De brandstoffen die we momenteel vooral gebruiken voor onze energievoorziening noemen we fossiele brandstoffen. Voorbeelden hiervan zijn aardgas, steenkolen en aardolie. Deze chemische verbindingen bestaan uit een bonte verzameling organische koolwaterstoffen die een hoge energie-inhoud hebben. Dat betekent dat bij verbranding van deze stoffen veel energie vrij komt. Onderstaand filmpje geeft je een goed beeld hiervan. In de Eerste Golfoorlog staken Iraakse troepen bij het terugtrekken massaal Kuweitse oliebronnen in brand. In het filmpje kun je zien hoeveel energie er vrij komt wanneer je olie in brand steekt.
Fossiele brandstoffen ontstaan wanneer dode organismen gedurende miljoenen jaren ondergronds worden blootgesteld aan hoge druk en temperatuur. Dit zorgt voor een chemische verandering van dit dode organische materiaal, waardoor aardolie, methaan en steenkolen ontstaan. De benzine die je vandaag in je tank gooit was dus miljoenen jaren geleden een levend wezen, zoals een alg, een bacterie, een plant of een dinosaurus.
De industriële revolutie
Deze zeer sterke stijging valt samen met de start van de Industriële Revolutie. Deze begon ongeveer rond 1760 in Engeland. Vanaf ongeveer 1800 volgt het Europese vasteland. Vooral het huidige België, en dan met name het Franssprekende deel, industrialiseerde in zeer hoog tempo. Staal werd op grote schaal geproduceerd in Luik en Charleroi. In de oude Vlaamse steden, zoals Gent en Ieper, ontstond een bloeiende katoen- en vlasindustrie. Nederland, van oudsher een handelsland en geen productieland, hobbelde hier traag achteraan. Pas vanaf 1850 komt de Industriële revolutie ook hier goed op stoom.
Voor 1800 draaide de wereldeconomie vooral op mens- en dierkracht. Na de uitvinding van de stoommachine veranderde dit snel. Het resultaat is een zeer sterke toename van het gebruik van met name steenkool om machines aan te drijven en voor de productie van staal uit ijzererts. Bij de verbranding van de fossiele brandstof steenkool komen grote hoeveelheden broeikasgassen vrij. Het resultaat hiervan zie je in bovenstaande figuur.
Vanaf 1855 ontstaan de eerste olieraffinaderijen, waardoor aardolieproducten, zoals benzine, langzaam steenkool verdringen als belangrijkste energiebron. Ook de uitvinding van de personenauto met verbrandingsmotor in 1886 door Karl Benz, zorgt voor een stijgende vraag naar olie en olieproducten.
De Benz Patent-Motorwagen uit 1886. De eerste echte personenauto.
Aardolie en de moderne economie
Uit aardolie worden niet alleen maar brandstoffen gewonnen. Ook voor de productie van bijvoorbeeld asfaltbeton en plastics wordt momenteel vooral gebruik gemaakt van aardolie als grondstof. We zijn dus niet alleen enorm afhankelijk van aardolie om onze auto’s te laten rijden en onze huizen te verwarmen, maar ook om plastics te produceren. Zonder aardolie heeft onze economie momenteel dus een enorm probleem.
Het is dan ook niet zo vreemd dat de olieprijs een gigantisch effect heeft op de wereldeconomie. Een stijging in de prijs van olie, betekent immers direct een stijging in de prijs van producten die uit olie worden gewonnen, zoals benzine en plastics. Een stijging in de benzineprijs betekent ook een stijging in transportkosten. Je kan je dus voorstellen dat de prijs van een vat olie enorme consequenties heeft voor bijna alle producten die in de winkel liggen.
Zoals je ziet is het begin van de grafiek heel erg grillig. In deze periode waren er nog weinig toepassingen van olie en olieproducten en was de productie nog lang niet stabiel.
Aardolie en de wereldpolitiek
Laten we eens wat inzoomen op een periode die wat dichter bij onze tijd ligt.
Zoals je ziet staan hier enkele opvallende pieken in. De olieprijs is heel sterk afhankelijk van ontwikkelingen in de wereldeconomie en -politiek. Als je naar de grafiek kijkt zie je een zeer spectaculaire stijging van de olieprijs in 1973. Olie werd ineens 4 keer zo duur, een ongekende stijging die enorme effecten had op de wereldeconomie. De oorzaak hiervan ligt in het Arabisch-Israëlisch conflict. Op 6 oktober 1973 vielen Egypte en Syrië volledig onverwachts Israël aan. Tegelijkertijd draaiden de olieproducerende landen, verenigd in OPEC de oliekraan dicht als reactie op Westerse steun aan Israël. Het resultaat zie je in de grafiek die je net hebt gemaakt.
Ook in Nederland leidde dit tot grote problemen. De Nederlandse regering besloot zelfs om autoloze zondagen in te stellen om benzine te besparen. In onderstaand filmpje kun je zien wat dit voor gevolgen had.
In 1979 zie je iets vergelijkbaars gebeuren. Alweer stijgt de olieprijs in zeer korte tijd tot astronomische hoogten. Deze stijging werd veroorzaakt door de Islamitische revolutie in Iran. Door massale protesten tegen het regime van de Sjah en zijn vlucht naar de VS stortte de Iraanse olieproductie volledig in. Hoewel het effect op de wereldwijde olieproductie procentueel weinig voorstelde, zorgde paniek op de beurs voor een spectaculaire stijging van de olieprijs. Zo zie je dat sentiment, psychologie en angst voor onzekere tijden een grote invloed hebben op de prijs die voor olie moet worden betaald.
Aardolie, reserves en mensenrechten
Laten we eens wat dieper kijken naar de bron van al deze olie.
The Economist publiceert jaarlijks de Democracy Index. Deze rangschikt landen op hun democratische waarden. Een lage score in de Index betekent dat het land door een autoritair regime wordt bestuurt, een hoge index betekent juist dat de democratie in het betreffende land goed functioneert. Je kan het rapport hier downloaden: http://pages.eiu.com/rs/eiu2/images/Democracy-Index-2012.pdf
Zoals je ziet zijn wij voor onze aardolie voor een belangrijk deel afhankelijk van olie uit landen met een dubieuze reputatie. Ook heb je gezien dat ontwikkelingen in de wereldpolitiek een groot effect op de prijs van olie kunnen hebben.
Daar komt bij dat de voorraden olie eindig zijn. Er komt een moment dat de reserves op raken. Ook wordt het steeds lastiger om olie te winnen. Zo moet er dieper worden gegraven, of zijn er zware chemicaliën nodig om de olie in de grond geschikt te maken als brandstof. Deze kunnen weer leiden tot ernstige milieuschade, of een gevaar opleveren voor de drinkwatervoorziening. Omdat wij voor zoveel verschillende producten zo sterk afhankelijk zijn van aardolie is het van belang dat we op zoek gaan naar een alternatief.
Aardolie en het klimaat
Aan het begin van de Industriële revolutie bedroeg de concentratie koolstofdioxidedeeltjes in de atmosfeer ongeveer 280ppm. Ppm staat voor parts per million en betekent dat voor elke miljoen moleculen in de atmosfeer er 280 een molecuul koolstofdioxide waren. In 2013 werd voor het eerst een concentratie van meer dan 400ppm koolstofdioxide in de atmosfeer gemeten. Dat is een stijging van maar liefst 43% in 200 jaar tijd.
Omdat koolstofdioxide warmte in de atmosfeer vasthoudt leidt dit tot een stijging van de temperatuur op Aarde. Dit heeft grote gevolgen voor het klimaat. Niet alleen leidt een gemiddelde stijging van de temperatuur van het aardoppervlak tot een stijgende zeespiegel, ook leidt het tot het vaker voorkomen van extreem weer. Zo zullen we in de toekomst vaker last krijgen van orkanen en tyfoons en zullen periodes van extreme droogte en hitte vaker voor overlast zorgen.
Ook Hollywood weet wel raad met het thema klimaatverandering. In 2004 werd de rampenfilm The Day After Tomorrow uitgebracht waarin de gevolgen van klimaat verandering wel heel erg spectaculair worden gebracht. Hieronder kun je de trailer van de film bekijken.
Een wat realistischere blik op de gevolgen van de opwarming van de Aarde kun je vinden op de website van National Geographic. Hier kun je per werelddeel bekijken wat de gevolgen zouden zijn als al het zeeijs zou smelten. Je kan dit op deze website zelf bekijken. http://ngm.nationalgeographic.com/2013/09/rising-seas/if-ice-melted-map
Slecht nieuws voor Nederland, zoals je ziet.
Biomassa, een beter alternatief?
Een andere optie is het gebruik van organismen die minder lang zijn gestorven voor de productie van brandstoffen. Sommige organismen, zoals planten, algen en sommige bacteriën, zijn in staat om energie uit zonlicht om te zetten in chemische energie. Dat wil zeggen dat deze organismen onder invloed van zonlicht stoffen aanmaken die een hoge energetische waarde hebben, zoals suikers of vetten. Dit proces noemen we fotosynthese. Deze organismen gebruiken voor de productie van deze stoffen koolstofdioxide uit de atmosfeer.
De energie die deze organismen opslaan, gebruiken wij mensen ook in onze energiehuishouding. Wij eten immers de door deze organismen geproduceerde stoffen. We kunnen deze producten niet alleen gebruiken voor onze voedselvoorziening, maar ook om onze maatschappij van energie te voorzien. Brandstoffen die worden gewonnen uit organismen die niet al miljoenen jaren geleden zijn gestorven noemen we biobrandstoffen. Eigenlijk gebruikt de mens al veel langer biobrandstoffen dan fossiele brandstoffen. Wanneer je kookt op een houtvuur gebruik je immers ook een biobrandstof om je eten te verwarmen.
Omdat er netto geen extra CO2 in de atmosfeer terechtkomt bij de verbranding van biobrandstoffen worden deze ook wel CO2-neutrale brandstoffen genoemd.
Biomassa: bronnen en oppervlaktegebruik
Biologisch materiaal dat wordt gebruikt om omgezet te worden in energie noemen we ook wel biomassa. Hout is hier een voorbeeld van, maar ook plantaardige olie of vetten zijn voorbeelden van biomassa. De olie uit koolzaad kan bijvoorbeeld om worden gezet in biodiesel. In onderstaande tabel vind je enkele opbrengsten per hectare aan biobrandstoffen per jaar. Zoals je ziet zijn er grote verschillen in opbrengst tussen de verschillende bronnen van biomassa.
Een palmolieveld in Indonesië.
Gewas
Biobrandstof
Opbrengst
(ton per hectare)
Omzettingsefficiëntie
(liter per ton)
Opbrengst
(liter per hectare)
Suikerbiet
Ethanol
46
110
5060
Suikerriet
Ethanol
65
70
4550
Mais
Ethanol
4,9
400
1960
Rijst
Ethanol
4,2
430
1806
Palmolie
Biodiesel
20,6
230
4736
Dit zijn natuurlijk geen realistische cijfers. Het is in een dichtbevolkt land als Nederland niet mogelijk om zoveel landbouwgrond te reserveren voor de productie van biodiesel. Bovendien wordt maar een deel van de in Nederland gebruikte diesel verbruikt door de transportsector. Ook auto’s gebruiken diesel en daar is in de berekening geen rekening mee gehouden.
Daar komt bij dat de productie van biodiesel concurreert met de productie van voedsel. Op iedere vierkante meter grond die voor de productie van biodiesel wordt gebruikt, kun je immers ook voedsel verbouwen. Dit betekent dat een toename in de productie van biodiesel gevolgen heeft voor de wereldwijde voedselprijs. Met name voor derdewereldlanden, waar inwoners vaak een groot deel van hun inkomen kwijt zijn aan de aanschaf van voedsel is dit een heel groot probleem.
Biomassa: eerste en tweede generatie
Tweede generatie biobrandstoffen zijn afkomstig uit de niet-eetbare delen van planten, zoals de stengels en houtige delen van planten. Ook biologisch afval uit de voedselproductie kan hiervoor worden gebruikt, zoals de stengels van maïsplanten. Of denk aan de sinaasappelschillen die overblijven bij de productie van sinaasappelsap. Deze groep biobrandstoffen concurreert dus niet met de voedselvoorziening. Hier staat wel tegenover dat het vaak lastig is om biobrandstoffen uit deze grondstoffen te halen. Hier zijn vaak complexe chemische reacties voor nodig. Deze zijn niet altijd milieuvriendelijk en efficiënt en elke tussenstap betekent een verlies van efficiëntie en toename van de kosten.
Derde generatie biomassa: algen
Veel wetenschappelijke aandacht gaat uit naar de derde generatie biobrandstoffen. Dit zijn biobrandstoffen die algen als basis hebben. Heel Nederland voorzien van energie uit biomassa van plantaardige bronnen is onmogelijk. Zoals je net hebt uitgerekend is er voor de productie van deze biodiesel heel veel grond nodig. Een alternatief is het gebruik van algen voor de productie van biomassa. Algen hebben verschillende voordelen boven planten als bron van biomassa. Zo groeien algen in (zee)water, waardoor ze niet concurreren met de voedselketen. Ook groeien ze vaak veel sneller dan planten en kunnen algen worden gebruikt om andere waardevolle stoffen te produceren. Algen kunnen zelfs groeien in afvalwater en dit soms zuiveren.
Algen komen overal op onze planeet voor, van kleine meertjes tot oceanen. Het water op Aarde zit er helemaal vol mee. Een theelepel water kan tot wel tien miljoen algen bevatten. Ook de term fytoplankton wordt wel gebruikt, afgeleid van de Griekse woorden phyton (plant) en planktos (zwevend).
Deze Griekse naam is een goede beschrijving van een alg. Een alg is eigenlijk ieder fotosynthetisch organisme dat geen plant is en chlorofyl gebruikt als belangrijkste eiwitcomplex om licht op te nemen. Algen zijn eigenlijk zeer eenvoudige planten. Hoewel ze wel de fotosynthetische eigenschappen van planten hebben, hebben ze geen wortels, bladeren en stengels.
Ook cyanobacteriën (“blauwalgen”) worden vaak tot de algen gerekend, hoewel dit prokaryoten zijn. Er bestaan zowel eencellige algen als meercellige algen. Die laatste groep wordt ook wel wieren genoemd, en zeewier is de bekendste vorm hiervan.
Er zijn meer dan 100.000 verschillende soorten algen bekend en als je ze onder de microscoop bekijkt zie je een enorme diversiteit in vormen en kleuren. Zo kunnen algen rood, groen of blauw zijn en kun je ze in de meest uiteenlopende vormen vinden.
Algen halen net als planten koolstof uit koolstofdioxide in de atmosfeer. Via de Calvincyclus uit de fotosynthese worden deze gebruikt om complexe koolwaterstoffen zoals suikers en vetten te maken.
In onderstaande figuur is het een en ander samengevat. Algen kunnen uit CO2 en water koolhydraten produceren. De hiervoor benodigde energie komt uit zonlicht. Deze koolhydraten kunnen algen zonder externe voedingsstoffen omzetten in vetzuren. Deze dienen als voedsel wanneer het donker is, of in perioden van schaarste.
Voor de synthese van aminozuren zijn stikstofverbindingen noodzakelijk, deze kan een alg niet uit de atmosfeer halen. Hij is hiervoor dus afhankelijk van voedingsstoffen die in het groeiwater zijn opgelost. Verbindingen met nitraat (NO3-) vormen hierbij de belangrijkste voedingsbron voor aminozuurproductie. De geproduceerde aminozuren zijn vervolgens de bouwstenen van eiwitten en enzymen.
Voor de synthese van nucleïnezuren zoals DNA en RNA zijn ook nog fosforverbindingen nodig. Deze zijn niet aanwezig in de atmosfeer. Een alg haalt deze bouwstof met name uit fosfaatverbindingen (PO43-). Ook hiervoor is een alg afhankelijk van stoffen die zijn opgelost in het water waarin hij groeit.
Ook planten kunnen fosfor en nitraat niet uit de atmosfeer halen en zijn hiervoor afhankelijk van wat er in de bodem aanwezig is. (Kunst)mest bestaat voor een belangrijk deel uit deze twee verbindingen en is vereist voor plantengroei.
Deze algenkoloniën kunnen soms grote gevolgen hebben voor het water waar ze in voorkomen. Zo wordt in de zomer vaak zwemwater afgesloten omdat cyanobacteriën giftige stoffen uitscheiden. Deze kunnen tot irritatie aan luchtwegen en ogen leiden en in zeer ernstige gevallen zelfs tot ernstige ziekte of de dood van mensen en (huis)dieren. In onderstaand filmpje zie je hoe in Nederland de blauwalgen in toom worden gehouden.
Algen hebben ook grote invloed op de ecosystemen waarin ze leven. Doordat ze vaak aan het oppervlakte leven, kan zonlicht de dieper gelegen delen van het water niet meer bereiken. Dit gaat ten koste van waterplanten en vissen die licht nodig hebben om te kunnen jagen, zoals snoeken.
Algen groeien net als bacteriën door celdeling. Dochtercellen van algen zijn daardoor klonen van de moedercel. Algengroei betekent niet dat de individuele algen groter worden, maar dat er meer cellen bij komen. Dit kan in sommige gevallen heel erg snel gaan en tot enorme algenbloei leiden. Soms worden deze algenkolonieën zelfs zo enorm dat ze vanuit de ruimte zichtbaar zijn.
Algen en cyanobacteriën zijn samen verantwoordelijk voor ongeveer de helft van de koolstoffixatie. De rest wordt gedaan door landplanten, voornamelijk in regenwouden. Oceanen zitten boordevol met algen en zij hiermee een van de belangrijkste filters van koolstofdioxide. Een deel van de algen in de oceaan wordt opgegeten door dieren, een deel overleeft en zinkt naar de bodem. Deze algen nemen hiermee ook de opgeslagen CO2 mee naar de diepzee. Deze vormt hiermee een belangrijk reservoir van koolstof en verwijdert een deel van het koolstofdioxide dat vrijkomt door verbranding van fossiele brandstoffen. Dit transport noemt men ook wel de koolstofpomp.
Great Oxygenation Event
Zo’n 2.5 miljard jaar geleden ontstonden de eerste cyanobacteriën. Deze produceerden, net als nu, zuurstof als afvalproduct. Voordat deze organismen hun opwachting maakten op aarde zat er geen zuurstof in de atmosfeer. Ongeveer 2.3 miljard jaar geleden, dus 200 miljoen jaar na het ontstaan van de eerste cyanobacteriën, was de zuurstofconcentratie in de atmosfeer dusdanig hoog geworden dat deze giftig werd voor andere organismen.
Daarnaast reageerde het zuurstof met methaan, dat destijds in zeer hoge concentraties in de atmosfeer zat. Methaan is een belangrijk broeikasgas en de verdwijning van atmosferisch methaan door deze oxidatie resulteerde in de langste en extreemste ijstijd uit de geschiedenis van de planeet.
Hoogstwaarschijnlijk hebben deze factoren geleid tot het massaal uitsterven van deze organismen en een enorm verlies aan biodiversiteit.
Wat is een alg?
Binnen de biologie is er geen consensus over wat wel een alg is en wat niet. Sommige biologen noemen alleen eukaryotische organismen algen. Dit betekent dat bacteriën volgens hen geen algen zijn. Andere biologen zijn wat minder strikt en noemen alle organismen die met behulp van chlorofyl energie uit licht omzetten in chemische energie, maar die geen plant zijn een alg. Volgens deze definitie vallen cyanobacteriën wel onder de definitie alg.
Algen en IJzer
In 2010 barstte op IJsland de vulkaan Eyjafjallajökull uit. Vanwege de enorme aswolk die hierbij vrijkwam werd het vliegverkeer in Europa voor enkele dagen stilgelegd met enorme vertragingen als resultaat. Ook leidde de uitbarsting wegens de onuitspreekbare naam van de vulkaan tot veel hilariteit in nieuws- en actualiteitenprogramma’s, zoals je in onderstaand filmpje kan zien.
De aswolk deponeerde een grote hoeveelheid ijzer in de Atlantische Oceaan met enorme algenbloei voor de kust van Ierland als resultaat. In onderstaande afbeelding zie je deze enorme algenbloei. Zo zie je dat grote natuurverschijnselen niet alleen een grote invloed hebben op de maatschappij, maar ook op ecosystemen.
Productie van Reguliere Diesel
Diesel- en benzineproductie
De olieraffinaderij van Shell in Pernis (Zuid-Holland), de grootste olieraffinaderij van Europa.
Momenteel wordt de meeste diesel gewonnen uit ruwe aardolie. Aardolie is eigenlijk een mengsel van een grote hoeveelheid verschillende koolwaterstoffen. Al deze stoffen hebben een ander kookpunt. Door dit mengsel te verhitten en in een distillatiekolom te brengen kunnen de verschillende bestanddelen worden gescheiden. In onderstaande afbeelding zie je een schematische weergave van zo’n distillatiekolom. De ruwe olie wordt tot ongeveer 350°C verhit en in de kolom gebracht. Moleculen met een kookpunt lager dan 350°C zullen gaan koken en overgaan tot de gasfase. Hierdoor zullen ze naar de top van de kolom stijgen. De bovenkant van de kolom wordt niet verhit, waardoor de temperatuur bovenin de kolom lager is dan onderin.
Een schematische weergave van een olieraffinaderij
Moleculen zullen afhankelijk van hun kookpunt hoger of lager in de kolom weer overgaan tot de vloeistoffase en uit de kolom worden opgevangen. De fracties die een zeer laag kookpunt hebben komen het hoogste in de kolom uit, dit zijn vooral simpele gasverbindingen zoals propaan en butaan (gezamenlijk ook wel LPG of autogas genoemd). Ook benzine heeft een relatief laag kookpunt en zal hoog in de kolom worden afgevangen. Het residu dat overblijft, en dus een kookpunt heeft dat hoger ligt dan 350°C, wordt bitumen genoemd en is het hoofdbestanddeel van asfaltbeton.
Diesel is de fractie die uit stoffen met een kookpunten tussen de 200 °C en 350°C bestaat. De precieze chemische samenstelling van de diesel is niet altijd gelijk. De term diesel slaat dus niet op een bepaald molecuul, zoals bijvoorbeeld glucose of water, maar is een bonte verzameling van koolwaterstoffen die ongeveer hetzelfde kookpunt hebben.
Paraffines en aromatische verbindingen
Diesel uit aardolie bevat de volgende chemische verbindingen:
Paraffines (75%). Deze stoffen worden in je scheikundeles waarschijnlijk alkanen genoemd. Alkaan is de correcte chemische benaming van deze groep stoffen, maar in de petrochemische industrie is de term paraffine gebruikelijk. Dit zijn stoffen die voldoen aan de structuurformule CnH2n+2. Hierin is n het aantal koolstofatomen in een molecuul.
Aromatische verbindingen (25%) zijn moleculen met een dubbele binding in een ringstructuur. Dit zijn zeer stabiele moleculen. Benzeen (hierboven afgebeeld) is het simpelste aromatische molecuul.
De precieze samenstelling van de diesel die je tankt kan flink verschillen en is afhankelijk van onder meer de raffinaderij, de samenstelling van de ruwe aardolie die gebruikt is voor de productie van de diesel en van het merk. Ook worden er soms additieven aan de diesel toegevoegd om deze beter bestand te maken tegen lage temperaturen of om de motor te sparen.
Algen en de Productie van Biodiesel
Vergisting
Algen kunnen gebruikt worden in de productie van biobrandstoffen, zoals biodiesel. Uit algen kun je op meerdere manieren brandstoffen produceren. De meest simpele manier is door de vergisting van dode algen. Bij dit proces worden dode algen door andere micro-organismen afgebroken tot eenvoudigere stoffen. Dit gebeurt onder zuurstofarme omstandigheden en wordt daarom ook wel anaerobe (=zonder zuurstof) digestie genoemd.
Dit proces vindt ook in de natuur op grote schaal plaats. Zo zal dood materiaal onder invloed van micro-organismen worden afgebroken tot methaan en CO2. Soms leidt dit tot problemen, zoals je in onderstaand filmpje kan zien. In een gierkelder wordt de ontlasting van vee door bacteriën afgebroken tot het lichtontvlambare methaangas. Als hier een vonk bij komt, in dit geval van een lasapparaat, ontploft de gierkelder.
Dit vergistingsproces kan eigenlijk op alle soorten biomassa worden toegepast. Ook GFT-afval kan hier bijvoorbeeld voor worden gebruikt. Het nadeel is dat je altijd met dode algen werkt en je dus geen gebruik maakt van het feit dat de organismen zelf eigenlijk kleine chemische fabriekjes zijn die allerlei interessante chemicaliën kunnen produceren.
Directe dieselproductie door algen
Sommige algensoorten, zoals Botryococcus braunii produceren van nature veel olie. Deze organismen bevatten tot wel 75% olie. Deze soorten worden dan ook uitgebreid bestudeerd in de hoop dat deze olie gebruikt kan worden voor de productie van biologische brandstoffen. De olie uit Botryococcus kan worden omgezet in biodiesel. Met name in de jaren 1970 is er veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheden om deze organismen te gebruiken in de energievoorziening in verband met een explosieve stijging van de olieprijs.
Dit zijn best haalbare cijfers. Dit is namelijk redelijk vergelijkbaar met de oppervlakte van de helft van het IJsselmeer. Doordat algen in het water groeien, concurreren ze ook niet met waardevolle landbouwgrond. Hier moet wel bij worden aangetekend dat de data waar je net mee hebt gerekend afkomstig zijn van gecontroleerde proeven in een laboratoriumomgeving. Of deze getallen ook geldig zijn voor algengroei op heel grote schaal is nog niet helemaal duidelijk.
De olie die algen produceren bevatten met name triglyceriden. Dit zijn esters van drie aan elkaar gekoppelde glycerolmoleculen, met aan elke glycerolgroep een vetzuur. Dit soort triglyceriden komen ook veel voor in dierlijk en plantaardig vet.
Vetzuren hebben verschillende eigenschappen, afhankelijk van de structuur. Wanneer er dubbele bindingen in een vetzuur voorkomen worden deze onverzadigd genoemd. Wanneer er geen dubbele bindingen in een vetzuur zitten noemen we ze verzadigd. Vetzuren worden niet alleen door algen gemaakt, maar ook door dieren en planten. Ze zijn onmisbaar in de opslag van energie en isolatie. Ook het menselijk lichaam gebruikt triglyceriden in de opslag en transport van energie. Daarnaast zijn vetten van onschatbaar belang in de warmtehuishouding van organismen. Zonder een vetlaagje krijg je het heel snel koud.
De mate van verzadiging van de vetzuren heeft een belangrijke invloed op de chemische eigenschappen van dit soort stoffen en veranderen bijvoorbeeld het smeltpunt en de oplosbaarheid van vetten. Verzadigde vetten hebben over het algemeen een hoger kookpunt dan onverzadigde vetten. Vetten afkomstig van dieren zijn doorgaans minder verzadigd dan vetten van planten. Voor vetzuren afkomstig van algen geldt dat deze vaak nog meer onverzadigde bindingen bevatten dan plantenvetzuren.
Productie van Biodiesel
De triglyceriden die organismen in de natuur produceren zijn niet geschikt voor conventionele motoren. Deze stoffen hebben een te hoge viscositeit. Dit wil zeggen dat ze veel te stroperig zijn en vast blijven plakken in de motor. Om de biologische producten geschikt te maken voor onze motoren zijn dus aanpassingen nodig.
De ester die in deze reactie wordt gevormd is geschikt als biodiesel. Glycerol kan gebruikt worden als veevoer of als precursor in chemische reacties. Ook in de voedingsindustrie kent glycerol veel toepassingen. Door de toename in productie van biodiesel wordt er echter zoveel glycerol geproduceerd dat de markt verzadigd is geraakt. Momenteel zijn chemici op zoek naar methoden om glycerol om te zetten in andere nuttige producten, zeker omdat er een onstuimige groei in glycerolproductie wordt verwacht door de toenemende populariteit van biodiesel.
De triglyceride uit de reactie hierboven is voor biodiesel een ideaalscenario. Lange verzadigde ketens zijn uitermate geschikt als brandstof. Triglyceriden afkomstig van dierlijke producten bevatten vaak verzadigde vetzuren. Deze hebben in de voedingswereld nogal een slechte naam en worden vaak gelinkt aan hart- en vaatziekten. Het hart- en vaatsysteem van je auto loopt echter als een zonnetje op dit soort ketens.
Vetzuren uit plantaardige bron hebben vaak meer verzadigde ketens. Dit betekent dat ze meer dubbele bindingen in hun structuur hebben. Algenvetzuren hebben dit nog meer dan vetzuren van plantaardige afkomst. Hoewel deze dus zeer geschikt zijn om een dieetboter mee te maken, levert dit wel problemen op in de dieselmotor van een auto. Vetzuren met vier of meer dubbele bindingen zullen hierdoor nog een chemische stap moeten ondergaan om ze geschikt te maken als biodiesel.
Het arrangement Aardolie en Biodiesel is gemaakt met
Wikiwijs van
Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt,
maakt en deelt.
Auteur
Remco Prenger
Laatst gewijzigd
2015-12-16 17:04:54
Licentie
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0
Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:
het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of
bestandsformaat
het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
