Wat is bio-ethanolbrandstof, en wat zijn de voordelen ervan?
Misschien hebt u de laatste jaren nieuwsberichten gezien over auto’s die niet op benzine maar op alcohol rijden. Het idee om ethanol te gebruiken als brandstof voor voertuigen bestaat al enige tijd, maar het is pas vrij recent dat het concept serieus is onderzocht. Door brandstof op petroleumbasis te vervangen door alcohol, zouden we een einde kunnen maken aan de schadelijke uitlaatgassen die elke auto produceert wanneer hij benzine als brandstof gebruikt.
Bio-ethanol is een opwindende alternatieve brandstof die steeds meer belangstelling krijgt van onderzoekers, consumenten en autofabrikanten. Maar wat is bio-ethanol, en waarom wordt het als zo veelbelovend beschouwd?
Wat is bio-ethanol brandstof?
Ethanol is al lang een van de meest veelzijdige en essentiële stoffen die we tot onze beschikking hebben. De meeste mensen kennen ethanol als de alcohol die in alcoholische dranken zit. Maar voor chemici is ethanol veel meer dan een psychoactieve drug; het is een oplosmiddel met een eindeloze reeks industriële en chemische toepassingen. De laatste jaren is ethanol ook naar voren gekomen als een potentiële hernieuwbare brandstof voor auto’s en een levensvatbaar alternatief voor benzine op oliebasis.
Bio-ethanol verwijst simpelweg naar ethanol dat is geproduceerd uit biomassa. Als u zich afvraagt waar bio-ethanolbrandstof van gemaakt is, dan is hier uw antwoord. Biomassa is een brede term die elk materiaal omvat dat afkomstig is van een levend of recent gestorven organisme. Hout is het meest voorkomende voorbeeld van biomassa. Door hout te verbranden, kunnen we de energie die erin zit direct vrijmaken en als brandstof gebruiken. Andere veel voorkomende categorieën van biomassa zijn landbouwresiduen en dierlijke mest, voedsel- en industrieel afval, en energiegewassen.
Hoe wordt bio-ethanolbrandstof gemaakt?
Biomassa, meestal in de vorm van energiegewassen, kan bio-ethanol produceren via een proces dat fermentatie wordt genoemd, hetzelfde proces waarbij zwavelzuur wordt gebruikt om alcoholische dranken te maken. Maïs, suikerriet, algen en een hele reeks andere op grote schaal beschikbare planten kunnen worden gebruikt om via fermentatie bio-ethanol te produceren. Tijdens het fermentatieproces verbruiken bepaalde gistsoorten de suikers in de biomassa. Bij de vertering ervan produceren zij ethanol en kooldioxide (CO2) als bijproducten.
Biomassa bevat gewoonlijk een reeks complexe koolhydraatpolymeren, cellulose genaamd, die wordt aangetroffen in de celwanden van planten. Om voldoende suiker voor fermentatie te produceren, moet de biomassa worden behandeld met speciale zuren of enzymen. Deze breken enkele van de meer veerkrachtige plantencellen af, waardoor hun inwendige structuur wordt blootgelegd via een ander proces dat hydrolyse wordt genoemd. Bij de hydrolyse van cellulose ontstaat sacharose-suiker, dat vervolgens kan worden vergist om ethanol te produceren. Er zijn drie belangrijke manieren om suiker uit een biomassamonster te halen: enzymatische hydrolyse, verdunde zure hydrolyse en geconcentreerde zure hydrolyse.
Enzymatische hydrolyse: Speciale enzymen worden aan het biomassamonster toegevoegd. Deze enzymen breken de plantencellen af en hydrolyseren de cellulose om sacharose te produceren. Deze methode is een recente innovatie en is momenteel erg duur om uit te voeren. Verwacht wordt echter dat zij mettertijd economischer zal worden naarmate het proces wordt verfijnd.
Verdund zure hydrolyse: Deze methode is de oudste en eenvoudigste. Het is momenteel ook de meest efficiënte manier om biomassa te gebruiken voor de productie van ethanol, hoewel dat in de toekomst zou kunnen veranderen. Het proces bestaat uit twee fasen, waarbij telkens zwavelzuur, verdund tot minder dan 1% en verhit tot 190 – 215 graden Celsius, aan de biomassa wordt toegevoegd. Het zwakke zuur en de hoge hitte hydrolyseren de cellulose. De resulterende vloeistof kan vervolgens worden teruggewonnen en verwerkt.
Geconcentreerde zure hydrolyse: Bij geconcentreerde zure hydrolyse wordt een veel sterkere (70-77%) concentratie zwavelzuur gebruikt, dat aan gedroogde biomassa wordt toegevoegd en tot een temperatuur van 50 celsius wordt verhoogd. Het mengsel wordt dan met water verdund tot de concentratie tussen 20-30%graden Celsius bedraagt, alvorens gedurende een uur tot 100 graden Celsius te worden verhit. Het resultaat van dit proces is een gel die kan worden geperst om een mengsel van suiker en zuur vrij te maken. Het mengsel wordt gescheiden met behulp van een chromatografische kolom.
Wat zijn de voordelen van bio-ethanolbrandstof?
Bio-ethanol biedt talrijke voordelen ten opzichte van oudere brandstoftypes. Een van de belangrijkste redenen is echter dat elke plant die suiker en zetmeel bevat, kan worden gebruikt om het te produceren. Naarmate het onderzoek vordert en we de processen die we gebruiken om suikers te extraheren en te fermenteren verfijnen, kunnen we verwachten dat de opbrengsten zullen toenemen. Een handvol gewassen wordt momenteel beschouwd als veruit superieur voor de productie van bio-ethanol, maar dit zou mettertijd kunnen veranderen.
De productie van bio-ethanolbrandstof is veel milieuvriendelijker dan andere gangbare brandstoffen, en er worden voortdurend inspanningen geleverd om de koolstofvoetafdruk verder te verkleinen. In principe zou de productie van bio-ethanol koolstofneutraal moeten zijn, omdat de enige CO2 die in de atmosfeer vrijkomt, de CO2 is die de plant via fotosynthese heeft opgenomen.
De productie van bio-ethanol is niet alleen groener dan andere soorten brandstofproductie, maar wanneer de brandstof wordt gebruikt, produceert hij ook veel schonere dampen. Ethanol verbrandt volledig; er zijn geen schadelijke bijproducten zoals bij andere soorten brandstof. Wanneer bio-ethanol wordt gebruikt als brandstof voor verbrandingsmotoren in auto’s, zijn de uitlaatgassen vaak schoner dan de omringende lucht, vooral in stedelijke omgevingen.
Omdat ethanol biologisch afbreekbaar is, zijn brandstoflekken geen potentiële milieurampen, zoals het geval is met olie. Als ethanol in het water terechtkomt, zal het verdunnen tot een lage, niet-giftige concentratie.
Waar wordt bio-ethanolbrandstof voor gebruikt?
Bio-ethanol brandstof wordt gebruikt in een verscheidenheid van contexten en zal naar verwachting meer toepassingen vinden naarmate de tijd vordert en de productiemethoden verbeteren. Als u elk jaar vraagt waar bio-ethanolbrandstof voor wordt gebruikt, zult u zien dat de lijst steeds langer wordt. De twee meest prominente toepassingen van bio-ethanolbrandstof zijn als additief of alternatief voor petro en als brandstof voor speciale open haarden.
Toevoeging van ethanol aan benzine verhoogt het octaangetal, waardoor het beter bestand is tegen detonatie. Het resultaat is dat meer van de brandstof verbrandt in plaats van explodeert. Het octaangehalte van brandstof verhogen is meestal een zeer duur proces; toevoeging van ethanol aan laagwaardige brandstof verbetert de prestaties ervan zonder de kosten aanzienlijk te verhogen. Veel autofabrikanten zijn ook begonnen met het ondersteunen van E85 in hun voertuigen, dat is een brandstof gemaakt van 85% ethanol en 15% aardolieproducten.
Bio-ethanol open haarden worden ook steeds gebruikelijker en zouden uiteindelijk conventionele open haarden volledig kunnen vervangen. Omdat bio-ethanol zo schoon brandt en geen giftige verbrandingsproducten produceert, hebben bio-ethanol open haarden geen schoorsteen nodig om de rook af te voeren; er is geen rook om je zorgen over te maken. Omdat bio-ethanol haarden geen extra infrastructuur vereisen, kunnen ze vrijstaand worden gebruikt in situaties waar het hebben van een conventionele open haard onmogelijk zou zijn. Als u zich afvraagt hoe lang bio-ethanol brandstof meegaat als het continu wordt verbrand in een open haard, het antwoord is 4 tot 8 uur. Bio-ethanol haarden geven de gebruiker meestal de mogelijkheid om de snelheid te regelen waarmee de brandstof wordt verbrand door middel van verschillende warmte-instellingen. Hoe meer hij produceert, hoe sneller hij brandstof verbruikt.
Wat betekent Bioethanol voor de toekomst van de brandstof productie?
Bio-ethanol is niet de enige biobrandstof die er is. Het is momenteel echter wel de meest prominente, en de eerste successen ervan zijn een belangrijke drijvende kracht geweest achter het onderzoek naar andere verwante technologieën. Twee andere prominente voorbeelden van soortgelijke concepten zijn biodiesel en waterstofbrandstof. Door na te gaan hoe biodiesel, bio-ethanol en waterstofbrandstof worden gemaakt, kunnen we beginnen te begrijpen hoe de toekomst van schone energietechnologieën eruit zal zien.
Biodiesel is een andere veelbelovende alternatieve brandstof die kan worden geproduceerd uit oliën en vetten. Afgewerkte bak- en braadolie, plantaardige olie en dierlijke vetten kunnen allemaal in biodiesel worden omgezet. Evenals bio-ethanol staat biodiesel in de belangstelling als mogelijk alternatief voor of aanvulling op benzine. Een groot voordeel van biodiesel is dat het kan worden gemaakt uit de recycling van een uiteenlopende reeks gemakkelijk verkrijgbare producten. Het kan ook in bestaande dieselmotoren worden gebruikt zonder dat er aanpassingen nodig zijn.
Waterstofbrandstof is een andere alternatieve brandstofbron die veel milieuvriendelijker is dan benzine. Hoewel waterstof het meest voorkomende element in het heelal is, is het ook het lichtste. Als gevolg daarvan is vrije waterstof zeldzaam op aarde omdat het wegzweeft in de ruimte. De meeste industrieel geproduceerde waterstof wordt gemaakt met stoomreforming, waarvoor fossiele brandstoffen nodig zijn. Er wordt echter onderzoek verricht naar de productie van waterstof uit biomassa en elektrolyse van water. Als deze inspanningen leiden tot een schone, efficiënte waterstofproductie, zou dit als brandstofbron van doorslaggevend belang kunnen zijn.
Nu de effecten van de door de mens veroorzaakte klimaatverandering zich beginnen te manifesteren en elke hoek van de planeet beginnen te treffen, is onderzoek naar alternatieve energie nog nooit zo belangrijk geweest. Geen enkele technologie kan ons in staat stellen de effecten van de klimaatverandering te verzachten, maar door waar mogelijk over te schakelen op koolstofneutrale technologie kunnen we onze impact op het milieu beginnen te verminderen.
Biobrandstoffen zoals bio-ethanol geven ons een glimp van hoe een schone energietoekomst eruit zou kunnen zien. Biomassa is overvloedig aanwezig op onze planeet en wij kunnen deze benutten om in onze energiebehoeften te voorzien zonder de nadelen die verbonden zijn aan de verbranding van fossiele brandstoffen. In de komende decennia zullen bio-ethanol en andere biobrandstoffen zeker een belangrijke rol spelen om ons te helpen onze koolstofvoetafdruk als beschaving te verkleinen.