BIODIESEL Pierre Jacobs Faculteit Bio-Ingenieurswetenschappen
M2S Centrum Oppervlaktechemie en KATALYSE
Departement
hype of duurzame oplossing?
poging aanreiken elementaire technische bagage leek kan met kennis van zaken deelnemen maatschappelijk debat
1
reacties over verslag energiecommissie
Energiebevoorrading
De Standaard 18 November 2006
• voorraad: garantie van voldoende energie • betaalbaarheid
“Energiecommissie verdeeld over kernenergie”
• veiligheid emotionele benadering van problematiek
• komplexe problematiek • zakelijke (technische) technische benadering (B. Somers, “7de dag” 19/11/06)
2
De Standaard 4 november 2006 (Focus)
… 150 Nieuw-Zeelandse kiwis zijn even schadelijk (wat betreft CO2 uitstoot) als 15000 km rijden met nieuwe wagen …
De Standaard 18 november 2006)
zuinig rijden en verkeersbeheer kunnen meer opbrengen dan technologie
“Belasting op uitstoot doet vragne naar schone auto”
CO2 uitstoot volgens het transportmiddel (g/(ton.km) • boot:
10 - 30
• trein:
30
• wagen:
168 – 186
• vrachtwagen:
210 – 1430
• vliegtuig:
570 – 1580
3
De Standaard, dinsdag 7 november 2006, Bespaar zelf een ton broeikasgas
Evolutie CO2 uitstoot per sector 130 % t.o.v. 1990
energie 120
Grootste probleem blijft transport (en gebouwen)
industrie
110
gebouwen
100
transport landbouw
90
totaal 80 2003
2004
2005
… elke Vlaming draagt zijn steentje bij …
jaar
goede leerlingen: industrie en landbouw
… TON-contract: jaarlijks één ton CO2 besparen = ¼ van de gevraagde inspanningen gevraagd door Kyoto-periode richtlijn …
4
5 vóór of na 12 (?)
slagzinnen Hernieuwbare grondstoffen
Gl ob al W
to o Ky
arm ing
s a k i oe r B
ct e f ef
Hog e
bran
ri
en n lij t ch
dsto fpr
ijze n
Uitputting aardolievoorraden
5
http://www.epa.gov/climatechange/science/pastcc.html#causes veranderingen in CO2 concentratie in lucht en temperatuur gedurende de voorbije 400 000 jaar
Science 9 June 2006:Vol. 312. no. 5779, pp. 1485 -1489 The Pliocene Paradox (Mechanisms for a Permanent El Niño)
“drivers” •veranderingen in aardbaan • veranderingen in zonintensiteit • vulkaanerupties
Review The Pliocene Paradox (Me chanisms for a Permanent El Niño)
“feedbacks” •veranderingen in concentratie broeikasgassen • veranderingen in oceaanstromingen
6
5 vóór of na 12 (?) Hernieuwbare grondstoffen o ot Ky ric
arm ing
en
s a k i oe r B
ct e f ef
n lij ht
Gl ob al W
Hog e
bran
dsto fpr
ijze n
Uitputting aardolievoorraden
7
http://nl.wikipedia.org/wiki/Broeikaseffect
ruimte
40
CO2 equiv. CO2
1
CH4
23
N2O
269
CFK
150-12000
CF4
5700-11900
SF6
22200
235 W/m2 38% 67 energie in atmosfeer
452
62% … door zon ingestraalde energie (zichtbaar en UV) door aarde geabsorbeerd en teruggestraald als infrarode straling (warmte) … … bij aanwezigheid van broeikasgassen wordt terugstraling voor deel verhinderd … … balans tussen door zon ingestraalde en door aarde uitgestraalde energie verlegd … … gemiddelde temperatuur van aarde hoger …
168 492 bodem
broeikaseffect
8
http://www.hln.be/hlns/cache/det/art_288485.html?wt.bron=hlnBottomArtikels
Uitstoot broeikasgassen daalde licht in industriële landen In het algemeen is de uitstoot van broeikasgassen, en meer bepaald van koolstofdioxide (CO2), met 3,3 procent gedaald in de industriële landen tussen 1990 en 2004, aldus het United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). Deze daling werd hoofdzakelijk veroorzaakt door een reductie van 36,8 procent van broeikasgassen in verschillende landen in Centraal-Europa, die in een economische overgangsperiode zaten. In andere landen is de uitstoot daarentegen met 11 procent gestegen.
In de Europese Unie is de uitstoot met 0,6 procent gedaald. De afname was zwak in landen als Frankrijk (-0,8 procent) en Denemarken (- 1,1 procent). In GrootBrittannië (-14,3 procent) en Duitsland (-17,2 procent) was de terugname duidelijker. In de Zuid-Europese landen Portugal (+41 procent) en Spanje (+49 procent) steeg de uitlaat van broeikasgassen het meest. (afp)
De uitstoot van broeikasgassen is in Vlaanderen in 2005 sterk gedaald. De uitstoot lag in 2005 wel nog 1,9 procent hoger dan in 1990, maar toch is Vlaanderen op de goede weg om de Kyotodoelstelling - een daling van de broeikasgassen met 5,2 procent tegen 2012 - te halen. Dat zegt Vlaams minister van Leefmilieu Kris Peeters.
9
5 vóór of na 12 (?) Hernieuwbare grondstoffen Gl ob al W
arm ing
s a k i oe r B
ct e f ef
to o Ky Hog e
ri
en n lij t ch
bran
dsto fpr
ijze n
Uitputting aardolievoorraden
10
Uitputting aardolievoorraden crude oil productie en prijsevolutie prijs
aardolie productie
koolstof vormt de ruggengraad van de westerse maatschappij wat wanneer prizen hoog en beschikbaarheid laag zijn?
2050
jaar
11
http://www.eia.doe.gov/pub/oil_gas/petroleum/feature_articles/2004/worldoilsupply/oilsupply04.html
miljard vaten per jaar 60 40 20 0 2000 Jaarlijkse productiescenario’s van aardolie bij verschillende groeisnelheden en beschikbare hoeveelheden
2050
2100
“Earth's crude oil is a large but finite volume. Production may well peak within this century.”
“very nearly all of Earth's prolific petroleum basins are believed identified and most are partially to near-fully explored”
12
http://www.infoplease.com/ipa/A0872966.html
Aardgas reserves 2006
verbruik in 2003: 2.7 miljard m3
reserve = 64 jaar
http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/nat_gas.html
rang
land
bewezen reserves (miljard m3)
1
RUSLAND
47.6
2
IRAN
27.5
3
QATAR
25.8
4
SAUDI ARABIE
6.8
5
ARAB. EMIRATEN
6.1
6
USA
5.5
7
NIGERIA
5.2
8
ALGERIJE
4.6
9
VENEZUELA
4.3
10
IRAK
3.2
11
INDONESIE
2.8
12
NOORWEGEN
2.4
17
NEDERLAND
1.8
TOTAAL
173.0
13
vijf vóór 12 (?) Hernieuwbare grondstoffen Gl ob al W
arm ing
s a k i oe r B
ct e f ef
to o Ky Hog e
ri
lij t ch
bran
n e n
dsto fpr
ijze n
Uitputting aardolievoorraden
14
Kyoto-richtlijn
http://ec.europa.eu/environment/climat/emission/ pdf/dir_2004_101_nl.pdf
in december 1997 …… Europese Unie akkoord verleend om tussen 2008 en 2012 uitstoot van opwarm- of broeikasgassen te herleiden tot een niveau 8 % beneden dat van 1990 de beoogde gassen ….. koolstofdioxide, methaan, (di)stikstofoxides, en drie ozonafbrekende fluorokoolstoffen …… protocol belangrijke stap voorwaarts in strijd tegen opwarming …. bindende en gekwantificeerde doelstellingen voor beperking en vermindering van uitstoot van broeikasgassen maatregelen • intensifiëring of invoering van beleid op nationaal niveau ter vermindering van uitstoot • verhoging van het energierendement • bevordering van vormen van duurzame landbouw • ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen • samenwerking verdragspartijen • informatie uitwisseling • beleidscoördinatie • samenwerkingsmechanismen zoals verhandelbare emissiequota
15
5 vóór of na 12 (?) Hernieuwbare grondstoffen Gl ob al W
to o Ky
arm ing
s a k i oe r B
ct e f ef
Hog e
bran
ri
en n lij t ch
dsto fpr
ijze n
Uitputting aardolievoorraden
16
http://www.petrolfed.be/dutch/cijfers/evolutie_maximumprijzen.htm
Evolutie gemiddelde maximumprijzen petroleumproducten
Euro/l
1,5 Euro 95
1
Diesel 0,5 0 1985
gasolie 1990
1995
2000
2005
2010
tijd
meer dan verdubbeld in de beschouwde periode
17
5 vóór of na 12 (?) Hernieuwbare grondstoffen Gl ob al W
to o Ky
arm ing
s a k i oe r B
ct e f ef
Hog e
bran
ri
en n lij t ch
dsto fpr
ijze n
Uitputting aardolievoorraden
18
de KOOLSTOF (C) maatschappij
Het energieplaatje
• warmte • beweging Lucht (zuurstof (O2) en stikstof (N2))
energie
• chemische reacties
CxHyOz + S, N onzuiverheden
Biomassa (hernieuwbare C) • bioteelten • organisch afval
Fossiele grondstoffen • petroleum (crude oil) • aardgas (natural gas) • leisteenolie (shale oil)
x CO2 + y H2O kooldioxide + water SOX + NOX zwaveloxides en stikstofoxides
zure regen
19
Hernieuwbare C via fotosynthese
http://www.vcbio.science.ru.nl/virtuallessons/leaf/ photosynthesis/
energie lucht
+
uitlaatgassen
plantchlorophyl
CO2
biomassa
groene kooldioxide
(hernieuwbare C)
en water oliën (triglycerides) + reserves (zetmeel) + cellulose
waaier producten (bioteelten) 6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
kooldioxide + water
suiker + zuurstof zonlicht
planten: efficiënte zonnecellen
20
http://www.vilt.be/gevilt/detail.phtml?id=365
Biomassa, de groene grondstof, in Vlaanderen? • korte-omloophout (aanplantingen (10.000 tot 20.000 stekken per ha) van wilg of populier , na drie tot vijf jaar geoogst) • weinig gekend over rendabiliteit van teelt op bedrijfsniveau • rendabiliteit, vraag, inschakeling in teeltplan en rechtszekerheid onder studie • in Vlaanderen quasi geen energieteelten integenstelling tot omringende landen, • extensieve teelt: 8-12 droge stof/ha; intensief: 20-25 ton/ha onder Bosdecreet ? ( gevolgen voor bemesting en gewasbeschermingsmiddelen) • de betere landbouwgronden moeten benut voor hoge opbrengsten halen (klassieke teelten?)
ingedeeld in twee soorten: • gewassen specifiek geteeld voor productie van energie • hout • suiker-, zetmeel- en oliehoudende gewassen (suikerbieten, granen en koolzaad) • olifantengras of Miscanthus • korte-omloophout (wilg, populier). • allerhande organische reststoffen of bijproducten van productieprocessen: • houtafval, • resten van akkerbouw- en tuinbouwgewassen • GFT en groenafval, mest, waterzuiveringsslib, huishoudelijke afval
21
Werking: 4-stroke diesel engine
http://www.howstuffworks.com/diesel.htm
http://www.chevron.com/products/prodserv/fuels/bulletin/diesel/L2_6_fs.htm http://www.buchli.nl/content.php?p=5&id=37
http://www.autokompas.nl/archief/1998/04/Co mmon_Rail_Systeem_PSA.html
1. inname lucht 2. compressie lucht 3. fuel injectie en zelfontverbranding (geen vonk nodig) 4. verwijderen exhaust gas COMMON RAIL INJECTIESYSTEEM • hoge druk inspuitsysteem (1500 Bar) neemt plaats in van brandstofpomp • hoge inspuitdruk: verneveling van ingespoten brandstof optimaal
vermogen neemt toe, brandstofverbruik en uitstoot nemen af
22
Petrodiesel
http://www.chevron.com/products/prodserv/fuels/bulletin/diesel/L2_1_fs.htm
mengsel van moleculen met verschillende vries- en kooktemperaturen CH2
een paraffine keten
C
distillatie van ruwe petroleum: middle distillate hexadecane (of cetane) paraffine
C16H2n+2
distillatieprofiel van een typische diesel fuel
%
400
8 °C 4
200
10
16 koolstofgetal n (CnH2n+2)
22
20
40
60
80
%
23
Petrodiesel Cetaangetal • een diesel met hoog cetaangetal heeft korte ignition delay period • bij koude start: lange ignition delay en cold smoke
een diesel met laag cetaangetal biedt weerstand aan zelfontbranding stoot veel onverbrande koolwaterstoffen uit (langere ignition delay period)
http://www.chevron.com/products/prodserv/fuels/bulletin/diesel/L2_2_fs.htm
Cetane Number: maat voor snelheid van zelfontbranding van petrodiesel onder werkvoorwaarden van dieselmotor na injectie in cilinder komponent
koolwaterstofklas
formule
Cetaan getal
dekaan
n-paraffine
C10H22
76
pentadekaan
n-paraffine
C15H22
95
hexadekaan
n-paraffine
C16H34
100
eicosaan
n-paraffine
C20H42
110
heptamethylnonaan
isoparaffine
C16H34
15
methylnaftaleen
aromaat
C11H10
0
biphenyl
aromaat
C12H10
21
tetradecylbenzeen
Alkylaromaat
C20H34
72
lineaire paraffinen zijn ideale diesel komponenten vertakte paraffinen hebben laag cetaan getal, en zijn ideale benzine komponenten (zoals aromaten)
24
http://www.chevron.com/products/prodserv/fuels/bulletin/diesel/L2_5_1_fs.htm
Diesel fuel properties:
koude start (onmiddelijk effect)
• cetane number • low temperature operability • stability • lubricity • density • viscosity • sulfur (S) • volatility • flash point
kristallisatie van wassen in filters en leidingen bij koude temperatuur (cloud point and pour point) (onmiddellijk effect) vormen van neerslag in fuel (lange-termijn effect) lange-termijn effect op dieselpomp en injectoren onmiddellijk effect op energieinhoud (heating value) onmiddellijk effect op atomiseerbaarheid
motor performantie motor performantie en veiligheid bij verhandelen
SOX en roetvorming
25
PetroDiesel Additieven • opdrijven motorperformantie
http://www.chevron.com/products/prod serv/fuels/bulletin/diesel/L2_7_fs.htm
cetaan improver + (0.05 – 0.4%) → + 3-8 cetaan 2-ethylhexylnitraat of ditertbutylperoxide (onstabiel / explosief)
• smerende additieven
detergent (50-300 ppm)
• schuimonderdrukkers
organosiliconen (< 5 ppm)
• verbeteraars lage temperatuurgedrag
antivries (alcoholen; polyolen)
• antioxydantia
idem als in voedingsindustrie (10 – 80 ppm)
• stabilisatoren
sterk basische amines reageren met zure componenten (50 - 150 ppm)
• metaal deactivatoren • biociden • reinigen van injectoren • corrosie-inhibitoren • disperserende agentia
biodiesel heeft werking van een aantal additieven (in groen)
tegen bacteriën, gisten … (toxisch : 200-600 ppm) vetzuren (10-50 ppm) of vetzuuresters (50-250 ppm) tegen verstopping injectoren en filters (15 – 100 ppm)
onderzoek naar duurzame syntheseroutes voor niet-groene additieven vereist
26
History Basics Production Analysis Properties Emissions
AOCS Press 2006 Champaign, Il
Current Status of Industry Alternative Fuels Glycerol
1
Search naar “biodiesel” http://www.standaard.be/Archief/Zoek/Index.aspx?trefwoord=biodiesel
De Standaard 8/11/06
Resultaten 1 - 15 van 118 voor biodiesel België heeft meer dan 260.000 hectare landbouwgrond nodig om ervoor te zorgen dat tegen 2010 5,75% biobrandstoffen kan worden gemengd …België zeker aangewezen zijn op buitenlands koolzaad. 10/11/2006 Worden algen groen succesverhaal? Het Gentse technologieontwikkelingbedrijf SBAE wil biodiesel en voedingssupplementen aanmaken door middel van algen. 08/11/2006 … richtlijn 2003/30/EG, die de lidstaten verplichtte om een klein stukje biobrandstoffen toe te voegen … vanaf 2005. … lidstaten (Duitsland, Frankrijk, Zweden) … stabiele afzetmarkt voor hun biobrandstoffen. In België moest alles nog beginnen. 08/11/2006 - Jacinta De Roeck Koolzaad verbouwen voor biodiesel zag de landbouwer niet zitten, wintertarwe als 'energieteelt' wel. 06/11/2006 - (mty) De wegvervoerders moeten door de trage komst van biodiesel meer accijns betalen. 04/11/2006
http://www.vrtnieuws.net/nutchvrt/search.do - "Het is nog even wachten op biodiesel" Vanaf november biodiesel aan de pomp "Wel verhoogde accijns, geen biodiesel" ... om de hogere productiekosten van biodiesel te compenseren. Biodiesel is duurder dan gewone diesel
De regering profiteert van het feit dat er nog geen biodiesel kan getankt worden. Dat zegt de Vlaamse transportorganisatie SAV. 03/11/2006 De maximumprijzen voor diesel aan de pomp zijn gisteren verhoogd. Een liter zwavelarme diesel mag sinds gisteren hoogstens 1,056 euro kosten (+1,20 cent), een liter gewone diesel 1,051 euro (+1,30 cent). Vandaag … biodiesel aan de benzinepomp. … pas over enkele weken verkrijgbaar … 01/11/2006 Biobrandstoffen duwen dieselprijs omhoog 20/10/2006 - (pse)
Bioro wil biodieselfabriek in Gentse haven
2
Wat is biodiesel?
http://www.biodiesel.org/resources/ biodiesel_basics/default.shtm
een zuiver brandende alternatieve brandstof • geproduceerd uit hernieuwbare grondstoffen • te gebruiken in diesel motoren zonder modificatie • biodegradeerbaar, niet-toxisch, bijna vrij van S en aromaten
Biodiesel kan gemengd met Petroleum diesel (Petrodiesel) in alle verhoudingen : • B100: zuivere biodiesel • B20: mengsel van 20 biodiesel en 80% petrodiesel • B05 sinds 23/11/06 aan (sommige) Belgische pompen
3
Biodiesel Samenstelling
• Fatty acid methyl esters (FAME) (vetzuur(m)ethylesters (uit triglyceride) O OCH3 C16: petrodiesel
• Pure vegetable oil (PPO) (triglyceride)
4
de eerste biodiesel Belgisch Octrooi 4228777 (aug. 31 1937) Chavanne, G., U. Brussel Procédé de transformation d’huiles végétales en vue de leur utilisation comme carburants
Chavanne G., Bull. Soc. Chim. Belg. 10, 52-58 (1943) Sur un mode d’utilisation possible de l’huile de palme à la fabrication d’un carburant lourd dans les moteurs à combustion interne Van den Abeele, M., Bull. Agric. Congo Belge 33, 3-90 (1942) Matière première pour la préparation d’un carburant lourd utilisable dans les moteurs à combustion interne
Bereiding van ethylesters uit plantaardige olie beschreven uit palmolie en bioethanol (CN = 83) Andere oliën en methanol zijn eveneens geclaimd
Eerste testen met lijnbus beschreven: • Brussel-Leuven, Zomer 1938 • mengsels met gewone fuel beschreven • succesvolle test gemeld
Eerste vermelding term BIODIESEL: • Wang, R., Development of biodiesel fuel, Taijangneng Xuebao, 9, 434-436, 1988 (Chem. Abstr. 111: 26233 (1989))
5
Biodiesel via transesterificatie reactie
(bio-) methanol
glycerol
FAME Basische Kata 1%
PPO : triglyceride
6
Productie biodiesel
geoogst product van energieteelt
http://journeytoforever.org/biodiesel_yield.html#oils_esters
1 - 5% NaOH in methanol
persen plantaardige olie (triglyceriden)
(koolzaadbloemen; sojabonen; zonnebloempitten; ….)
90 – 125 °C
methylester van vetzuur (B100)
transesterificatie basisch gekatalyseerde reactie van triglyceriden en (m)ethanol
Koolzaad
37
mais
145
Soja
14
palmolie
5000
zonnebloem
32
koolzaad
1000
kopra
62
soja
375
Olie extractie (kg) per 100 kg grondstof
kg olie/ha
7
Veranderende Emissies van BIODIESEL t.o.v. PETRODIESEL
Emissiereducties (%) van Biodiesel(mengsel) • het gehalte onverbrande koolwaterstoffen, CO, roet en poly-aromaat-emissie daalt significant • de ozone-smog vorming is sterk gereduceerd • sulfaat- en SOX-vorming (hoofdkomponenten van zure regen) is sterk gereduceerd • NOX emissie stijgt lichtjes (NOX eliminatie technologieën kunnen gebruikt, die niet werken met Sbevattende petrodiesel
vergeleken met petrodiesel (USA EPA: Env. Protection Agency)
B100
B20
onverbrande kwst
67
20
CO
48
12
Roetpartikels
47
12
NOX
-10
2 – (-2)
Ozone smog
50
10
Polycyclische aromaten
80
13
Sulfaten, SOX
100
20
8
Biodiesel: voor- en nadelen
http://www.biofuelsystems.com/information.htm Nadelen: • verhoogde NOX • beschikbaarheid van fuel en gronstof
Voordelen: • grondstof hernieuwbaar • C(O2)-neutraal • niet-toxisch
• maatschappelijk (ethisch) probleem: fuel, feed, forest • slechte kwaliteit kan motorschade veroorzaken
• te gebruiken in niet-gemodificeerde motor • sterk gereduceerde emissies
Vlaanderen : beschikbaarheid gronden
• biodegradeerbaar
• in 2010: 5.75% biodiesel in petrodiesel
• hoger flashpunt (veiliger stockage en transport)
• hiervoor 1.2 miljoen ton koolzaadolie nodig
• te mengen met petrodiesel in elke verhouding
• hiervoor areaal van 265000 – 340000 ha nodig
• eenvoudig te maken
• in 2004: 6000 ha koolzaad
• barbecue uitlaatreuk
• haalbaar areaal: 50000 ha (± 17%) (+ 10002000 arbeidseenheden)
• stijgende voordeelsgraad met stijging van % bijmenging
9
http://www.gave.novem.nl/figuur025/faq_dutch.html#punt6 http://www.ppo.be/index.asp?p=100&l=1
Energie-inhoud fuels (kWh/l)
1 kWh • hoeveelheid stroom die in één uur geproduceerd kan worden door centrale met capaciteit van één kilowatt.
benzine
10.0
petrodiesel
8.6
biodiesel
9.0
PPO
9.2
• elektriciteitsverbruik in een bepaalde periode (3000-3500 / gezin)
http://www.biodiesel.org/resour ces/fuelfactsheets/default.shtm Densiteit (g/cm3)
Performantie
waterstof bij -253°C : 2.3 kWh/l
Energieinhoud (kJ/m3)
Verschil ΔE met petrodiesel (%)
Petrodiesel
0.850
36130
-
Biodiesel
0.880
33005
8.65
B20
0.851
36068
1.73
10
Specificaties FAME Biodiesel
http://www.biofuelsystems.com/information.htm
(vetzuuresters) EU
USA
PetroDiesel
ASTM D6751
EN 590:1999
Specificatie
eenheden
EN 14214:2003
densiteit 15°C
g/cm3
0.86-090
viscositeit 40°C
3.5-5.0
flashpunt
°C
S (max.)
0.82-0.845 1.9-6.0
2.0-4.5
120
130
55
mg/kg
10
15
350
C resid. (max.)
wt %
0.3
water (max.)
mg/kg
500
500
200
51
47
51
Cetaan (min.)
0.3
contam. (max.)
mg/kg
24
ester (min.)
wt %
96.5
methanol (max.)
wt %
0.2
triglyceride (max.)
wt %
0.2
monoglyceride (max.)
wt %
0.8
diglyceride (max.)
wt %
0.2
glycerol (max.)
wt %
0.25
0.24
120
115 10
joodgetal (max.) fosfor (max.)
mg/kg
10
Linoleen (max.)
wt %
12
24
11
Reactie van (vetzuur)ester met alcohol = alcoholyse of tranesterificatie
Mono- & diglycerides O H 2C
O
C
R1
HC
O
R2
H 2C
O
C O C
OH
R 1 COOR
+
R3
OH
+
R 2 COOR
3 ROH
OH
R 3 COOR
O
monoglycerides
O
O
H2C
O
C
R1
HC
O
R2
H2C
O
C O C
R3
+
2
OH
H2C
O
OH
HC
OH
OH
H2C
OH
C
O
O R1
+
H2C
O
HC
OH
H2C
OH
C
R2
+
H 2C
O
HC
OH
H 2C
OH
C
R3
O
alle reacties zijn evenwichtsreacties
12
Opbrengstplaatje voor koolzaadolie
4,5 tot 6 kg zaaigoed per hektare
http://www.biodiesel.org/resources/ fuelfactsheets/default.shtm door bijenactiviteit (bijenfokkers zetten hun korven naast akker) kan koolzaadoogst tot 20% verhoogd
3.800-5.000 kg zaad = ca. 3900-4800 liter koud geperste olie
+
2.600-3.400 kg koolzaadschroot 2.500-4.000 kg koolzaadstro
goed voor ± 42.000 km bij verbruik van 8l/100km
13
L. Speleers, BIORO NV
Energie-input: Energie-input: •Landbouwteelt •Landbouwteelt •Transport/Opslag •Transport/Opslag
-12.000 -12.000 MJ/ha MJ/ha -1.000 -1.000 MJ/ha MJ/ha
•Processing •Processing
-17.000 -17.000 MJ/ha MJ/ha
•TOTAAL •TOTAAL
-30.000 -30.000 MJ/ha MJ/ha
Energie-output: Energie-output: •• Biodiesel Biodiesel
74% netto opbrengst
•• Coproducten Coproducten
+54.000 +54.000 MJ/ha MJ/ha +61.000 +61.000 MJ/ha MJ/ha
•• TOTAAL TOTAAL
+115.000 +115.000 MJ/ha MJ/ha
Energie-output/energie-input: Energie-output/energie-input: 3,7 3,7
14
Winter FAME biodiesel
http://journeytoforever.org/biodiesel_winter.html
• gelling temperatuur (4-5°C)
• toevoeging van petrodiesel aditieven
• winterisatie (-4 tot -5°C gelling temperatuur )
• verwarmen fuel tank, leidingen, filters, dieselpomp
type
MP (°C) olie
MP (°C) Meester
MP (°C) Etester
Joodgetal
Cetaangetal
koolzaad
-5
-10
-12
110-115
55
zonnebloem
-18
-12
-14
125-135
52
olijfolie
-12
-6
-8
77-94
60
sojaolie
-12
-10
-12
125-140
53
maisolie
-5
-10
-12
115-124
53
kokosolie
20-40
-9
-6
8-10
70
palmolie
30-38
14
10
44-58
65
rundsspek
35-40
16
12
50-60
75
varkensspek
32-36
14
10
60-70
65
15
http://journeytoforever.org/biodiesel_yield.html#oils_esters http://journeytoforever.org/biodiesel_svo.html
Joodgetal (IV): aantal dubbele bindingen in triglyceride; 1 molecule I2 reageert met één dubbele binding; aantal dubbele bindingen bepaalt het smeltpunt
meer dubbele bindingen in methyl(ethyl)-esters: lager stolpunt van biodiesel (wordt vast bij lagere temperaturen)
Hoge IV waarden: onstabiele olie : doorbreken van ketens; polymerisatie van ketens tot plastische vaste stof (clouds); IV < 100: leeftijd van motorblok, dieselpomp en injector dalen drastisch
16
Food, Fuel, (Forest)
http://journeytoforever.org/biofuel_food.html
Biomass / biofuel productie : drijft landbouw weg van voedselproductie ?
Typische objecties tegen biofuels: • meer areaal voor energieteelten voor biofuels, minder voor voedselproductie
Typische antwoorden:
• tekort aan voedselproductie aangescherpt
• voldoende voedsel (± 2 kg/persoon) two and a half pounds of grain, beans and nuts, about a pound of fruits and vegetables, and nearly another pound of meat, milk and eggs • tekorten omwille van economische systemen eerder dan omwille van overpopulatie en schaarste (belang van exportpolitiek) • na extractie uit grondstof van olie blijft een proteine-rijke cake • plaatselijk gegroeide energie-teelten doen de afhankelijkheid van en cash-uitgaven voor geïmporteerde fuels dalen
17
BIOFUELS EERSTE of TWEEDE GENERATIE CO2 reductiepotentieel van biobrandstoffen
http://www.gave.novem.nl/figuur025/faq_dutch.html Productie van biofuels verbuikt energie en produceert CO2
Biofuels klimaatneutraal (netto geen CO2 emissie)
50% max.
Eerste generatie biofuels
ETBE: ethyl tert. Butyl ether (50% bioethanol)
biodiesel & bioethanol, PPO)
Tweede generatie biofuels
90%
Cellulose-ethanol:
Pyrolyse-olie:
fermentatiehoutachtig deel van gewassen
pyrolyse (hoge temperatuur (300700°C) in afwezigheid van lucht
18
BIOFUELS TWEEDE GENERATIE CO2 reductiepotentieel van biobrandstoffen
http://www.gave.novem.nl/figuur025/faq_dutch.html
Productie van biofuels verbuikt energie en produceert CO2
Biofuels klimaatneutraal (netto geen CO2 emissie)
technologisch mogelijk Tweede generatie biofuels
Compositie Petrodiesel
Bio-FT-Diesel: Groene diesel
90%
Fischer-Tropsch (FT) Diesel
Sun Diesel (CHOREN) FT katalyse met ijzeroxide
geen S synthesegas vergassen zuiveren
CO, CO2, H2
Biomassa
19
PPO
http://www.emis.vito.be/mobiliteit/index.asp?pageChoice=Biomotor&Bc=Brandstoffen http://nl.wikipedia.org/wiki/PPO
nadelen van PPO:
PPO = PURE PLANT OILS • bruikbaar als biodiesel in dieselmotoren • niet ondersteund door constructeurs, zeker niet voor nieuwste generatie inspuitsystemen Rudolf Diesel, de uitvinder dieselmotor, liet in 1897 zijn eerste dieselmotor al op pindaolie lopen.
5-10% PPO mengbaar met petrodiesel ombouwen dieselmotoren (vooral oudere modellen) voor PPO • kost vrij hoog 3000-5000€ (voor personenwagen) • lange termijn effecten onduidelijk
• hoge viscositeit (stroperig) en lage vloeibaarheid bij lage temperaturen • betrekkelijk laag cetaangetal (~35 i.p.v. 50 voor biodiesel) • sterke neiging tot het vormen van afzettingen in verbrandingsruimte en op injectoren
inspuitmoment gewijzigd andere verstuivers gemonteerd (of ook andere inspuitpomp) meestal gebruikgemaakt van 2-tanksysteem + brandstofverwarming om viscositeit PPO te verlagen (originele verstuivers en inspuitpomp blijven) • starten op (bio)diesel) • motor op bedrijfstemperatuur: overgeschakeld op PPO • warmte van motor benut om PPO te verwarmen (dunner) • op bedrijfstemperatuur is verbranding van PPO goed
20
BIOFUELS TWEEDE GENERATIE opslag, distributie zoals LPG agressief voor kunststoffen: aangepaste motordichtingen
biomassa
bestaande grootschalige technologieën synthesegas
katalysator 1
(bio)methanol CH3OH
katalysator 2
bio-ether dimethylether CH3OCH3
21
http://www.euractiv.com/en/taxation/fuel-taxation/article-117495
Prijsstructuur (€/l) van petrodiesel en biodiesel De minimum accijnstarieven, die sedert de inwerkingtreding van Richtlijn 92/82/EEG niet meer zijn gewijzigd, bedragen (in euro per 1 000 liter): Gelode benzine Ongelode benzine Gasolie
337 287 245
http://register.consilium.eu.int /pdf/nl/02/st11/11571nl2.pdf
Petrodiesel
Biodiesel 1
Biodiesel 2*
0,238**
0,550**
0,550
Marge + distributiekost
0,139
0,139
0,139
Accijnzen + energietaksen
0,333
0,333
0,00
BTW
0,162
0,215
0,145
TOTAAL
0,872
1,237
0,834
Basisprijs
* biodiesel met taxvrijstelling; **eind 2004
J. Speleers, BIORO NV
door door accijnsvrijstelling accijnsvrijstelling wordt wordt biodiesel biodiesel competitief competitief met met petrodiesel petrodiesel
22
the hydrogen (H2) society http://www.shell.com/home/Framework?siteId=hydrogen-en&FC2=/hydrogenen/html/iwgen/ultimate/zzz_lhn.html&FC3=/hydrogen-en/html/iwgen/ultimate/ultimate_fuel_0111.html
Hydrogen: • non-polluting, safe and sustainable fuel • does not emit greenhouse gases • does not contribute to global warming • does not affect the quality of the air • to power our homes, cars, efficiently and economically • derived from renewable energy sources • one by-product - clean, distilled water
• biomass to H2 • hydrogen becomes a storable fuel used when needed to run fuel cells; • these will provide electricity and power vehicles. • waste product of the fuel cells is pure water
23
http://www.shell.com/home/Framework?siteId=hydrogen-en&FC2=/hydrogenen/html/iwgen/ultimate/zzz_lhn.html&FC3=/hydrogen-en/html/iwgen/ultimate/ultimate_fuel_0111.html
proton-exchange-membrane (PEM) fuel cell: • lightweight, low-cost, high-performance characteristics on the highway. • working at relatively low temperatures (80 to 100°C) • hydrogen and atmospheric oxygen are introduced on separate sides of a membrane
Electrons cannot cross the membrane and are forced to take a longer route through wiring outside the cell. The membrane allows hydrogen ions (protons) to pass unimpeded to combine with oxygen to form water.
Like battery power generation, they produce electricity. Innovation is also rapidly lowering the costs of fuel-cell production, for example by cutting the need for expensive catalysts within the cell.
24
Conclusies • biodiesel waarschijnlijk niet de ultieme oplossing • biomassa generatie is cruciaal • een globaal probleem • geen oplossingen uitsluiten • research
365 tips opdat elke Vlaming per jaar zijn 1000 kg CO2 zou kunnen besparen
25
