Biobrandstof

Datum: November 2006

Inleiding:

Momenteel zijn biobrandstoffen veel in het nieuws als een mogelijkheid om CO2 emissies terug te brengen en als een mogelijkheid om minder afhankelijk te worden van fossiele brandstoffen. Dit experiment laat zien dat het heel eenvoudig is om zelf biodiesel te maken. Het recept dat ik gevonden had was gebaseerd op methanol. Ik vroeg me echter af of het gebruik van spiritus niet ook hetzelfde resultaat zou geven.

Principe:

Biodiesel maken door een omestering uit te voeren op plantaardige olie.

Materiaal:

  • zonnebloemolie
  • spiritus
  • methanol
  • natronloog
  • flesjes met schroefdop
  • thermometer
  • warmhoudplaat
  • maatcylinder
  • spatel
  • bekerglas
  • water
  • keukenzout

Uitvoering:

Alcoholische loog is erg bijtend.
Draag dus een veiligheidsbril en doe handschoenen aan.
  • Weeg 0.2 g natronloog af op een balans in het flesje.
  • Voeg 8.5 ml spiritus toe.
  • Schroef de deksel op het potje en schud goed totdat alle loog is opgelost.
  • Verwarm 50 ml zonnebloemolie voor op een temperatuur van 60 oC.
  • Giet deze bij de loog oplossing en sluit het flesje goed af.
  • Schud krachtig gedurende 1 minuut.
  • Na enige tijd komt de biodiesel bovendrijven.

  • Herhaal deze procedure maar gebruik nu methanol i.p.v. spiritus

Resultaat:

De spiritus wordt kleurloos na blootstelling aan loog. Het voorverwarmen is noodzakelijk om deze omestering goed te laten verlopen.

Het resultaat kan men zien in nevenstaande foto.

We zien dat de esterificatie met methanol een helderder product geeft. Het kleine laagje op de bodem bevat de triglyceride.

In principe hoeft men alleen maar de bovenlaag af te gieten en heeft men de biodiesel in handen.


spiritus                            methanol
Op bovenstaande foto's kun je zien dat de biodiesel een beetje wazig is. In de literatuur had ik gelezen dat de laatste stap in de bereiding een was stap is. Zonder goed verder te lezen heb ik dus wat water toegevoegd en goed geroerd. Dat was niet zo slim aangezien ik op dat moment een emulsie maakte. Nalezen van het voorschrift liet me een waarschuwing tegen schudden zien omdat je anders een emulsie maakt, een duidelijk geval van RTFM. Bij wassen is het de bedoeling dat druppels water door de biodiesel vallen en tijdens de val de onzuiverheden oppikken.

 
Voor mij was dat al te laat en ik begon na te denken over hoe de emulsie te breken was. Een beetje zout toevoegen kan al voldoende zijn hetgeen ik geprobeerd heb en het resultaat is te zien in nevenstaande foto. We zien echter ook dat de biodiesel gemaakt met spiritus een emulsie vormt met water die veel moeilijker te breken is. Daarnaast is het waarschijnlijk niet bevorderlijk voor je auto als de chloride ionen in de biodiesel gaan zitten. Het is bekend dat deze corrosie bevorderen.

Discussie en conclusie:

De bereiding van diesel is een zgn transesterificatiereactie, een bewerking waarbij de alkoxygroep van een ester wordt vervangen door die van een alcohol.

De reactie is schematisch weergegeven in nevenstaande figuur.

Men voegt loog aan het mengsel om een zgn methoxide of ethoxide te maken (CH3O-Na+). Het methoxide of ethoxide reageert vervolgens met de estergroep van het triglycderide. De overmaat aan methanol/ethanol die in het mengsel aanwezig is zorgt ervoor dat de reactie richting biodiesel verloopt.
 

Literatuur:

  • Anne Schulp; 'Doe het zelf - Slaolie wordt biodiesel'; Natuurwetenschap & Techniek; februari 2006; p. 78,79.
  • Nathan R. Clarke, John Patrick Casey, Earlene D. Brown, Ezenwa Oneyma, Kelley J. Donaghy; 'Preparation and Viscosity of Biodiesel from New and Used Vegatable Oil'; Journal of Chemical Education; 83 2 2006; p. 257-259.
  • Stephen M. Akers, Jeremy L. Conkle, Staphanie N. Thomas, Keith B. Rider; 'Determination of the Heat of Combustion of Biodiesel Using Bomb Calorimetry'; Journal of Chemical Education; 83 2 2006; p. 260-262.
  • T. Pramanik, S. Tripathi; 'Biodiesel: clean fuel of the future'; Hydrocarbon Processing; February 2005; p. 49-54.
  • M. Bowman, D. Hilligos, S. Rasmussen, R. Thomas; 'Biodiesel: a renewable and biodegredable fuel'; Hydrocarbon Processing; February 2006; p. 103-106.
  • David W. Goheen; 'Chemicals from Wood and Other Biomass - Part I: Future Supply of Organic Chemicals'; Journal of Chemical Education; 58 6 1981; p. 465-468.
  • David W. Goheen; 'Chemicals from Wood and Other Biomass - Part II: The Chemistry of Conversion'; Journal of Chemical Education; 58 7 1981; p. 544-547.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • De biodiesel die je op deze manier maakt kan verflagen, kunststof en rubber aantasten, dus men dient zorgvuldig te handelen bij het vullen van de tank. Op het web kan men ook recepten vinden waarin ook nog een neutralisatiestap is opgenomen.
  • De emulsievorming is niet zo vreemd als je je realiseert dat er ook verzeping heeft plaatsgevonden en zeep is een uitstekende emulsievormer.
  • In het Nederlands spreekt men niet van 'transesterificatie'spreekt maar van 'omestering'. 
  • Men kan de reactie versnellen door deze voorzichtig te verwarmen. Ik heb ook een referentie gevonden waarbij men magnetronstraling gebruikt.

Achtergrondinformatie:

Biobrandstoffen zijn vloeibare of gasvormige producten die gewonnen worden uit biomassa, (restanten van) planten, bomen, gras, etc. In potentie kunnen ze fossiele brandstoffen zoals benzine en diesel vervangen. Biobrandstoffen zijn eigenlijk al heel erg oud. De eerste dieselauto's die ca. 100 jaar geleden op de markt kwamen gebruikten pindaolie als brandstof. De allereerste Ford-auto's reden op bio-ethanol. De Duitser Rudolf Diesel, uitvinder van de dieselmotor, schijnt regelmatig slaolie in zijn eerste auto’s te hebben gegooid.

We maken onderscheid tussen twee soorten biobrandstoffen:
1) Bioethanol: momenteel de meest gebruikte brandstof. Het is alcohol die gemaakt is mbv een vergistingsproces uit plantaardige grondstoffen zoals suikerriet, mais, tarwe, suikerbieten, etc.
2) Biodiesel: is een dieselbrandstof die wat eigenschappen betreft sterk overeenkomt met gewone diesel. Deze wordt gemaakt uit plantaardige olie (bv koolzaad, palm, zonnebloem, soja, etc.). De geperste olie moet worden bewerkt, veresteren, om er biodiesel van te maken.
 
Food for thought
Een stukje dat ik geschreven heb om als startpunt voor een discussie over de meer ethische aspecten van biobrandstoffen te dienen.
Biobrandstoffen

Als er iets is dat momenteel erg in de belangstelling staat als men praat over de energieproblematiek en over de noodzaak is om iets aan de klimaatverandering tgv de CO2 emissies te doen is het wel de belofte die biobrandstoffen lijken te bieden. Aangezien ze gemaakt worden van plantaardige grondstoffen die groeien doordat ze CO2 uit de lucht opnemen zullen ze bij verbranding alleen die CO2 weer uitstoten en op deze manier dus CO2 neutraal zijn en geen bijdrage leveren aan het broeikasgas effect dat CO2 heeft. Op deze manier geredeneerd lijken biobrandstoffen dus een ideale oplossing te zijn voor onze mobiliteits problematiek waardoor het mogelijk zal zijn om nog tot in lengte der dagen auto te kunnen rijden.

Dat Shell ook in biobrandstoffen lijkt te geloven blijkt wel door het samenwerkingsproject dat men met Choren in Duitsland heeft opgezet om biodiesel te maken op basis van houtsnippers die m.b.v. op deze workshop bediscussieerde Fisher Tropsch Technologie (XTL) omgezet kan worden in biodiesel.

Het hierboven beschreven proces is een mogelijkheid om biodiesel te maken. In het “Dagblad van het Noorden” van 4 November jongstleden kon je lezen dat er sinds half oktober in Emmen een biodiesel fabriek draait van het bedrijf Sunoil dat biodiesel maakt uit koolzaadolie. Plantaardige olie omzetten in biodiesel (door bv esterificatie) is een andere manier om biodiesel te maken.

Biodiesel is een van de mogelijke biobrandstoffen. Maar diegenen die het nieuws de afgelopen maanden gevolgd hebben zullen vaak het woord bioalacohol, of een variant daarop, gehoord hebben. Bij bioethanol maken we in principe gebruik van een milleniaoud proces, vergisting, om alcohol te maken. Het is tegenwoordig al mogelijk om een bepaalde hoeveelheid alcohol aan de benzine toe te voegen zonder dat daarvoor de motor aangepast hoeft te worden. In landen zoals Brazilië is het zelfs al mogelijk om je tank vol te gooien met alcohol en alleen daarop te rijden. Bij mijn weten worden zijn er in de Westerse landen alleen een paar proefprojecten op dit gebied.

Politiek gezien lijkt er ook veel ondersteuning te zijn voor deze bioalcohol projecten. Veel boeren in de Verenigde Staten produceren tegenwoordig grondstoffen voor bioalcohol fabrieken en/of maken zelf biodiesel. Ga je zoeken op internet dan kun je detailleerde instructies vinden om zelf biobrandstof te maken. Ook in Europa kan men dergelijke initiatieven vinden. Om de productie van deze biobrandstoffen economisch rendabel te maken hoeft men vaak geen of minder accijns te betalen op deze brandstoffen. Ietwat cynisch geformuleerd kan men stellen dat de Westerse wereld een nieuwe manier heeft gevonden om de boeren te subsidiëren alsmede iets nuttigs met de overproductie te doen.

Tot zover geredeneerd lijken biobrandstoffen dus het antwoord op al onze energieproblemen te zijn, maar zoals gebruikelijk bij het op grote schaal introduceren van technologieën steken er de nodige adders onder het gras.

Het speciaal kweken van biomassa is niet zo eenvoudig als het lijkt. Landbouw is tegenwoordig erg energie-intensief door het gebruik van kunstmest en landbouwmachines. Een deel van de energie die men op deze manier kan produceren zal dus door de bedrijfstak zelf geconsumeerd worden.

Om op grote schaal voldoende biomassa te kweken die men kan gebruiken om aan onze energiebehoefte te voldoen heeft men landbouwgrond nodig, veel landbouwgrond. Voor Nederland betekent dat al dat wij onvoldoende landbouwgrond bezitten om zelf voldoende biomassa te kunnen kweken om onze energiebehoefte te dekken met biomassa. We zullen dus moeten diversificeren alsmede biomassa importeren.

Transport kost echter energie. Indien men de sommetjes maakt blijkt al snel dat biomassa gebruiken om te voorzien in een energiebehoefte alleen economische rendabel is als de afstand waarover het getransporteerd moet worden niet te groot is. Biomassa bevat ook relatief veel water en water is een afvalproduct in deze processen. Transporteren van ballast (water) kost ook energie en men komt dan al snel tot de conclusie dat het misschien beter is om je biomassa te drogen voordat je deze gaat transporteren. Drogen kost echter ook energie. Door een aantal van deze factoren te combineren komt men als snel tot de conclusie dat biomassa omzetten in energie alleen rendabel is als de afstand waarover de biomassa verplaatst moet worden naar een energiecentrale niet te groot is.

Bij bioalcohol speelt een rol dat het een ontzettend inefficiënt productieproces is waarbij veel afval geproduceerd wordt. Slechts een deel van het materiaal dat als grondstof gebruikt wordt (maïs, rijst, suikerriet, etc.) wordt omgezet. Als men suikerriet gebruikt (de hiervoor het meest geschikte grondstof) blijft nog altijd ca. 25% achter als afval (waarvan de helft water is).

Dit afval probleem probeert men o.a. op te lossen door processen te ontwikkelen waarbij cellulose producten (vezels bv landbouwafval of gras) omgezet worden in biolacohol mbv enzymen. Men is echter nog niet zo ver dat dit proces op grote schaal toegepast kan worden. Shell werkt hierbij samen met het Canadese bedrijf Iogen.

Er spelen ook nog de nodige ethische kwesties een rol nl de vraag of het wel zo’n goed idee is om biomassa die primair bedoeld is voor voedselproductie wel te gebruiken voor energieproductie. Zeker zolang er nog mensen sterven van de honger in bv Afrika.

Een ander voorbeeld is palmolie. In Indonesië en Maleisië legt men grote palmolie plantages aan. Om dat mogelijk te maken worden grote stukken oerbos gekapt. Van palmolie kan men voedsel maken, men kan het meeverbranden in energiecentrales en men kan er biodiesel van maken. Indonesië (palmolieplantages) en Brazilië (suikerriet) zijn de landen waar momenteel het meeste oerbos gekapt wordt (biodiversiteit). Kunnen we dan nog wel van duurzame energie spreken?

Ook koolzaad kan gebruikt worden voor zowel voedsel als brandstof alsmede industriële toepassingen. Om koolzaad te verbouwen heeft men zeer intensieve landbouw nodig met een hoog verbruik van kunstmest, herbicides en pesticides. In Europa wordt koolzaadolie al omgezet in biodiesel (ca. 40-60% van de productie) en dit heeft al geleid tot een toename van het landbouwareaal dat voor koolzaadproductie gebruikt wordt alsmede een toename van de koolzaadolieprijs. Het gevolg daarvan is dat de import van plantaardige olie gestegen is, inclusief palmolie en soja olie uit o.a. Indonesië en de USA.

In het artikel van Lester Brown “Supermarkets and Service Stations now Competing for Grain” laat deze zien dat de toename in graanproductie gebruikt zal worden om bioalcohol te maken, dus om auto’s te laten rijden hetgeen betekent dat er minder graan beschikbaar is voor voedselvoorziening. Men verwacht dat als gevolg hiervan de graanprijzen in de nabije toekomst zullen stijgen. Brazilië gebruikt rietsuiker om bioethanol te maken en zet momenteel de helft van zijn oogst om in bioethanol. De suikerprijs is ondertussen met 10% gestegen.

Literatuur:

  • ‘Het Dossier Biomassa’; De Ingenieur; 17 November 2006; p. 20-27.
  • Prof. Wim Soetaert: 'Mensen die van honger zullen sterven door onze biobrandstof? Onzin!'; EOS-Magazine; December 2006; p. 86-90
  • ‘Energy’s Future - Beyond Carbon’; Special Issue Scientific American; September 2006.

Internet:

27/10/2010