Wat is bio-ethanol en wat zijn de voordelen ervan?

Wat is bio-ethanol en wat zijn de voordelen ervan?

Wellicht heeft u de afgelopen jaren nieuwsberichten gezien over auto's die op alcohol in plaats van benzine rijden. Het idee om ethanol te gebruiken als brandstof voor voertuigen bestaat al enige tijd, maar pas onlangs is het concept serieus onderzocht. Door benzine 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 zo veelbelovend geacht?



Wat is bio-ethanol brandstof?

Ethanol is al lang een van de meest veelzijdige en belangrijke stoffen die ons ter beschikking staan. De meeste mensen kennen ethanol als de alcohol in alcoholische dranken. Voor chemici is ethanol echter 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 basis van aardolie.

Bio-ethanol is eenvoudigweg ethanol dat uit biomassa wordt gewonnen. Als u zich afvraagt waaruit bio-ethanolbrandstof bestaat, dan is hier het antwoord. Biomassa is een brede term die elk materiaal omvat dat afkomstig is van levende of onlangs gestorven organismen. Hout is het meest voorkomende voorbeeld van biomassa. Door hout te verbranden kunnen we de energie die het bevat direct vrijmaken en als brandstof gebruiken. Andere gangbare categorieën biomassa zijn landbouwresiduen en -mest, voedsel- en industrieel afval en energiegewassen.



Hoe wordt bio-ethanol brandstof geproduceerd?

Biomassa, gewoonlijk in de vorm van energiegewassen, kan worden gebruikt om bio-ethanol te maken 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 veel voorkomende planten kunnen worden gebruikt om door middel van fermentatie bio-ethanol te produceren. Tijdens het gistingsproces consumeren bepaalde soorten gist de suikers in de biomassa. Bij de vertering ervan ontstaan ethanol en kooldioxide (CO2) als bijproducten.

Biomassa bevat gewoonlijk een reeks complexe koolhydraatpolymeren, cellulose genaamd, die voorkomen in de celwanden van planten. Om voldoende suiker voor de gisting te produceren, moet de biomassa worden behandeld met speciale zuren of enzymen. Deze breken enkele van de meer resistente plantencellen af en leggen hun binnenste structuur bloot via een ander proces dat hydrolyse wordt genoemd. De hydrolyse van cellulose levert sacharose suiker op, die vervolgens kan worden gefermenteerd om ethanol te produceren. Er zijn drie belangrijke methoden om suikers aan een biomassamonster te onttrekken: enzymatische hydrolyse, hydrolyse met verdund zuur en hydrolyse met geconcentreerd zuur.

Enzymatische hydrolyse: Aan het biomassamonster worden speciale enzymen toegevoegd. Deze enzymen breken de plantencellen af en hydrolyseren de cellulose om sucrose te produceren. Deze methode is een nieuwe innovatie en momenteel erg duur. Verwacht wordt echter dat het proces mettertijd zuiniger zal worden.

Hydrolyse met verdund zuur: 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 dit in de toekomst zou kunnen veranderen. Het proces bestaat uit twee fasen waarbij zwavelzuur aan de biomassa wordt toegevoegd, tot minder dan 1% wordt verdund en wordt verhit tot 190 à 215 graden Celsius. Het zwakke zuur en de grote hitte hydrolyseren de cellulose. De resulterende vloeistof kan dan worden teruggewonnen en verwerkt.

Geconcentreerde zure hydrolyse: Bij geconcentreerde zure hydrolyse wordt een veel sterkere concentratie (70-77%) zwavelzuur gebruikt, die aan de gedroogde biomassa wordt toegevoegd en op een temperatuur van 50 Celsius wordt gebracht. Het mengsel wordt vervolgens verdund met water tot de concentratie tussen 20 en 30 graden Celsius ligt, waarna het gedurende een uur tot 100 graden Celsius wordt verhit. Het resultaat van dit proces is een gel die geperst kan worden om een mengsel van suiker en zuur vrij te maken. Het mengsel wordt gescheiden via een chromatografiekolom.

Wat zijn de voordelen van bio-ethanol als brandstof?

Bio-ethanol biedt tal van voordelen ten opzichte van oudere soorten brandstof. Een van de belangrijkste redenen is echter dat elke plant die suiker en zetmeel bevat, kan worden gebruikt om suiker te produceren. Naarmate het onderzoek vordert en de procédés voor de extractie en fermentatie van de suiker worden verfijnd, kunnen we hogere opbrengsten verwachten. Een handvol gewassen wordt momenteel als veel beter beschouwd voor de productie van bio-ethanol, maar dat kan mettertijd veranderen.

De productie van bio-ethanol is veel milieuvriendelijker dan andere conventionele brandstoffen, en er worden verdere inspanningen geleverd om de koolstofvoetafdruk verder te verkleinen. In principe zou de productie van bio-ethanol koolstofneutraal moeten zijn, aangezien alleen de CO2 die de plant via fotosynthese heeft opgenomen, in de atmosfeer terechtkomt.

De productie van bio-ethanol is niet alleen milieuvriendelijker dan andere soorten brandstofproductie, maar produceert ook veel schonere uitlaatgassen wanneer de brandstof wordt gebruikt. Ethanol verbrandt volledig; er ontstaan 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 omgevingslucht, vooral in stedelijke gebieden.

Omdat ethanol biologisch afbreekbaar is, zijn brandstoflekkages geen potentiële milieurampen, zoals bij aardolie het geval is. Wanneer ethanol in water terechtkomt, verdunt het tot een lage, niet-giftige concentratie.



Waarvoor wordt bio-ethanol gebruikt?

Bio-ethanol wordt gebruikt in een breed scala van toepassingen en verwacht wordt dat naarmate de tijd vordert en de productiemethoden verbeteren, er meer toepassingen zullen bijkomen. Als u elk jaar vraagt waarvoor bio-ethanol wordt gebruikt, zult u merken dat de lijst blijft groeien. De twee belangrijkste toepassingen van bio-ethanol zijn als additief of alternatief voor aardolie en als brandstof voor speciale haarden.

Het toevoegen van ethanol aan benzine verhoogt het octaangehalte, waardoor de benzine beter bestand is tegen detonatie. Daardoor verbrandt meer brandstof in plaats van te exploderen. Verhoging van het octaangehalte van een brandstof is gewoonlijk een zeer duur proces; toevoeging van ethanol aan laagwaardige brandstof verbetert de prestaties ervan zonder de kosten aanzienlijk te verhogen. Veel autofabrikanten ondersteunen nu ook E85, een brandstof die voor 85% uit ethanol en voor 15% uit aardolieproducten bestaat.

Bio-ethanol haarden worden ook steeds gewoner en zouden uiteindelijk conventionele haarden volledig kunnen vervangen. Omdat bio-ethanol zo schoon brandt en geen giftige verbrandingsproducten produceert, hebben bio-ethanol haarden geen schoorsteen nodig om de rook te ventileren; er is geen rook om je zorgen over te maken. Omdat bio-ethanol haarden geen extra infrastructuur nodig hebben, kunnen ze vrijstaand worden gebruikt in situaties waar een conventionele haard onmogelijk zou zijn. Als u zich afvraagt hoe lang bio-ethanolbrandstof meegaat in een open haard bij voortdurende verbranding, is het antwoord 4 tot 8 uur. Met bio-ethanolhaarden kan de gebruiker gewoonlijk de snelheid regelen waarmee de brandstof brandt door middel van verschillende warmteniveaus. Hoe meer hij produceert, hoe sneller hij brandstof verbruikt.



Wat betekent bio-ethanol voor de toekomst van de brandstofproductie?

Bio-ethanol is niet de enige biobrandstof die bestaat. Het is momenteel echter de meest prominente, en de eerste successen ervan zijn een belangrijke drijfveer geweest voor onderzoek naar andere verwante technologieën. Twee andere prominente voorbeelden van soortgelijke concepten zijn biodiesel en waterstofbrandstof. Door te bestuderen hoe biodiesel, bio-ethanol en waterstofbrandstof worden geproduceerd, kunnen we beginnen te begrijpen hoe de toekomst van schone energietechnologieën eruit zal zien.

Biodiesel is een andere veelbelovende alternatieve brandstof die uit oliën en vetten kan worden gemaakt. Afgewerkte bak- en braadolie, plantaardige olie en dierlijke vetten kunnen allemaal worden omgezet in biodiesel. Net als bio-ethanol staat ook biodiesel in de belangstelling als mogelijk alternatief voor of aanvulling op benzine. Een groot voordeel van biodiesel is dat deze kan worden geproduceerd uit de recycling van een groot aantal gemakkelijk verkrijgbare producten. Het kan ook worden gebruikt in bestaande dieselmotoren zonder dat wijzigingen nodig zijn.

Waterstof 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. Daardoor is vrije waterstof op aarde zeldzaam omdat het in de ruimte blijft hangen. De meeste industrieel geproduceerde waterstof wordt gemaakt door middel van stoomreforming, waarvoor fossiele brandstoffen nodig zijn. Er wordt echter onderzoek gedaan naar de productie van waterstof uit biomassa en elektrolyse van water. Als deze inspanningen leiden tot schone, efficiënte waterstofproductie, zou dit een cruciale brandstofbron kunnen zijn.

Nu de gevolgen van de door de mens veroorzaakte klimaatverandering overal op aarde voelbaar worden, is onderzoek naar alternatieve energiebronnen nog nooit zo belangrijk geweest. Geen enkele technologie kan de gevolgen van de klimaatverandering beperken, maar door waar mogelijk over te schakelen op koolstofneutrale technologieën kunnen we onze impact op het milieu beginnen te verminderen.

Biobrandstoffen zoals bio-ethanol geven ons een glimp van hoe een toekomst met schone energie eruit zou kunnen zien. Biomassa is overvloedig aanwezig op onze planeet en we kunnen het gebruiken 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 bij het verminderen van onze koolstofvoetafdruk als beschaving.