel te maken. Eenmaal opgelost in water vinden de volgende evenwichtsreacties plaats:

đ??śđ?‘‚2 + đ??ť2 đ?‘‚ ↔ đ??ť2 đ??śđ?‘‚3 đ??ť2 đ??śđ?‘‚3 ↔ đ??ť + + đ??ťđ??śđ?‘‚3− đ??ťđ??śđ?‘‚3− ↔ đ??śđ?‘‚3−2 + đ??ť + De koolstofdioxideconcentratie heeft dus ook effect op de zuurtegraad2. Hoe het gas zich oplost in de vloeistof, kan je berekenen met de Wet van Henry. De oplosbaarheid van een gas in een vloeistof kan ook het best worden beschreven aan de hand van de wet van Henry. De wet van Henry beschrijft namelijk de oplosbaarheid in water van een gas.

In veel processen vindt absorptie van een gas in een vloeistof plaats. De wet van Henry is een wet die van toepassing is op het moment dat het water of een ander oplosmiddel in contact komt met het 1 2

Zie bladzijde 12 Zie bladzijde 20

20

gas. Deze wet houdt dus in dat als er contact is tussen een gas en een vloeibaar oplosmiddel, de gasmoleculen gaan oplossen in het oplosmiddel. Uiteindelijk zal er een evenwicht worden bereikt, waarbij er geen deeltjes meer de oplossing ingaan of verlaten.

De vergelijking voor de wet van Henry is: đ??ś =đ??ť Ă—đ?‘ƒ H: P: C:

Henry constante (evenwichtsconstante) Partiele druk (systeemdruk – dampdruk) Concentratie opgeloste stof

[Nml/L/bar] [bar] [Nml/L]

De zuurtegraad De zuurtegraad zegt iets over de concentratie van waterstofionen in het water en wordt meestal aan geduid als de pH-waarde. Deze waarde varieert tussen de 0 en de 14. Bij waarde 7 ligt het neutrale punt. De pH-waarde tussen de 0 en 7 is zuur en een pH tussen de 7 en 14 is basisch. De pH van drinkwater is 7.

In de natuur is het zo dat bacteriĂŤn in het water 24 uur per dag koolstofdioxide (CO2) produceren. Deze bacteriĂŤn leven op de waterbodems. Door hun productie van koolstofdioxide neemt de hoeveelheid koolstofdioxide in het water toe. Doordat koolstofdioxide een pH-waarde tussen de 4 en de 6 heeft en daarmee dus zuur is, wordt het water steeds iets zuurder.

Figuur 21.1

Algen daarentegen gebruiken overdag koolstofdioxide voor fotosynthese. De koolstofdioxide die door de bacteriĂŤn werden gemaakt, worden tijdens dit proces gebruikt. Hierdoor neemt de concentratie van koolstofdioxide af, waardoor de pH-waarde weer toeneemt en het water minder zuur wordt.

De ideale pH-waarde is voor elke algensoort verschillend en speelt samen met de koolstofconcentratie een belangrijke rol. Het heeft effect op de groei van de algen.

21

Algen keuze Voor ons onderzoek hebben we algen gekregen van de universiteit van Wageningen. Er was keuze tussen de alg Scendesmus Obliquus en Chlorella Sorokiniana. In deze paragraaf wordt onze keuze toegelegd met informatie over de algen zelf.

Binaire nomenclatuur De twee algen die we in ons onderzoek gaan gebruiken, Chlorella sorokiniana en Scenedesmus obliquus, worden ook met hun wetenschappelijke soortnamen aangeduid.

De binaire nomenclatuur houdt in dat iedereen in Europa dezelfde wetenschappelijke naam gebruikt om een soort aan te duiden. Het is ingevoerd door de Zweedse natuuronderzoeker Carl Linnaeus. De soortnaam bestaat uit twee Latijnse namen, de eerste naam geeft het geslacht aan en de tweede naam de soort.

Scenedesmus Obliquus De algensoort Scenedesmus wordt veel gebruikt voor onderzoeken naar vervuilingsproblematiek en fotosynthese. Deze alg zorgt voor een bacteriële afbraak van organisch materiaal en kan op die manier bijdragen aan de vernietiging van schadelijke stoffen. In dit onderzoek gaan we ons verdiepen in de alg Scenedesmus obliquus.

Scenedesmus obliquus is een zoetwater alg die olie produceert onder stresscondities. De optimumtemperatuur van de Scenedesmus obliquus is 25°C en de optimale pH-waarde is 7. Er is geen specifiek optimum voor de lichtintensiteit van Scenedesmus obliquus. Je kunt het beste een lichtsterkte gebruiken die voor het menselijk oog optimaal is. De alg kan olie produceren als het verkeert in stresscondities, dus als één van de omstandigheden niet optimaal is, bijvoorbeeld een te hoge lichtintensiteit of een tekort aan stikstof in het groeimedium. Voor een goede olieproductie moeten de algen, voordat ze blootgesteld worden aan stresscondities, eerst onder optimale omstandigheden gekweekt worden.

Om de alg te laten groeien hebben we groeimedium nodig. Hieronder is de samenstelling van het medium weergegeven. Hoewel Scenedesmus obliquus een zoetwater alg is, moet het medium verdund worden door zout water toe te voegen.

Macronutriënten Ureum KH2PO4 Na2HPO42H2O MgSO47H2O CaCl22H2O Fe Edetinezuur (EDTA) IJzer (III) natriumzout Na2EDTA2H2O Micronutriënten H3BO3 MnCl24H2O ZnSO47H2O CuSO45H2O Overige HEPES NaHCO3

G L-1 1.80 0.740 0.260 0.400 0.0130 G L-1 0.1160 0.0372 G L-1 6.18x10-5 1.30x10-2 3.20x10-3 1.83x10-3 G L-1 2.38 0.84 22

Chlorella Sorokiniana De algensoort Chlorella is een zoetwater alg, waarvan de betekenis ‘klein, groen blaadje’ is. Deze alg is door de Nederlandse microbioloog M.J. Beijerinck ontdekt in 1890. Chlorella wordt voornamelijk gebruikt voor menselijke consumptie. De functie van de alg is dan het verwijderen van gifstoffen uit het menselijk lichaam. Van de vele soorten Chlorella die er zijn ontdekt, verdiepen wij ons in de alg Chlorella sorokiniana.

Chlorella sorokiniana is een micro-alg die in zoetwater leeft. De alg bezit over het hoogste chlorofylgehalte van alle planten die tot nu toe zijn ontdekt. Een chlorofyl heeft als eigenschap de energie van licht bruikbaar te kunnen maken voor de fotosynthese3. Bijzonder aan de alg is zijn hoge groeisnelheid. Onder optimale omstandigheden kan het gemiddeld vijf keer per dag verdubbelen. De micro-alg Chlorella sorokiniana bevat ook het enzym hydrogenase. Dit enzym speelt een belangrijke rol bij de overdracht van elektronen en is een katalysator bij de redoxreactie: 2H+ + 2e- → H2 (g).

De optimale lichtintensiteit voor Chlorella sorokiniana is 350 μmol PAR fotonen/m2/s. PAR (photosynthetic active radiation) geeft het zichtbare licht met een golflengte van 400nm tot 700nm weer. De optimum temperatuur van Chlorella sorokiniana is 38°C en de optimale pH-waarde is 6.7.

De alg is erg robuust, waardoor hij goed kan overleven als de kweekcondities niet optimaal zijn. De soort is makkelijk te kweken en daardoor dus zeer geschikt voor een onderzoek naar algen.

Chlorella sorokiniana of Scenedesmus obliquus?

De onderzoeksvraag luidt: ‘Tot in welke mate kunnen biobrandstoffen uit algen concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied?’. Om deze vraag te beantwoorden gaan we de opgenomen en vrijgekomen energie bij het productieproces van fossiele brandstoffen vergelijken met de hoeveelheid energie van olie uit algen. Voor dit onderzoek is de olieproducerende alg Scenedesmus obliquus het meest geschikt.

De alg Chlorella sorokiniana gaan we gebruiken om te onderzoeken welke alg meer energie bevat.

Ook willen we met deze alg bekijken of er meer energie opgeleverd wordt als je een alg onder optimale omstandigheden kweekt.

3

Zie bladzijde 12

23

Practicumbeschrijving Om zelf beter inzicht te krijgen in de stappen die nodig zijn tot er olie uit de algen gehaald kan worden, hebben we een practicum opgezet. Het doel van dit practicum is om te achterhalen wat de beste manier is om algen te kweken en om er olie uit te halen. In het onderzoek hebben we de theorie gebruikt over algen en het kweken ervan. Ook is het onderzoek belangrijk geweest voor beantwoorden van de hoofdvraag, omdat we uit dit practicum kunnen concluderen dat het kweken van algen op zich al moeilijk is. In deze paragraaf zijn de vier verschillende practica beschreven. Er is beschreven op welke manier we te werk zijn gegaan en hoe het verlopen is.

Practicum 1 Het produceren van CO2 met behulp van gist

Onderzoeksvraag 1. Wordt er met behulp van gist CO2 gevormd?

2. Heeft temperatuur en de mate van beweging invloed op de hoeveelheid ontstane CO2?

Hypothese 1. Wij denken dat het gas dat onder invloed van gist in de oplossing gevormd wordt, CO2 is.

2. Wij denken dat een hogere temperatuur en meer beweging leidt tot een grotere hoeveelheid CO2.

Theoretische achtergrond Glucose → alcohol + koolzuurgas + warmte Oftewel: C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + xATP

Werkwijze Onderzoeksvraag 1: Materialen: - erlenmeyer - luchtslang - 25 gram 20 % sacharose - bekerglas - 5 gram gist - kalkwater Methode: 1. Maak de opstelling zoals weergegeven (buis = erlenmeyer) 2. Doe 5 gram gist in de erlenmeyer 3. Voeg vervolgens 20 ml water toe 4. Zwenk de gistsuspensie goed 5. Voeg 25 ml sacharose toe 6. Laat de reactie 5 minuten op gang komen 7. Sluit de erlenmeyer nu aan op de slang 8. Controleer of er koolstofdioxide ontstaat

24

Opstelling:

Figuur 25.1

Onderzoeksvraag 2: Materialen: - magnetisch roerstaafje - 3 gasspuiten/gasmeter - 20 % sacharose - 3 erlenmeyers - 3 gaspuiten - warmhoudplaat - bekerglas - water - gist - luchtslang Methode: 1. Maak de 3 opstellingen die zijn weergegeven 2. Doe 5 gram gist in de eerste erlenmeyer 3. Voeg vervolgens 20 ml water toe aan deze erlenmeyer 4. Schud de oplossing goed 5. Voeg 25 ml sacharose toe 6. Laat de reactie vijf minuten staan 7. Sluit de oplossing aan op de gasspuit/gasmeter 8. Pak de tweede erlenmeyer 9. Doe hierin 5 gram gist 10. Voeg vervolgens 20 ml water toe 11. Schud de oplossing goed 12. Voeg het magnetische roerstaafje toe 13. Voeg tenslotte 25 ml sacharose toe 14. Laat de reactie vijf minuten staan 15. Plaats de erlenmeyer op de magnetische plaat 16. Sluit de oplossing aan op de gasspuit/gasmeter 17. Pak het bekerglas 19. Vul het bekerglas met water 20. Zet het bekerglas op de plaat (au bain-marie, 37â °C ) 21. Pak de laatste erlenmeyer 22. Doe hier 5 gram gist in 23. Voeg vervolgens 20 ml water toe 25

24. Schud de oplossing goed 25. Voeg 25 ml sacharose toe 26. Laat de reactie vijf minuten staan 27. Plaat de erlenmeyer in het water van het bekerglas 28. Sluit de oplossing aan op de gasspuit/gasmeter 29. Noteer alle resultaten 30. Kijk welke van de drie opstellingen het meeste CO2 levert Opstelling:

Figuur 26.1

Blanco proef: Materialen: - erlenmeyer - luchtslang - 25 gram 20 % sacharose - bekerglas - kalkwater Methode: 1. Maak de opstelling zoals weergegeven 2. Voeg 20 ml water toe 3. Voeg 25 ml sacharose toe 4. Laat de reactie 5 minuten op gang komen 5. Sluit de erlenmeyer nu aan op de slang 6. Controleer of er koolstofdioxide ontstaat Opstelling:

Figuur 26.2

26

Resultaten Wordt er met behulp van gist CO2 gevormd? (Onderzoeksvraag 1) Reageerbuis B 25 ml water 25 ml 20% sacharose Geen gist

Reageerbuis E 20 ml water 25 ml 20% sacharose 5 gram gist

Reageerbuis B E

Troebel?

Nee Ja

Met behulp van kalkwater kun je aantonen of er CO2 ontstaat in de oplossing. Als de oplossing troebel wordt, is het gas dat er is ontstaan CO2. Uit bovenstaande gegevens kun je concluderen dat het gas dat in reageerbuis E gevormd is, CO2 is. Gist zorgt dus voor de aanmaak van CO2.

Heeft temperatuur en de mate van beweging invloed op de hoeveelheid ontstane CO2?

(Onderzoeksvraag 2) Methodes: Methode 1 (Bekerglas 1) Methode 2 (Bekerglas 2) Methode 3 (Bekerglas 3)

Temperatuur 37â °C en om de minuut zwenken Kamertemperatuur met constant zwenken Kamertemperatuur en om de minuut zwenken

Opstellingen: Bekerglas 1 20 ml water 25 ml 20% sacharose 5 gram gist 37 â °C Om de minuut beweging

Bekerglas 2 20 ml water 25 ml 20% sacharose 5 gram gist Kamertemperatuur Constante beweging

Bekerglas 3 20 ml water 25 ml 20% sacharose 5 gram gist kamertemperatuur Om de minuut beweging

Resultaten: Bekerglas 1 2 3

Begin 1 ml 0 ml 38 ml

Eind 42 ml 22 ml 52 ml

Verschil 41 ml 22 ml 14 ml

Bovenstaande resultaten hebben wij afgelezen uit de gasspuit. Alle drie de proeven hebben 15 minuten gelopen. Uit deze resultaten kunnen we concluderen dat methode 1 het meeste CO2 heeft geproduceerd. De hogere temperatuur heeft dus een grotere hoeveelheid CO2 tot gevolg.

27

Conclusie 1. Uit de resultaten is gebleken dat het gas dat onder invloed van gist gevormd wordt, inderdaad CO2 is. Ons hypothese was dus juist.

2. Uit de resultaten is gebleken dat een hogere temperatuur inderdaad leidt tot een grotere CO2 productie. Constant zwenken zorgt ook voor een grotere CO2 aanmaak dan om de minuut zwenken, maar dit is minder groot dan de invloed van de temperatuur. De conclusie is dus dat zowel temperatuur als de mate van beweging invloed heeft op de hoeveelheid ontstane CO2, alleen de invloed van temperatuur is veel groter.

28

Practicum 2 Het kweken van algen voor het vergelijken van de hoeveelheid energie tussen beide soorten

Onderzoeksvraag: Bevat de alg Scenedesmus obliquus meer of minder energie dan de alg Chlorella sorokiniana?

Hypothese: Wij verwachten dat de olie-alg, Scenedesmus obliquus, meer energie bevat dan Chlorella sorokiniana.

Theoretische achtergrond4 Werkwijze Materialen: - 2x 100 ml bekerglas - 2x 250 ml erlenmeyer - 2x luchtslangen - Water - Gist - Sacharose 20% - Algen - Groeimedium - Gloeilamp Methode: kweken van de algen 1. Doe in allebei de erlenmeyers 17,5 gram gist 2. Voeg vervolgens 50 ml water toe aan beide erlenmeyers 3. Schud de oplossing goed 4. Voeg 7,5 gram suiker 25 ml water en voeg vervolgens nog 100 ml water toe 5. Laat de reactie vijf minuten staan 6. Sluit de erlenmeyer af met een luchtslang 7. Vul het eerste bekerglas met groeimedium en Chlorella sorokiniana 8. Vul het andere bekerglas met groeimedium en Scenedesmus obliquus 9. Sluit beide bekerglazen aan op de luchtslangen van de gistoplossing.

10. Zet beide algen onder de gloeilamp 11. Noteer alle resultaten Methode: Vergelijken van de energie van de algen 1. Pak twee bekerglazen, twee trechters en twee filtreerpapiertjes 2. Filtreer de inhoud van bekerglas 1 en 2, zodat er alleen nog algen op het filtreerpapier zitten.

3. Leg het filtraat in de stoof met een temperatuur van 70â °C tot 80â °C zodat de algen indrogen.

4. Haal de gedroogde algen uit de stoof 5. Zorg ervoor dat deze algen op de top van een glazen staafje komen te zitten 6. Verbrandt de algen op de glazen staafjes 7. De alg die de grootste vlam levert, bevat het meeste energie.

4

Zie deelvraag 4 en 5

29

Opstelling: Kweken van algen

Figuur 30.1

Resultaten Bekerglas 4, Chlorella sorokiniana Naam

Datum

Lesuur pH

Temperatuur

Kleur van de algen

Floor Floor Lex Lesley Lesley

16-11-2015 16-11-2015 17-11-2015 17-11-2015 18-11-2015

4e 7e 4e 7e 2e

6 5-6 5 5-6 5

20,1⁰C 20,6⁰C 21,2⁰C 21,2⁰C 20⁰C

Donkergroen Helder donkergroen Donkergroen G7 H4

Lex Lesley Lex

18-11-2015 19-11-2015 20-11-2015

5e 3e 4e

6 5 5-6

20,5⁰C 20,0⁰C 20,5⁰C

H1 Geen meting G7

Gewicht bekerglas 56.23 gram 55.75 gram Geen meting 56,55 gram 66.69 gram (incl. 10.54 gram extra Pokon) 66.04 gram Geen meting 69.22 gram

Bekerglas 3, Scenedesmus obliquus Naam

Datum

Lesuur pH

Temperatuur

Kleur van de algen

16-11-2015 16-11-2015 17-11-2015 17-11-2015 18-11-2015

Floor Manon Lex Lesley Lesley

3e 7e 4e 7e 2e

5-6 6 5-6 6 6

20,3⁰C 20,8⁰C 21,2⁰C 21,1⁰C 19,9⁰C

Donkergroen Doflicht mosgroen Donkergroen H4 G7

18-11-2015 19-11-2015 20-11-2015

Lex Lesley Lex

5e 3e 4e

6 6 5-6

21,6⁰C 23⁰C 20,2⁰C

H4/G7 Geen meting G7

Gewicht – bekerglas 38.77 gram 38.47 gram Geen meting 38.9 gram 50.55 gram (incl. 11.19 gram extra Pokon) 50.13 gram Geen meting 53.87 gram

30

Het filtreren van de algen lukte in principe prima, alleen wilden de algen niet loskomen van het filtreerpapiertje. We hebben daarom de algen met papier en al in de stoof gedaan om ze te laten drogen. Toen we later de algen uit de stoof haalden, waren ze goed ingedroogd. We konden de algen niet scheiden van het papier, dus hebben we besloten het als een geheel te verbranden. Helaas vatte het filtreerpapier met alg erop geen vlam, waardoor we het experiment niet verder konden uitvoeren.

Conclusie Omdat we de algen niet goed konden verbranden, konden we helaas niet vergelijken welke alg meer energie bevat.

31

Practicum 3 Het kweken van algen om de invloed van temperatuur op de hoeveelheid ontstane energie te onderzoeken

Onderzoeksvraag: Heeft het gebruik van de optimale groeitemperatuur van de alg een grotere hoeveelheid energie per alg tot gevolg?

Hypothese: Wij verwachten dat de hoeveelheid energie die per alg gevormd wordt, ongeacht het verschil in temperatuur, gelijk blijft.

Theoretische achtergrond5 Werkwijze Materialen: - 2x 100 ml bekerglas - 2x 250 ml erlenmeyer - 2x luchtslangen - Water - Gist - Sacharose 20% - Algen - Groeimedium - Gloeilamp - 1x waterbad (25⁰C en 37⁰C) Methode: Kweken van de algen 1. Doe in allebei de erlenmeyers 17,5 gram gist 2. Voeg vervolgens 50 ml water toe aan beide erlenmeyers 3. Schud de oplossing goed 4. Voeg 7,5 gram suiker 25 ml water en voeg vervolgens nog 100 ml water toe 5. Laat de reactie vijf minuten staan 6. Sluit de erlenmeyer af met een luchtslang 7. Vul het eerste bekerglas met groeimedium en Chlorella sorokiniana 8. Zet deze alg in het waterbad van 37⁰C en sluit het aan op de luchtslang van het gistmengsel 9. Vul het andere bekerglas met groeimedium en Scenedesmus obliquus 10. Zet deze alg in het waterbad van 25⁰C en sluit het aan op de luchtslang van het gistmengsel 11. Zet beide algen onder de gloeilamp 12. Noteer alle resultaten Methode: Vergelijken van de energie van de algen 1. Pak twee bekerglazen, twee trechters en twee filtreerpapiertjes 2. Filtreer de inhoud van bekerglas 1 en 2, zodat er alleen nog algen op het filtreerpapier zitten.

3. Leg het filtraat in de stoof met een temperatuur van 70⁰C tot 80⁰C zodat de algen indrogen.

4. Haal de gedroogde algen uit de stoof 5. Zorg ervoor dat deze algen op de top van een glazen staafje komen te zitten 6. Verbrandt de algen op de glazen staafjes 7. De alg die de grootste vlam levert, bevat de meeste energie.

5

Zie deelvraag 4 en 5

32

Resultaten Bekerglas 2, Chlorella sorokiniana kamertemperatuur Naam

Datum

Lesuur pH

Temperatuur

Kleur van de algen

Floor Floor Lex Lesley Lesley

16-11-2015 16-11-2015 17-11-2015 17-11-2015 18-11-2015

4e 7e 4e 7e 2e

6 5-6 5 5-6 5

20,1⁰C 20,6⁰C 21,2⁰C 21,2⁰C 20⁰C

Donkergroen Helder donkergroen Donkergroen G7 H4

Lex Lesley Lex

18-11-2015 19-11-2015 20-11-2015

5e 3e 4e

6 5 5-6

20,5⁰C 20,0⁰C 20,5⁰C

H1 Geen meting G7

Gewicht – bekerglas 56.23 gram 55.75 gram Geen meting 56,55 gram 66.69 gram (incl. toevoeging van 10.54 gram Pokon) 66.04 gram Geen meting 69,22 gram

Bekerglas 1, Chlorella sorokiniana optimumtemperatuur Naam

Datum

Lesuur pH

Temperatuur

Kleur van de algen

Floor Floor

16-11-2015 16-11-2015

4e 7e

6 5

20⁰C 36⁰C

Donkergroen Donkergroen

Lex Lesley

17-11-2015 17-11-2015

4e 7e

5 6

38⁰C 35⁰C

Donkergroen E2

Lesley Lex

18-11-2015 18-11-2015

2e 5e

5 5+

35⁰C 35⁰C

D11 H3

Lesley Lex

19-11-2015 20-11-2015

3e 4e

6 5-6

33⁰C 35,3⁰C

Geen meting H3

Gewicht – bekerglas 37.7 gram 36.05 gram (er verdampt water) Geen meting 68.62 (31.31 gram water te veel toegevoegd) 73.44 gram 71.35 (incl. toevoeging van 9.75 gram Pokon) Geen meting 79.41 gram

Bij dit practicum ontstond hetzelfde probleem als bij practicum 2. Ook hier vatten de algen niet vlam.

Conclusie Omdat we de algen niet goed konden verbranden, konden we helaas niet vergelijken welke alg meer energie bevat.

33

Practicum 4.1 Het kweken van algen voor de productie van olie

Onderzoeksvraag: Hoe ziet het proces van olie uit algen halen eruit?

Theoretische achtergrond6 Werkwijze Materialen: - 3 ml hexaan - Algen: Scenedesmus Obliquus - Bekerglas - Demiwater - Erlenmeyer - Filter/Centrifuge - Gist - Groeimedium - Oven - Scheitrechter - Slang voor CO2 toevoer - Suiker - Waterbad - Weegschaal Methode CO2: 1. Voeg 50 ml demiwater toe aan 17,5 gram gist; 2. Los 7,5 gram suiker op in 25 ml demiwater; 3. Voeg de suikeroplossing en het gistmengsel samen; 4. Voeg nog 100 ml water toe.

Methode kweek: 1. Maak de opstelling zoals hieronder beschreven is; 2. Controleer elke dag de toename/afname van het aantal algen; 3. Vervang het gistmengsel om de drie dagen; 4. Voeg om de 3 dagen groeimengsel toe.

5. Verander de optimale omstandigheden in de kweek in suboptimale omstandigheden Methode olie uit algen halen: 1. Filter/centrifugeer het algenmengsel; 2. Zet het ingedikte algenmengsel een dag in de oven op 70-80 ËšC; 3. Maal de gedroogde algen fijn; 4. Los de algen in een scheitrechter op in 3 ml hexaan; 5. Schud de oplossing; 6. Voeg er dezelfde hoeveelheid water aan toe; 7. Schud de oplossing; 8. Centrifugeer het mengsel of laat het een dag staan; 9. Scheid de hexaan van de olie door het te verdampen Opstelling: 6

Zie deelvraag 3

34

De algen en het groeimedium worden in een bekerglas bij elkaar gevoegd. Dit bekerglas komt in een waterbad. Voor de CO2 toevoer wordt er een slang gebruikt die in het groeimedium met de algen geplaatst wordt.

Resultaten Eerste kweek: Naam

Datum

Lesuur pH

Temperatuur

Kleur van de algen

Floor Manon

16-11-2015 16-11-2015

3e 7e

7 7

20⁰C 24,5⁰C

Donkergroen/gelig Licht mosgroen

Lex Lesley Lesley Lex

17-11-2015 17-11-2015 18-11-2015 18-11-2015

4e 7e 2e 5e

77 7 7

24,5⁰C 24,6⁰C 24⁰C 24⁰C

Licht mosgroen E5 E2 E2

Floor Floor Lex

19-11-2015 19-11-2015 20-11-2015

3e 3e 4e

7-8 X 7-8

23⁰C Geen meting 23,5⁰C

Geen meting Geen meting E2

Gewicht – bekerglas 116.47 gram 160.56 gram (incl. toevoeging van 42.15 gram groeimedium) Geen meting 157.88 gram 153.23 gram 179.18 gram (incl. toevoeging 20.98 gram groeimedium en incl. blokje van 6.47 gram) 177.93 gram 181.97 gram 180.61 gram

Conclusie De kweek van de algen is mislukt. Hierdoor is het experiment ook niet gelukt en kunnen we dus geen conclusie geven volgens het experiment.

Discussie Het experiment is niet gelukt omdat de algen in een weekend verkleurd waren. Ze waren namelijk wit geworden. Hierna hebben we de mogelijke oorzaken bekeken van hoe het had kunnen gebeuren en we keken naar wat we fout hadden gedaan: -

We hadden de algen in al het groeimedium moeten doen We hadden geen kweeklamp gebruikt Nadat er water was verdampt, hadden we er steeds nieuw water bij gedaan De algen waren al wat ouder, het was van tevoren al niet zeker of ze het zouden overleven De gist zakte na een paar uur naar beneden, waardoor de CO2 toevoer niet volledig ging.

35

Practicum 4.2 Het kweken van algen voor de productie van olie

Onderzoeksvraag: Hoe ziet het proces van olie uit algen halen eruit?

Theoretische achtergrond7 Dit experiment is een tweede poging om olie uit algen te halen. Aanpassingen ten opzichte van het vorige practicum 4 zijn: -

Het gebruik van een kweeklamp Toevoeging van al het groeimedium bij de algen Geen toevoeging van extra water Het gistmengsel op een magnetische roerstaaf

Werkwijze Materialen: - 250 ml flessen - 3 ml hexaan - 500 mL bekerglas - Algen: Scenedesmus Obliquus - Bak - Demiwater - Erlenmeyer - Filter/Centrifuge - Gist - Groeimedium - Kweeklamp - Luchtpomp - Magnetische roerstaaf 2x - Oven - Scheitrechter - Slang voor CO2 toevoer - Statief - Suiker - Weegschaal Methode CO2: 1. Voeg 50 ml demiwater toe aan 17,5 gram gist; 2. Los 7,5 gram suiker op in 25 ml demiwater; 3. Voeg de suikeroplossing en het gistmengsel samen; 4. Voeg nog 100 ml water toe.

Methode kweek optimale omstandigheden: 1. Maak de opstelling zoals hieronder beschreven is; 2. Controleer elke dag de toename/afname van het aantal algen; 3. Vervang het gistmengsel om de drie dagen; 4. Vervang opstelling 1 voor opstelling 2 als er 500 ml algen zijn.

5. Verander de optimale omstandigheden in de kweek in suboptimale omstandigheden 7

Zie deelvraag 3

36

Methode olie uit algen halen: 1. Filter/centrifugeer het algenmengsel; 2. Zet het ingedikte algenmengsel een dag in de oven op 70-80 ËšC; 3. Maal de gedroogde algen fijn; 4. Los de algen in een scheitrechter op in 3 ml hexaan; 5. Schud de oplossing; 6. Voeg er dezelfde hoeveelheid water aan toe; 7. Schud de oplossing; 8. Centrifugeer het mengsel of laat het een dag staan; 9. Scheid de hexaan van de olie door het te verdampen Opstelling 1: De algen worden bij het groeimedium in het bekerglas toegevoegd. Dit bekerglas komt op een magnetische roerstaaf en daarboven wordt een kweeklamp opgehangen. Voor de CO2 toevoer wordt er een slang gebruikt die in het groeimedium met de algen geplaatst wordt. Het gistmengsel staat ook op een magnetische roerstaaf.

Opstelling 2: Bij deze opstelling worden de algen in een buisreactor geplaatst. De buizen zijn gemaakt van lege 250 ml flessen. De CO2 wordt toegevoegd in een open vijver en de luchtpomp zorgt ervoor dat de algen blijven stromen. Voor de buizen wordt een kweeklamp geplaatst.

Resultaten Datum 04-12 07-12 09-12 10-12 14-12 15-12 16-12

Totale gewicht 557,37 g 503,05 g 455,22 g 443,27 g 359,8 g 351,9 g 338,5 g

CO2 toevoer

Luchtpomp

Figuur 37.1

Conclusie De kweek van de algen is mislukt. Hierdoor is het experiment ook niet gelukt en kunnen we dus geen conclusie geven volgens het experiment.

Discussie In dit practicum hebben we alles veranderd wat in het eerste experiment fout was gegaan. Toch wilde het deze keer weer niet lukken. De algen bleven afnemen, meer dan alleen door verdamping kan gebeuren. Uiteindelijk ging het helemaal fout toen er gist bij de algen kwam. We hebben nog geprobeerd om de algen te redden door een kleine hoeveelheid algen in het oude groeimedium te zetten. We hebben dit onder de microscoop bekeken en hier waren pantoffeldiertjes in te zien, wat betekent dat de algen waarschijnlijk opgegeten zouden worden. Op dat punt hadden we besloten dat we zouden stoppen met het practicum. We zijn dus niet verder gekomen dan de kweek onder optimale omstandigheden, terwijl ons doel was om er olie uit te halen.

37

Vrijgekomen energie In dit profielwerkstuk kijken we hoe algen het beste kunnen concurreren met fossiele brandstoffen.

We focussen ons daarbij op de door algen geproduceerde biobrandstoffen. Dit zou je kunnen vergelijken met diesel geproduceerd uit fossiele brandstoffen.

Fossiele brandstoffen Diesel is een stof die bestaat uit lange ketens met C-atomen met waterstofatomen eraan. De gemiddelde lengte van de ketens is 16 C-atomen.

Stappen van veen tot diesel: De beginsituatie is een grote hoeveelheid organische stof: CxHxOx . Dit molecuul kan extra stoffen bevatten zoals zwavel. Vervolgens reageert de organische stof tot koolstof, koolstofdioxide en water.

Er gaat veel water verloren, waardoor de biomassa groter wordt en de stadia veranderen.

Uiteindelijk worden de stoffen omhoog geboord en komen ze terecht in een raffinaderij. Hier worden ze gescheiden. Er verandert daarbij niets aan de structuur. Je houdt dus bijvoorbeeld C16H34 als eindproduct over. Wanneer dit wordt verbrand, ontstaat er energie.

De verbrandingsreactie ziet er zo uit: 1.

C16H34 (l) + 49 O2 (g) → 32 CO2 (g) + 34 H2O (g) Reactie warmte ∆đ??¸ = đ??¸đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ąđ?‘–đ?‘’đ?‘?đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘‘đ?‘˘đ?‘?đ?‘Ąđ?‘’đ?‘› − đ??¸đ?‘?đ?‘’đ?‘”đ?‘–đ?‘›đ?‘ đ?‘Ąđ?‘œđ?‘“đ?‘“đ?‘’đ?‘› ∆đ??¸ ∆đ??¸ ∆đ??¸ ∆đ??¸

= ( đ??¸đ??śđ?‘‚2 + đ??¸đ??ť2 đ?‘‚ ) − (đ??¸đ??ś16 đ??ť34 − đ??¸đ?‘‚2 ) = ( −192,815 − 82,28) − (6,397 − 0) = −275,095 − 6,397 = −281,1492

Biobrandstoffen uit algen Onder stresscondities produceert de alg Scenedesmus obliquus olie. Dit komt doordat de alg energiebuffers aanmaakt om te overleven onder de niet optimale omstandigheden. Eerst worden er complexe koolhydraten gemaakt die vervolgens omgezet worden in oliĂŤn. Hierdoor hopen triglyceriden zich op en zijn ze zichtbaar als kleine oliedruppeltjes. Uit deze gestreste algen kun je olie halen, maar daarvoor moet je eerst het groeimedium en de algen scheiden. Dit kun je doen door de algen te filtreren of te centrifugeren. Vervolgens moeten de algen gedroogd worden bij een temperatuur tussen de 70â °C en de 80â °C. Hiervoor kun je het best een stoof of oven gebruiken.

Als de algen gedroogd zijn moeten ze kapot gemaakt worden met een mortier of een vijzel. De kapotte algen worden vervolgens opgelost in 3mL hexaan. Als de algen en het hexaan gemengd zijn, moet er nog 3mL water toegevoegd worden. De apolaire stoffen, waaronder de door de alg gevormde olie, zullen oplossen in het hexaan. De andere stoffen lossen op in het water, waardoor een verdeling ontstaat. De bovenste laag is het hexaan en de onderste laag het water. Het mengsel kan gescheiden worden en de proef wordt vervolgd met het hexaanmengsel.

De laatste stap is het indampen van het hexaanmengsel. Hierdoor zal het hexaan verdampen en is de olie het enige product dat nog over is.

38

Door transesterificatie worden de vetzuren losgekoppeld uit de triglyceriden en reageren met methanol. Hierdoor ontstaan er methylesters die als biodiesel8 gebruikt worden.

In formule vorm ziet het er zo uit: De beginsituatie bestaat uit volwaardig gegroeide algen. Hieronder worden de stappen tot de productie van biodiesel in formulevorm beschreven.

Stap 1: Vorming van koolhydraten XCO2 + XH2O + zonlicht → koolhydraat + XO2 Voorbeeldolie: 6CO2 + 6H2O + zonlicht → C6H12O6 + 6O2 Door het gebrek van één van de ideale factoren voor de groei van de alg, maakt de alg een energiebuffer aan waarbij complexe koolhydraten gevormd worden.

Stap 2: Aanmaak van oliën Anorganische nutriënten + koolhydraat → Organische stoffen Voorbeeldolie: 3KH2PO4 + C6H12O6 → C3H8O3-3KH2PO3COOH In het groeimedium zitten anorganische nutriënten, zoals nitraat en fosfaat, die met het in stap 1 gevormde koolhydraat reageren tot organische stoffen. Hierbij ontstaan ook oliën. In het geval van Scenedesmus obliquus zijn dit triglyceriden.

Stap 3: Het scheiden van het groeimedium en de algen De eerste stap is het filtreren van de algen en vervolgens moet je het filtraat indrogen bij een temperatuur tussen de 70⁰C en de 80⁰C. De algen moeten nu kapotgemaakt worden.

Stap 4: De reactie met hexaan Voorbeeldolie: X Alg (incl. C3H8O3-3KH2PO3COOH) + 3H2O + 3C6H14 → (3C6H14 + C3H8O3-3KH2PO3COOH) + (H2O + reststoffen) De apolaire stoffen, onder andere de triglyceriden, lossen op in het hexaan en de rest van de stoffen lost op in het water. Omdat water en hexaan niet met elkaar mengen, kan dit makkelijk gescheiden worden.

Stap 5: Indampen van hexaanmengsel Door het indampen van het hexaan met de triglyceriden, verdampt het hexaan en zijn triglyceriden de enige producten die nog over zijn. Hiermee kan biodiesel geproduceerd worden.

Stap 6: Transesterificatie van triglyceriden Triglyceride → C3H8O3 + 3 vetzuren C3H8O3-3KH2PO3COOH → C3H8O3 + 3KH2PO3COOH De vetzuren worden losgekoppeld van het glycerolmolecuul.

8

Zie bladzijde 15

39

Stap 7: Productie van biodiesel Vetzuren + CH3OH → Methylester Voorbeeldolie: KH2PO3COOH + CH3OH → KH2PO3COOH- CH3OH De methylester die uit bovenstaande reactie ontstaat, kan direct als biodiesel gebruikt worden De laatste reactie is een verbrandingsreactie en zit er dan als volgt uit: 4 KH2PO3COOH- CH3OH(l) + 3 O2 (g)→ 8 CO2 (g) + 14 H2O (g) + 2 K2O (s) + 2 P2O3 (s) Dit vereenvoudigen we naar: 2 CH3OH (l) + 3 O2 (g) → 4 H2O (g) + 2 CO2 (g) Reactiewarmte ∆đ??¸ = đ??¸đ?‘&#x;đ?‘’đ?‘Žđ?‘?đ?‘Ąđ?‘–đ?‘’đ?‘?đ?‘&#x;đ?‘œđ?‘‘đ?‘˘đ?‘?đ?‘Ąđ?‘’đ?‘› − đ??¸đ?‘?đ?‘’đ?‘”đ?‘–đ?‘›đ?‘ đ?‘Ąđ?‘œđ?‘“đ?‘“đ?‘’đ?‘› ∆đ??¸ ∆đ??¸ ∆đ??¸ ∆đ??¸

= (đ??¸đ??ť2 đ?‘‚ + đ??¸đ??śđ?‘‚2 ) − (đ??¸đ??śđ??ť3 đ?‘‚đ??ť + đ??¸đ?‘‚2 ) = (−9,68 − 7,87) − (−2,39 + 0) = −17,55 + 2,39 = −15,16

40

Conclusie Onze onderzoeksvraag is: Tot in welke mate kunnen biobrandstoffen uit algen concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied? Deze onderzoekvraag hebben op twee manieren proberen te beantwoorden, namelijk op basis van theorie en van ons eigen onderzoek.

In het eerste deel, het practicum, hebben we onderzocht of je algen gemakkelijk kunt kweken en of het energie oplevert. Dit bleek erg lastig en ons experiment is hierdoor mislukt. Praktisch gezien is het dus moeilijk om algen te kweken. EĂŠn fout was in ons geval fataal voor de gehele kolonie en daardoor is het niet gelukt om biobrandstoffen uit algen op chemisch gebied te laten concurreren met fossiele brandstoffen.

In het tweede gedeelte van ons onderzoek, het theoretische deel, hebben we onderzocht hoeveel energie er chemisch gezien vrijkomt. Met behulp van de reactiewarmte zijn we tot de conclusie gekomen dat algen veel meer energie bezitten dan fossiele brandstoffen. Theoretisch gezien kunnen biobrandstoffen uit algen dus wel concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied.

Biobrandstoffen uit algen hebben dus een grote toekomst. Theoretisch gezien leveren ze op chemisch gebied meer energie. Echter moeten er in de praktijk nog wel een aantal ontwikkelingen plaatsvinden. Op dit moment zijn de algen nog te snel uit hun optimale waardes, waardoor ze sterven.

41

Discussie In ons profielwerkstuk hebben we gekeken of algen kunnen concurreren met fossiele brandstoffen op chemisch gebied. Hiervoor hebben we het proces van veen tot diesel en het proces van olie uit algen tot biodiesel bekeken. Vervolgens hebben we de reactiewarmte van beide processen vergeleken en hieruit is gebleken dat biobrandstoffen uit algen op het gebied van energie wel kunnen concurreren met fossiele brandstoffen. Bij de productie van biodiesel uit algen komt er namelijk minder energie vrij dan bij de productie van diesel. Maar omdat er ook te zien was dat de productie van biodiesel meer stappen kost, betekent het dat de productie van biodiesel ook meer energie kost. De mate waarin biobrandstoffen uit algen kunnen concurreren met fossiele brandstoffen is dus klein.

Problemen die zijn ontstaan voor het beantwoorden van de hoofdvraag Voor ons onderzoek vergelijken we biobrandstoffen uit algen met fossiele brandstoffen. Een probleem hierbij was dat het aantal brandstoffen te groot was om te betrekken in het hele profielwerkstuk, zowel van de biobrandstoffen als van de fossiele brandstoffen. We hebben daarom van beide soorten brandstoffen een voorbeeld genomen van brandstoffen die het best met elkaar te vergelijken zijn.

Een ander probleem voor het beantwoorden van onze hoofdvraag was de vraag in hoeverre iets op chemisch gebied was. We hebben namelijk van twee verschillende processen de reactiewarmte berekend, maar er zijn meerdere chemische factoren die invloed hebben op de mate van concurrentie tussen beide processen.

Wat ging goed/minder goed Tijdens ons onderzoek zijn we tegen verschillende problemen aangelopen. Ten eerste het practicum.

Eerder9 in het profielwerkstuk is al te lezen waar het fout ging. De algen wilden niet groeien waardoor we het hele practicum niet uit hebben kunnen voeren en we dus geen olie uit de algen gehaald hebben. Dit was niet per se nodig voor onze conclusie, maar het zou wel beter zijn geweest voor ons onderzoek om het hele proces van algen tot olie in het echt te kunnen zien. Een ander verbeterpunt voor ons onderzoek is de samenwerking. Over het algemeen was de taakverdeling goed en verliep het overleg ook altijd goed, maar voornamelijk door het verschil in rooster was de verdeling tijdens het practicum minder goed.

Naar aanleiding van dit onderzoek zijn er nog vragen overgebleven waar nog een vervolgonderzoek mee gedaan kan worden. Ten eerste kan er onderzoek gedaan worden naar het gehele aanbod aan fossiele brandstoffen. Door de reactiewarmte te berekenen van elke fossiele brandstof en dit te vergelijken met de reactiewarmte van biobrandstof uit algen, kan er een conclusie getrokken worden over welke fossiele brandstoffen wel kunnen concurreren en welke niet. Bij dit onderzoek wordt er dus gekeken naar de verschillende soorten fossiele brandstoffen en niet naar ĂŠĂŠn voorbeeld ervan.

Een andere vraag die nog beantwoord kan worden, is hoeveel energie de verschillende stappen om biobrandstoffen uit algen te produceren kosten. Zo kan er een betere conclusie getrokken worden over de mate van concurrentie tussen biobrandstoffen uit algen en fossiele brandstoffen.

Ten tweede kan er op het gebied van het practicum nog veel onderzocht worden. Waarom is het niet gelukt om de algen te kweken? Bij dit onderzoek moeten de algen onder dezelfde omstandigheden gekweekt worden als bij practicum 4, maar dan met een aantal aanpassingen. Zo moet er gekeken worden naar de CO2 concentratie. Bij de eerste poging van de kweek, hebben we namelijk dezelfde CO2 concentratie gebruikt als bij de tweede poging van de kweek, terwijl we bij de tweede poging 9

Zie practicum 4

42

een groter bekerglas hadden. Ook was er te zien dat in bekerglas 510 de algen toenamen, terwijl ze in een waterbad stonden. Later zijn de algen uit dit waterbad gehaald. Dit heeft mogelijk invloed gehad op de groei van de algen, aangezien het optimum tussen de 20 en 25 ËšC ligt.

10

Zie resultaten practicum 4.1

43

Bronnen Bronnen tekst Algae Biomass Organization. (z.j.). Algae Basics. Geraadpleegd op 22 oktober 2015, van http://allaboutalgae.com/benefits/ Algae Biomass Organization. (z.j.). Algae Basics. Geraadpleegd op 19 september 2015, van http://allaboutalgae.com/open-pond/ Algae Biomass Organization. (z.j.). Algae Basics. Geraadpleegd op 19 september 2015, van http://allaboutalgae.com/what-are-algae/ ArgiHolland. (2014). Biobrandstoffen, biodiesel, ethanol. Geraadpleegd op 20 oktober 2015, van http://www.agriholland.nl/dossiers/biobrandstoffen/biobrandstof.html Becker, E. (1994). Microalgae: Biotechnology and Microbiology. Cambridge: Cambridge University Press.

Beem, A.P. (1999). Benetische zoetwateralgen in Nederland. Utrecht: KNNV Uitgeverij Betase.nl. (z.j.). Gitzwart of kristalhelder. Geraadpleegd op 29 mei, van http://www.betase.nl/downloads/Grafiet-tegen-diamant.pdf Bioplek. (z.j.). Vetten (lipiden). Geraadpleegd 23 september 2015, van http://www.bioplek.org/animaties/spijsvertering/vetten.html#Scene_1 BioSolarCells. (z.j.). Algen en bacteriĂŤn. Geraadpleegd op 21 oktober 2015, van http://www.biosolarcells.nl/onderzoek/algen/ Bio Spirulina Chlorella. (z.j.). Wat is Chlorella? Geraadpleegd op 15 november 2015, van http://www.spirulina.nu/chlorella.xhtml Buiter, R. (2013). De groene belofte: algen. Zutphen: Drukkerij Tesink.

Chinnaswamy, S. (2013, 6 juni). An overview of oil extraction from algae: A sustainable way of producing biodiesel. Gedownload op 20 oktober 2015, van http://eece.wustl.edu/ContentFiles/International/2013/Chinnaswamy.pdf Clubgreen. (z.j.). Microalgen. Geraadpleegd op 22 december 2015, van

http://www.clubgreen.nl/microalgen/ Darwinkel, A. & Titulaer, H. H. H. (2000, 15 april). Stikstof in hoog-productieve wintertarwe.

Geraadpleegd op 30 september 2015, van http://www.kennisakker.nl/kenniscentrum/document/stikstof-hoogproductieve-wintertarwe De-aarde.com. (2013, 18 augustus). Aardgas en aardolie. Geraadpleegd op 29 mei, van

http://www.de-aarde.com/de-planeet-aarde/binnenste-van-de-aarde/aardgas-en-aardolie/ De Bibliotheek. (z.j.). Energie uit algen. Geraadpleegd op 01-01-2016, van

http://www.bibliotheek.nl/thema/water/energie-uit-water/energieuitalgen.html De Boeck. (z.j.). Hoe wordt aardolie gewonnen? Geraadpleegd op 29 mei, van http://assets.uitgeverijdeboeck.be/economie/kringen/kringen%201%20module%202/armbandje.pdf

44

Ecomare. (z.j.). Aardoliewinning. Geraadpleegd op 29 mei, van http://www.ecomare.nl/ecomareencyclopedie/mens-en-milieu/delfstoffenwinning/aardoliewinning/ Encyclopaedia Britannica (z.j.). Scenedesmus. Geraadpleegd op 14 november 2015, van http://www.britannica.com/science/Scenedesmus Haaster, D.J. van. (2007, 13 november). Hydrogenase. Geraadpleegd op 15 november 2015, van http://www.tudelft.nl/nl/actueel/agenda/event/detail/hydrogenase/ Hoogland, A. (2014, 25 juli). Chlorella en spirulina. Geraadpleegd op 15 november 2015, van http://www.gezondheidsnet.nl/vitamines-en-mineralen/chlorella-en-spirulina Idiomorf (z.j.). Tekening over vervaardiging van biodiesel uit olie van algen. Geraadpleegd op 21 december 2015, van http://www.idiomorf.nl/tekening_biodiesel_olie_brandstof.html Lamers, P. (2013, 10 oktober). Producten uit de algenfabriek. Geraadpleegd op 22 december 2015, van http://www.kennislink.nl/publicaties/producten-uit-de-algenfabriek Mellie. (2009, 23 oktober). De vorming van aardgas en aardolie. Geraadpleegd op 29 mei, van

http://wetenschap.infonu.nl/natuurverschijnselen/44790-de-vorming-van-aardolie-enaardgas.html Muylaert, K. (2009). Inventarisatie Aquatische Biomassa. Geraadpleegd op 01-01-2016, van http://www.rvo.nl/sites/default/files/bijlagen/Statusrapport%20Inventarisatie%20Aquatische%20Bio massa%20EOS.pdf NAM. (z.j.). Winning van aardolie. Geraadpleegd op 29 mei, van http://www.nam.nl/nl/about-

nam/oil.html Newman, S. (z.j.). How Algae Biodiesel Works. Geraadpleegd op 20 oktober 2015, van http://science.howstuffworks.com/environmental/green-science/algae-biodiesel2.htm NVZ. (z.j.). pH-waarde. Geraadpleegd op 30 september 2015, van http://www.nvz.nl/internet/pages/template.php?rID=512 PowerPlantCCS. (z.j.). Raceway ponds. Geraadpleegd op 19 september 2015, van http://www.powerplantccs.com/ccs/cap/fut/alg/raceway_ponds.html Redwave. (z.j.). 1. Ontstaan olie en gas noordzee. Geraadpleegd op 29 mei, van http://www.redwave.nl/Doelpagina-het-proces/2754317/2754347/1.-Onstaan-olie-en-gasNoordzee.html Rhijn, J. van., Haadsma, P., Heutmekers, T., Rus, G., Spillane, B., & Veldema, Y. (2015). Buffers en enzymen. In Noordhoff Uitgevers, Chemie Overal VWO 6. (p. 52). Houten, Noordhoff Uitgevers.

Rhijn, J. van., Haadsma, P., Heutmekers, T., Rus, G., Spillane, B., & Veldema, Y. (2015). Buffers en enzymen. In Noordhoff Uitgevers, Chemie Overal VWO 6. (p. 57). Houten, Noordhoff Uitgevers.

Sikkema, A. (2015, 5 oktober). Micro-alg doet oliepalm na. Geraadpleegd op 22 december 2015, van https://resource.wageningenur.nl/nl/wetenschap/show/Microalg-doet-oliepalm-na-.htm Sprudel, M. van. (2012, 31 mei). Nieuw licht op fotosynthese. Geraadpleegd op 22 december 2015, van http://www.kennislink.nl/publicaties/plant-verspilt-licht-voor-fotosynthese

45

Spruijt, J., Van der Weide, R., & Van Krimpen, M. (2014). Kansen voor micro-algen als grondstofstroom in diervoeders. Geraadpleegd op 22 december 2015, van http://edepot.wur.nl/331261 Straaten-Huygen, A. van., Pihlajamaa-Glimmerveen, L., Graaf, B. de., Schermer, A., Leemburg, C., Domis, M. (z.j.). Hoofdstuk 1: Binaire nomenclatuur. Geraadpleegd op 14 november 2015, van http://www.10voorbiologie.nl/index.php?cat=9&id=751 TU Delft. (z.j.). De inrichting van een raffinaderij. Geraadpleegd op 29 mei, van

https://svn.eeni.tbm.tudelft.nl/Education/spm1530/Raffinageweb/11_raffinaderijbouw.htm VNPI. (z.j.). Wat doet een raffinaderij? Geraadpleegd op 29 mei, van http://www.vnpi.nl/files/file/wat%20doet%20een%20raffinaderij.pdf Wageningen UR. (z.j.). Algemene informatie over algen. Geraadpleegd op 19 september 2015, van http://www.wageningenur.nl/nl/Expertises-Dienstverlening/Leerstoelgroepen/Agrotechnologie-enVoedselwetenschappen/Bioprocestechnologie/Profielwerkstuk/Algemene-informatie.htm Wageningen UR. (z.j.). De basis van algen kweken. Geraadpleegd op 22 december 2015, van http://www.wageningenur.nl/nl/Expertises-Dienstverlening/Leerstoelgroepen/Agrotechnologie-enVoedselwetenschappen/Bioprocestechnologie/Profielwerkstuk/Zelf-kweken.htm Wageningen UR. (z.j.). M8A medium voor Chlorella sorokina en Scenedesmus obliquus. Gedownload op 21 september 2015, van http://www.wageningenur.nl/upload_mm/3/6/b/32cb2aa6-5357-40d2a598-999fe964cb41_groeimedium%20PWS.pdf Wageningen UR. (z.j.). Olie uit algen halen. Geraadpleegd op 21 december 2015, van http://www.wageningenur.nl/nl/Expertises-Dienstverlening/Leerstoelgroepen/Agrotechnologie-enVoedselwetenschappen/Bioprocestechnologie/Profielwerkstuk/Olie-uit-algen-halen.htm

Bronnen afbeeldingen Figuur 8.1:

Plataforma de petrĂŠleo da Petrobras no Rio de Janeiro. (2015, 1 juni). Geraadpleegd op 23 september 2015, van http://www1.folha.uol.com.br/asmais/2015/06/163569 3-veja-as-acoes-que-mais-sobem-e-as-que-mais-caem-em-2015.shtml

Figuur 12.1:

10voorbiolgie (z.j). 12%20lichtreactie.jpg. [foto]. Geraadpleegd op 12 november 2015, van http://www.10voorbiologie.nl/afbfczw/H12%20Stofwisseling/12% 20lichtreactie.jpg

Figuur 12.2:

NEUROtiker. (2008, 19 april). Structure of Deoxyadenosine triphosphate [Foto].

Geraadpleegd op 12 november 2015, van https://commons.wikimedia.org/wiki /File:Desoxyadenosintriphosphat_protoniert.svg

Figuur 13.1:

10voorBiologie. (z.j.). 12%20donkerreactie.jpg [Foto]. Geraadpleegd op 12 november 2015, van http://www.10voorbiologie.nl/afbfczw/H12%20Stofwisseling/12%20donk erreactie.jpg

Figuur 13.2:

Buiter, R. (2013). De groene belofte: algen. Zutphen: Drukkerij Tesink.

Figuur 14.1:

FAO (2009) Overview of algae-to-energy options. Geraadpleegd op 16 november 2015, van http://www.intechopen.com/books/progress-in-molecular-andenvironmental-bioengineering-from-analysis-and-modeling-to-technologyapplications/microalgal-biotechnology-and-bioenergy-in-dunaliella 46

Figuur 16.1:

Ejemplos de decantaci贸n. (2011, 7 september). Geraadpleegd op 22 oktober 2015, van http://ejemplosde.com.mx/ejemplos-de-decantacion

Figuur 18.1:

Abundance at the Bottom: Algae Based Nutritional Supplement and Sustainable BioFuel Production (2013, 2 januari). Geraadpleegd op 23 september 2015, van http://hplusmagazine.com/2013/01/02/abundance-at-the-bottom-algae-basednutritional-supplement-and-fuel-production/

Figuur 19.1:

Buiter, R. (2013). De groene belofte: algen. Zutphen: Drukkerij Tesink.

Figuur 19.2:

Buiter, R. (2013). De groene belofte: algen. Zutphen: Drukkerij Tesink.

Figuur 21.1:

4Nix (z.j.) Geraadpleegd op 23 september 2015, van http://www.4nix.nl/indicatorvoor-zuren.html

Figuur 25.1:

Eigen afbeelding

Figuur 26.1:

Eigen afbeelding

Figuur 26.2:

Eigen afbeelding

Figuur 30.1:

Eigen afbeelding

Figuur 37.1:

Eigen afbeelding

Figuur 52.1:

Eigen afbeelding

47

Bijlage Logboek tijd

Voorbereiding PWS (klas 5) Gesprek met begeleider Deelvragen fase 1 aanpassen Wageningen bellen over PWS-dag Fase 1 checken Bronnen bestuderen Inlezen over algen Deelvraag 3a Deelvraag 2a Deelvraag 3b Inlezen over algen Deelvraag 1a Google Books vinden over het onderwerp Deelvraag 4 Deelvraag 2a Deelvraag 1b Deelvraag 2a Deelvraag 4 Deelvraag 3c Deelvraag 1a & 2a nakijken Deelvraag 2b & 4 nakijken Deelvraag 3abc nakijken Deelvraag 3d & e + eerste tips verwerken Deelvraag 1ab nakijken, deelvraag 4 nakijken + helpen Deelvraag 3 nakijken Deelvraag 3f + bronnen netjes schrijven Deelvraag 1b Methode maken Deelvraag 2bd Deelvraag 5 maken Deelvraag 2bd Deelvraag 1abc nakijken Methode aanpassen na profielblok bio Deelvraag 3 nakijken Deelvraag 1c Practicum controleren Deelvraag 1c Deelvraag 2bcd Deelvraag 2bcd Deelvraag 1c, 5 en 3def nakijken Deelvraag 2abcd nakijken Gist experiment Wageningen

DATUM 01-07-2015 10-09-2015 11-09-2015 12-09-2015

FLOOR 220 min 30 min 45 min 45 min

16-09-2015

45 min 45 min

MANON 220 min 30 min 45 min

LEX 220 min 30 min 45 min

25 min 45 min

18-09-2015 19-09-2015

LESLEY 220 min 30 min 45 min 45 min

45 min 160 min

60 min 50 min

45 min 20-09-2015

10 min 180 min 20 min

21-09-2015

90 min 30 min 90 min 90 min

23-09-2015 25-09-2015 28-09-2015 29-09-2015

120 min 120 min 45 min 30 min 15 min 45 min

30-09-2015 01-10-2015 11-10-2015 03-10-2015 03-10-2015 04-10-2015

55 min 45 min 60 min 45 min 70 min 45 min 45 min

07-10-2015 09-10-2015 10-10-2015

40 min 45 min 60 min 30 min 10 min

11-10-2015

60 min

13-10-2015 20-10-2015 22-10-2015 24-10-2015 26-10-2015 28-10-2015 29-10-2015

45 min

30 min 90 min 95 min 15 min 135 min 240 min

45 min 135 min 240 min

90 min 240 min

135 min 240 min 48

Nakijken deelvragen 2 Reactiesnelheid berekenen Nakijken deelvragen 4 Meneer Bello mailen over kosten PWS voorbereiden practicum Verbeteren deelvraag 1b Planning practica maken + mailen TOA Pokon kopen Opzet practicum 1 en 2 + grote kweek Fotosynthese toevoegen deelvraag 2a Discussie over practicum 2 Tijdsplanning aanpassen Taken en practicums duidelijk plannen Bronnen in APA Fotosynthese toevoegen deelvraag 2a Tijdsplanning aanpassen Lezen boekje algen Practicums in TOA lokaal Fotosynthese toevoegen deelvraag 2a Gesprek begeleider Checken practicums Vervangen CO2 toevoer, schrijven logboek Naar de bouwmarkt Kleurenwaaier maken, algen controleren Algen controleren Grote algenkweek controleren Meetgegevens practicum 1 uitschrijven Practicum Deelvraag 3 aanpassen Logboeken schrijven Practicum Bespreken over nieuw plan Bronnen verbeteren en in project zetten Nieuw plan bedenken met toa's Voorwoord schrijven Formules deelvraag 3 Opzet grote kweek (nieuwe algen) Schrijven inleiding Algen checken Veranderen en toevoegen deelvraag 1 Bespreken algen Deelvraag 3 verbeteren Gist vervangen Deelvraag 2a verbeteren + wet van Henry Logboeken schrijven Deelvraag 3 verbeteren + onderzoeken lz.

Algen testen doen, dichtheid PWS opbouw

29-10-2015 30-10-2015 04-11-2015 05-11-2015 06-11-2015 07-11-2015 08-11-2015 11-11-2015 12-11-2015

45 min 30 min 45 min 270 min

10 min 270 min

90 min

35 min 30 min 90 min

270 min 60 min

270 min

30 min 90 min 60 min

13-11-2015

60 min

14-11-2015

60 min

60 min 30 min

60 min

60 min 15-11-2015

16-11-2015

100 min

100 min

30 min 45 min

30 min 45 min

45 min 10 min 240 min 100 min 45 min 30 min

100 min 30 min 45 min

70 min 17-11-2015 18-11-2015 19-11-2015 20-11-2015 21-11-2015 23-11-2015 26-11-2015 29-11-2015 30-11-2015 01-12-2015 03-12-2015 04-12-2015 07-12-2015 05-12-2015 07-12-2015 08-12-2015

30 min 90 min 45 min 45 min 15 min 190 min 30 min 30 min 90 min 45 min 45 min

30 min 90 min

30 min 90 min 45 min 45 min

190 min

45 min

190 min

90 min 45 min 45 min

90 min

90 min 45 min

75 min 90 min

90 min

90 min 60 min

30 min 45 min

90 min

30 min

30 min

30 min 30 min

30 min 35 min

09-12-2015

90 min 90 min 30 min 90 min 30 min

30 min 30 min 35 min 60 min

30 min 10-12-2015 10-12-2015 11-12-2015

100 min 30 min

30 min

120 min 49

Deelvraag 1 compleet maken en verbeteren Check deelvraag 1 Bronnen veranderen, was fout gedaan Algen onder microscoop Advies vragen aan begeleider over practicum Algen practicum opruimen Informatie zoeken formules biodiesel Formules in een a4tje zetten  is niet gelukt, gaat anders Bronnen in APA gezet Informatie zoeken formules biodiesel Olie uit algen halen theorie Olie uit algen halen formules PWS opbouwen + formules bekijken Info formules diesel opzoeken Formules bekijken & verder onderzoeken Doorlezen en veranderen par 1 Olie uit algen halen voorbeelden Beginnen practicum Practicum olie verslag Practicum 1 Chlorella en Scenedesmus Practicum verslag, 2c en 2d Practicum 2,3 Chlorella en Scenedesmus Deelvraag 7 & conclusie Practicum verslag discussies Afbeeldingen namen geven & bronnen Overleg over taken en opbouw Aanpassen voorwoord Discussie + bronnen in APA Taalcontrole PWS Discussie + PWS verbeteren Ideeën PWS avond + problemen oplossen Bronnen waren fout  opnieuw erin zetten Inleiding opnieuw schrijven Conclusie, discussie en samenvatting Samenvatting + discussie PWS opbouwen + verbeteren Opbouwen PWS Alles controleren en overleggen Practicum 1 verslag maken Doorlezen pws concept Gezamenlijk bespreken PWS concept Conclusie bespreken Feedback begeleider Bespreken en verdelen aanpassingen Plannen maken voor de presentatie

11-12-2015 12-12-2015 12-12-2015 12-12-2015 16-12-2015 17-12-2015 18-12-2015 21-12-2015 21-12-2015

90 min 140 min 30 min 30 min

60 min

30 min 15 min

30 min 15 min

60 min 120 min

60 min 30 min 70 min

60 min 100 min 90 min

22-12-2015 23-12-2015 23-12-2015 25-12-2015 26-12-2015

135 min 45 min 45 min 50 min 60 min 60 min

27-12-2015

45 min 60 min

28-12-2015

115 min

29-12-2015 30-12-2015

95 min 125 min 75 min 100 min 20 min 45 min

01-01-2016

20 min 60 min

200 min 110 min 02-01-2016

25 min 30 min 90 min 70 min 60 min 90 min

03-01-2016

01-01-2016 02-01-2016 03-01-2016 04-01-2016 15-01-2016 28-01-2016 28-01-2016 31-01-2016

130 min 120 min

120 min

180 min 45 min 45 min 70 min 60 min

180 min 45 min 45 min 70 min 60 min

120 min 90 min 80 min 15 min 180 min 45 min 45 min 70 min 60 min

120 min

180 min 45 min 45 min 70 min 60 min 50

Presentatie uitwerken Conclusie verbeteren Hele pws controleren en verbeteren Beschrijving koolstofkringloop Fotosynthese verbeteren + taalcontrole nieuwe stukken Practicum verbeteren + tijdsplanning controleren Hele pws controleren en verbeteren

02-02-2016 03-02-2016 03-02-2016 03-02-2016 03-02-2016

Pws afronden TOTAAL IN UUR

05-02-2016

45 min 45 min 120 min

45 min

45 min

145 min 110 min 75 min

03-02-2016

120 min

04-02-2016 30 min 76 uur 20 min

45 min 76 uur 20 min

165 min

140 min

10 min 71 uur 05 min

25 min 75 uur 15 min

51

Practicum 2, 3 en 4: kleurenschema

Figuur 52.1

52