# Zonnepanelen voor ethanol

Er is tegenwoordig veel vraag naar duurzame energiebronnen zoals bio-ethanol. Bio-ethanol wordt veel geproduceerd uit zetmeel van bijvoorbeeld aardappelen of mais.
De omzettingen die optreden bij de vorming van zetmeel in planten en de productie van bio-ethanol uit het zetmeel zijn in figuur 1 vereenvoudigd weergegeven.

De gemiddelde opbrengst per hectare bedraagt in Nederland 4,5·104 kg aardappelen per jaar. Aardappelen bevatten gemiddeld 19 massa-% zetmeel. Het zetmeel wordt in bioreactoren gehydrolyseerd tot glucose. De glucose wordt door vergisting omgezet tot koolstofdioxide en ethanol. Hierbij ontstaat twee mol ethanol per mol glucose.

Om te kunnen berekenen wat de minimale hoeveelheid energie is die nodig is om ethanol te produceren uit CO2, wordt zetmeel weggelaten uit bovenstaande omzettingen. De resterende processen kunnen dan worden weergegeven met de volgende reactievergelijkingen:
6 CO2 + 6 H2O --> C6H12O6 + 6 O2 fotosynthese
C6H12O6 --> 2 C2H6O + 2 CO2 vergisting

In het wetenschappelijk tijdschrift Nature is een artikel gepubliceerd over het gebruik van elektrische energie om ethanol te produceren uit CO2. Dit zou een alternatief kunnen zijn voor de genoemde productie van bio-ethanol.
Het elektrochemische proces bestaat uit twee stappen. In de eerste stap wordt CO2 omgezet tot CO. In de tweede stap wordt CO door elektrolyse omgezet tot ethanol.
De elektrolyse-opstelling die wordt gebruikt, is in figuur 2 vereenvoudigd weergegeven. In beide halfcellen zijn OH–-ionen en water aanwezig.
Alleen OH–-ionen en watermoleculen kunnen door het membraan tussen beide halfcellen bewegen.
In de rechter halfcel worden acht elektronen opgenomen per molecuul ethanol dat wordt gevormd.

Aan de negatieve elektrode worden behalve ethanol enkele bijproducten gevormd. Hierdoor is het rendement van de productie van ethanol nog laag. De twee belangrijkste bijproducten zijn ethanoaat en waterstof. De vergelijkingen van de halfreacties waarbij ethanoaat en waterstofworden gevormd, zijn hieronder weergegeven.
2 CO + 3 H2O + 4 e– --> CH3COO– + 3 OH–
2 H2O + 2 e– --> H2 + 2 OH–
De onderzoekers vonden dat onder optimale omstandigheden 43% van de toegevoerde elektronen werd gebruikt voor de productie van ethanol en 13% voor de productie van ethanoaat. De rest werd gebruikt voor de productie van waterstof. Zowel ethanol als waterstof werd vervolgens gebruikt als brandstof.