Biobrandstoffen

De wereld zoals we die nu kennen is sterk afhankelijk van de fossiele brandstoffen. Nu deze langzaam maar zeker opraken is het handig om goed op zoek te gaan naar goede alternatieven. Biobrandstof is hier een van en we gaan hier iets dieper in over de verschillende generaties van biobrandstoffen.

Generaties van biobrandstoffen

Omdat de fossiele brandstoffen snel opraken is het noodzaak om te kijken naar alternatieven zoals bijvoorbeeld biobrandstof.
Er zijn veel verschillende soorten om biobrandstoffen te maken. Deze bestaan uit het simpele gebruik van suikers tot aan gecompliceerde genetische gemanipuleerde algen en bacteriën. De verschillende methoden zijn verdeeld in drie generaties.

Eerste generatie biobrandstoffen

De eerste generatie biobrandstoffen bestaan uit brandstoffen die zijn gemaakt uit suikers, zetmeel en oliën. Van deze grondstoffen wordt hoofdzakelijk bio-ethanol en biodiesel gemaakt. Dit is een op zich hernieuwbare energiebron omdat de energie die nodig is om de suiker te synthetiseren komt van de zon. Ethanol kan worden geproduceerd uit een verscheidenheid van grondstoffen zoals suikerriet, suikerbieten, graan, hennep, aardappelen, zonnebloem, fruit, maïs, graan, tarwe, stro, katoen, andere biomassa en plantenrestanten. De opgeslagen energie in de vorm van glucose wordt door middel van fermentatie omgezet naar alcohol en koolstofdioxide (C6H12O6 → 2 CH3CH2OH+ 2 CO2 + energie). Er zijn een paar stappen nodig om van deze gewassen ethanol te maken.

De eerste stap is het fermenteren. De suikers worden door middel van bacteriële fermentatie omgezet naar ethanol en koolstofdioxide tot een concentratie van ongeveer 8,5%. Vervolgens word het gedestilleerd tot een zuiverheidspercentage van ongeveer 96% (maximaal 95.6% m/m (96.5% v/v) ethanol en 4.4% m/m (3.5% v/v) water) wat de azeotroop is voor een ethanol/water mengsel. Dit is een waterhoudend ethanol mengsel. Hoewel deze vorm van ethanol goed genoeg is om al brandstof te gebruiken word er nog meer water aan onttrokken om het in verbrandingsmotoren te gebruiken door er niet-waterhoudend ethanol van te maken. Hier zijn meerdere processen voor. Een ervan is bijvoorbeeld door het waterhoudende ethanol mengsel onder druk door speciale beads te leiden die het water absorberen maar niet het ethanol.

Biodiesel is ook een hernieuwbare stof. Deze word gemaakt uit plantaardige oliën zoals sojaolie, maïsolie palmolie of dierlijk vet. Tegenwoordig word biodiesel alleen gebruikt in combinatie met uit aardolie verkregen diesel.

Het grootste nadeel van biobrandstof van de eerste generatie is dat het direct concurreert met de voedselvoorraden van de mens. De gebruikte suikerbieten kunnen bijvoorbeeld ook worden gebruikt als voedsel. Ook is er veel landbouwgrond nodig om de wereld van biobrandstof van de eerste generatie te voorzien. Er worden dus bossen gekapt om meer landbouwgrond te maken. Op deze grond kan ook voedsel verbouwd worden maar wordt dan gebruikt om bijvoorbeeld palmolie te verbouwen als een biobrandstof die uiteindelijk in je auto beland. Het kost ook veel drinkwater om deze gewassen te laten groeien.

Tweede generatie biobrandstoffen

Ondertussen wordt er druk gewerkt aan de tweede generatie biobrandstoffen. Dit zijn manieren om bio-ethanol en biodiesel te maken uit plantaardige grondstoffen die niet concurreren met de voedselvoorraad van de mens. Het gaat hierbij dus om groente en tuinafval, afgewerkt frituurvet, slachtafval, niet eetbare delen van voedselgewassen, gras, stro, hooi en energiegewassen (deze laatste concurreert nog wel om land en drinkwater). Het voordeel van deze grondstoffen is dat ze dus niet gebruikt worden als voedsel. Het is dus afval wat we kunnen gebruiken om biobrandstoffen van te maken.

Om van deze grondstoffen biobrandstoffen te maken zijn er meer productie stappen nodig dan bij de directe fermentatie van suikers. De biomassa die word gebruikt bestaat uit verschillende polymeren van glucose. Deze polymeren moeten dus worden gereduceerd tot simpele glucose moleculen. Er bestaan dus meerdere polymeren van glucose en er zijn verschillende stappen nodig om hiervan een enkel glucose molecuul van te maken.

Het grootste deel organisch materiaal bestaat uit cellulose. Het is een polysacharide en word door vrijwel elke plant gemaakt. Het zorgt voor stevigheid in de plant. Cellulose is slecht afbreekbaar. Voor de mens is het zelfs niet af te breken. Dit is na jarenlange evolutie zo gekomen om de plant tegen microbiologische en enzymatische afbraak te beschermen. Het kost dan ook nog veel moeite om de energie hieruit te kunnen halen. Het grote voordeel van het gebruik van cellulose is dat het CO2 neutraal is. Het nadeel is dat het moeilijk is om van deze polysacharide enkele glucose moleculen te maken. Dit gebeurt tegenwoordig met speciale bacteriën en enzymen.

Derde Generatie biobrandstoffen

De derde generatie biobrandstoffen bestaat uit het gebruik van algen om biobrandstof mee te maken. Deze generatie maakt gebruik van het genetisch manipuleren van bijvoorbeeld bacteriën, algen of schimmels zodat ze beter in staat zijn om olie te maken of bijvoorbeeld cellulose af te breken. Het voordeel van deze technieken is dat ze niet concurreren om land. Een hoopvolle ontwikkeling is het gebruik van algen om biodiesel van te maken. Deze algen zijn in staat om door middel van fotosynthese olie te maken wat vervolgens gescheiden kan worden van de alg en gebruikt kan worden om biodiesel van te maken. Het voordeel van algen is dat ze in zout, zout en in brak water kunnen leven. Ze concurreren dus niet om land. Dit maakt ze een goede kandidaat voor de toekomstige biobrandstof productie.