{"id":9973,"date":"2026-04-08T14:11:16","date_gmt":"2026-04-08T14:11:16","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/pieter-oostlander\/"},"modified":"2026-04-23T07:49:11","modified_gmt":"2026-04-23T07:49:11","slug":"pieter-oostlander","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/pieter-oostlander\/","title":{"rendered":"Pieter Oostlander"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":8,"featured_media":12964,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-9973","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Industrial microalgae production for aquaculture hatcheries","samenvatting":"In dit proefschrift wordt het onderzoek beschreven naar de kostprijs van micro-algenproductie voor de aquacultuurindustrie en het effect van kostenverlagende maatregelen op de kwaliteit van de geproduceerde biomassa. De kostprijs van micro-algenproductie in aquacultuur-broedhuizen en strategie\u00ebn om deze kosten te verlagen zijn onderzocht aan de hand van een techno-economisch model. De alg Rhodomonas sp. is gebruikt als modelalg voor de productie van algen in de aquacultuur in experimenteel werk op laboratoriumschaal en piloot-schaal. In deze experimenten is specifiek gekeken naar de effici\u00ebntie van lichtgebruik door de alg; de biomassa-opbrengst op licht. De kwaliteit van de geproduceerde algen is bestudeerd door de vetzuurconcentratie en de vetzuursamenstelling van de biomassa te bepalen.\n\nDe kostprijs van algenproductie in de aquacultuur\n\nDe kostprijs van algenproductie voor toepassingen in aquacultuur-broedhuizen wordt berekend met een techno-economisch model dat is ontwikkeld als onderdeel van dit proefschrift en staat beschreven in hoofdstuk 2. Het techno-economische model is ontworpen in samenwerking met Nederlandse aquacultuur-broedhuizen waar algenproductie op commerci\u00eble schaal wordt uitgevoerd. Aannames en inputwaardes voor het model, waaronder de biomassa-opbrengst op licht, zijn gebaseerd op algenproductiefaciliteiten in de Nederlandse aquacultuur. In het techno-economische model wordt de kostprijs van algenproductie in twee verschillende typen productiesystemen beschreven. Modulaire productiesystemen beschrijven algenproductiesystemen van lage complexiteit waarbij op grotere schaal meer reactoren van hetzelfde volume worden toegepast. Dit type systeem is gebaseerd op de veelgebruikte bellenkolommen uit de aquaculture. Buizenreactoren zijn gebruikt als basis voor de berekeningen voor schaalbare productiesystemen. Op grotere schaal wordt bij dit soort productiesystemen een grotere reactor gebruikt in plaats van meerdere kleine reactoren.\n\nIn de Nederlandse broedhuizen wordt over het algemeen gebruikgemaakt van algenproductiesystemen met een algenproductiecapaciteit van ongeveer 125 kg droge stof algen (kgDW) per jaar. Op deze schaal is de kostprijs van de modulaire systemen het hoogst. De algen geproduceerd in de modulaire systemen hebben een kostprijs van \u20ac587 kgDW-1 indien gebruikgemaakt wordt van kunstlicht. De kostprijs van algen geproduceerd in modulaire systemen geplaatst in een kas waarbij er gebruikgemaakt wordt van zonlicht is \u20ac573 kgDW-1. De algen geproduceerd in schaalbare reactoren hebben een kostprijs van \u20ac290 kgDW-1 bij gebruik van kunstlicht en \u20ac329 kgDW-1 wanneer zonlicht wordt gebruikt.\n\nEr zijn drie belangrijke strategie\u00ebn voor het verminderen van de productiekosten: 1) verhogen van de biomassa-opbrengst op licht, 2) toepassen van meer kunstlicht en 3) verminderen van de benodigde arbeid. De kostprijs kan gereduceerd worden tot \u20ac 96 kgDW-1 als deze kostenbesparende strategie\u00ebn gecombineerd worden op dezelfde productieschaal van 20 m2. Dit is de kostprijs voor het gebruik van schaalbare productiesystemen die gebruikmaken van kunstlicht. De productie van biomassa in een grotere productiefaciliteit met een oppervlak van 1500 m2 kan de kostprijs laten dalen naar \u20ac23,47 kgDW-1 indien er gebruikgemaakt wordt van schaalbare reactorsystemen en de kostenbesparende strategie\u00ebn worden toegepast. De biomassaproductiecapaciteit van dit scenario is 6892 kgDW jaar-1. Het toepassen van schaalbare reactorsystemen is een belangrijke stap om tot kosteneffici\u00ebnte micro-algenproductie te komen in de aquacultuur. Het gebruik van de modulaire systemen zal in alle scenario\u2019s leiden tot een hogere kostprijs voor de geproduceerde biomassa.\n\nEffect van licht en temperatuur op Rhodomonas sp.\n\nIn hoofdstuk 3 van deze thesis wordt de continue productie van Rhodomonas sp. op laboratoriumschaal beschreven. Dit is de eerste studie beschikbaar in de literatuur waarin continue productie van Rhodomonas sp. beschreven wordt. De invloed van zowel de lichtintensiteit als de watertemperatuur op Rhodomonas sp. is onderzocht. De groeisnelheid, de biomassa-opbrengst op licht en de vetzuurconcentratie en vetzuursamenstelling in de biomassa zijn onderzocht. Een ruime reeks aan temperatuurcondities (15-30 \u00b0C) en lichtintensiteiten (60-600 \u00b5mol m-2 s-1) is getest onder verschillende combinaties. De resultaten laten zien dat Rhodomonas sp. groeit met groeisnelheden tot boven de 1.0 d-1. Er zijn biomassaproductiewaardes hoger dan 1.5 g l-1 d-1 gemeten. De hoogst behaalde biomassa-opbrengst op licht was 0.87 g mol-1 en werd behaald bij een temperatuur van 22-24 \u00b0C en lichtintensiteit van 110-220 \u00b5mol m-2 s-1. De vetzuurconcentraties in de biomassa fluctueren tussen de 8-10% van het drooggewicht. De EPA+DHA concentraties wisselen tussen de 14-25% van de totale vetzuurconcentratie. Zowel de vetzuurconcentratie als de EPA+DHA concentratie in de biomassa werden be\u00efnvloed door de temperatuur, maar niet door de lichtintensiteit. De hoogste EPA+DHA concentraties ontstaan in biomassa gegroeid bij lagere temperaturen.\n\nVetzuurconcentraties in Rhodomonas sp. onder dag:nacht ritmes voor temperatuur en licht\n\nIn hoofdstuk 4 worden experimenten beschreven waarin het effect van dagelijks fluctuerende licht- en temperatuurcondities op de biomassa-opbrengst op licht en de vetzuurconcentratie en de vetzuursamenstelling wordt bestudeerd. Gesynchroniseerde cellen van Rhodomonas sp. werden bestudeerd onder dag:nacht fluctuaties voor temperatuur en licht. Indien een dag:nacht ritme werd toegepast bij groeicondities waarbij een maximale biomassa-opbrengst op licht bereikt werd, zoals beschreven in hoofdstuk 3, werd geen verhoging van deze biomassa-opbrengst op licht gevonden ten opzichte van continu licht. Bij hogere lichtintensiteit (600 \u00b5mol m-2 s-1) werd de biomassa-opbrengst op licht verhoogd met 22% onder dag:nacht ritmes ten opzichte van continu licht. De vetzuurconcentratie en de vetzuursamenstelling fluctueerden dagelijks met een dag:nacht ritme. De vetzuurconcentratie in de biomassa is het hoogst in de eerste uren na zonsopkomst (91 \u00b1 4 mg gDW-1). De hoogste EPA+DHA concentratie (16 \u00b1 1 mg gDW-1) is aanwezig aan het einde van de donkerperiode waarbij de temperatuur laag was.\n\nProductie van Rhodomonas sp. met zonlicht\n\nIn hoofdstuk 5 worden experimenten beschreven waarin Rhodomonas sp. op piloot-schaal geproduceerd is in drie buizenreactoren. Deze reactoren zijn in een kas geplaatst en maken gebruik van zonlicht. In dit experiment wordt het effect van grootschalige productie op zonlicht op de opbrengst van biomassa op licht bestudeerd. Dit is de eerste studie in de literatuur die succesvolle productie van Rhodomonas sp. op zonlicht beschrijft. Rhodomonas sp. is geproduceerd in drie buizenreactoren met een volume van 200 liter per stuk gedurende een periode van 6 maanden. De groeiexperimenten vonden plaats van februari tot en met juli en vertegenwoordigen daarmee bijna alle mogelijke zonlichtcondities die voorkomen in het Nederlandse klimaat. Uit de resultaten blijkt de potentie van Rhodomonas sp. als productie-alg voor de aquacultuurindustrie. De behaalde maximum biomassaproductiviteit was 0.25 g l-1 d-1. De gemiddelde biomassa-opbrengst op licht was 0.29 \u00b1 0.16 g mol-1. Deze waardes zijn lager dan de waardes die in laboratoriumexperimenten zijn gevonden. In laboratoriumexperimenten was de maximale biomassaproductiviteit 1.5 g l-1 d-1 en de biomassa-opbrengst op licht 0.89 g mol-1. De laboratoriumresultaten laten zien dat verdere optimalisatie van Rhodomonas sp. op piloot-schaal mogelijk is. Nieuwe laboratoriumexperimenten onder hoge lichtintensiteit kunnen de potenti\u00eble hogere biomassaproductiviteit onder zonlichtcondities aantonen.\n\nAlgemene discussie\n\nIn de algemene discussie, zoals beschreven in hoofdstuk 6, wordt de combinatie van het techno-economisch model met de experimentele data uit hoofdstukken 3, 4 en 5 beschreven. De combinatie van het techno-economische model (hoofdstuk 2) met experimentele data (hoofdstuk 3) maakt het mogelijk om een realistisch toekomstbeeld te geven over de kostenverlaging voor algenproductie in de aquacultuur. De combinatie van deze gegevens laat zien dat het optimaliseren van de groeicondities tot een grote kostenverlaging kan leiden. De kosten voor algenproductie zijn niet het laagst wanneer de groeicondities voor een maximale biomassa-opbrengst op licht worden gebruikt. Ook groeicondities die leiden tot een maximale biomassaproductiviteit leiden niet tot de laagste kostprijs voor algenproductie. Kosteneffici\u00ebnte biomassaproductie voor Rhodomonas sp. in schaalbare reactoren met kunstlicht op een schaal van 100 m2 wordt bereikt bij een temperatuur van 23-25 \u00b0C en een lichtintensiteit van 400-500 \u00b5mol m-2 s-1. Hoofdstuk 3 is de eerste studie in de literatuur die Rhodomonas sp. productie onder deze groeicondities beschrijft. Het gebruik van een dag:nacht ritme met kunstlicht zorgt niet voor een kostenverlaging wanneer dit wordt toegepast op de schaal gangbaar voor algenproductie in broedhuizen in de aquacultuur. Bij een productieschaal boven de 250 m2 met schaalbare reactoren kan een kostenbesparing van ongeveer 10% worden bereikt met een dag:nacht ritme op kunstlicht. In modulaire systemen resulteert een dag:nacht ritme nooit in een kostenverlaging van de algenproductie.\n\nDe combinatie van alle experimentele data met het techno-economische model laat zien dat productie van algen voor broedhuizen in de aquacultuur gebruik moet maken van gecontroleerde groeiomstandigheden. De laagste productiekosten worden bereikt bij gebruik van schaalbare reactoren met kunstlicht. Bij gecentraliseerde productie van algen voor de aquacultuur kan de kostprijs van algenbiomassa sterk verlaagd worden ten opzichte van individuele productie waarbij gebruikgemaakt wordt van modulaire systemen. Een totale kostenbesparing van 80% kan behaald worden als de benodigde biomassahoeveelheid voor ongeveer tien broedhuizen geproduceerd zou worden in een gespecialiseerde algenproductiefaciliteit.\n\nDe combinatie van het techno-economisch model met de experimentele data is een krachtige methode voor de optimalisatie van algenproductie gericht op kosteneffici\u00ebnte productie. Deze methode kan gebruikt worden voor alle algensoorten waarvan gedetailleerde gegevens bekend zijn van het effect van de groeicondities op de biomassa-opbrengst op licht en voor ieder productiescenario in de aquacultuur waarin modulaire of schaalbare algenproductiesystemen gebruikt worden.\n\nNomenclature\n\nAL Artificial light\nBC Bubble-column photobioreactor\nCAPEX Capital expenditure\nCx Biomass concentration (g l-1)\nCx harvest Biomass concentration in the harvest volume (g l-1)\nCx reactor Biomass concentration in the reactor (g l-1)\nD Daily dilution rate (d-1)\nDHA docosahexaenoic acid\nEPA eicosapentaenoic acid\nGH Greenhouse facility utilizing sunlight conditions\nIph Incident light intensity (\u00b5molph m-2 s-1)\nMUFA Mono unsaturated fatty acid\nOPEX Operational expenditure\nPFD Photon flux density (mol m-2 day-1)\nPFDtotal Total photon flux density (molphotons mground-2 d-1)\nPFDreactor Photon flux density reaching reactor (molph mfloor-2 d-1)\nPUFA Poly unsaturated fatty acid\nrph Volumetric photon supply rate (molph l-1 d-1)\nRxA Areal biomass productivity (g mfloor-2 d-1)\nRxVol \/ rx Volumetric biomass productivity (g l-1 d-1)\nSFA Saturated fatty acids\nTFA Total fatty acid content of the biomass\nTPBR Tubular photobioreactor\nVdilution Daily dilution volume (l)\nVharvest Harvested volume (l d-1)\nVreactor Total reactor volume (l)\nYx,ph Biomass yield on light (g mol-1)","summary":"In this thesis the cost price of microalgae production in aquaculture hatcheries and the effect of cost reduction strategies on the biomass quality is studied. The cost price of microalgae production in aquaculture hatcheries and cost reduction strategies is described with a techno-economic model in. Using Rhodomonas sp. as an example species for microalgae production in aquaculture, the effect of growth conditions on the biomass yield on light and the biomass quality is studied on both laboratory scale and pilot scale.\n\nThe cost price of microalgae in aquaculture\n\nA techno-economic model to describe the cost price for microalgae cultivation in aquaculture hatcheries was developed (chapter 2). The model is based on inputs from hatcheries in the Dutch aquaculture industry using commercially available microalgae production systems. The techno-economic model is used to calculate the cost price of microalgae production in modular production systems (bubble-columns), and scalable production systems (tubular photobioreactors). On a production scale presently applied in Dutch aquaculture hatcheries (125 kg year-1) the commonly used modular reactor systems result in a biomass cost price of \u20ac587 kgDW-1 for production under artificial light and \u20ac573 kgDW-1 using sunlight. The scalable production systems show lower production costs with \u20ac290 kgDW-1 with artificial light and \u20ac329 kgDW-1 under sunlight conditions. Three cost reduction strategies with a high impact on the cost price were identified: 1) increasing biomass yield on light, 2) applying more artificial light and 3) reducing labor requirements. The cost price can be reduced to \u20ac96 kgDW-1 by implementation of cost reduction strategies at the same scale (20 m2) using scalable production under artificial light conditions. Production of biomass at a larger scale (1500 m2) using scalable production systems combined with cost reduction strategies can result in a cost price of \u20ac23,47 kgDW-1 at a production scale of 6892 kg year-1. Implementation of scalable production systems in aquaculture is important for efficient cost production of microalgae. Modular systems always result in a high costs.\n\nLight and temperature on Rhodomonas sp.\n\nIn chapter 3 the optimization of Rhodomonas sp. at lab-scale, under continuous cultivation conditions is described. This is the first study describing continuous cultivation of Rhodomonas sp.. The effect of both light and temperature on the growth rate, biomass production rate, biomass yield on light and the fatty acid content and composition of Rhodomonas sp. was studied. A wide range of light intensities (60-600 \u00b5mol m-2 s-1) combined with a wide range of temperatures (15-30 \u00b0C) was studied. The results describe growth rates of > 1.0 d-1, with biomass production rates up to 1.5 g l-1 d-1. The highest biomass yield on light (0.87 g mol-1) is found at a temperature of 22-24 \u00b0C and light intensity of 110-220 \u00b5mol m-2 s-1. The total fatty acid content fluctuates between 8-10% of the dry-weight with an EPA+DHA concentration of 14-25% of the total fatty acids. The total fatty acid content and EPA and DHA content of the cells was only influenced by the cultivation temperature with higher EPA and DHA content at lower temperatures.\n\nFatty-acid content of Rhodomonas sp. under day:night cycles of light and temperature\n\nIn chapter 4 the effect of daily oscillations of temperature and light on the biomass yield on light and on the biomass fatty acid content and profile was studied. Synchronized cultures of Rhodomonas sp. were found under day:night oscillations. Under the optimized growth conditions for biomass yield on light as described in chapter 3 the oscillations of both light and temperature in a 16:8 day:night cycle did not result in an increase of the biomass yield on light. At higher light conditions (600 \u00b5mol m-2 s-1) a 22% increase of the biomass yield on light was found with a day:night cycle compared to continuous light conditions. In a day:night cycle with daily oscillations for light and temperature the fatty acid content and compositions of the cells varied greatly with the moment of the day. Highest total fatty acid concentrations (91 \u00b1 4 mg gDW-1) were found in the first hours after sunrise whereas the highest EPA+DHA content (16 \u00b1 1 mg gDW-1) is found at the end of the dark period with a lower temperature.\n\nOutdoor cultivation of Rhodomonas sp.\n\nIn chapter 5 Rhodomonas sp. was produced using pilot-scale tubular photobioreactors to study the effect of production at large scale under sunlight conditions on the biomass yield on light. Successful cultivation of Rhodomonas sp. at pilot-scale using sunlight conditions is described, for the first time in literature. Using three tubular photobioreactors with a working volume of 200L each, Rhodomonas sp. was produced over a period of 6 months, from February till July representing all sunlight conditions available in the Dutch climate. An average biomass yield on light of 0.29 \u00b1 0.16 g mol-1 was obtained, which is lower that the yields obtained in the laboratory experiments (up to 0.89 g mol-1). The results show the potential of Rhodomonas sp. as a production species for aquaculture industry. The biomass production rates obtained (< 0.25 g l-1 d-1) were lower than those obtained in the lab experiments (< 1.5 g l-1 d-1). Further optimization of Rhodomonas sp. production at pilot scale seems to be possible. For that, the effect of high light intensities on the growth of Rhodomonas sp. should be studied at lab scale. New lab experiments with high light intensities could reveal the potential for and higher biomass production rates at large scale under sunlight conditions.\n\nGeneral discussion\n\nIn chapter 6 the integration of cost reduction strategies as proposed in chapter 2 with experimental lab data from chapters 3, 4 and 5 is discussed. With lab data on the effect of cost reduction strategies on the biomass yield on light and the biomass fatty acid content and composition a more realistic view on cost reduction potential is described. The combination of data of the combined effect of light and temperature on the biomass yield on light (chapter 3) and the techno-economic model (chapter 2) shows that optimization of the growth parameters towards cost efficient production of a strain can result in large cost reductions. However, the most cost-efficient production is not obtained at growth conditions for maximal biomass yield on light nor at the conditions where maximal biomass productivity is maximal. The most cost efficient growth conditions for Rhodomonas sp. production using scalable production systems and artificial light at a scale of 100m2 is at a temperature of 23-25 \u00b0C and light levels between 400-500 \u00b5mol m-2 s-1. Chapter 3 is the first study in which Rhodomonas sp. production is described under these growth conditions. In addition, the increased biomass yield on light resulting from the implementation of a day:night cycle (chapter 4) does not result in a cost reduction if applied at scales typically applied at aquaculture hatcheries, or with the modular production systems. A cost reduction (up to 10%) can be achieved at a scale >250m2 when using scalable production systems. Considering all experimental data and inputs on the techno-economic model it is concluded that the production of microalgae for aquaculture hatcheries should be performed under controlled growth conditions using artificial light and scalable production systems. The implementation of a centralized microalgae production facility will result in a great cost price reduction. A cost reduction of 80% can be achieved if algae production of ten hatcheries is combined in a production facility utilizing scalable production systems, compared to individual hatcheries maintaining a modular microalgae production facility.\n\nThe combination of the techno-economic model with laboratory data is proven as a powerful method for optimization of cost efficient microalgae production in aquaculture. This method can be applied to any microalgae species of which the effect of growth conditions on the biomass yield on light are known and for any production scenario based on scalable or modular production systems.","auteur":"Pieter Oostlander","auteur_slug":"pieter-oostlander","publicatiedatum":"6 oktober 2020","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/pieteroostlander?iframe=true","url_download_pdf":"","url_epub":"","ordernummer":"FTP-202604081407","isbn":"978-94-6395-321-4","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":12964,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9973","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/8"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=9973"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9973\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9976,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/9973\/revisions\/9976"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12964"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=9973"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=9973"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}