Biobrandstoffen kennen een sterke opmars ter vervanging van klassieke brandstoffen die gebaseerd zijn op aardolie, aardgas en steenkool. De redenen zijn tweerlei. Enerzijds zijn de klassieke brandstoffen uitputbaar en dus niet hernieuwbaar. Door het verbruik in voornamelijk industrielanden en snel ontwikkelende landen zoals China slinken de voorraden snel. Anderzijds resulteert de verbranding van klassieke brandstoffen voor de omzetting van ondergronds opgeslagen koolstofverbindingen in gasvormige koolstofverbindingen die in de atmosfeer worden uitgestoten, waaronder koolstofdioxide (CO2). Dit zorgt voor een reeks atmosferische verstoringen zoals het broeikaseffect, het smogprobleem in stedelijke gebieden, ozonvorming op warme zomerdagen en bijdrage tot fijn stof. Vanuit academische hoek en het bedrijfsleven verwacht men dan ook dat we halverwege deze eeuw stilaan een 50/50 inzet zullen hebben van klassieke niet-hernieuwbare energie en hernieuwbare energievormen zoals biobrandstoffen. Onderzoekers van de UGent plaatsen echter enkele kritische kanttekeningen bij het biobrandstofverhaal.
Wat zijn biobrandstoffen?
De meest courante biobrandstoffen zijn bio-ethanol en biodiesel. Bio-ethanol wordt gemaakt uit zetmeel- of suikerrijke planten zoals mas, tarwe, suikerbiet en suikerriet. Deze landbouwproducten worden door een industrieel fermentatieproces omgezet in bio-ethanol. Biodiesel wordt gemaakt op basis van olierijke planten zoals koolzaad en soja. Via een chemisch proces wordt de olie van de planten omgezet in methyl esters, de biodiesel. Naast deze twee belangrijkste biobrandstoffen worden eveneens biogas, pure plantolie, biomethanol, enz. onder de biobrandstoffen gerekend.
Het wetgevend kader en de evolutie van de biobrandstofmarkt
Mede onder impuls van het Kyotoprotocol is onderzoek en ontwikkeling van biobrandstoffen volop aan de gang. De Europese richtlijn van 17 mei 2003 (2003/30/EG) verplicht de EU-landen om voor het eind van 2005 minstens 2% biobrandstoffen in te zetten als brandstof bij transport. Tegen eind 2010 moet het aandeel oplopen tot 5,75%. Een aantal EU-landen hebben daarop volop geanticipeerd. In Duitsland is de biodieselmarkt steil omhoog geschoten. Daar waar eind de 90'er jaren slechts 100 000 ton per jaar op de markt kwam, was dit in het jaar 2002 reeds meer dan vervijfvoudigd. Belgi loopt een stuk achterop. Pas vorige maand heeft de federale regering aangekondigd biobrandstoffen accijnsvrij te maken. Investeringen in Belgi hebben dan ook op zich laten wachten, hoewel meerdere industrile biobrandstofproductievestigingen op de tekentafel liggen (Gent: bioethanol door Alco Group, biodiesel door Bioro, Wanze: bioethanol door Sdzucker).
Zijn biobrandstoffen de groene oplossing?
Op het eerste zicht is het antwoord ja. De planten vangen koolstofdioxide uit de lucht en maken energierijke biomassa dankzij de zon. Deze biomassa wordt na omzetting tot biobrandstof tijdens het verbrandingsproces terug omgezet in koolstofdioxide. Dit is een perfect cyclisch systeem: er wordt evenveel koolstofdioxide uit de lucht geplukt door de planten als dat er uitgestoten wordt tijdens het verbrandingsproces. Deze cyclus wordt aangedreven door de zon, de ultieme hernieuwbare energiebron.
Bij nader toezien is moderne biobrandstofproductie evenwel een stukje complexer. Vooreerst is de plantenproductie in de moderne landbouw nauwelijks denkbaar zonder gebruik van pesticiden, meststoffen en landbouwmachines. Bovendien zijn er voor de industrile omzetting van de biomassa in biobrandstof energie, chemicalin en technologische installaties vereist. Zowel de moderne landbouw als de industrile omzetting maken gebruik van heel wat niet-hernieuwbare energie. Dit betekent dat de biobrandstofproductie wel degelijk deels gebaseerd is op niet-hernieuwbare energie en dat zich een meer genuanceerd standpunt opdringt.
Hoe moeten we biobrandstoffen beoordelen?
Twee sleutelfactoren spelen een rol bij het beoordelen van de biobrandstof. Enerzijds is er de efficintie van de productieketen: hoeveel zonne-energie op 1 hectare kan omgezet worden in biobrandstofenergie? Anderzijds moet nagegaan worden hoeveel niet-hernieuwbare energie daartoe vereist is, m.a.w.: hoeveel 'hernieuwbare' biobrandstofenergie krijg ik als ik 1 kilowattuur (KWh) niet-hernieuwbare energie investeer?
De ontwikkeling van een kwantitatieve beoordelingsmethode
Vorige maand, mei 2005, werd door de Gentse onderzoeksgroep ENVOC in het toonaangevend tijdschrift "Environmental Science and Technology" van de American Chemical Society een nieuwe methodiek gepubliceerd. De methodiek maakt gebruik van n van de basisdisciplines van de natuurwetenschappen: de thermodynamica. De methodiek steunt op een exergie-analyse, die voortvloeit uit de tweede hoofdwet van de thermodynamica.
Kwantitatieve resultaten van de methode
De methode werd toegepast op drie gevalstudies: Italiaanse bio-ethanolproductie uit mais, Zweedse biodieselproductie op basis van koolzaad, en Amerikaanse biodieselproductie uit soja. Een eerste opmerkelijke vaststelling is de lage efficintie van de productieketens: de fractie van de zonne-energie die uiteindelijk vastgelegd wordt in biobrandstof is slechts in de orde van 0,5%. Dit betekent dat er nog heel wat (bio)technologisch onderzoek vereist is om tot betere resultaten te komen. Ter vergelijking: omzetting van zonne-energie in elektriciteit via fotovoltasche cellen haalt een efficintie van 10 tot 15%.
Een tweede resultaat van de methode is het begroten van de inzet van niet-hernieuwbare energiebronnen voor de productie van 'hernieuwbare' biobrandstoffen. Het blijkt dat 1 kWh niet-hernieuwbare energie nodig is om 3 tot 4 kWh biobrandstof-energie te komen. Deze 1 kWh niet-hernieuwbare energie is nodig voor de aanmaak van o.a. pesticiden, meststoffen en chemicalin. Bio-ethanol scoort beter dan biodiesel: er kan 4 kWh bio-ethanol geproduceerd worden door het investeren van 1 kWh niet-hernieuwbare energie, daar waar biodiesel productie met diezelfde niet-hernieuwbare energie slechts 3 kWh oplevert. Anders gesteld: er is n vierde (bio-ethanol) tot n derde (biodiesel) niet-hernieuwbare energie nodig om tot 'hernieuwbare' biobrandstofenergie te komen.
Besluiten
Er werd een wetenschappelijke methode ontwikkeld die toelaat de hernieuwbaarheid van biobrandstoffen kritisch te evalueren. Biobrandstofproductie draait voor een stuk op niet-hernieuwbare energie. Uit de wetenschappelijke analyse blijkt dat voor de productie van biobrandstoffen tot n derde niet-hernieuwbare energie vereist is. Deze hoeveelheid is verschillend van biobrandstof tot biobrandstof. Er moet dus toch wel genuanceerd en realistisch gedacht worden over biobrandstoffen als groene of hernieuwbare energie.
Info
Prof. dr. Jo Dewulf
Vakgroep Organische Chemie
tel. 09 264 59 49
Jo.DeWulf@UGent.be