Það þarf bæði nákvæmni og þolinmæði þegar fræðimenn hjá Solazyme stilla lífhvatahylkin. Jafnvel minnstu breytingar í þrýstingi eða hitastigi geta skipt sköpum fyrir þá þörungasúpu sem vænst er að geti verið gulls ígildi. Mestu máli skiptir nefnilega að hámarka bestu ræktunaraðstæður þörunganna. Og helst áður en samkeppnisaðilarnir gera það.

Þörungar hafa fyrirfram frá náttúrunnar hendi ótrúlegt grómagn. Margir geta fjórfaldað eigin þyngd á sólarhring við réttar aðstæður. Að jafnaði vaxa þörungar miklu hraðar í samanburði við landplöntur. Margir þeirra hafa auk þess hátt innihald af sterkju eða olíu og því er alveg nýr iðnaður að vaxa úr grasi – iðnaður sem sérhæfir sig í að umbreyta þörungum í fljótandi eldsneyti.

Það fyrirfinnast mörg þúsund tegundir af þörungum og þeir spanna allt frá agnarsmáum einfruma tegundum yfir í 60 metra langa þara. Þörunga er að finna hvarvetna á jörðu. Jafnvel í snjóalögum á suðurskautinu finnast örsmáir þörungar en flestar tegundir lifa samt í vatni og eru alls ekki kresnar. Þær geta lifað í sjó, ísöltu vatni, ferskvatni og jafnvel skólpi.

Miðað við plöntur á landi uppi búa þörungar yfir mörgum kostum. Þá skortir aldrei vatn og þurfa hvorki rót né stöngul til vaxtar. Þeir spara m.ö.o. mikinn umkostnað og það þýðir að þeir eru færir um að vaxa eldskjótt þegar kostur er. Um leið og þeim berst nægjanleg birta og næring rjúka þeir af stað og það gerir þörungana að hraðvöxnustu plöntum jarðar.

Stressaðir þörungar framleiða meira

Þörungum má líkja saman við litlar líffræðilegar verksmiðjur. Þeir eru furðuskilvirkir við að umbreyta orku sólarljóssins í lífmassa og sé næring næg safna þeir birgðum til þrengri tíma. Sumar tegundir mynda sterkju en aðrar olíu. Allt að helmingur af þyngd þörunga í þurru ástandi getur samanstaðið af olíu.

Um þessar mundir rannsaka vísindamenn fjölmargar útvaldar tegundir. Þeir leitast m.a. við að finna út hvaða hitastig hentar tiltekinni tegund best til vaxtar og jafnframt hvaða tegundir veita mestu uppskeru. Sumir fræðimenn kanna einnig hvort stressa megi þörungana með því að takmarka næringarefni á vaxtartíma þeirra. Margt bendir nefnilega til að þörungar leggi sig sérstaklega mikið fram við að vaxa við slíkt álag og framleiði þannig aukið magn af olíu. Á þessari vegferð hafa líffræðingar rekist á þörunga með undraverða eiginleika. T.d. hafa þeir fundið þörung sem framleiðir vetni og þessir þörungar geta gegnt mikilvægu hlutverki í framtíðinni, enda er vetni fyrirtaks eldsneyti.

Bæði olía og sterkja frá þörungum vekur áhuga iðnaðarins því hvoru tveggja má umbreyta í fljótandi eldsneyti nokkuð auðveldlega, t.d. í etanól eða lífseldneyti. Eldsneyti frá þörungum gæti þannig orðið valkostur við jarðeldsneyti – og aukinheldur á verði sem gæti verið samkeppnishæft. Eftirspurnin á fljótandi eldsneyti er mikil þar sem ennþá hefur ekki fundist neitt annað hvað varðar eldsneyti fyrir bíla eða flugvélar. Fljótandi eldsneyti er auðvelt í flutningum, rétt eins og orkuþéttni þess er afar mikil.

CO2 eykur vöxt þörunga

Í hafinu standa þörungar frammi fyrir þrenns konar vanda; í fyrsta lagi getur þeim reynst örðugt að finna nægjanlega næringu og í öðru lagi geta straumar sjávar flutt þörungana á svo mikið dýpi að þeir fá ekki nægt ljós til að ljóstillífa. Á mörgum hafsvæðum er t.d. einungis tíundi hluti ljóss til staðar þegar komið er á 10 metra dýpi. Þriðja vandamál þeirra er síðan skortur á koltvísýringi. Rétt eins og landplöntur þurfa þörungarnir CO2 til að dafna en þrátt fyrir að nokkuð magn CO2 sé uppleyst í hafinu getur reynst örðugt að ná í það – plöntur í vatni eiga mun erfiðara með að fanga CO2 en landplönturnar.

Með því að rækta þörungana við stýrðar aðstæður má leysa öll þrjú vandamálin. Fyrst og fremst er unnt að færa þörungum nákvæmlega það næringarmagn sem þeir þarfnast og sjá þannig til þess að þeir „klári matinn sinn“ án þess að menga vatnið. Næringin getur t.d. samanstaðið af skólpi með miklu innihaldi af fosfór og köfnunarefnum, sem eru tvö mikilvægustu næringarefni þörunga.

Þessu næst má sjá til þess að þörungarnir fái nægjanlegt sólarljós við ljóstillífunina. Ef þörungarnir eru ræktaðir í grunnum kerjum eða í lokuðu kerfi er ljósið ekkert vandamál, enda er hvort tveggja hannað þannig að þörungarnir fá allt það ljós sem þeir þarfnast.

Þegar síðan CO2 er bætt við í vatnið verður það til að þörungarnir vaxa með nánast ógnarhraða og slá auðveldlega ættingjum sínum á landi uppi við í þeim efnum. Stórt olíufyrirtæki hefur t.d. reiknað út að þörungar geti skilað af sér 50 tonnum af olíu á hvern hektara árlega. Aðrir eru ennþá bjartsýnni og spá því að unnt verði að uppskera meira en 100 tonn af sjávarþörungum á hvern hektara á ári. Vísindamenn við US National Renewable Energy Laboratory í Colorado í BNA eru þó öllu varfærnari. Þeir álíta að 40 tonn pr. hektara raunhæfan árangur, en það er samt 10 – 12 sinnum meira en það magn af olíu sem unnt er að uppskera frá einum hektara af olíupálmum.

Þegar búið er að vinna olíuna eða sterkjuna úr þörungum verður nokkuð hrat afgangs. En hratið má einnig nýta, enda inniheldur það enn nokkuð af sterkju og prótínum. Þessar leifar mætti nýta í lífgas, sem fóðurbæti í dýraeldi eða jafnvel í moltu.

Yfirtekur ekki akurlendi

Eins og þekkt er er nóg til af CO2. Það myndast í miklu magni frá orkuverkum og verksmiðjum við brennslu olíu, gass eða kola og þetta getur hinn nýi þörungaiðnaður nýtt sér. Bandaríska fyrirtækið GreenFuel Technologies hefur t.d. staðsett þörungaverksmiðju sína nærri sementsverksmiðjum og orkuverum. Frá þeim er koltvísýringurinn leiddur úr skorsteinum til ræktunar þörunga. Aukinn skammtur af CO2 hraðar vexti þeirra og þannig kemur koltvísýringurinn að notum, í stað þess að losna sem gróðurhúsalofttegund í lofthjúpinn.

Verksmiðja GreenFuel Technologies er frumgerð þar sem tæknin er prófuð áður en verksmiðjan verður reist í fullri stærð. Þetta er í reynd einkennandi fyrir þennan nýja iðnað, enda er enn unnið að því að hámarka vöxt þörunganna. Hins vegar bendir margt til að þörunga megi rækta næstum alls staðar. Það gæti t.d. verið á ísöltum fenjasvæðum, hrjóstrugu landi, eyðimörkum eða jafnvel á ruslahaugum. Hollenska fyrirtækið Algealink hefur þannig hannað lokað kerfi, sem er sérhæft fyrir landbúnað enda nýtir hún húsdýramykju til að fóðra þörunga.

Einn helsti kosturinn við að nota þörunga til að framleiða eldsneyti er að þá má rækta á stöðum þar sem ekki eru ræktaðar landbúnaðarafurðir. Þannig þarf ekki að leggja verðmæt akurlendi undir þörungana. Maís, sem notaður er í lífeldsneyti er ræktaður á stórum ökrum í BNA.

Stór framleiðsla á Hawaii

Á Hawaii eru menn í fararbroddi við að nýta þörunga í eldsneyti. Þar hefur olíufyrirtækið Shell gengið í samstarf við HR BioPetroleum og er markmiðið að rækta agnarsmáa þörunga í miklum mæli. Fyrirhugað er að rækta þá í grunnum opnum kerjum nærri raforkuverum og CO2 frá orkuverinu er dælt í gegnum laugarnar til að hraða vexti þörunganna.

Vænst er þess að þörungaverksmiðjan verði komin í fullan gang árið 2011 og þá munu laugarnar ná yfir 1.000 hektara og þörungarnir sjúga í sig 250 þúsund tonn af CO2 árlega. HR BioPetroleum leggur mikla áherslu á að einungis sé notast við þörunga sem er að finna í hafinu við Hawaii og virki fyrirtækið að óskum er ráðgert að stækka það í heila 20 þúsund hektara.

Meðan sum af þessum nýju fyrirtækjum reiða sig á smásæja þörunga eru önnur sem telja stóran þara heppilegri. Og meðan sumir telja framleiðsluna skila bestum árangri í lokuðum kerjum eru aðrir sem kjósa stór opin ker.

Lokuðu kerin hafa m.a. þann kost að menn geta einbeitt sér að því að rækta nákvæmlega þá tegund af þörungi sem veitir besta afraksturinn. Í raun er þó erfitt að halda keri fullkomlega lokuðu því reynslan sýnir að óæskilegir þörungar geta auðveldlega komist í kerin.

Í opnum kerjum getur uppskeran hins vegar verið minna einsleit og einnig getur reynst erfitt að stýra magni koltvíoxíðs og næringarefnum.

Flugfélög vilja grænt eldsneyti

Ólíkt flestum öðrum nytjajurtum á landi má stöðugt uppskera þörunga. En það ræðst af því hvort menn reiða sig á stóra eða smáa þörunga. Þannig er auðvelt að uppskera þara en hann vex öllu hægar en hinir örsmáu einfruma þörungar. Olíumagnið í agnarsmáum þörungunum virðist einnig vera heldur meira en í þaranum en ókosturinn felst í að m.a. þarf að láta þá botnfalla og sía þarf vatn frá þeim áður en frekari vinnsla fer fram.

Í besta falli má nánast pressa olíuna úr þörungum en í raun er slík vinnsla nokkuð flókin og getur krafist þess að við sé bætt ýmsum kemískum efnum og efnahvötum. Forvinnan er nauðsynleg enda eru strangar kröfur um gæði og samsetningu á því eldsneyti sem er sett á vélar. Og það á við hvort heldur eldsneytið er framleitt með hráolíu eða þörungi. En nú eru nokkur fyrirtæki sem telja sig hafa náð svo góðri hreinsun á fljótandi þörungaeldsneyti að því megi nánast hella beint á tankinn.

Það á t.d. við um fyrirtækið Sapphire Energy frá Kaliforníu í BNA sem tilkynnti fyrir skömmu að þörungaeldsneyti þeirra stæðist allar kröfur á þessu sviði. Einn ríkasti maður heims, Bill Gates, hefur slíka trú á þessari nýjung að í október síðastliðnum lagði hann margar milljónir dala í Sapphire Energy sem í náinni framtíð vonast til að geta framleitt 10.000 tunnur af olíu úr þörungum á degi hverjum.

Í fyrirtækinu er nú unnið hörðum höndum að því að þróa eldsneytið frekar svo nota megi það á flugvélar þar sem kröfurnar eru enn strangari. Segja má að flugfélög standi nánast í röð til að kaupa eldsneyti sem getur veitt þeim umhverfisvænni ímynd. Bandaríski flugherinn leggur einnig sitt af mörkum við þá þróun, enda er eldsneyti drjúgur hluti útgjalda, sem vonast er til að lækka megi með þessu móti.

Miklir möguleikar í þörungum

Þessi tækni er þó ennþá á frumstigi og því getur enginn svarað hvort framleiðsla í svo miklum mæli sé raunhæf. Þá skiptir olíuverð miklu máli eigi lífeldsneyti að vera samkeppnishæft. Ef fyrstu fyrirtækin virka sem skildi geta þau stækkað í sniðum – og þau þurfa að vera fjölmörg áður en framleiðsla á lífeldsneyti getur komist í námunda við núverandi olíuframleiðslu, sem nemur 85 – 87 milljónum tunna á degi hverjum. Því mun olía úr þörungum á komandi árum í besta falli vera viðbót við jarðeldsneytið.

En möguleikarnir eru vissulega miklir. Líkja má aðstæðum við þá tíma er við tókum að rækta korn. Með reynslunni tókst að auka uppskeruna svo um munaði og hið sama kann vel að gerast á þessu sviði.