Bio-energie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Bio-energie is de verzamelnaam voor energie uit energiedragers die rechtstreeks, dan wel via een chemische omweg, zijn gewonnen uit organisch materiaal (biomassa). Dergelijke energiedragers worden biobrandstoffen genoemd en zijn strikt genomen zonne-energie die in chemische vorm is opgeslagen.

Inleiding[bewerken]

De energie-inhoud van vrijwel alle brandstoffen op aarde is afkomstig van de zon. Ook fossiele brandstoffen, die in een ver verleden ontstaan zijn uit organisch materiaal. Zij kunnen echter niet als biobrandstof worden beschouwd. Er geldt als voorwaarde dat de koolstof die in biobrandstof zit, recentelijk uit de atmosfeer moet zijn opgenomen (in de vorm van CO2). Dat proces heet de koolstofkringloop, waarbij er een sluitende balans bestaat tussen uitstoot van CO2 bij verteren of verbranden van organisch materiaal en opname van CO2 bij de vorming ervan. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen komt er steeds meer koolstof in omloop die sinds vele honderden miljoenen jaren in de vorm van kolen, gas en olie in de aarde opgeslagen geweest is. Er bestaat in wetenschappelijke kringen wijdverspreide consensus over het feit dat althans een deel van de klimaatveranderingen daaraan toe te schrijven is.

Verwerking van biomassa tot bio-energie[bewerken]

Biomassa kan op diverse manieren verwerkt worden:

  • thermochemisch
  • biologisch
  • fysisch
  • chemisch

Thermochemische verwerking[bewerken]

De thermochemische verwerking omvat ten eerste de verbranding van biomassa. Hierbij wordt de warmte die vrijkomt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit en verwarming.

Ten tweede kan biomassa ook vergast worden. De biomassa wordt met een kleine hoeveelheid water verhit tot hoge temperaturen (meestal tussen 1300 en 1500°C) in afwezigheid van zuurstof, zodat er een brandbaar gasmengsel ontstaat. Dit synthesegas kan na reiniging toegepast worden voor opwekking van elektriciteit of warmte, maar kan ook gebruikt worden als grondstof in de chemische industrie.

Als laatste thermochemisch proces hebben we de pyrolyse. Daarbij wordt de biomassa, onder afsluiting van lucht, zo verhit dat de organische massa uit elkaar valt in kleinere bestanddelen. Hierdoor ontstaat afhankelijk van de temperatuur kool of olie en komen brandbare gassen vrij, die ook weer gebruikt kunnen worden voor de opwekking van elektriciteit en/of warmte.

Biologische verwerking[bewerken]

Biomassa kan ook biologisch verwerkt worden, dit door anaerobe gisting. Biomassa wordt onder afwezigheid van zuurstof omgezet in water, biogas en een residu.

Biogas is een brandbaar mengsel van methaan en kooldioxide dat na reiniging kan worden gebruikt voor turbines of ketels, eventueel bijgemengd in aardgas.

De verschillende stappen in de anaerobe vergisting zijn:

  1. Hydrolyse = de omzetting van complex, onopgelost materiaal in minder complexe opgeloste stoffen, die dan door de bacterie kunnen worden opgenomen.
  2. Fermentatie of zuurvorming = de opgeloste stoffen worden in de cellen van de bacteriën omgezet naar eenvoudigere verbindingen, die weer worden uitgescheiden. De fermentatieproducten zijn vluchtige vetzuren, alcoholen, melkzuur CO2, NH3, H2S en nieuw celmateriaal.
  3. Acetogenese (intermediaire zuurvorming) = fermentatieproducten omgezet in acetaat, waterstof en carbonaat.
  4. Methanogenese = Deze worden omgezet in CO2, methaan (CH4) en nieuw celmateriaal.

Fysische verwerking[bewerken]

Biomassa kan fysisch verwerkt worden door middel van persing of extractie van bijvoorbeeld koolzaad.

Chemische verwerking[bewerken]

Tot slot kan biomassa ook chemisch verwerkt worden door een verestering. Op die manier kan biodiesel gemaakt worden van pure plantaardige olie.

Biobrandstoffen[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie biobrandstof voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

De meestgebruikte biobrandstoffen zijn bio-ethanol en biodiesel.

Bio-ethanol[bewerken]

Energiebalans [1]
Land Type Energiebalans
Vlag van Verenigde Staten USA Maïs ethanol 1,3
Vlag van Brazilië BRA Suikerriet ethanol 8
Vlag van Duitsland GER Biodiesel 2,5
Vlag van Verenigde Staten USA Cellulose ethanol (1) 2–36 (2)

(1) experimenteel, niet op grote schaal
(2) afhankelijk van productie methode

Bio-ethanol wordt verkregen via microbiële fermentatie van suikers (uit suikerriet, tarwe, maïs, triticale, rogge, gerst en suikerbieten), doorgaans met behulp van gisten als productie-organisme.

In 2006 zijn er in Europa zeven grote productiebedrijven van bio-ethanol, waarvan drie in Duitsland, drie in Spanje en één in Zweden. Daarnaast zijn er een tiental kleinere bedrijven vooral in Frankrijk. In 2006 wordt 9 miljoen ton graan tot 3 miljoen ton bio-ethanol verwerkt. Het afval van de bio-ethanol productie kan als eiwitrijk veevoer gebruikt worden. Momenteel worden voor dit veevoer de merknamen Protamax en Protigrain gebruikt.

Bio-ethanol wordt gezien als milieuvriendelijke oplossing en alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen (olieproducten). De uitstoot van CO2 door voertuigen is bij gebruik van bio-ethanol minder dan bij gebruik van benzine. Echter, productie van bio-ethanol kost ook energie en veroorzaakt ook CO2, net zoals de winning van aardolie en de productie van benzine. Wetenschappers van onder andere Wageningen Universiteit zeggen: koolzaad en maïs als biobrandstof zijn geen oplossing, omdat productie en transport bijna evenveel energie kosten als ze opbrengen. Suikerriet scoort beter; 1 liter brandstof levert 8 liter op.[bron?]

Met inzet van nieuwe technologie (2e generatie bio-ethanol) kunnen uit houtachtige materialen ook suikers vrijgemaakt worden, die vervolgens vergist kunnen worden naar ethanol. Het voordeel hiervan is dat ook niet eetbare plant(resten) hiervoor gebruikt kunnen worden. Verscheidene cellulose-ethanol testfabrieken zijn reeds operationeel. DSM en de Amerikaanse ethanolproducent POET zijn gestart met de bouw van een fabriek op commerciële schaal in Emmetsburg in de staat Iowa, die in de tweede helft van 2013 in productie zal komen. De fabriek zal resten van de lokale maïsoogst gaan verwerken tot bio-ethanol. De geplande productie is 75 tot 95 miljoen liter bio-ethanol van de 2e generatie.

Biodiesel[bewerken]

Nuvola single chevron right.svg Zie biodiesel voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Biodiesel wordt gewonnen uit plantaardige oliën via een eenvoudig chemisch proces. Meestal gebruikt men hiervoor koolzaad. Het voordeel van biodiesel ten opzichte van bio-ethanol is dat er geen aanpassingen aan de motor (van de wagen) nodig zijn. Echter voor permanent biodieselgebruik moeten brandstofleidingen en pakkingen van een materiaal zijn dat zich niet laat aantasten door methanol. Dit vraagt in veel gevallen om aanpassing. Het nadeel is dat de grondstof voor biodiesel eerst bewerkt moet worden, wat milieubelastend is.

Voordelen van biodiesel ten opzichte van gewone diesel is het veel lagere zwavelgehalte en er een gereduceerde uitstoot van roet, KWS en aromaten.

Overheidsbeleid[bewerken]

Richtlijn 2003/30 van de Europese Unie stelt dat tegen 2010 5,75% van de totale Europese energieconsumptie bio-energie moet zijn, in 2015 15% en in 2020 20%. Deze doelstelling staat de laatste tijd echter ter discussie. Er zijn zorgen over de effectiviteit en duurzaamheid van de biobrandstoffen. Daarbij speelt bijvoorbeeld de concurrentie met voedsel een rol.

Gevolg van deze discussie is, dat de grootste fracties in het Europees Parlement het in september 2008 eens zijn geworden over een lager percentage als streven voor biobrandstoffen. Het doel is nu dat in 2020 6 procent van alle brandstoffen voor verkeer biobrandstof is. Bovendien worden er eisen gesteld aan de duurzaamheid van de biobrandstof, zo moet de broeikasgasreductie ten minste 35% zijn ten opzichte van fossiele brandstoffen.

Nederland heeft in oktober 2008 de biobrandstoffendoelstellingen voor 2009 en 2010 aangepast. De biobrandstoffendoelstelling voor 2009 wordt neerwaarts bijgesteld van 4,5% naar 3,75%. De doelstelling voor 2010 gaat van 5,75% naar 4%.

Zie ook[bewerken]

Externe links[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Green Dreams J.K. Bourne JR, R. Clark National Geographic Magazine October 2007 p. 41 Article