Bio-energie
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.
Inhoud |
[bewerk] Inleiding
De energie-inhoud van vrijwel alle brandstoffen op aarde is afkomstig van de zon. Ook fossiele brandstoffen, want die zijn in een ver verleden ontstaan 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. Op aarde is die kringloop ernstig verstoord door verbranding van fossiele brandstoffen, wat één van de oorzaken is van het broeikaseffect.
[bewerk] Verwerking van biomassa tot bio-energie
Biomassa kan op diverse manieren verwerkt worden:
- thermochemisch
- biologisch
- fysisch
- chemisch
[bewerk] Thermochemische verwerking
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 gedeeltelijk verbrand, zodat er een brandbaar mengsel ontstaat. Dit mengsel wordt, na reiniging, toegepast als brandstof voor opwekking van elektriciteit en/of warmte.
Als laatste thermochemisch proces hebben we de pyrolyse. Daarbij wordt de biomassa, onder afsluiting van lucht, zo sterk verhit dat de bestanddelen als het ware uit elkaar vallen. Hierdoor ontstaat kool of olie en komen brandbare gassen vrij, die ook weer gebruikt kunnen worden voor de opwekking van elektriciteit en/of warmte.
[bewerk] Biologische verwerking
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:
- Hydrolyse = de omzetting van complex, onopgelost materiaal in minder complexe opgeloste stoffen, die dan door de bacterie kunnen worden opgenomen.
- 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.
- Acetogenese (intermediaire zuurvorming) = fermentatieproducten omgezet in acetaat, waterstof en carbonaat.
- Methanogenese = Deze worden omgezet in CO2, methaan en nieuw celmateriaal. Deze worden omgezet naar biogas.
[bewerk] Fysische verwerking
Biomassa kan fysisch verwerkt worden door middel van persing (extractie) van bijvoorbeeld koolzaad.
[bewerk] Chemische verwerking
Tot slot kan biomassa ook chemisch verwerkt worden door een verestering, op die manier verkrijgt men de zogenaamde biobrandstoffen.
[bewerk] Biobrandstoffen
De voornaamste biobrandstoffen zijn bio-ethanol en biodiesel.
[bewerk] Bio-ethanol
Bio-ethanol wordt bekomen door microbiële fermentatie van koolhydraten (uit suikerriet, tarwe, maïs, triticale, rogge, gerst en suikerbieten), doorgaans met behulp van levende gisten als productieorganisme.
In 2006 zijn er in Europa zeven grote produktiebedrijven 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 produktie kan als eiwitrijk veevoer gebruikt worden. Momenteel worden voor dit veevoer de merknamen Protamax en Protagrain gebruikt.
[bewerk] Biodiesel
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.
De voordelen ten opzichte van gewone diesel zijn dat biodiesel geen zwavel bevat, en er een gereduceerde uitstoot van roet, KWS en aromaten is.
[bewerk] Toekomst
De doelstelling van de Europese Unie is dat tegen 2010 5,75% van de totale energieconsumptie bio-energie is, in 2015 moet dat 15% en in 2020 20% zijn.
