Hout als brandstof (biofuels)

Datum: november 2003

Principe:

Door hout te pyroliseren produceren we gassen en chemicaliŽn die als brandstof kunnen dienen.

Materiaal:

  • Houtspaanders (bv luciferhoutjes)
  • Reageerbuizen
  • Kurken met gat
  • Glasbuizen
  • Spiritusbrander
  • Driepoot
  • pH papiertjes
  • Horlogeglas

Uitvoering:

  • Neem een fiks aantal lucifers en haal er de koppen af. 

  • Doe de houtspaanders een droge reageerbuis.

  • Bouw de opstelling verder op zoals weergegeven in de schets hiernaast.

  • Verhit de houtspaanders.

  • Observeer.

  • Als er gas ontwijkt uit de glazen buis met vernauwing houdt er dan een aansteker vlam bij en observeer.

  • Houdt een pH papiertje bij de overgedestilleerde vloeistof.

Resultaten:

De houtspaanders worden steeds donkerder. We zien ook dat zich naast dichte (wit) gas  vorming ook vloeistofdruppels vormen die condenseren in de buis.

Gas stroomt over naar de tweede buis en er begint zich daar ook een vloeistof te vormen. Indien we een aanstekervlam bij het uiteinde van de open spitvorming buis houden ontsteekt het gas steeds even. Dit is echter moeilij te zien. Het helpt om de buis even te verwarmen met heet water dan krijgt men kleine steekvlammen.

 

Na het experiment is het hout volledig verkoold. De overgedestilleerde vloeistof is zuur.

Discussie en conclusie:

Bij het (droog) verhitten van hout ontstaan brandbare gassen. Het gedeelte van het hout dat achterblijft is houtskool. De bruine olieachtige overgedestilleerde vloeistof is zuur.

De bruine overgedestilleerde vloeistof noemt men houtteer en deze bevat azijnzuur dat verantwoordelijk is voor de zuurheid van het mengsel. Ook wordt methanol gevormd dat we echter niet hebben aangetoond. 

Houtteer bevat water, ca. 1-3% methanol, ca. 10% azijnzuur en, ca. 0.5% aceton. Deze chemicaliŽn zijn uitermate geschikt als grondstof om weer andere chemicaliŽn te maken.

Hout bestaat voornamelijk uit koolstofverbindingdingen die bij verhitten onder uitsluiting van lucht omgezet worden in (voor een deel) waardevolle koolwaterstoffen. Verhitten onder uitsluiting van lucht noemt men een droge destillatie (ook wel pyrolise genoemd). Houtteer bedraagt ongeveer een achtste van de hoeveelheid hout waaruit ze gewonnen is door droge destillatie. Door de teer lang te laten staan verkrijgt men "uitgezakte teer" waaruit men door destillatie een creosootfractie kan winnen. Deze creosootfraktie bevat veel fenolen.

Opmerkingen:

  • De droge destillatie van steenkool vertoont grote overeenkomst met de hier uitgevoerde pyrolyse van hout.

  • Methanol werd vroeger in het groot uitsluitend verkregen door droge destillatie van hout. Ruwe methanol wordt ook wel houtgeest genoemd.

  • Deze methode is uiteraard ook geschikt om actieve kool te maken.

  • Dit type houtvergassing werd in de tweede oorlog gebruikt om gas te genereren die als brandstof diende voor de auto (houtvergasser, gasgenerator). 

  • Volgens Alders levert vooral beukenhout veel houtteer.

  • Het zo gemaakte houtkool kan ook weer als energiebron dienen als het verbrand wordt.

Literatuur:

  • Kurt Waselowsky; 'KOSMOS Chemie C3000 Experimentieranleitung'; Franck-Kosmos; 2002;  p. 134.
  • J.C. Alders; 'Jongens en Scheikunde';  Thieme; 3de druk (1941); 1936; p. 255.
  • J.F. van Oss, C.J.van Oss; 'Warenkennis en Technologie'; J.H. de Bussy; 6de druk 1957; p. 208.
  • A.F. Holleman; 'Leerboek der Organische Chemie'; J.B. Wolters; 17de druk 1955; p.73.
  • N.J.A. Taverne; 'Chemie voor iedereen'; L.J.Veen; 2de druk; p. 129,130.
  • Robert Brent; 'Het gouden boek van Scheikunde Proeven'; De Bezige Bij; 1961 ;p. 89.

 Relevante websites:

Achtergrondinformatie:

Biobrandstoffen zijn brandstoffen die gemaakt zijn uit biomassa. Biomassa zijn alle planten, gewassen en bomen die direct of indirect worden gebruikt voor de energieopwekking. De momenteel meest gebruikte biobrandstof is ethanol. Ethanol kan bereid worden uit suikers (bv rietsuiker) dmv gisting,. Dit proces is echter niet erg efficiŽnt aangezien het houtachtige deel van de gewassen weggegooid wordt. Momenteel wordt er juist veel research gedaan om het houtachtige deel (cellulose) om te zetten in suikers. Aan het gebruik van alcohol als brandstof zit ook een nadeel. De energie-inhoud per volume-eenheid is vergeleken met benzine relatief laag en alcoholen zijn ook minder vluchtig hetgeen vooral in een koud klimaat problemen kan opleveren.  

Biobrandstoffen kunnen de toename van CO2 in de lucht reduceren (en zo dus het broeikas effect) aangezien de brandstof gemaakt wordt van planten die op hun beurt weer kooldioxide uit de lucht opnemen gedurende de fotosynthese. Biobrandstof zou volledig 'renawable' zijn als er geen externe energie nodig was (dan zou gelden:energie benodigd voor productie = energie vrijgemaakt bij verbranding). Helaas is dat nog niet zo voor het verbouwen, oogsten en produceren van planten is nog altijd meer energie nodig dan het proces oplevert. Daarnaast is er ook nog een aanzienlijk landbouwoppervlak nodig om de  biobrandstofplanten in grote hoeveelheden te kunnen produceren.

Literatuur:

  • Shell International BV; 'Alles over brandstoffen - Van productie tot gebruik''; Januari 2003; p. 17.
  • P.A. Okken; 'Autobrandstoffen van de toekomst'; Natuur en Techniek; 1 61 1993; p. 12...
  • J. Emsley; 'Energie en brandstoffen'; Natuur en Techniek; 9 62 1994; p. 6000..
  • R. Ceulemans, W. Deraedt; 'Biomassa snelgroeiende energie'; Natuur en Techniek; 7 65 1997; p. 22...

15-01-2017