Door de natuur geïnspireerde duurzame membraanschermen ter vermindering van waterverdamping bij algenteelt

Zonlicht omzetten in duurzame brandstof

Algen lijken misschien onopvallend, maar deze kleine groene organismen kunnen in de toekomst brandstoffen, voedingsmiddelen en chemicaliën leveren terwijl ze kooldioxide uit de lucht opnemen. Het probleem is dat het kweken van algen in open lucht, vooral in hete, droge gebieden, enorme hoeveelheden water verbruikt doordat vijvers onder de felle zon verdampen. Deze studie onderzoekt een eenvoudige, door de natuur geïnspireerde manier om algenvijvers te beschermen zodat ze veel minder water verliezen, terwijl ze toch genoeg licht en lucht krijgen voor gezonde groei.

Waarom algen belangrijk zijn voor een dorre wereld

Algen kunnen zonlicht, kooldioxide en voedingsstoffen omzetten in oliën, eiwitten en andere nuttige producten, waardoor ze veelbelovende bronnen zijn voor biobrandstoffen, diervoeders en speciale chemicaliën. Per kilogram algenaarde kan bijna tweemaal zijn eigen gewicht aan kooldioxide worden vastgelegd, en de wereldwijde productie bereikt al tientallen miljoenen tonnen per jaar. Hete, zonnige regio’s zoals het Arabische Schiereiland zijn bijzonder aantrekkelijk voor grootschalige algenteelt omdat ze veel zonlicht, niet-geschikt landbouwgrond, zeewater en nabijgelegen industriële CO2-bronnen bieden. Maar in deze droge klimaten verliezen open vijvers enorme hoeveelheden water door verdamping, wat de kosten opdrijft en uitbreiding beperkt.

Het probleem van conventionele vijverdeksels

Eén voor de hand liggende oplossing is het water afdekken. Drijvende ballen, schuimplaten, folies en zelfs chemische monolagen zijn allemaal getest om verdamping in reservoirs en algenvijvers te verminderen. Veel van deze oplossingen besparen wel water, maar ze blokkeren vaak te veel licht of belemmeren de uitwisseling van gassen tussen lucht en water. Voor algen kan die afweging fataal zijn: ze hebben precies de juiste intensiteit zichtbaar licht nodig voor fotosynthese — en ze moeten vrijelijk kooldioxide kunnen opnemen en zuurstof kunnen afgeven. Dichte afdekkingen beschermen misschien het water, maar ze kunnen de cultuur doen oververhitten, ze van licht beroven, schadelijke zuurstofniveaus vasthouden en uiteindelijk de productiviteit verlagen.

Een door de natuur geïnspireerd scherm met piepkleine vezels

Om dit aan te pakken lieten de onderzoekers zich inspireren door plantenbladeren, die een wasachtige buitenlaag gebruiken om waterverlies te vertragen terwijl gassen toch kunnen bewegen. Ze maakten dunne, poreuze “schermen” van nanovezels — uiterst fijne draden — op een ondersteunend plastic gaas. Twee veelgebruikte polymeren werden gebruikt: polylactide (PLA), dat industrieel kan composteren, en poly(methyl methacrylaat) (PMMA), dat zeer duurzaam en recyclebaar is. Geproduceerd met een schaalbaar roll-to-roll elektrospinnenproces, zijn deze nanovezelmatten sterk waterafstotend, mechanisch robuust en thermisch stabiel. Ze laten 70–80% van het voor groei nuttige zichtbare licht door terwijl ze veel van de zwaardere ultraviolette straling blokkeren die algencellen kan beschadigen.

Gassen doorlaten terwijl water wordt tegengehouden

Buitenproeven toonden aan dat vijvers bedekt met de nanovezelschermen tot 86–87% minder water verloren dan onbedekte vijvers, zelfs onder felle woestijnzon. Tegelijkertijd lieten nauwkeurige metingen van opgelost kooldioxide en zuurstof zien dat de schermen de gasuitwisseling nauwelijks vertraagden: kooldioxide kon nog steeds het water binnenkomen om fotosynthese te voeden, en zuurstof kon ontsnappen voordat schadelijke niveaus werden bereikt. De schermen egaliseerden ook scherpe pieken in lichtintensiteit, waardoor het rond een comfortabeler bereik voor algengroei bleef en het risico op lichtgeïnduceerde stress afnam. Over elf dagen kweek met het PLA-scherm gebruikten algenculturen ongeveer de helft van het water per dag vergeleken met onbedekte culturen.

Een beetje biomassa inruilen voor veel betere controle

Er was een afweging: beschaduwde culturen produceerden iets minder uiteindelijke biomassa dan de helderste, onbedekte vijvers — in deze studie ongeveer een derde minder. De beschaduwde systemen groeiden echter consistenter en voorspelbaarder, met vergelijkbare cel- en biomassadichtheden over replicaten. Daarentegen hadden sommige onbedekte culturen moeite of gedroegen ze zich onvoorspelbaar. De schermen vingen ook vliegend stof op en werkten als een barrière die de reinheid van het eindproduct kan verbeteren. Omdat de vezellaag van zijn ondersteuning kan worden geschoven, kunnen de componenten aan het einde van hun levensduur worden behandeld met bestaande recycling- of composteertrajecten; PLA-schermen biodegradeerden gemakkelijk in industriële composteerproeven, terwijl PMMA intact bleef en zich beter leent voor toepassingen met een lange levensduur.

Wat dit betekent voor toekomstige algenboerderijen

Dit werk toont aan dat dunne, door de natuur geïnspireerde membraanschermen het waterverlies uit algenvijvers drastisch kunnen verminderen terwijl ze voldoende licht en lucht bieden voor productieve groei. Hoewel ze de piekbiomassa iets verlagen, bieden ze waterbesparing, stabielere groei, eenvoudiger oogstplanning en extra bescherming tegen stof en ultraviolette straling. Schaalbaar tot lange lengtes en gemaakt van recyclebare of biologisch afbreekbare materialen, zouden deze nanovezelschermen kunnen helpen om grootschalige algenteelt naar hete, droge regio’s te brengen — ter ondersteuning van schonere brandstoffen, nieuwe voedsel- en voederbronnen en klimaatvriendelijke industrie zonder een buitensporige waterrekening.

Bronvermelding: G. Oldal, D., Bokhari, A., Abdurrokhman, I. et al. Nature-inspired sustainable membrane shades for mitigating water evaporation in algal cultivation. npj Mater. Sustain. 4, 19 (2026). https://doi.org/10.1038/s44296-026-00103-0

Trefwoorden: microalgenkweek, controle van waterverdamping, nanovezelmembranen, duurzame biobrandstoffen, landbouw in droge klimaten