Prosjektnummer
900963
Nasjonalt pilotanlegg for mikroalgeproduksjon på Mongstad (NAM) for utvikling av EPA- og DHA-rik algebiomasse optimalisert for bruk i fôr til laksefisk
• Nasjonal Algepilot Mongstad (NAM) er etablert som et automatisert, velfungerende og fleksibelt anlegg for oppskalering og optimalisering av fototrof mikroalgeprodukjon.
• NAM-anleggets parallelle reaktorsystem kan opereres uavhengig og kan brukes for å direkte sammenligne ulike innsatsfaktorer som ulike næringskilder, ulike CO₂-kvaliteter, ulike lyskilder samt evaluering av ulike produksjonsstammer.
• NAM-anlegget har en produksjonskapasitet på til sammen 3 500 liter, og kan produsere flere hundre kilo årlig.
• NAM-anleggets parallelle reaktorsystem kan opereres uavhengig og kan brukes for å direkte sammenligne ulike innsatsfaktorer som ulike næringskilder, ulike CO₂-kvaliteter, ulike lyskilder samt evaluering av ulike produksjonsstammer.
• NAM-anlegget har en produksjonskapasitet på til sammen 3 500 liter, og kan produsere flere hundre kilo årlig.
Pilotanlegget er bygget, og ble offisielt åpnet i november 2016. En nærmere presentasjon av anlegget kan ses her: http://www.co2bio.no/nasjonal-algepilot-mongstad.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige rapportering
Oppdrettsnæringen står overfor en fremtidig underdekning av fiskeolje som kilde til omega-3-fettsyrene EPA og DHA i laksefôr, noe som er begrensende for næringens videre vekst. Fototrofe marine mikroalger er primærprodusenter av disse verdifulle omega-3-fettsyrene, og er derfor en mulig EPA- og DHA-kilde som alternativ til fiskeolje i fôret.
Det tidligere prosjektet “Industriell produksjon av marine mikroalger som råvare for EPA og DHA i fôr til laksefisk: Grunnlag, kunnskapsstatus og muligheter” (FHF-900771), som pågikk i perioden 2012–2013, sannsynliggjorde at fototrofe mikroalger kan utvikles til en økonomisk drivverdig EPA- og DHA-kilde for oppdrettsnæringen, men pekte på en del utfordringer når det gjaldt volum og dagens produksjonskostnad. Det ble anbefalt å etablere koordinert forskningsinnsats langs en integrert verdikjede for å utvikle det fulle potensialet av mikroalger til fôr til laks.
Mens forskningsmiljøenes fokusområder representerer en solid kunnskapsbase innen algebiologi, økologi og algefysiologi, besitter fôrnæringen kunnskap om råstoffbehandling og definerte spesifikasjoner til et fremtidig fôrråstoff. Det har imidlertid manglet en kobling mellom den basale forskningen (oppstrøms) og ønsket om industriell anvendelse (nedstrøms), fordi det er langt fra reagensglass til den mengden (tonn) råstoff som kreves for å kunne industrielt evaluerer, teste og verdisette mikroalger som fôrkomponent.
Formålet med dette prosjektet har derfor vært å etablere et pilotanlegg for oppskalert dyrking og produksjon, slik at kunnskapen oppstrøms kan kobles til kompetansen nedstrøms i verdikjeden – og man produsere store nok volum for en industriell evaluering og dokumentasjon av mikroalger som fôrkomponent.
Prosjektet har omfattet design/spesifikasjon, prosjektering, bygging og installasjon av prosess- og reaktorsystem, innkjøring og validering av Nasjonal Algepilot Mongstad (NAM) som ble åpnet den 22. november 2016. NAM-anlegget er fullt operativt med en samlet produksjonskapasitet på 3 500 L. Det er videre demonstrert volumproduksjon og komparative studier av ulike mikroalger under varierende betingelser med god ytelse og kapasitet i forhold til forventninger.
Den andre delen av prosjektet har vært å etablere forskningsaktivitet ved NAM-anlegget gjennom deltakelse i forskningsprosjekt sammen med fôr- og oppdrettsnæringen. De to forskningsprosjektene CO2Food og Algae2Future pågår ved NAM-anlegget, og resultatene fra prosjektene skal bidra til tekno-økonomiske analyser som skal gi et godt beslutningsgrunnlag for norske industrielle aktører om en mulig kommersiell produksjon. Det skal legges vekt på å beskrive muligheten til å produsere et råstoff med tilstrekkelig innhold av EPA og DHA til en økonomisk forsvarlig kostnad – som forventes å kunne fungere i et marked til fôrindustrien. De tekno-økonomiske resultatene vil foreligge i 2019 i tråd med prosjektplanen.
Den siste tidens utvikling av heterotrofe (fermenterende) mikroalger som DHA-kilde gjennom kommersielle initiativ kan bidra til å lette trykket på fiskeolje på kort sikt. Men disse produksjonsmetodene er basert bruk av sukker som karbon- og energikilde, og har dermed en del uavklarte forhold rundt den reelle, økologiske og miljømessige bærekraftseffekten. Det er derfor viktig at norske interesser tar en aktiv rolle i evaluering av flere alternativ til fiskeolje for å sikre at løsningene for fremtiden er grunnleggende bærekraftig i flere betydninger.
NAM-anlegget vil øke kunnskapen om hvordan fotoautotrofe (fotosyntetiske) mikroalger kan produseres kostnadseffektivt og samtidig skånsomt for miljøet ved bruk av lys og avfallsstrømmen. Den algebiomassen som hittil er testet ut i laksefôr er i form av tørket mel, noe som ikke er optimalt utgangspunkt for videre prosessering, stabilisering og utnyttelse. Tilgang på fersk og optimalisert algebiomasse vil gjøre det mulig på en helt annen måte å utvikle gode prosedyrer for prosessering og inkludering i fôrproduksjon. Samtidig vil norske aktører ha tilgang til alle ledd i verdikjeden som gir bedre samhandling, muligheter for innovative utviklingsløp og førstehåndskunnskap om mikroalger som en EPA- og DHA-kilde i fôr.
På kort sikt vil dette bety bedre muligheter å evaluere mikroalger som fôrkomponent, samt at det vil tilkomme norske næringsaktører resultat og analyser som kan danne grunnlag for strategivalg fremover. Dersom fototrofe mikroalger med høyt innhold av EPAog DHA og høy næringsverdi kan erstatte deler av fiskeoljen som brukes i fiskefôr, kan det ha både økonomiske og miljømessige gevinster.
Pilotanlegg for forsking og utvikling angående dyrking av mikroalger for produksjon av EPA og DHA er bygget og i drift med relevante forskningsprosjekter.
-
Sluttrapport: Nasjonalt pilotanlegg for mikroalgeproduksjon Mongstad (NAM)
Universitetet i Bergen. Sluttrapport for byggefasen. Desember 2017. Av Hans Kleivdal.
Oppdrettsnæringen står overfor en fremtidig underdekning av fiskeolje som fettkilde i fôr, som kan sette en avgjørende begrensning for næringens videre utvikling. Problemstillingen ble omhandlet av fôr- og lakseoppdrettsnæringen i “føre var”-rapporten (NILF, 2010), og peker blant annet på marine mikroalger som en mulig alternativ EPA og DHA-kilde for å opprettholde nivået i fiskefôr.
På oppdrag fra FHF utredet Uni Research og SINTEF denne muligheten i prosjektet “Industriell produksjon av marine mikroalger som råvare for EPA og DHA i fôr til laksefisk: Grunnlag, kunnskapsstatus og muligheter” (FHF-900771), som sannsynliggjorde at mikroalger kan utvikles til en fremtidig EPA- og DHA-rik råvare til bruk i fôr til laksefisk.
De mest sentrale utfordringene for en industriell fremstilling av fotosyntetiske mikroalger er høye produksjonskostnader og lave produksjonsvolum. ProAlgae-rapporten fra det nevnte prosjektet omhandlet utfordringene og fremla konkrete strategier for å håndtere flaskehalsene. I første omgang ble det anbefalt å etablere koordinert forskningsinnsats langs en integrert verdikjede for å demonstrere det fulle potensialet av mikroalger som en EPA- og DHA-holdig komponent i fôr til laks. Det er hittil gjort noen studier hvor mikroalger er brukt som fôrkomponent i laksefisk, men da har mikroalgene hverken vært selektert eller optimalisert til formålet.
De norske fagmiljøenes aktiviteter og fokusområder representerer en god kunnskapsbase innen basalbiologi, økologi og algefysiologi, mens fôrnæringen besitter kunnskap om råstoffbehandling og definerte spesifikasjoner til et fremtidig fôrråstoff. Det som mangler er en kobling mellom den basale forskningen (oppstrøms) og industriell utnyttelse (nedstrøms) fordi det er langt fra reagensglass til den mengden (tonn) råstoff som kreves for å kunne evaluere, teste og verdisette mikroalger som fôrkomponent.
Dette prosjektet skal derfor etablere et pilotanlegg for oppskalert dyrking, slik at kompetansen oppstrøms kan kobles til kompetansen nedstrøms i prosessen – og gjøre det mulig med uttesting av prosessering, innblanding og bruk av algebiomasse som en fôrkomponent. Samtidig kan pilotanlegget benyttes til å optimalisere mikroalgene, prosesseringen og utnyttelsen bedre. Det er hittil gjort noen studier hvor mikroalger er brukt som fôrkomponent i laksefisk, men da har mikroalgene hverken vært selektert eller optimalisert for formålet. Etablering av et pilotanlegg er i overensstemmelse med anbefalingene fra ProAlgae-rapporten, og vil bidra til et betydelig fremskritt ved å demonstrere konseptet i en relevant målestokk.
Hovedmålet er å fremskaffe EPA og DHA i tilstrekkelige mengder gjennom produksjon av fotosyntetiske mikroalger som er spesielt optimalisert for inkludering i ekstrudert laksefôr. Det må videre gjennomføres flere FoU prosjekt rettet mot nedstrømsprosessering som inkluderer optimalisering av fôrkomponentene og biologisk dokumentasjon gjennom foringsforsøk.
Resultatene fra prosjekter tilknyttet algepiloten skal brukes inn i tekno-økonomiske analyser for å bidra som et tydelig beslutningsgrunnlag for norske industrielle aktører som kan vurdere å ta slik produksjon opp til kommersiell skala. Det skal legges vekt på å beskrive muligheten til å produsere et råstoff med tilstrekkelig innhold av EPA og DHA til en økonomisk forsvarlig kostnad - som forventes å kunne fungere i et marked til fôrindustrien.
På oppdrag fra FHF utredet Uni Research og SINTEF denne muligheten i prosjektet “Industriell produksjon av marine mikroalger som råvare for EPA og DHA i fôr til laksefisk: Grunnlag, kunnskapsstatus og muligheter” (FHF-900771), som sannsynliggjorde at mikroalger kan utvikles til en fremtidig EPA- og DHA-rik råvare til bruk i fôr til laksefisk.
De mest sentrale utfordringene for en industriell fremstilling av fotosyntetiske mikroalger er høye produksjonskostnader og lave produksjonsvolum. ProAlgae-rapporten fra det nevnte prosjektet omhandlet utfordringene og fremla konkrete strategier for å håndtere flaskehalsene. I første omgang ble det anbefalt å etablere koordinert forskningsinnsats langs en integrert verdikjede for å demonstrere det fulle potensialet av mikroalger som en EPA- og DHA-holdig komponent i fôr til laks. Det er hittil gjort noen studier hvor mikroalger er brukt som fôrkomponent i laksefisk, men da har mikroalgene hverken vært selektert eller optimalisert til formålet.
De norske fagmiljøenes aktiviteter og fokusområder representerer en god kunnskapsbase innen basalbiologi, økologi og algefysiologi, mens fôrnæringen besitter kunnskap om råstoffbehandling og definerte spesifikasjoner til et fremtidig fôrråstoff. Det som mangler er en kobling mellom den basale forskningen (oppstrøms) og industriell utnyttelse (nedstrøms) fordi det er langt fra reagensglass til den mengden (tonn) råstoff som kreves for å kunne evaluere, teste og verdisette mikroalger som fôrkomponent.
Dette prosjektet skal derfor etablere et pilotanlegg for oppskalert dyrking, slik at kompetansen oppstrøms kan kobles til kompetansen nedstrøms i prosessen – og gjøre det mulig med uttesting av prosessering, innblanding og bruk av algebiomasse som en fôrkomponent. Samtidig kan pilotanlegget benyttes til å optimalisere mikroalgene, prosesseringen og utnyttelsen bedre. Det er hittil gjort noen studier hvor mikroalger er brukt som fôrkomponent i laksefisk, men da har mikroalgene hverken vært selektert eller optimalisert for formålet. Etablering av et pilotanlegg er i overensstemmelse med anbefalingene fra ProAlgae-rapporten, og vil bidra til et betydelig fremskritt ved å demonstrere konseptet i en relevant målestokk.
Hovedmålet er å fremskaffe EPA og DHA i tilstrekkelige mengder gjennom produksjon av fotosyntetiske mikroalger som er spesielt optimalisert for inkludering i ekstrudert laksefôr. Det må videre gjennomføres flere FoU prosjekt rettet mot nedstrømsprosessering som inkluderer optimalisering av fôrkomponentene og biologisk dokumentasjon gjennom foringsforsøk.
Resultatene fra prosjekter tilknyttet algepiloten skal brukes inn i tekno-økonomiske analyser for å bidra som et tydelig beslutningsgrunnlag for norske industrielle aktører som kan vurdere å ta slik produksjon opp til kommersiell skala. Det skal legges vekt på å beskrive muligheten til å produsere et råstoff med tilstrekkelig innhold av EPA og DHA til en økonomisk forsvarlig kostnad - som forventes å kunne fungere i et marked til fôrindustrien.
Å etablere en funksjonell pilotfasilitet for produksjon av optimaliserte fototrofe mikroalger med høyt innhold av DHA/EPA fettsyrer, og i stor nok skala til at algebiomassen kan utvikles til bruk som fôrkomponent til laksefisk.
Delmål
Delmål
1. Å utarbeide spesifikasjon og prosjekteringsplan av pilotanlegget.
2. Å foreta oppsetting av bygg og installasjon av prosess- og reaktorsystem.
3. Å gjennomføre innkjøring og validering av produksjonsanlegg
4. Å tilrettelegge for forskningsaktivitet på mikroalger som bidrar til utvikling og demonstrasjon av mikroalger som fôrkomponent.
2. Å foreta oppsetting av bygg og installasjon av prosess- og reaktorsystem.
3. Å gjennomføre innkjøring og validering av produksjonsanlegg
4. Å tilrettelegge for forskningsaktivitet på mikroalger som bidrar til utvikling og demonstrasjon av mikroalger som fôrkomponent.
Etablering av et pilotanlegg for oppskalering av fototrofe mikroalger vil være en helt avgjørende steg videre som muliggjør en forskningsbasert utvikling av industrielt produserte mikroalger som en fôrkomponent til laksefisk. Det vil kunne bidra til å omsette kunnskapen og laboratoriebasert forskning fra grunnforskningsmiljø, til konkret produksjon i relevant skala for uttesting. Den algebiomassen som hittil er testet ut i laksefôr har i format av tørket mel, noe som ikke er optimalt utgangspunkt for videre prosessering og utnyttelse. Tilgang på fersk og optimalisert algebiomasse vil gjøre det mulig på en helt annen måte å utvikle gode prosedyrer for prosessering og inkludering i fôrproduksjon. Samtidig vil norske aktører ha tilgang til alle ledd i verdikjeden som gir bedre samhandling, muligheter for innovative utviklingsløp og førstehåndskunnskap om mikroalger som en EPA- og DHA-kilde i fôr. På kort sikt vil dette bety bedre muligheter for reelle studier og evaluering av mikroalger, samt at det vil tilkomme norske næringsaktører resultat og analyser som kan danne grunnlag for strategivalg fremover.
Prosjektets sluttrapport skal omhandle etablering av anlegget, fremdrift, beskrivelse av driftsmodell, oversikt over prosjektaktivitet, samt oppsummering av oppnådde produktivitetsdata og resultat av tekno-økonomiske analyser. Samlet skal dette kunne danne et beslutningsgrunnlag for norske aktører om en videre utvikling av oppskalert produksjon av mikroalger.
Dersom mikroalger med høyt innhold av EPA og DHA samt høy næringsverdi kan erstatte deler av fiskeoljen som brukes i fiskefôr, kan det ha både økonomiske og miljømessige gevinster. Som følge av økt etterspørsel og knapphet på EPA og DHA globalt, kan en stadig synkende andel i fiskefôr også påvirke oppdrettslaks som produkt. Oppdrettsnæringen har nedlagt betydelige ressurser i å utvikle en positiv markedsoppfatning av laks som helsefremmende blant annet basert på fettsyreprofilen, noe som igjen har ført til økt etterspørsel og vekst. Dersom næringen må ty til en gradvis erstatning av fiskeolje med planteolje som fettkilde i fiskefôret, kan dette endre markedsoppfatningen og etterspørselen til det negative. Kostnadene som er lagt til grunn for dette strategiske prosjektet er således en rimelig investering dersom det kan føre til utvikling av nye og mer bærekraftige fôrressurser – som både fôr- og oppdrettsnæringen vil nyte godt av på sikt. Samtidig er dette en proaktivt tilnærming til den økende underdekning av fiskeoljer, samtidig som det konkret kan bidra til en forbedring av oppdrettsnæringens klimaregnskap.
Prosjektets sluttrapport skal omhandle etablering av anlegget, fremdrift, beskrivelse av driftsmodell, oversikt over prosjektaktivitet, samt oppsummering av oppnådde produktivitetsdata og resultat av tekno-økonomiske analyser. Samlet skal dette kunne danne et beslutningsgrunnlag for norske aktører om en videre utvikling av oppskalert produksjon av mikroalger.
Dersom mikroalger med høyt innhold av EPA og DHA samt høy næringsverdi kan erstatte deler av fiskeoljen som brukes i fiskefôr, kan det ha både økonomiske og miljømessige gevinster. Som følge av økt etterspørsel og knapphet på EPA og DHA globalt, kan en stadig synkende andel i fiskefôr også påvirke oppdrettslaks som produkt. Oppdrettsnæringen har nedlagt betydelige ressurser i å utvikle en positiv markedsoppfatning av laks som helsefremmende blant annet basert på fettsyreprofilen, noe som igjen har ført til økt etterspørsel og vekst. Dersom næringen må ty til en gradvis erstatning av fiskeolje med planteolje som fettkilde i fiskefôret, kan dette endre markedsoppfatningen og etterspørselen til det negative. Kostnadene som er lagt til grunn for dette strategiske prosjektet er således en rimelig investering dersom det kan føre til utvikling av nye og mer bærekraftige fôrressurser – som både fôr- og oppdrettsnæringen vil nyte godt av på sikt. Samtidig er dette en proaktivt tilnærming til den økende underdekning av fiskeoljer, samtidig som det konkret kan bidra til en forbedring av oppdrettsnæringens klimaregnskap.
Prosjektet bygger videre på ProAlgae-prosjektet “Industriell produksjon av marine mikroalger som råvare for EPA og DHA i fôr til laksefisk: Grunnlag, kunnskapsstatus og muligheter” (FHF-900771) ved å etablere en oppskaleringskapasitet som muliggjør en forskningsbasert utvikling av industrielt produserte mikroalger som en fôrkomponent til laksefisk.
Delmål 1: Spesifikasjon, plan og prosjektering av pilotanlegg (3. kvartal 2014–2. kvartal 2015)
1. Konsortieavtale mellom prosjektpartene
Det skal inngås en konsortieavtale mellom prosjektpartene UiB, Uni Research og CO2Bio AS.
2. Kontrakt med CO2 TCM for leie av grunn
Det skal inngås en leiekontrakt med CO2 Technology Centre Mongstad for den grunnen pilotanlegget skal stå på.
3. Utarbeide spesifikasjoner for instrumentering, reaktorer, prosess og bygg.
Innledningsvis utarbeides mer detaljerte spesifikasjoner av pilotanlegget på bakgrunn av tidligere planer og de funksjonelle målene mht. hvor mye algebiomasse som skal kunne håndteres ved full kapasitet. Produksjons- og oppskaleringprosessen begynner ved Bergen Marine Biobank på Institutt for biologi (BIO) ved Universitetet i Bergen, hvor algestammer selekteres og karakteriseres i produksjonsenheter på 20–50 liter, før et passende inokulum blir transportert ut til pilotanlegget for oppskalering i reaktorsystemene der. At biobank-samlingen ligger fysisk adskilt fra pilotanlegget gir også en gunstig hygienisk barriere mellom stamkulturer og dyrkningsreaktorer. Det som skal spesifiseres er hovedsakelig:
• Reaktorsystem: Fotobioreaktor eller dyrkningssystem for fototrofe mikroalger skal sikre mest mulig lystilgang for mikroalgene i kultur, samt sikre god masseoverføring av CO₂ og næring, samtidig som O₂ skal fjernes. Noen ulike systemtyper skal evalueres, men et rørbasert system skal etableres innledningsvis som grunnlag. Infrastrukturen som skal ligge til grunn for hele oppskaleringsprosessen fra 1 ml til 1500 L+ skal spesifiseres, både mht. hvilke typer reaktorer man skal starte med og hvilken strategi som skal følges for en gradvis utvikling til full kapasitet (5000 L).
• Prosessanlegg: Et prosess-system skal etableres i tilknytning til reaktorene for vannbehandling, tilsetting av CO₂ og næring, høsting, vasking og dekontaminering.
Dette arbeidet blir støttet av Universitetet i Wageningen ved professor Rene Wijffels og driftssjef ved AlgaePARC, Dr. Rouke Bosma, med bakgrunn i spesifikasjonene og anlegget for AlgaePARC (Bosma et al, 2014).
4. Utarbeide prosesskjema med prinsipper for styringssystem.
Det skal utarbeides prinsippskisser for et overordnet styringssystem som innbefatter blant annet temperaturkontroll, vannrensing, flow- og nivåsensorer, automatisk kontroll av ventiler, tilsetting av medium ved semi-kontinuerlig dyrkning under kjemostat-betingelser, og høsting av biomasse. Dette gjøres i samarbeid med Univ i Wageningen og AlgaePARC.
5. Utarbeide plantegning for bygg og drivhus.
Basert på prosesskjema og planlagt reaktoroppsett skal det utvikles en plantegning for driftsbygg (prosessanlegg, vannbehandling, laboratorium for prøvetaking, kontor, høsting og lager) og drivhus hvor reaktorsystemene skal stå.
6. Innhente anbud på forprosjektering.
På bakgrunn av ovennevnte spesifikasjoner av prosess og bygg, skal det innhentes tilbud på forprosjektering av anlegget fra ulike tilbydere i henhold til normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser.
7. Evaluere forprosjekteringen.
Konklusjonene fra forprosjekteringen skal evalueres og vurderes i fht kostnader, byggtekniske løsninger, og hvorvidt prosessanlegget er hensiktsmessig beskrevet. Dette kan medføre justeringer av de foreslåtte løsningene.
8. Innhente anbud på hovedprosjektering.
På bakgrunn av forprosjekteringen og evalueringen av de prosess- og byggtekniske løsningene, skal det innhentes tilbud på utarbeidelse av hovedprosjekt fra ulike tilbydere i hht normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser.
9. Evaluere hovedprosjektering.
Hovedprosjektet skal evalueres og vurderes når det gjelder kostnader, byggtekniske løsninger, og hvorhvidt prosessanlegget er hensiktsmessig beskrevet. Dette kan medføre en del justeringer av de endelige spesifikasjonene.
10. Innhente anbud på prosessanlegg og utstyr.
På bakgrunn av spesifikasjonene av prosess og bygg, skal det innhentes tilbud på prosesskomponenter fra ulike tilbydere i henhold til normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser. Alternativt gjøres dette av byggherre i den grad prosessanlegget er en integrert del av hovedprosjektet.
11. Innhente anbud på reaktorsystem.
På bakgrunn av spesifikasjonene av reaktorsystemene skal det innhentes tilbud på dette fra ulike tilbydere i henhold til normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser. Dette gjøres i samarbeid med Universitetet i Wageningen og AlgaePARC.
12. Valg av byggherre og underleverandører.
På bakgrunn av innhentede anbud, inngås kontrakter med valgt byggherre og underleverandører av bygg og drivhus, samt installasjon av elektrisk anlegg og VVS. Det skal også velges leverandør av prosessløsning og reaktor system. Kontrakter skal inngås.
13. Konkret planlegging frem mot byggestart.
Konkrete planleggingsmøter blir gjennomført med byggherre, samt med leverandører og installatører av prosessanlegg og reaktorsystem.
Delmål 2: Oppsetting av bygg og installasjon av prosess- og reaktorsystem (3. kvartal 2015–4. kvartal 2015)
14. Oppsett av driftsbygg.
Driftsbygget (prosessanlegg, vannbehandling, laboratorium for prøvetaking, kontor, høsting og lager) settes opp av byggherre i henhold til inngåtte kontrakter.
15. Oppsett av drivhus.
Drivhus med tilhørende system (temperaturkontroll, skjerming) settes opp av byggherre i henhold til inngåtte kontrakter.
16. Byggteknisk installasjon (el, VVS).
Elektrisk anlegg og VVS installeres i henhold til inngåtte kontrakter.
17. Installasjon av prosessanlegg og tanker.
Prosessanlegg med tilhørende styringssystem installeres i henhold til inngått kontrakt.
18. Installasjon av instrumentering på BIO (Universitetet i Bergen) for første del av oppskalering.
Infrastruktur tilknyttet algeseleksjon og tidlig oppskalering installeres på UiB i henhold til inngåtte kontrakter.
19. Installasjon av reaktorsystem.
Prosessanlegg med tilhørende styringssystem installeres i hht inngått kontrakt.
Delmål 3: Gjennomføre innkjøring og validering (4. kvartal 2015–1. kvartal 2016)
20. Innkjøring av prosessanlegg.
Prosessanlegget skal kjøres inn med sjøvann, næringsstoff og CO₂ for å validere prosessplanen og styringssystemets funksjonalitet i forhold til gitte spesifikasjoner.
21. Innkjøring av reaktorsystem.
Prosessanlegget skal kjøres inn med ulike mikroalger, sjøvann, næringsstoff og CO₂ for å evaluere funksjonalitet og produktivitet i hht gitte krav. Dette gjøres i samarbeid med Universitetet i Wageningen og AlgaePARC.
22. Validering av reaktorsystem og prosessanlegg.
De etablerte reaktorsystemene skal valideres mht. ulike produktivitetsparametre ved dyrkning av referansestammer, og sammenlignes med leverandørens referansesystem og systemene ved AlgaePARC ved Universitetet i Wageningen.
23. Etablere standard prosedyrer for drift av pilotanlegget.
På bakgrunn av innkjøringsperiode og validering skal det utarbeides standard operasjonsprosedyrer for vannrensing, inokulering, dyrkning i ulike moduser (batch og kjemostat), høsting, lagring av algebiomasse, prøvetaking og overvåkning av kulturer, dekontaminering, vasking, og vedlikehold av reaktorer, prosessanlegg og bygg. Det skal samtidig etableres et hensiktsmessig system for kvalitetskontroll, datalagring og sporbarhet.
24. Sluttgodkjenning av leveranser.
Styringsgruppen for algepilotprosjektet skal besiktige anlegget og basert på oppnådde resultat vurdere hvorvidt leveransene holder de spesifikasjoner som ble gitt ved kontraktsinngåelse.
Delmål 4: Fasilitere forskningsaktivitet på mikroalger (1. kvartal 2016 Q1–2. kvartal 2019)
25. Videreutvikle og oppgradere reaktor systemene.
De grunnleggende reaktorsystemene skal evalueres over det første driftsåret. Oppnådde produktivitetsresultat og oppdaterte prosjektbehov skal så danne grunnlag for en plan for videre utvikling/oppskalering/oppgradering for å kunne øke og optimalisere produksjonskapasiteten.
26. Utvikle FoU prosjekt med samarbeidspartnere.
Uni Research og Universitetet i Bergen skal ta en aktiv rolle for at pilotanlegget skal bidra til en forskningsbasert utvikling av industrielt produserte mikroalger som fôrkomponent til laksefisk. Muligheten til å produsere større mengder mikroalger som er spesielt tilpasset bruk i laksefôr er svært viktig for å kunne utvikle samhandling på tvers av en mulig ny verdikjede. Det skal utvikles prosjektbeskrivelser som retter seg mot Norges forskningsråds programmer Biotek2021 og Havbruk, FHF, EU H2020, og ERA-Net Marine Biotechnology.
27. Gjennomføre FoU-prosjekt sammen med partnere innen forskning og industri.
Pilotanlegget skal bygge på tett samarbeid mellom forskning og industri, og involvere internasjonale kunnskapsmiljø innen oppskalert mikroalgeproduksjon, både rent biologisk/produksjonsteknologisk, kvalitetsmessig og produksjonsmessig/økonomisk.
Pilotanlegget kan bidra inn til prosjekt langs hele verdikjeden, eksempelvis:
• oppstrømsprosjekt ved evaluering av lovende algestammer mht. robusthet, egenskaper ved oppskalering, produksjonsstabilitet over tid.
• oppstrømsprosjekt hvor algebiomassens sammensetning skal optimaliseres ved dyrkningsprosedyrer for metabolsk stress (næring, lysforhold, temperatur).
• nedstrømsprosjekt hvor prosessering av fersk algebiomasse skal studeres i fht biotilgjengelighet av næringsstoff.
• nedstrømsprosjekt for å se på hvordan kvaliteten av EPA og DHA påvirkes ved ulike metoder for å åpne cellene.
• utvikling av protokoller for prosessering og stabilisering av algebiomasse i ulike format og inkludering i fôr for ekstrudering.
• oppskalert algedyrkning til fôrproduksjon og industrielle dokumentasjonsstudier på laks i sjø
28. Rapportering og formidling av resultat
Prosjektets sluttrapport skal omhandle etablering av anlegget, fremdrift, beskrivelse av driftsmodell, oversikt over prosjektaktivitet, samt oppsummering av oppnådde produktivitetsdata og resultat av tekno-økonomiske analyser. Samlet skal dette kunne danne et beslutningsgrunnlag for en videre utvikling av oppskalert produksjon av mikroalger. Sluttrapporten skal skrives på engelsk med et norsk sammendrag.
Prosjektorganisering
Prosjektet skal ha en styringsgruppe med representanter fra partnerne Universitetet i Bergen, Uni Research og CO2Bio AS, i tillegg skal representanter for fôr- og oppdrettsselskap inviteres inn som deltakere.
En representant fra FHF, en representant fra Innovasjon Norge og en representant fra Norges forskningsråd skal inviteres til å delta som observatør i styringsgruppen. Prosjektleder vil fungere som sekretær og kalle inn til regulære styringsgruppemøter.
Prosjektet skal gjennomføres som et samarbeid mellom Universitetet i Bergen, Uni Research og CO2Bio AS. UiB skal være ansvarlig for og eier av infrastruktur.
Prosjektet vil tilknytte seg en referansegruppe med en bred kompetanse langs de mest relevante deler av verdikjeden. Først og fremst vil det være tett samarbeid med Universitetet i Wageningen og AlgaePARC, som også delvis vil inngå i prosjektgruppen under arbeid med installering og igangsetting.
I tillegg vil prosjektet invitere samarbeidspartnere fra norske forskningsmiljø inn i referansegruppen.
Delmål 1: Spesifikasjon, plan og prosjektering av pilotanlegg (3. kvartal 2014–2. kvartal 2015)
1. Konsortieavtale mellom prosjektpartene
Det skal inngås en konsortieavtale mellom prosjektpartene UiB, Uni Research og CO2Bio AS.
2. Kontrakt med CO2 TCM for leie av grunn
Det skal inngås en leiekontrakt med CO2 Technology Centre Mongstad for den grunnen pilotanlegget skal stå på.
3. Utarbeide spesifikasjoner for instrumentering, reaktorer, prosess og bygg.
Innledningsvis utarbeides mer detaljerte spesifikasjoner av pilotanlegget på bakgrunn av tidligere planer og de funksjonelle målene mht. hvor mye algebiomasse som skal kunne håndteres ved full kapasitet. Produksjons- og oppskaleringprosessen begynner ved Bergen Marine Biobank på Institutt for biologi (BIO) ved Universitetet i Bergen, hvor algestammer selekteres og karakteriseres i produksjonsenheter på 20–50 liter, før et passende inokulum blir transportert ut til pilotanlegget for oppskalering i reaktorsystemene der. At biobank-samlingen ligger fysisk adskilt fra pilotanlegget gir også en gunstig hygienisk barriere mellom stamkulturer og dyrkningsreaktorer. Det som skal spesifiseres er hovedsakelig:
• Reaktorsystem: Fotobioreaktor eller dyrkningssystem for fototrofe mikroalger skal sikre mest mulig lystilgang for mikroalgene i kultur, samt sikre god masseoverføring av CO₂ og næring, samtidig som O₂ skal fjernes. Noen ulike systemtyper skal evalueres, men et rørbasert system skal etableres innledningsvis som grunnlag. Infrastrukturen som skal ligge til grunn for hele oppskaleringsprosessen fra 1 ml til 1500 L+ skal spesifiseres, både mht. hvilke typer reaktorer man skal starte med og hvilken strategi som skal følges for en gradvis utvikling til full kapasitet (5000 L).
• Prosessanlegg: Et prosess-system skal etableres i tilknytning til reaktorene for vannbehandling, tilsetting av CO₂ og næring, høsting, vasking og dekontaminering.
Dette arbeidet blir støttet av Universitetet i Wageningen ved professor Rene Wijffels og driftssjef ved AlgaePARC, Dr. Rouke Bosma, med bakgrunn i spesifikasjonene og anlegget for AlgaePARC (Bosma et al, 2014).
4. Utarbeide prosesskjema med prinsipper for styringssystem.
Det skal utarbeides prinsippskisser for et overordnet styringssystem som innbefatter blant annet temperaturkontroll, vannrensing, flow- og nivåsensorer, automatisk kontroll av ventiler, tilsetting av medium ved semi-kontinuerlig dyrkning under kjemostat-betingelser, og høsting av biomasse. Dette gjøres i samarbeid med Univ i Wageningen og AlgaePARC.
5. Utarbeide plantegning for bygg og drivhus.
Basert på prosesskjema og planlagt reaktoroppsett skal det utvikles en plantegning for driftsbygg (prosessanlegg, vannbehandling, laboratorium for prøvetaking, kontor, høsting og lager) og drivhus hvor reaktorsystemene skal stå.
6. Innhente anbud på forprosjektering.
På bakgrunn av ovennevnte spesifikasjoner av prosess og bygg, skal det innhentes tilbud på forprosjektering av anlegget fra ulike tilbydere i henhold til normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser.
7. Evaluere forprosjekteringen.
Konklusjonene fra forprosjekteringen skal evalueres og vurderes i fht kostnader, byggtekniske løsninger, og hvorvidt prosessanlegget er hensiktsmessig beskrevet. Dette kan medføre justeringer av de foreslåtte løsningene.
8. Innhente anbud på hovedprosjektering.
På bakgrunn av forprosjekteringen og evalueringen av de prosess- og byggtekniske løsningene, skal det innhentes tilbud på utarbeidelse av hovedprosjekt fra ulike tilbydere i hht normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser.
9. Evaluere hovedprosjektering.
Hovedprosjektet skal evalueres og vurderes når det gjelder kostnader, byggtekniske løsninger, og hvorhvidt prosessanlegget er hensiktsmessig beskrevet. Dette kan medføre en del justeringer av de endelige spesifikasjonene.
10. Innhente anbud på prosessanlegg og utstyr.
På bakgrunn av spesifikasjonene av prosess og bygg, skal det innhentes tilbud på prosesskomponenter fra ulike tilbydere i henhold til normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser. Alternativt gjøres dette av byggherre i den grad prosessanlegget er en integrert del av hovedprosjektet.
11. Innhente anbud på reaktorsystem.
På bakgrunn av spesifikasjonene av reaktorsystemene skal det innhentes tilbud på dette fra ulike tilbydere i henhold til normale krav gjeldende for offentlige anskaffelser. Dette gjøres i samarbeid med Universitetet i Wageningen og AlgaePARC.
12. Valg av byggherre og underleverandører.
På bakgrunn av innhentede anbud, inngås kontrakter med valgt byggherre og underleverandører av bygg og drivhus, samt installasjon av elektrisk anlegg og VVS. Det skal også velges leverandør av prosessløsning og reaktor system. Kontrakter skal inngås.
13. Konkret planlegging frem mot byggestart.
Konkrete planleggingsmøter blir gjennomført med byggherre, samt med leverandører og installatører av prosessanlegg og reaktorsystem.
Delmål 2: Oppsetting av bygg og installasjon av prosess- og reaktorsystem (3. kvartal 2015–4. kvartal 2015)
14. Oppsett av driftsbygg.
Driftsbygget (prosessanlegg, vannbehandling, laboratorium for prøvetaking, kontor, høsting og lager) settes opp av byggherre i henhold til inngåtte kontrakter.
15. Oppsett av drivhus.
Drivhus med tilhørende system (temperaturkontroll, skjerming) settes opp av byggherre i henhold til inngåtte kontrakter.
16. Byggteknisk installasjon (el, VVS).
Elektrisk anlegg og VVS installeres i henhold til inngåtte kontrakter.
17. Installasjon av prosessanlegg og tanker.
Prosessanlegg med tilhørende styringssystem installeres i henhold til inngått kontrakt.
18. Installasjon av instrumentering på BIO (Universitetet i Bergen) for første del av oppskalering.
Infrastruktur tilknyttet algeseleksjon og tidlig oppskalering installeres på UiB i henhold til inngåtte kontrakter.
19. Installasjon av reaktorsystem.
Prosessanlegg med tilhørende styringssystem installeres i hht inngått kontrakt.
Delmål 3: Gjennomføre innkjøring og validering (4. kvartal 2015–1. kvartal 2016)
20. Innkjøring av prosessanlegg.
Prosessanlegget skal kjøres inn med sjøvann, næringsstoff og CO₂ for å validere prosessplanen og styringssystemets funksjonalitet i forhold til gitte spesifikasjoner.
21. Innkjøring av reaktorsystem.
Prosessanlegget skal kjøres inn med ulike mikroalger, sjøvann, næringsstoff og CO₂ for å evaluere funksjonalitet og produktivitet i hht gitte krav. Dette gjøres i samarbeid med Universitetet i Wageningen og AlgaePARC.
22. Validering av reaktorsystem og prosessanlegg.
De etablerte reaktorsystemene skal valideres mht. ulike produktivitetsparametre ved dyrkning av referansestammer, og sammenlignes med leverandørens referansesystem og systemene ved AlgaePARC ved Universitetet i Wageningen.
23. Etablere standard prosedyrer for drift av pilotanlegget.
På bakgrunn av innkjøringsperiode og validering skal det utarbeides standard operasjonsprosedyrer for vannrensing, inokulering, dyrkning i ulike moduser (batch og kjemostat), høsting, lagring av algebiomasse, prøvetaking og overvåkning av kulturer, dekontaminering, vasking, og vedlikehold av reaktorer, prosessanlegg og bygg. Det skal samtidig etableres et hensiktsmessig system for kvalitetskontroll, datalagring og sporbarhet.
24. Sluttgodkjenning av leveranser.
Styringsgruppen for algepilotprosjektet skal besiktige anlegget og basert på oppnådde resultat vurdere hvorvidt leveransene holder de spesifikasjoner som ble gitt ved kontraktsinngåelse.
Delmål 4: Fasilitere forskningsaktivitet på mikroalger (1. kvartal 2016 Q1–2. kvartal 2019)
25. Videreutvikle og oppgradere reaktor systemene.
De grunnleggende reaktorsystemene skal evalueres over det første driftsåret. Oppnådde produktivitetsresultat og oppdaterte prosjektbehov skal så danne grunnlag for en plan for videre utvikling/oppskalering/oppgradering for å kunne øke og optimalisere produksjonskapasiteten.
26. Utvikle FoU prosjekt med samarbeidspartnere.
Uni Research og Universitetet i Bergen skal ta en aktiv rolle for at pilotanlegget skal bidra til en forskningsbasert utvikling av industrielt produserte mikroalger som fôrkomponent til laksefisk. Muligheten til å produsere større mengder mikroalger som er spesielt tilpasset bruk i laksefôr er svært viktig for å kunne utvikle samhandling på tvers av en mulig ny verdikjede. Det skal utvikles prosjektbeskrivelser som retter seg mot Norges forskningsråds programmer Biotek2021 og Havbruk, FHF, EU H2020, og ERA-Net Marine Biotechnology.
27. Gjennomføre FoU-prosjekt sammen med partnere innen forskning og industri.
Pilotanlegget skal bygge på tett samarbeid mellom forskning og industri, og involvere internasjonale kunnskapsmiljø innen oppskalert mikroalgeproduksjon, både rent biologisk/produksjonsteknologisk, kvalitetsmessig og produksjonsmessig/økonomisk.
Pilotanlegget kan bidra inn til prosjekt langs hele verdikjeden, eksempelvis:
• oppstrømsprosjekt ved evaluering av lovende algestammer mht. robusthet, egenskaper ved oppskalering, produksjonsstabilitet over tid.
• oppstrømsprosjekt hvor algebiomassens sammensetning skal optimaliseres ved dyrkningsprosedyrer for metabolsk stress (næring, lysforhold, temperatur).
• nedstrømsprosjekt hvor prosessering av fersk algebiomasse skal studeres i fht biotilgjengelighet av næringsstoff.
• nedstrømsprosjekt for å se på hvordan kvaliteten av EPA og DHA påvirkes ved ulike metoder for å åpne cellene.
• utvikling av protokoller for prosessering og stabilisering av algebiomasse i ulike format og inkludering i fôr for ekstrudering.
• oppskalert algedyrkning til fôrproduksjon og industrielle dokumentasjonsstudier på laks i sjø
28. Rapportering og formidling av resultat
Prosjektets sluttrapport skal omhandle etablering av anlegget, fremdrift, beskrivelse av driftsmodell, oversikt over prosjektaktivitet, samt oppsummering av oppnådde produktivitetsdata og resultat av tekno-økonomiske analyser. Samlet skal dette kunne danne et beslutningsgrunnlag for en videre utvikling av oppskalert produksjon av mikroalger. Sluttrapporten skal skrives på engelsk med et norsk sammendrag.
Prosjektorganisering
Prosjektet skal ha en styringsgruppe med representanter fra partnerne Universitetet i Bergen, Uni Research og CO2Bio AS, i tillegg skal representanter for fôr- og oppdrettsselskap inviteres inn som deltakere.
En representant fra FHF, en representant fra Innovasjon Norge og en representant fra Norges forskningsråd skal inviteres til å delta som observatør i styringsgruppen. Prosjektleder vil fungere som sekretær og kalle inn til regulære styringsgruppemøter.
Prosjektet skal gjennomføres som et samarbeid mellom Universitetet i Bergen, Uni Research og CO2Bio AS. UiB skal være ansvarlig for og eier av infrastruktur.
Prosjektet vil tilknytte seg en referansegruppe med en bred kompetanse langs de mest relevante deler av verdikjeden. Først og fremst vil det være tett samarbeid med Universitetet i Wageningen og AlgaePARC, som også delvis vil inngå i prosjektgruppen under arbeid med installering og igangsetting.
I tillegg vil prosjektet invitere samarbeidspartnere fra norske forskningsmiljø inn i referansegruppen.
Prosjektets sluttrapport skal omhandle etablering av anlegget, fremdrift, beskrivelse av driftsmodell, oversikt over prosjektaktivitet, samt oppsummering av oppnådde produktivitetsdata og resultat av tekno-økonomiske analyser. Samlet skal dette kunne danne et beslutningsgrunnlag for en videre utvikling av oppskalert produksjon av mikroalger. Sluttrapporten skal skrives på engelsk med et norsk sammendrag.
Det er også en målsetning i samråd med oppdragsgivere og andre samarbeidspartnere å publisere forskningsbaserte data i internasjonale vitenskapelige tidsskrift.
Resultater fra pilotanlegget og tilhørende prosjekt skal formidles i nasjonale og internasjonale fagforum som Havbrukskonferansen, BIOPROSP, Aquaculture, Aquafeed Horizon, EABA conference, International Algae Congress, og Algal Biomass Organization Summit. Prosjektet skal også bidra til fagfelle-vurderte publikasjoner med samarbeidspartnere i forskningsprosjekt i tidsskrifter som Algae, Biomass & Bioenergy, Aquaculture, eller Journal of Applied Aquaculture. Det skal også formidles resultater direkte til næringen gjennom CO2Bio sine eiere og i andre relevante industrisammenhenger. Videre skal prosjektet bidra til formidling og omtale av mikroalger som en mulig fôrressurs i aviser som Bergens Tidende, Aftenposten, FiskeribladetFiskaren og Dagens næringsliv.
Det er også en målsetning i samråd med oppdragsgivere og andre samarbeidspartnere å publisere forskningsbaserte data i internasjonale vitenskapelige tidsskrift.
Resultater fra pilotanlegget og tilhørende prosjekt skal formidles i nasjonale og internasjonale fagforum som Havbrukskonferansen, BIOPROSP, Aquaculture, Aquafeed Horizon, EABA conference, International Algae Congress, og Algal Biomass Organization Summit. Prosjektet skal også bidra til fagfelle-vurderte publikasjoner med samarbeidspartnere i forskningsprosjekt i tidsskrifter som Algae, Biomass & Bioenergy, Aquaculture, eller Journal of Applied Aquaculture. Det skal også formidles resultater direkte til næringen gjennom CO2Bio sine eiere og i andre relevante industrisammenhenger. Videre skal prosjektet bidra til formidling og omtale av mikroalger som en mulig fôrressurs i aviser som Bergens Tidende, Aftenposten, FiskeribladetFiskaren og Dagens næringsliv.
-
Sluttrapport: Nasjonalt pilotanlegg for mikroalgeproduksjon Mongstad (NAM)
Universitetet i Bergen. Sluttrapport for byggefasen. Desember 2017. Av Hans Kleivdal.