logo idiomorf  
Bekijk de tekeningen op deze website en zie de kracht van de eenvoud
vorige afbeelding terug naar overzicht volgende afbeelding    
   

Tekening over vervaardiging van biodiesel uit olie van algen

 

 
   
 
   

Dit is een tekening uit een reeks illustraties bedoelt voor schoolboeken voor het VMBO onderwijs. Wij hebben deze informatieve tekening in opdracht getekend voor een educatieve uitgeverij. Deze afbeeldingen laat zien hoe uit algen biobrandstof gemaakt wordt. Met dit project is rekening gehouden met digitale publicatie. Hiermee speelt Idiomorf infographics in op de trend dat steeds meer educatief lesmateriaal digitaal wordt aangeboden. Hierdoor wordt het ook steeds interessanter om interactieve animaties te gebruiken.

Zoekt u animaties als deze?
Onze educatieve animaties en infografieken kunnen veel verheldering brengen over de lesstof en maken het mogelijk om complexe informatie beter te begrijpen. Dit bespaart u en de leerling moeite en tijd. Onze tekeningen kunnen gebruikt worden voor zowel gedrukte als digitale media. Neem contact met ons op voor een afspraak.

Wat verstaan we onder algen?
Algen zijn simpele organismen die via fotosynthese zonlicht en kooldioxide omzetten in opgeslagen energie. Ze bevatten olie in lipide-vorm. Die olie wordt eruit gehaald en vermengd met ethanol zodat biodiesel ontstaat, een geschikte brandstof voor dieselmotoren in auto’s, vrachtwagens, bussen en andere voertuigen. Algen groeien in water en kunnen veel meer olie per hectare produceren dan bijvoorbeeld sojabonen, waarvan momenteel brandstof wordt gemaakt. Om zoveel algen-diesel te produceren dat alle auto’s in de VS erop kunnen rijden (530 miljard liter) is naar schatting 4 miljoen hectare kweekgrond nodig. Dat is een fractie van de 1,2 miljard hectare boerenland die nodig is om dezelfde plas biodiesel uit sojabonen te winnen. Een van de grootste voordelen van algendiesel is dat het gebruikt kan worden in de huidige dieselauto’s. Dit in tegenstelling tot andere alternatieve brandstoffen, zoals waterstof. Voertuigen op deze nieuwe brandstof moeten volledig worden aangepast. En dan praten we voor het gemak maar even niet over de benzinepompen langs de weg. Geen enkel bedrijf is bereid te investeren in waterstofpompen als er bijna geen auto’s op waterstof rondrijden. En geen enkele consument koopt een waterstof aangedreven auto, als hij er nergens brandstof voor kan tanken. Bio- of algendiesel heeft geen last van deze kip-ei-situatie. Dieselrijders kunnen zonder enige vorm van aanpassing direct overschakelen op algendiesel.

Energie winning uit Biobrandstoffen
De productie van biobrandstoffen is de afgelopen jaren sterk gegroeid. Tussen 2000 en 2005 heeft er een verdubbeling van de wereldproductie plaatsgevonden. Vooral de productie van ethanol uit maïs in de Verenigde Staten is enorm toegenomen. In Europa wordt vooral biodiesel gebruikt. Duitsland is de wereldmarktleider op het gebied van biodiesel en produceert het grootste deel van deze brandstof uit koolzaad. Zowel in de VS als Europa heeft men grote plannen met biobrandstoffen. In de VS heeft de Bush-regering de doelstelling gezet om 20% van de benzineconsumptie in het land in 2017 vervangen te hebben door het gebruik van biobrandstoffen. In de Europese Unie is de doelstelling voor 2010 om 5,75% van alle autobrandstoffen uit biobrandstof te halen en 10% in 2020. Echter, het begint steeds duidelijker te worden dat uitbreiding van de productie van de huidige generatie biobrandstoffen om meerdere redenen zeer onwenselijk is.

Schaduwzijde van biobrandstoffen
Om tot grootschalige productie van biobrandstof te komen uit gewassen zoals maïs, koolzaad, soja, suikerriet, etc. is zeer veel landbouwgrond nodig, wat grote gevolgen heeft voor de voedselvoorziening (voedselprijzen, voedselzekerheid). In de VS wordt inmiddels ongeveer een kwart van de maïsproductie tot ethanol gebrouwen. Samen met de snel groeiende vraag naar voedsel in de wereld leidt het toenemende gebruik van landbouwgewassen voor biobrandstofproductie tot de behoefte aan steeds meer nieuwe landbouwgrond. De gevolgen voor het milieu zijn groot. Dit komt doordat bij het ontginnen van gebieden (zoals tropisch regenwoud, savannen en prairies) voor het verkrijgen van nieuwe landbouwgrond enorme hoeveelheden CO² vrijkomen. Die zijn niet alleen afkomstig van het verwijderen van de bovengrondse vegetatie, die vaak wordt verbrand of anderszins vergaat, maar komen ook en vooral uit de bodem. Als die bodem jaarlijks of nog frequenter wordt geploegd en omgewerkt gaan de achtergebleven wortelresten en organische stoffen verteren en oxideren tot CO². Uit recent onderzoek is gebleken dat het 93 jaar duurt voor het nuttig effect van het gebruik van ethanol uit maïs het schadelijk effect van de ontginning van de Amerikaanse prairie heeft gecompenseerd. Voor biodiesel uit soja die wordt geteeld op ontgonnen regenwoud in Brazilië geldt zelfs een termijn van 320 jaar. Het minst ongunstig ligt de zaak nog bij de productie van ethanol uit suikerriet op opgeofferde Braziliaanse savanne. Daar is de aflossingstijd 17 jaar.

Energie rendement biobrandstoffen
Ondanks dat er grote hoeveelheden landbouwgrond nodig zijn voor de productie van de huidige generatie biobrandstoffen leveren deze brandstoffen over het algemeen ook nog eens een laag tot zeer laag energierendement op. De verhouding tussen fossiele energie die nodig is om maïsethanol te maken (input) en de energie die in de biobrandstof zit (output) ligt slechts op 1:1,3. Voor biodiesel uit koolzaad is dit 1:2,5 en voor rietethanol zo’n 1:8. Ter vergelijking: voor het winnen van olie in Saoedi-Arabië ligt deze verhouding waarschijnlijk op ongeveer 1:10 en in de VS op 1:3. De conclusie is dat de huidige biobrandstofproductie in te grote mate afhankelijk is van fossiele energie, met name olie (kunstmest, tractoren), om een daadwerkelijk duurzaam alternatief als transportbrandstof te kunnen zijn. Biobrandstoffen kunnen op vele manieren geproduceerd worden, maar grootschalige productie op een duurzame wijze is onmogelijk met de productiemethoden die op dit moment gebruikt worden. Om dit wel mogelijk te maken is het een vereiste dat zowel de opbrengst per hectare als het energierendement van de gebruikte productiemethode zeer hoog zijn. Het goede nieuws is dat de ideale technologische oplossing hiervoor nu binnen handbereik lijkt te zijn, namelijk de productie van biobrandstoffen uit algen.

Olie uit algen
Met de olie uit algen kunnen biodiesel en andere brandstoffen (zoals vliegtuigbrandstof) geproduceerd worden. De jaarlijkse opbrengst in energie gemeten in megajoules per hectare zou bij de productie van brandstof uit algen zo’n 275 keer groter kunnen zijn dan met maïs mogelijk is en ruim 100 keer groter dan met sojabonen. Een belangrijke reden voor de grote verschillen in opbrengst is dat algen de snelst groeiende plantensoort op aarde zijn. In tegenstelling tot landbouwgewassen en andere planten zijn algen in staat om hun massa binnen enkele uren te verdubbelen. De opbrengst per hectare bij algenbouw maakt het mogelijk dat 0,5% van de totale oppervlakte van de Verenigde Staten voldoende zou zijn om aan alle oliebehoefte voor transport in het land te kunnen voldoen. Behalve de zeer hoge opbrengst per hectare zijn er nog andere grote voordelen van algenbouw. Ten eerste is voor algenbouw landbouwgrond geen vereiste. Andere bodemsoorten zijn ook geschikt. Met name de beschikbaarheid van zonlicht is belangrijk voor het mogelijk maken van fotosynthese. Met behulp van veel zonlicht groeien planten en dus ook algen op een hoger tempo. Een ander voordeel van algenbouw is dat kunstmest, waarvoor grote hoeveelheden olie nodig zijn als grondstof, niet nodig is. Dit zorgt er voor dat het energierendement van brandstofproductie uit algen hoog is en de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen laag.

Het meest bekende onderzoek dat verricht is op het gebied van algenbiobrandstof is gefinancierd door het Department of Energy (DOE) en uitgevoerd door het National Renewable Energy Lab (NREL) in de Verenigde Staten. Dit initiatief van NREL, dat bekend staat als het Aquatic Species Program (ASP), was voornamelijk gericht op het produceren van biodiesel uit algen met een hoog vetgehalte die werden gekweekt in speciale vijvers. Hierbij werd tevens gebruik gemaakt van de emissie van CO² uit kolencentrale om de algen nog sneller te laten groeien. Ondanks het op veel punten zeer geslaagde onderzoek werd na bijna twee decennia (van 1978 tot 1996) besloten om het ASP stop te zetten, omdat de olieprijzen op dat moment veel te laag waren voor algen om concurrerend te kunnen zijn. In Japan, waar een vergelijkbaar onderzoeksprogramma heeft plaatsgevonden kwam men halverwege de jaren ’90 tot een zelfde conclusie, waardoor ook hier het onderzoek werd stopgezet. In totaal werd voor het ASP in 18 jaar tijd $25 miljoen dollar geïnvesteerd. Gemiddeld per jaar was dit 5,5% van het totale budget van NREL voor onderzoek naar biobrandstoffen.

Productiekosten
De laatste inschattingen voor de productiekosten van algenbiodiesel gedurende het ASP werden in 1995 gemaakt. Deze lieten zien dat de kosten per gallon (1 Amerikaanse gallon is 3,785 liter) ergens tussen $1,90 en $6,00 (aangepast voor inflatie naar 2007 dollars) zouden liggen, gebaseerd op korte en lange termijn vooruitzichten met betrekking tot de ontwikkeling van algentechnologie. Het feit dat de spotprijs voor conventionele diesel zich in 2007 definitief ruim boven de $2,00 per gallon genesteld lijkt te hebben (begin dit jaar is de dieselspotprijs zelfs al even boven de $2,70 uitgekomen) is positief voor de ontwikkeling van algenbiodiesel en andere algenbiobrandstoffen. Bij dit prijsniveau begint het vanuit commercieel oogpunt interessant te worden om deze technologie verder te ontwikkelen. Inmiddels zijn meerdere bedrijven, voornamelijk in de Verenigde Staten, hiermee bezig. De meest bekende voorbeelden hiervan zijn GreenFuel Technologies (strategische alliantie met het Duitse IGV), Solix Biofuels, Algae Biofuels (eigendom van PetroSun Drilling), Green Star Products, Veridium (onderdeel van GreenShift), Global Green Solutions (joint venture met Valcent), Aquaflow Bionomic Corporation, Kwikpower, Solazyme en Nanoforce Technologies. De grote mogelijkheden van algentechnologie lijken ook doorgedrongen te zijn tot de olie-industrie. In december vorig jaar maakte Shell bekend dat het een joint venture is aangegaan met HR Biopetroleum onder de naam Cellana, met als doelstelling het ontwikkelen en produceren van biobrandstoffen uit zeealgen. Deze joint venture begint een demonstratieproject aan de kust van Hawaii. Sinds kort is ook Chevron actief op het gebied van algen. Samen met Solazyme gaat Chevron zich bezighouden met het ontwikkelen en testen van een industrieel proces voor het produceren van algenbiodiesel.