Biobrandstof

Het persen van purgeernootzaden tot jatropha-olie. Jatropha-olie is een biobrandstof waar flink in wordt geïnvesteerd. Het behoort tot de biobrandstoffen van de tweede generatie.

Biobrandstof is een algemene verzamelnaam voor verschillende soorten brandstoffen die gemaakt worden uit biomassa. Biobrandstoffen in vaste, vloeibare of gasvormige toestand kunnen rekenen op toenemende interesse van het grote publiek en vanuit wetenschappelijke hoek. Als hernieuwbare brandstoffen vormen ze een alternatief voor fossiele brandstoffen, waarvan de voorraad eindig en dus niet hernieuwbaar is. Interesse komt onder andere vanwege het feit dat olieprijzen pieken en aardolieproducten sinds 2005 relatief gezien hoge prijzen kennen over langere tijd. Biobrandstoffen maakten in 2008 ongeveer 1,8% uit van de brandstoffen die gebruikt werden voor transport.

Geschiedenis

Rudolf Diesel gebruikte biobrandstof in zijn dieselmotor.

Voor de ontdekking van fossiele brandstof (turf, bruinkool, steenkool, aardolie, teerzand en aardgas) gebruikte men alleen maar biobrandstoffen zoals hout, houtskool, gedroogde uitwerpselen, plantaardige olie of dierlijk vet), die wereldwijd nog steeds gebruikt worden als energiedrager.

De originele auto's van Henry Ford waren gemaakt om op biobrandstof te rijden. Ook de eerste dieselmotor van de Franse uitvinder Rudolf Diesel liep op pure plantaardige olie, namelijk pindaolie.

Voordat petroleum, geraffineerd uit aardolie, algemeen beschikbaar kwam was walvistraan een veel gebruikte olie voor olielampen.

Verschillende soorten biobrandstof

Biobrandstoffen zijn in verschillende aggregatietoestanden beschikbaar: vast, vloeibaar en gasvormig. Vloeibare en gasvormige biobrandstoffen worden verkregen uit (vaste) biomassa, zoals dode planten. Biomassa kan ook direct omgezet worden in groene stroom.

De makkelijkste manier om biobrandstoffen in auto's te gebruiken is om er een vloeistof van te maken. Een onderzoek van drie Amerikaanse wetenschappers gepubliceerd in het weekblad Science, heeft aangetoond dat het efficiënter is om biobrandstof direct om te zetten in groene stroom in plaats van er een vloeibare biobrandstof van te maken.

Vloeibare biobrandstoffen

Vloeibare biobrandstoffen worden vooral geproduceerd om de gangbare fossiele brandstoffen, zoals benzine, diesel en kerosine te vervangen.

Als vervanger van benzine worden de volgende biobrandstoffen gebruikt: bio-ethanol, bio-butanol, biomethanol, bio-ETBE, bio-MTBE en synthetische biobenzine.

Als vervanger van diesel gelden biodiesel, bio-dimethylether (of DME), puur plantaardige olie (of PPO) en synthetische biodiesel.

De Volvo FlexiFuel S40 uit 2005 was een van de eerste auto's die op E85 reden.

Daarnaast worden ook veel mengbrandstoffen gemaakt. Hierbij wordt fossiele brandstof met biobrandstof gemengd in een bepaalde verhouding. Er zijn verschillende mengbrandstoffen op de markt verkrijgbaar. Deze producten bestaan vaak voor een (groot) deel uit fossiele brandstof en voor een (klein) deel uit biobrandstof. Soms worden deze brandstoffen ook wel flexifuel genoemd.

Voorbeelden van deze mengbrandstoffen zijn:

• hE15
• E85

Verschillende proeven zijn genomen om kerosine te vervangen door biobrandstof.

Gasvormige biobrandstoffen

Biogas kan direct of na verdere zuivering gebruikt worden als biobrandstof. Via industriële technieken, waaronder pyrolyse en vergassing, kunnen gasvormige biobrandstoffen uit vaste of vloeibare biomassa worden geproduceerd.

Balansen

Van biobrandstoffen zijn twee balansen van belang:

• De "ecobalans": de besparing van CO₂ en andere emissies en toenemend ruimtegebruik ten opzichte van fossiele brandstoffen.
• De "energiebalans": hoeveel energie een liter brandstof oplevert in relatie tot de hoeveelheid energie die het kost om een liter van die brandstof te maken. (Een andere term die hiervoor wordt gebruikt is wel EROEI (Energy Returned on Energy Invested)

Voordelen van biobrandstoffen

Bij dit Duitse tankstation is de prijs voor biodiesel lager dan voor normale diesel. (Opmerking: belastingen en subsidies maken de werkelijke prijs van biodiesel onduidelijk voor de consument)

De voordelen van biobrandstoffen zijn:

• Significante reducties (tot 70%) van roet en fijnstof bij bijvoorbeeld bij pure plantaardige olie (PPO), met aangepaste motoren.
• Het inzetten van landbouwgrond die tot nu toe moest worden 'braak'gelegd, om voedseloverschotten te voorkomen.
• Een grotere keus voor zogenoemde wisselteelten, waar granen en koolzaad elkaar afwisselen, die elkaar teelt-technisch ondersteunen en eventueel minder stikstof voor bemesting nodig is.
• Een betere grondstructuur, met name bij koolzaadteelten, waarbij de penwortels tot soms 1 m diep de structuur van de bodem verbeteren.
• Nieuwe mogelijkheden voor boeren over de hele wereld, die zowel de voedselmarkt als energiemarkt als afzetmogelijkheden hebben.
• Via de inzet van braakliggende landbouwgebieden en teelt van energiegewassen wordt de bij anders verbranding vrijkomende CO₂ gerecirculeerd als nieuwe brandstof.
• De ontwikkelingslanden krijgen nieuwe kansen en mogelijkheden. Sommige zijn daar inmiddels volop mee bezig door de aanplant van bijvoorbeeld de purgeernoot.
• Bovenal helpen biobrandstoffen aan een afsluiting van het olietijdperk en geven nieuwe impulsen aan innovaties, werkgelegenheid, investeringen en zorgen voor onafhankelijkheid van Rusland en het Midden-Oosten .
• Gebruik van biobrandstoffen kan helpen bij het realiseren van energie-autarkie.

Nadelen van biobrandstoffen

Biobrandstoffen zijn gebaseerd op dezelfde energieopwekking (fotosynthese) als land- en bosbouw. Daardoor kan concurrentie ontstaan tussen landbouw voor voedsel en voor energie om de beschikbare productiemiddelen, zoals landbouwgrond, water en kunstmest. Opwekkingsmethoden met een veel hogere opbrengst en die geen goede grond, water of kunstmest behoeven, zoals het gebruik van zonnecellen, worden daarom -althans op langere termijn- door velen als een beter alternatief gezien.

Vaak wordt kunstmest gebruikt om biobrandstoffen te telen. Het gebruik van kunstmest leidt echter tot de uitstoot van het broeikasgas lachgas (N₂O). Lachgas heeft een 310 keer sterkere broeikaswerking dan CO₂.

Omdat voor de productie van biobrandstoffen vaak veel grond nodig is wordt er getwijfeld of het grondoppervlak wel toereikend is voor de energiebehoefte.

Voor de teelt van biobrandstoffen is ook relatief veel water benodigd.

Concurrentie met voedselgewassen

De toegenomen vraag naar biobrandstof leidt tot hogere voedselprijzen. Bij gewassen die zowel als voedingsmiddel als voor biobrandstof gebruikt kunnen worden, kan de voedselvoorziening in het geding komen waarbij het armste deel van de wereldbevolking het eerst de gevolgen ondervindt. In januari 2007 braken in Mexico protesten uit als gevolg van prijsstijgingen van 400% voor tortilla's door de toegenomen vraag in de Verenigde Staten naar maïs voor biobrandstof.

De Wereldbank concludeerde in een eerste rapport in april 2008 dat de vraag naar biobrandstoffen één van de oorzaken was van de stijging van de wereldwijde voedselprijzen. In een later rapport wijzigde de Wereldbank haar conclusie en stelde zij vast dat de vraag naar biobrandstoffen weliswaar een van de oorzaken was, maar dat speculatie op de wereldmarkt de belangrijkste oorzaak voor de stijging was. De hulporganisatie Oxfam concludeerde in juni 2008 dat biobrandstoffen tot een toename van wereldwijde armoede leiden.

De speciale rapporteur van de Verenigde Naties die dit probleem onderzocht, noemde biobrandstoffen zelfs een "misdaad tegen de menselijkheid", omdat biobrandstoffen honger zouden veroorzaken.

Generaties biobrandstoffen

Biobrandstof van de eerste generatie

Biobrandstoffen van de eerste generatie zijn gebaseerd op suikers, zetmeel, plantaardige olie of dierlijke vetten, die met conventionele chemische processen of vergisting worden omgezet in brandstoffen. Het gaat hier meestal om voedselgewassen als brandstof.

Biodiesel wordt onder andere verkregen uit mais (maisolie), koolzaad (koolzaadolie), oliepalm (palmolie) en uit soja (sojaolie).

Bio-ethanol wordt onder andere verkregen uit suikerbiet, suikerriet, suikerpalm en ook uit graan.

Biobrandstof van de tweede generatie

Oogsten van wilgen

Biobrandstoffen die niet aan voedsel gerelateerd zijn, worden meestal de tweede generatie genoemd. Deze worden gemaakt uit planten die hiervoor geteeld worden (energiegewassen) of uit oneetbare gedeelten van voedselgewassen. Onderstaande planten bevatten veel cellulose en dat is relatief lastig om te zetten in energie.

Biobrandstoffen van de tweede generatie zijn onder andere:

• Energiegewassen zoals wilgen en Pongamia pinnata.
• Vruchten van niet voor consumptie geschikte planten, zoals de purgeernoot.
• Houtsnippers
• Stro
• Oneetbare gedeelten van voedselgewassen
• Dierlijk vet
• Gebruikt frituurvet
• Afval

Deze hebben niet de nadelen van de eerste generatie. Verscheidene cellulose-ethanol testfabrieken zijn reeds operationeel, maar de eerste echte commerciële cellulose-ethanolfabrieken, zullen in 2009/2010 van start gaan

Een voorbeeld is jatropha-olie. De geperste olie is op conventionele wijze tot brandstof te verwerken, maar de plant, de purgeernoot is geen voedselgewas (de zaden zijn giftig), en hoeft daar ook niet mee te concurreren omdat deze nog op zeer droge grond kan groeien. Gemaakte claims dat de plant een hoge olieproductie zou hebben en weinig arbeidsintensief zou zijn, lijken echter niet zonder meer gerechtvaardigd

Naast plantaardig materiaal wordt ook afval gebruikt als biobrandstof. De soorten afval die te verwerken zijn, mogen zich voordoen als zwaar organisch belast afvalwater, maar ook stroperige afvalstromen of zelfs vaste afvalstromen. De enige voorwaarde is dat ze van organisch-biologische aard zijn en dus geen giftige stoffen bevatten die de anaerobe bacteriën zouden doden.

Biobrandstof van de derde generatie

Ter onderscheiding van de tweede generatie wordt naar diverse nieuwe ontwikkelingen verwezen als 'derde generatie' biobrandstof. In Nederland wordt hieronder vaak biobrandstof uit algen verstaan.

Zie Biobrandstof uit algen voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Gebruik van algen als biobrandstof heeft als voordeel dat het niet concurreert met voedsel of ander gebruik van planten. De algen worden speciaal voor dit doel gekweekt. Algen worden nog maar op beperkte schaal gebruikt, maar zijn wel in opkomst. Er wordt op het moment veel onderzoek gedaan en geëxperimenteerd naar biobrandstof uit algen. Ook de KLM wil nu experimenteren met biobrandstoffen. Dit om schoon en goedkoop te kunnen vliegen. Met behulp van genetische technologie kan de productie door algen en/of bacteriën verder verhoogd worden.

In Amerika kijkt men breder en wordt soms een indeling gehanteerd waarbij de tweede generatie chemische conversie gebruikt, terwijl de derde generatie genetische modificatie gebruikt. Doordat de indeling in generaties onvoldoende inzicht geeft om verschillende biobrandstoffen te vergelijken, wordt tegenwoordig steeds meer gekeken naar de duurzaamheidsaspecten en wordt onder meer vergeleken op basis van de ecobalans.

Methoden voor het maken van biobrandstoffen

Er zijn verschillende methoden om biomassa om te zetten naar een biobrandstof. Hieronder worden de belangrijkste methoden beschreven.

Alcoholische vergisting

Vergisting is een vrij beproefd proces dat al zeer lang wordt toegepast om plantaardige grondstoffen om te zetten in vloeibare of gasvormige brandstoffen. Het is een biologisch omzetting, die in de vrije natuur ook veel voorkomt. Zo ontstaat er bij vergisting van suikers ethanol (alcohol). In Brazilië rijden veel auto's op ethanol. Deze ethanol wordt gewonnen uit vergist sap van suikerriet met behulp van destillatie. In landen zoals Brazilië, de VS en anderen, wordt ethanol ook vermengd met gewone benzine. De brandstof krijgt een benaming verwijzend naar het percentage ethanol. Het gebruik van dit type brandstof vereist dan meestal wel een kleine aanpassing van de motor, aangezien ethanol een lagere energiedichtheid heeft dan benzine. Het belangrijkste voordeel van alcoholen is de zuivere branding, waardoor vrij weinig roetdeeltjes vrijkomen en de motor langer mee zou gaan. Bovendien brengt ethanol door het lage vriespunt (-114°C) bij toevoeging aan benzine een vriespuntsdaling teweeg en heeft hierdoor hetzelfde effect als antivries.

Andere vergisting

Bij een andere vergisting van organisch materiaal ontstaat biogas voornamelijk (kooldioxide) en bio- (methaan). Dit proces wordt onder meer toegepast bij zuivering van rioolwater en bij de verwerking van mest, maar biogaswinning is ook mogelijk vanuit voedselresten, stro en andere vergistbare stromen. Met het vrijgekomen biogas wordt bijvoorbeeld een warmte-krachtkoppeling (WKK) gestookt, die elektriciteit en warmte produceert. Na gedeeltelijke zuivering kan het biogas (groen gas geheten) ook aan het Nederlandse aardgasnet worden geleverd.

Het biogas kan ook verder worden opgewaardeerd tot biomethaan en vervolgens vloeibaar gemaakt. Dit bio-LNG (vloeibaar biomethaan) is een schone en goedkope vloeibare biobrandstof van de tweede generatie. De productie van biomethaan kost veel minder energie dan andere tweede generatie biobrandstoffen en bewerkstelligt daardoor een veel hogere CO₂ reductie.

Pyrolyse

Zie Pyrolyse voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Pyrolyse is een van de oudste methoden. Het was lange tijd de enige manier om methanol te winnen uit bijvoorbeeld hout, met houtteer of -olie en houtskool als nevenproducten. Pyrolyse is ook het proces waarmee de houtgasgenerator werkte, waarmee men tijdens de Tweede Wereldoorlog auto's op hout en turf liet rijden (vanwege benzineschaarste). Door middel van pyrolyse kan biobrandstof gewonnen worden uit gewassen en gewasresten, maar ook diermeel kan hiervoor gebruikt worden.

Hydro Thermal Upgrading

Zie Hydro Thermal Upgrading voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Het HTU-proces is, simpel voorgesteld, te vergelijken met de vorming van aardolie, maar dan veel sneller. Biomassa wordt, vermengd met water, verhit tot ongeveer 350 °C bij een druk van ongeveer 160 bar, gedurende zo'n 15 minuten. Hierbij ontstaat een drab die vergelijkbaar is met ruwe aardolie. Na een raffinageproces is hier dieselolie, kerosine en zelfs benzine uit te halen, die wat kwaliteit en eigenschappen betreft vergelijkbaar zijn met dezelfde producten uit aardolie.

Omdat het proces in water plaatsvindt, gelden er weinig eisen voor de grondstof. Deze hoeft bijvoorbeeld niet droog te zijn, zodat er een ruime keuze is uit allerlei reststromen van organisch afval. Het vormt daarom een uitstekend alternatief voor composteren. Bij composteren komt uiteindelijk net zoveel CO₂ vrij als bij verbranding, maar wanneer het materiaal, in plaats van te composteren, wordt omgezet in bruikbare brandstof is er nuttige arbeid uit te halen. Echter, de CO₂ afgifte is bij verbranding direct terwijl dit bij composteren een veel geleidelijker proces is van maanden tot jaren. De buffer capaciteit van CO₂ bij composteren is derhalve vele malen groter dan bij een verbrandingsproces.

Duurzaamheid van biobrandstoffen

Biobrandstoffen zijn hernieuwbaar. Als planten groeien, gebruiken ze met fotosynthese zonlicht voor het opslaan van koolstofdioxide (CO₂). De hoeveelheid CO₂ die vrij komt bij het verbranden van deze brandstof is gelijk aan de hoeveelheid CO₂ die de planten tijdens hun leven hebben opgenomen.

Toch is het niet zo dat biobrandstoffen klimaatneutraal zijn. Tijdens de productie en transport van biobrandstoffen worden fossiele brandstoffen gebruikt, maar vooral het gebruik van kunstmest zorgt voor de uitstoot van het broeikasgas distikstofoxide N₂O. De invloed van biobrandstoffen op het klimaat hangt sterk af van de manier waarop ze geproduceerd worden.

Alternatief voor fossiele brandstoffen

Fossiele brandstofvoorraden zijn in tegenstelling tot biobrandstoffen eindig.

Doordat er ruim 100 jaar hoofdzakelijk gebruik wordt gemaakt van fossiele brandstoffen, zijn infrastructuur en verbruikers daarop ingericht. Om biobrandstoffen gemakkelijk toepasbaar te maken moet het als energiedrager op dezelfde manier te gebruiken zijn als aardolieproducten, aardgas of steenkool.

Duurzaamheidscriteria biobrandstof

Jacqueline Cramer opent in juli 2008 een tankstation waar hE15 verkrijgbaar is.

Een commissie onder leiding van Jacqueline Cramer (toen nog geen minister, sinds 20-02-2010 ex-minister VROM) stelde in 2006 de volgende zes duurzaamheidscriteria op voor biobrandstoffen:

1. Gerekend over de hele keten, moet het gebruik van biomassa netto minder emissie van broeikasgassen opleveren dan gemiddeld bij fossiele brandstof.
2. De productie van biomassa voor energie mag de voedselvoorziening en andere lokale toepassingen (zoals voor medicijnen of bouwmaterialen) niet in gevaar brengen.
3. Biomassaproductie zal geen beschermde of kwetsbare biodiversiteit mogen aantasten en zal waar mogelijk de biodiversiteit versterken.
4. Bij de productie en verwerking van biomassa moet de kwaliteit van bodem, oppervlakte- en grondwater en lucht behouden blijven of zelfs worden verhoogd.
5. De productie van biomassa moet bijdragen aan de lokale welvaart.
6. De productie van biomassa moet bijdragen aan het welzijn van de werknemers en de lokale bevolking.

Duurzaamheid volgens het well-to-wheel-principe

Bij de vergelijking met fossiele brandstoffen is het reëler om ook fossiele brandstoffen volgens het well to wheel principe te beoordelen. Momenteel wordt in deze vergelijking door de overheid uitsluitend uitgegaan van de CO₂ die aanwezig is in de fossiele brandstof zelf en die vrijkomt bij verbranding. Dit is echter maar een gedeelte van de totale hoeveelheid CO₂-uitstoot die fossiele brandstof als product veroorzaakt. Volgens de well to wheel methodiek wordt alle CO₂ die ontstaat bij het opsporen, produceren, raffineren, transporteren en opslaan van benzine en diesel, en dat is nogal wat, toegerekend aan de CO₂-uitstoot van benzine resp. diesel. Dat kan wel zo'n 30% bedragen. Per slot van rekening worden biobrandstoffen op een vergelijkbare wijze beoordeeld (zie 1). Het is niet meer dan fair om dit principe ook op fossiele brandstoffen toe te passen bij de vaststelling van hun CO₂-uitstoot. Anders worden deze ten onrechte bevoordeeld en dat kan nooit de bedoeling zijn.

Overheidsbeleid voor biobrandstoffen

Biodiesel in een laboratoriumfles

Biobrandstoffen worden over de hele wereld gebruikt en kennen een sterk stijgend gebruik. Ze worden meestal gebruikt als brandstof voor voertuigen.

De doelstelling van de Europese Unie is dat in 2010 5,75% van de brandstof in het vervoer van biologische afkomst is. Hieraan heeft de Nederlandse overheid invulling gegeven door middel van het Besluit biobrandstoffen wegverkeer 2007. In 2007 moest 2% van de benzine en diesel als biobrandstof worden geleverd, meestal in de vorm van bijmenging. Vanaf dat jaar neemt het aandeel jaarlijks met 1,25% van het totaal toe. De bijmengverplichting bij diesel en benzine afzonderlijk stijgt jaarlijks met 0,5%. Vanaf 1 januari 2008 kan extra biobrandstof bij diesel worden bijgemengd om daarmee aan een deel van de verplichting voor benzine invulling te geven.

In maart 2008 luidde Natuur en Milieu de noodklok in reactie op het door het Milieu- en Natuurplanbureau gepresenteerde rapport Local and global consequences of the EU renewable directive for biofuels: testing the sustainability criteria. De onderzoekers concluderen dat de huidige biobrandstoffen niet bijdragen aan een duurzaam transport. Er is volgens het rapport meer klimaatwinst te halen door biomassa in stroom om te zetten, dan als vervanging van benzine of diesel. Het rapport maakt duidelijk dat doorgaan met "voedsel in de tank stoppen" onverantwoord is. Natuur en Milieu vindt dat de plannen van de Europese Commissie voor tien procent biobrandstoffen in auto's onmiddellijk van tafel moeten.

Begin mei 2008 riep de Zwitserse VN-voedselrapporteur Jean Ziegler op tot een stop op de productie van biobrandstoffen, om de explosieve stijging van de voedselprijzen te doorbreken.

Uit een op 10 september 2008 gepubliceerde studie van CE Delft, die is gemaakt in opdracht van Stichting Natuur en Milieu, blijkt dat het mogelijk is tegen vergelijkbare kosten met alternatieve maatregelen meer milieuwinst te bereiken.

Nadat hierover door het kabinet op Prinsjesdag al was vooruitgelopen, maakte Minister Cramer op 13 oktober 2008 in een brief aan de tweede kamer officieel bekend de norm voor bijmenging te zullen stellen op 3,75% in 2009 en 4% in 2010.

Zie ook

• Biogas
• Biomassa
• Chemurgie
• Duurzame energie

Bronnen, noten en/of referenties

Bronnen, noten en/of referenties:

Referenties

Externe bronnen

• (en) Biogasmax The European project of Biogas
• (nl) VROM - Dossier Biobrandstoffen, pagina bij het Nederlandse Ministerie van VROM.
• (nl) EU richtlijn biobrandstof in het vervoer Richtlijn 2003/30/EG van het Europees Parlement en de Raad van 8 mei 2003.
• (nl) Biobrandstoffen: een overzicht
• (nl) Biobrandstoffen, artikel van Ruud Herold
• (en) Quick guide: biofuels, informatie bij de BBC.
• (en) GBEV.be Ghent Bio-Energy Valley
• (en) Woodstock revisited, artikel uit The Economist, 8 maart 2007.

Mediabestanden

Zie de categorie Biofuel van Wikimedia Commons voor meer mediabestanden.