Mikroalger skal bli til grønn plast

Kjemiprofessor Vidar R. Jensen hadde aldri jobba med alger før. No leiar han eit tverrfagleg og radikalt prosjekt der ørsmå alger kan bidra til store klimagevinstar.

– Eg var på jakt etter eit grønt prosjekt, så høyrde eg om Noregs Forskingsråd sin Idélab, søkte og fekk plass, fortel Jensen som er knytt til Kjemisk institutt ved Universitetet i Bergen (UiB).

Han var ein av 27 forskarar som vart valt ut til Idélaben, av 155 søkarar.

Låst inne på laben

På Idélaben vart han lukka inne saman med forskarar frå ulike fagfelt i fem dagar. Ute var det gnistrande vinterver, men forskarane måtte nyte snø og solskinn gjennom vindauget og legge hovuda saman for å pønske ut eminente forskingsidear for eit nullutsleppssamfunn, som var temaet for denne første norske idélaben.

– Det var veldig spennande å vere med på dette. Særleg var diskusjonane med forskarar med heilt ulik bakgrunn interessante . Det var overraskande kor store moglegheiter for å angripe felles problemstillingar som openberra seg når vi berre fekk diskutert ei stund, og vart betre kjende med kvarandre, seier Jensen.

Idélaben er laga etter ein britisk modell, og skal kople bioteknologi, nanoteknologi og IKT. Jensen, med sin ekspertise på nano-modellering og teoretisk kjemi, traff ekspertar på mikroalger, genetikk og fysikk.

Teoretisk kjemi møter genetikk

Når han vart låst ut att frå Idélaben var det med det nye forskingssamarbeidet microAlgae i veska. Dette var eitt av fire idélab-prosjekt som vart vurdert å vere så gode at dei i etterkant av Idélaben fekk millionstøtte frå Noregs forskingsråd (NFR). Idélaben var leia av folk frå britiske Know Innovation, med støtte av seks internasjonale mentorar. Desse bestemte kva prosjekt som skulle anbefalast finansiert. Det todelte microAlgae-prosjektet kom gjennom nålauget.

– Vi skal leite etter alger som skal produsere så mykje lipider  som mogleg. Dette kan altså bli ei fornybar råstoffkjelde for ei rekke produkt som i dag er basert på kull, olje petroleum og naturgass. I den andre delen av prosjektet vil vi finne fram til alger som er særleg godt eigna til å fange CO2. Dette vil vere alger som veks raskt til dei er så tunge at dei synk til havbotnen og vert sedimentert, fortel Vidar R. Jensen.

Forskarane skal sjå om denne eigenskapen, gjennom bruk av naturleg utval, kan utviklast vidare til eit framtidig verkty for å begrense global oppvarming.

– Prosjektet er ekstremt tverrfagleg. Vi har med fysikk, optikk, materialvitenskap, bioteknologi, kjemi, informasjonsteknologi og samfunnsvitenskap. Det gjer at vi kan sette saman teknologi på heilt nye måtar. Til dømes skal vi bruke visualiseringsteknologi for å utvikle katalysatorer raskare. Katalysatorane brukast til å omdanne fettsyrer i lipidane til råstoff for alt frå polymerer til såper, seier kjemikaren.

Jakta på rett alge

Før dei etablerte microAlgae sjekka Idélab-teamet med sine internasjonale kontaktar om det var andre som var inne på samme område, men ingen hadde hørt om noko liknande.

Til microAlgae har Jensen også fått midlar frå Det matematisk naturvitskaplege fakultet ved UiB til ei fireårig stipendiatstilling. I tillegg skal han få midlar frå NFR til å opprette ei postdoktorstilling i to år.

– Utan støtte frå fakultetet hadde prosjektet stranda. Stipendiaten gjer heilt nødvendig arbeid med å forutseie, ved hjelp av berekningar, katalysatorar som er gode til å omsette lipidar frå alge til nyttige produkt. Dette handlar om å utvikle kjemiske reaksjonar. Postdoktoren skal arbeide med å framstille katalysatorane på laboratoriet.

Andre medarbeidarar på prosjektet leiter etter dei rette algetypane.

– Dei har ei alge-«shortlist» av eksisterande alger, og vi ser etter kva av desse som eignar seg best til vidareforedling. Dette fordi mengde og type av kjemiske bindingar mikroalger produserer varierer mykje frå art til art, fortel Jensen.

Kamerahus av alger

Forskarane vil identifisere artar som produserer mykje av dei mest verdfulle fettsyrene, og desse fettsyrene vil deretter bli konvertert, kjemisk, til enda meir anvendelege og verdfulle bindingar, kalt alfa-olefiner.

– Dette får vi til gjennom å bruke nyutvikla katalysatorar bunde til nanotuber og andre karbon-nanomaterialer. Alfa-olefiner er den viktigaste intermediaten  i petrokjemien. Polyetyen, stoffet plastposar er laga av, er til dømes laga av eit olefin, det aller minste, eten, derav namnet polyetyen forklarer Jensen.

Nesten all plasten vi omgjer oss med; i kamerahus, plastposar, telefonar, flasker, stammar frå ressursar som olje og naturgass.

– Vi som forbrukarar er lite observante på dette i kvardagen, og ein har berre så vidt begynt å erstatte denne plasten med fornybar plast. Dette kan skje ved at vi lagar alfa-olefiner fra fettsyrene, som igjen kjem frå mikroalgene. Slik kan vi kople oss på den eksisterande petrokjemien som baserer seg på alfa-olefiner, seier Jensen.

Dette tyder at i ei lang rekke kjemiske prosessar som bruker alfa-olefiner som såkalla føde, eller råstoff, kan ein bytte ut det fossile råstoffet med ein kjemisk identisk føde som stammar frå fornybare ressursar. Ein slepper altså å gjere store endringar i alle dei gigantiske fabrikkanlegga der alfa-olefiner inngår som råstoff.

Det er derfor alfa-olefinene er nyttigere og meir verdfulle enn utgangspunktet – nemlig lipidene og fettsyrene fra mikroalgene.

Mikroalger: Havets regnskog

At mikroalger er ekstremt viktige for jordas klima, gjer dei også til særs spennande forskingsobjekt for karbonfangst (også kjend som CCS). Årleg er det menneskeskapte klimagassutsleppet på jorda omlag 40 milliardar tonn. Alger tar opp 25 % av verdas CO2-utslepp, altså 10 gigatonn. Mikroalgene står for 97 % av den totale karbonfangsten for alle alger, og er derfor den suverent største karbonhaustaren i havet. Den andre halvparten av karbonfangsten blir gjort av skog og planter på jordoverflata.

– Sidan skogane er pressa som følge av befolkningsauke og behov for områder for dyrking, må vi sjå på moglegheitene for at algene kan bli endå større karbonhaustarar.

– Algene som er i havet har imidlertid ikkje optimale tilhøve. I denne delen av prosjektet vil vi undersøke korleis vi kan optimalisere forholda slik at meir CO2 blir bunde på kortast moglig tid og sendt til sediment i havbunnen, fortel Jensen.

Forskarane vil sjå på avansert avl av ulike algetypar, for å finne alger med optimale eigenskaper. Sannsynligvis vil ein også måtte finne måter å gjødsle områder med alger på, enten i sjøar eller hav. Sjølv om algeforsøka i prosjektet kun vil foregå i laboratorieskala, vil prosjektet undersøke dei etiske, juridiske og samfunnsmessige aspekta ved utsetting og foring av alger i større skala. Å bruke eit havområde eller en fjordarm til dette formålet vil være kontroversielt.

– Å gro store mengder alger er jo eit stort inngrep i naturen, med brune strender som den kanskje mest synlege effekten. Men slike store eksperiment kan også ha negative konsekvenser for miljøet som vi ikkje har oversikt over i forkant. Dette er så klart problematisk, så eit slikt forsøk må utgreiast nøye. Vi har vore i diskusjon med vesentlege aktørar, frå Miljøverndepartementet til Bellona. Endå er det ikkje konkludert med kva som skal skje vidare med karbonfangst av mikroalger, seier Vidar R. Jensen.