Wat is gasificatie of vergassing?

Gasificatie wordt ook wel vergassing genoemd en is een chemisch proces waarin men materiaal zoals steenkool of biomassa onder een hoge temperatuur van 1.300 tot 1.500 °C omgezet in een gasvormig mengsel dat voornamelijk bestaat uit waterstof (H2) en koolmonoxide (CO). Het gas dat tijdens gasificatie oftewel vergassing ontstaat is een geproduceerd gas dat men ook wel synthesegas noemt. Soms hanteert men de term stadsgas.

Er wordt tijdens gasificatie een uitgangsmateriaal gebruikt. Dit uitgangsmateriaal kan heel verschillend zijn. Vaak wordt er gebruik gemaakt van steenkool waardoor men het proces ook Kolenvergassing zou kunnen noemen. Ook gebruikt men voor vergassing koolwaterstoffen als uitgangsmateriaal. Andere materialen zijn biomassa en aardgas. Door de oxidatie die tijdens het proces optreed wordt de temperatuur extra hoog. Er wordt tijdens vergassing naast het uitgangsmateriaal ook stoom gebruikt en zuurstof toegevoegd.

Er wordt een katalysator gebruikt in de vorm van ijzer. Tijdens het gasvormingsproces wordt de stoom in combinatie met de gassen, die door de verhitting van het uitgangsmateriaal ontstaan, langs de katalysator geleid. Daardoor ontstaan verschillende reacties. Door meer stoom of minder stoom toe te voegen en de verhouding tussen waterstof en koolmonoxide te wijzigen kan met het proces beïnvloeden en ook de gassen die geproduceerd worden wijzigen.

Hogetemperatuurvergassers
In de meeste vergasinstallaties wordt gewerkt met hoge temperaturen van 1.300 tot 1.500 °C deze hoge temperaturen worden mede behaald door de oxidatie die tijdens het proces optreed. Men noemt vergassers die onder deze temperatuur werken ook wel hogetemperatuurvergassers. Daarvoor gebruikt men steenkool van hoge kwaliteit en geen materialen van lage kwaliteit zoals bruinkool. Het nadeel van de hoge kwaliteit van steenkool is dat dit vaak dure steenkool is. Bruinkool is echter goedkoper maar zorgt voor meer CO2 emissie.

Door de hoge temperatuur smelt een deel van het as en de verontreiniging. Deze vormen een slak op het materiaal. Deze slak vervuild de installatie en beschadigd bovendien de hittebestendige bekleding van het vat dat gebruikt wordt voor de vergisting. Om die reden moeten vergistingsinstallaties ongeveer om de vijf jaar hersteld worden of een nieuwe vergistingsreactor krijgen. Dit maakt hogetemperatuurvergassers wel kostbaar in onderhoud en gebruik.

TRIG-technologie (Transport Integrated Gasification)
In Amerika heeft onder andere de Southern Company een alternatieve vergassingstechnologie ontwikkeld. Dit is de zogenaamde TRIG-technologie waarbij de afkorting TRIG staat voor Transport Integrated Gasification. Dit is geen hogetemperatuurvergassing omdat gewerkt wordt met een temperatuur van 980 °C. Deze temperatuur ligt aanzienlijk lager waardoor er veel minder slakken ontstaan. Daarnaast werkt men met de TRIG-technologie wel met bruinkool. Dit is minder milieuvriendelijk maar wel in grote mate verkrijgbaar en goedkoop.

Wat is diesel of dieselolie?

Diesel wordt ook wel dieselolie genoemd. Het is een product dat van aardolie wordt gemaakt en dient als brandstof voor dieselmotoren. Het stofidentificatienummer, UN-nummer of VN-nummer is 1202. De naam diesel is afgeleid van de uitvinder van de dieselmotor, dat was namelijk Rudolf Diesel.

Men kan gasolie onderverdelen in laagzwavelige en hoogzwavelige gasolie.  Deze indeling gebruikt men als aanduiding voor het Parts per million (ppm) zwavel dat aanwezig is in de gasolie. Men gebruikt de naam diesel voor laagzwavelige gasolie. Naast gasolie kan men ook uit steenkool diesel produceren. Men verkrijgt diesel uit steenkool doormiddel van het Fischer-Tropschproces.

Hoe komt diesel tot ontbranding
Diesel is een brandstof die vanzelf tot ontbranding komt als er druk wordt uitgeoefend op de stof en er zuurstof aanwezig is. Deze factoren zijn ook aanwezig in de verbrandingsruimte in dieselmotoren op het moment dat men de diesel in de motor inspuit. Het is belangrijk dat het dieselmengsel op het juiste moment tijdens de slagen van de cilinder tot ontbranding komt anders gaat op den duur de motor stuk. Het moment van ontbranding heeft te maken met het dieselmengsel.

Cetaangetal
Diesel is een brandstof die doormiddel van zelfontbranding druk kan uitoefenen op een cilinder. De mate van de zelfontbranding wordt aangegeven in een cetaangetal. Dit getal geeft aan wat de kwaliteit is van de dieselbrandstof. Een laag cetaangetal maakt duidelijk dat de dieselbrandstof traag tot zelfontbranding komt en een hoof cetaangetal maakt duidelijk dat het dieselmengsel zeer snel tot zelfontbranding zal komen.  Als het mengsel geheel niet tot zelfontbranding komt is het cetaangetal zo laag dat het brandstofmengsel geheel niet geschikt is voor de motor.

Er zijn verschillende soorten diesel net zoals er ook verschillende soorten benzine zijn. De verschillende soorten zijn afhankelijk van de herkomst, het cetaangetal en de viscositeit (vloeibaarheid). Normale diesel heeft een cetaangetal van rond de 50. Dit is diesel die over het algemeen als brandstof wordt gebruikt voor voertuigen in het wegverkeer en landbouwverkeer. Er is echter ook biodiesel die geheel of gedeeltelijk is gemaakt van plantaardige olie of van dierlijke vetten. Deze diesel heeft een cetaangetal van 70 tot 100.

Verschil tussen diesel en benzine
Benzine en diesel zijn beide koolwaterstofmengels die worden gebruikt in verbrandingsmotoren. Deze brandstofmengsels komen echter op een verschillende manier tot ontsteking. Dat is de kern van het verschil tussen diesel en benzine. Benzine wordt gebruikt als brandstofmengsel voor een benzinemotor of Ottomotor. Deze brandstof komt tot ontsteking door een vonk van een bougie.

Bij dieselmotoren wordt een dergelijk ontstekingsmechanisme niet gebruikt en ontbrand de brandstof doormiddel van druk/ compressie en de aanwezigheid van zuurstof. Er is bij diesel dus sprake van zelfontbranding. Bij diesel wordt gebruik gemaakt van een cetaangetal om de zelfontbrandbaarheid aan te duiden van het mengsel terwijl bij benzine gebruik wordt gemaakt van een octaangetal om de klopvastheid mee aan te duiden.

Biobrandstoffen ter discussie

Wereldwijd is er sprake van een toenemende vraag naar biobrandstoffen. Dit heeft er toe geleid dat er bijvoorbeeld in 2009 in totaal 1,5 miljoen barrels per dag aan vloeibare biobrandstof werden geproduceerd. Dit kwam neer op 1,8 procent van de totale wereldproductie aan vloeibare brandstof. In 2004 was dit nog 500.000 barrels per dat en dat betrof toen 0,6 procent van de totale vloeibare brandstof die wereldwijd werd geproduceerd. Dit lijkt hoopgevend voor het milieu maar toch is het maar de vraag of biobrandstoffen echt zo goed zijn voor het beperken van de CO2 uitstoot.

In verschillende landen gaat men meer suikerriet, soja en andere gewassen verbouwen om meer biobrandstof te produceren. Daarvoor wordt bijvoorbeeld in Azië en Brazilië veel ongerepte natuur verbrand zoals regenwouden en oerwouden. De schade die hiermee aan de natuur wordt toegebracht is vermoedelijk groter dan de voordelen die de extra productie van biobrandstoffen oplevert voor het milieu. Naast het verliezen van kostbare natuur komt er nog een nadeel bij: de regenwouden en oerwouden zorgen er juist  voor dat CO2 wordt omgezet. Verder zorgt het platbrand van regenwouden juist voor meer CO2 in de lucht. Deze effecten worden echter niet in de ERoEI opgenomen.

Biobrandstoffen zorgen er daarnaast voor dat veel voedsel wordt aangewend voor brandstof in plaats van voor voeding. Dit roept het ethische vraagstuk op of het wel verantwoord is om mais tot biobrandstof te verwerken terwijl er in sommige landen sprake is van voedseltekorten.

Biobrandstoffen kunnen wel degelijk een goede ontwikkeling zijn zolang daarbij verstandige keuzes worden gemaakt waarmee mens en natuur in acht worden genomen.

Wat wordt bedoelt met de term energiebalans in de natuurkunde en duurzame energie?

De term energiebalans wordt zowel in het kader van de duurzame energie gebruikt als in de natuurkunde. Met energiebalans wordt de verhouding bedoelt tussen de energie die ergens in wordt gestopt en de energie die er uit wordt gehaald. Er worden voor het woord energiebalans een aantal afkortingen gebruikt. Zo wordt energiebalans afgekort met ERoEI.

ERoEI Dit is een afkorting die staat voor de Engelse woorden Energy Returned on Energy Invested. Hierbij wordt gedoeld op het rendement. Bij een ERoEI groter dan 1 is er sprake van een zekere winstgevendheid. Als de ERoEI kleiner is dan 1 moet ergens meer energie in worden geïnvesteerd dan er wordt uitgehaald. Dit houdt in dat het productieproces meer energie kost dan het daadwerkelijk oplevert.

Biobrandstoffen De wereld moet duurzamer worden. Hierbij kijkt men onder andere naar middelen om de CO2 uitstoot te beperken. De keuze van de meest CO2 neutrale brandstoffen is echter lastig te maken. Dit komt omdat verschillende biologische brandstoffen of biobrandstoffen met veel moeite kunnen worden aangewend. Zogenoemde biobrandstoffen haalt men onder andere uit plantaardige oliën. Er zijn echter grote verschillen in het productieproces en verwerkingsproces van planten en vruchten tot daadwerkelijke bio-ethanol. Zo heeft bijvoorbeeld:

  • Bio-ethanol uit maïs een ERoEI van 1,3
  • Bio-ethanol uit suikerriet een ERoEI van 8,0.
  • Biodiesel die wordt geproduceerd uit koolzaad een ERoEI van 2,5

Welke grondstoffen worden gebruikt voor biodiesel?

Biodiesel is een brandstof die wordt gewonnen uit dierlijk vet of plantaardige olie. Voor biodiesel worden geen fossiele brandstoffen gebruikt. Fossiele brandstoffen zijn ontstaan uit plantaardige en dierlijke resten die duizenden jaren samengedrukt in de grond zijn omgezet tot olie en gassen. Biodiesel is een biobrandstof. Deze brandstof wordt uit planten en dierenresten gewonnen die veel korter geleden zijn gestorven. Over het algemeen wordt biodiesel toegepast in een mengvorm met diesel die uit aardolie is verkregen. Als men pure biodiesel gebruikt noemt men dir B100. De mengvorm wordt ook wel B5 of B20 genoemd. B5 is 5% biodiesel of B20 bij 20% bijmenging. Biodiesel kan tot de duurzame energiebronnen behoren dit is echter afhankelijk van de methode waarop de grondstoffen worden verkregen.

Grondstoffen voor biodiesel
Biodiesel wordt gemaakt van een  korte keten alcohol zoals (bio)methanol en (bio)ethanol  en natuurlijke oliën en natuurlijke vetten. Voor de natuurlijke oliën en vetten kunnen verschillende grondstoffen worden aangewend. De grondstoffen die worden gebruik voor biodiesel zijn afhankelijk van de grondstoffen die beschikbaar zijn. De beschikbaarheid van grondstoffen verschilt per werelddeel en is onder andere afhankelijk van het klimaat en de vruchtbaarheid van de grond.  Sommige planten leven in bepaalde klimaatgebieden hoge olieopbrengsten op. In België en Nederland is de olieopbrengst van plantaardige oliën vrij laag. In deze landen wordt voornamelijk koolzaad geplant.

Hieronder staan nog een aantal voorbeelden van plantaardige oliën die gebruikt worden in verschillende klimaatstreken.

  • sojaolie wordt bijna wereldwijd gewonnen uit plantages.
  • maïsolie wordt onder andere in de Verenigde Staten gewonnen.
  • palmolie wordt in tropische landen gebruikt.
  • Jatropha-olie wordt gehaald uit de purgeernoot (Jatropha curcas) in India en andere sub-tropische landen.
  • Karanj wordt vooral India gebruikt.
  • Eucalyptusolie in onder andere Thailand.

Verder worden ook algen gebruikt. Hiervoor worden algen gekweekt in grote waterbakken. Dit wordt ook wel algendiesel genoemd en is de derde generatie biobrandstof. Dierlijke vetten kunnen echter ook worden gebruikt als grondstof voor biodiesel.