Hoe Biodiesel werkt

  • Joseph Norman
  • 0
  • 4005
  • 737
biodiesel Justin Sullivan / Getty Images Nieuws / Getty Images Fotogalerij voor voertuigen op alternatieve brandstof

Foto met dank aan Nebraska Soybean Board
Bus die rijdt op biodiesel uit soja. Zie afbeeldingen van voertuigen op alternatieve brandstof.

Als je de laatste tijd het nieuws hebt gelezen of bekeken, ben je waarschijnlijk een artikel, fragment of soundbite tegengekomen met betrekking tot olie- en olieprijzen. Zelfs in uw dagelijkse routines is de kans groot dat iemand het vermeldt. Of het nu in de automobielsector, economie, geschiedenis, aardrijkskunde of politiek is, olie is erin geslaagd om in bijna elk aspect van ons dagelijks leven te filteren. Het is een van de meest besproken (en controversiële) producten waarop consumenten dagelijks vertrouwen.

Al dit gepraat over olie zorgt voor blijvende interesse in benzine alternatieven. Zaken als elektrische auto's en waterstofbrandstofcellen worden besproken als haalbare alternatieven voor olie. Naarmate de technologie verbetert, kunnen deze concepten werkelijkheid worden. Maar hoe zit het nu?

Verloren in de mix zijn de biobrandstoffen, brandstoffen gemaakt van biologische ingrediënten in plaats van fossiele brandstoffen. Deze uitgangsingrediënten kunnen variëren van maïs tot sojabonen tot dierlijk vet, afhankelijk van het type brandstof dat wordt gemaakt en de productiemethode..

In dit artikel gaan we dieper in op biodiesel, een van de belangrijkste biobrandstoffen. Om te beginnen is het een goed idee om te kijken hoe automotoren werken en hoe dieselmotoren werken om wat achtergrondinformatie te krijgen. Ga daarna terug en we zullen het feit over biodiesel scheiden van fictie.

Over het algemeen is biodiesel een alternatief of additief voor standaard dieselbrandstof die is gemaakt van biologische ingrediënten in plaats van aardolie (of ruwe olie). Biodiesel wordt meestal gemaakt van planten oliën of dier vet door een reeks chemische reacties. Het is beide niet giftig en hernieuwbaar. Omdat biodiesel in wezen afkomstig is van planten en dieren, kunnen de bronnen worden aangevuld door landbouw en recycling.

Biodiesel is veilig en kan zonder of met weinig aanpassingen in dieselmotoren worden gebruikt. Hoewel biodiesel in zijn pure vorm kan worden gebruikt, is dat meestal het geval gemengd met standaard dieselbrandstof. Mengsels worden aangegeven met de afkorting Bxx, waar xx is het percentage biodiesel in het mengsel. De meest voorkomende blend is bijvoorbeeld B20, of 20 procent biodiesel tot 80 procent standaard. Zo, B100 verwijst naar pure biodiesel.


Foto met dank aan het Amerikaanse ministerie van Energie
Biobrandstoffen, zoals ethanol gemaakt van maïs en biodiesel gemaakt van sojabonen, helpen de Amerikaanse landbouw te ondersteunen.

Biodiesel is echter niet alleen een verzamelnaam. Er is ook een formele, technische definitie die wordt erkend door ASTM International (voorheen bekend als de American Society for Testing and Materials), de organisatie die verantwoordelijk is voor het verstrekken van industriestandaarden. Volgens de National Biodiesel Board (NBB) is de technische definitie van biodiesel als volgt:

    een brandstof bestaande uit mono-alkylesters van vetzuren met lange keten afgeleid van plantaardige oliën of dierlijke vetten, aangeduid met B100, en die voldoet aan de eisen van ASTM D 6751.

Dat klinkt nogal ruig, maar het is veel bekender dan je misschien denkt - je komt deze vetzuren elke dag tegen. We zullen ze in de volgende sectie in meer detail bekijken.


Foto met dank aan National Biodiesel Board
Van sojabonen kan biodiesel worden gemaakt.

Een deel van wat biodiesel zo aantrekkelijk en interessant maakt, is dat het uit talloze natuurlijke bronnen kan worden gemaakt. Hoewel dierlijk vet kan worden gebruikt, plantaardige olie is de grootste bron van biodiesel. Sommige hiervan heb je waarschijnlijk in de keuken gebruikt. Wetenschappers en ingenieurs kunnen oliën uit bekende gewassen zoals soja, koolzaad, koolzaad, palm, katoenzaad, zonnebloem en pinda gebruiken om biodiesel te produceren. Biodiesel kan zelfs worden gemaakt van gerecycled kookvet!

De rode draad door alle biodieselbronnen is dat ze allemaal bevatten vet in een of andere vorm. Oliën zijn gewoon vetten die bij kamertemperatuur vloeibaar zijn. Deze vetten of triacylglycerolen (ook wel triglyceriden genoemd) bestaan ​​uit koolstof-, waterstof- en zuurstofatomen die aan elkaar zijn gebonden en in een specifiek patroon zijn gerangschikt. Deze triacylglycerolen komen vrij veel voor. Naast plantaardige oliën voor huishoudelijk gebruik komen ze ook veel voor, zoals boter en reuzel. Het kan zijn dat u een triglyceridengetal heeft gezien als u naar een arts bent geweest en wat bloedonderzoek heeft ondergaan.

Een manier om deze triacylglycerolen te visualiseren, is door te denken aan een hoofdletter "E." De verticale ruggengraat van deze E vormt een molecuul dat bekend staat als glycerol. Glycerol is een veelgebruikt ingrediënt dat wordt gebruikt bij het maken van zaken als zeep, farmaceutische producten en cosmetica. Gehecht aan deze glycerolruggengraat en die de horizontale elementen van de E vormen, zijn drie lange ketens samengesteld uit koolstof, waterstof en zuurstof. Dit worden vetzuren genoemd.

 H H H H H
\ / | \ /
C ----------- C ----------- C
| | |
O O O
\ \ \
C = O C = O C = O
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H H H

Dus hoe komen deze triacylglycerolen in een auto, vrachtwagen of boot terecht? Biodiesel is geen pure plantaardige olie. Hoewel in het verleden ruwe plantaardige olie is gebruikt om dieselmotoren van brandstof te voorzien, heeft dit meestal voor problemen gezorgd. Het ruwe vet of de ruwe olie moet eerst een reeks chemische reacties ondergaan om brandstof te worden. Er zijn een paar verschillende manieren om biodiesel te maken, maar de meeste productiefaciliteiten produceren industriële biodiesel via een proces genaamd omestering. Bij dit proces wordt het vet of de olie eerst gezuiverd en vervolgens omgezet met een alcohol, meestal methanol (CH3OH) of ethanol (CH3CH2OH) in aanwezigheid van een katalysator zoals kaliumhydroxide (KOH) of natriumhydroxide (NaOH). Wanneer dit gebeurt, wordt de triacylglycerol omgezet in esters en glycerol. De esters die overblijven zijn wat we dan biodiesel noemen.

Is dit oud nieuws? In de volgende sectie zullen we een deel van de geschiedenis en motivatie achter de biobrandstoffenbeweging onderzoeken.


Foto met dank aan Bob Allan
De huidige productie van biodiesel in de VS is voornamelijk afkomstig van olie uit sojabonen zoals deze of uit gerecyclede bakolie voor restaurants.

Het concept van biobrandstoffen is verrassend oud. Rudolf Diesel, wiens uitvinding nu zijn naam draagt, had plantaardige olie voor ogen als brandstofbron voor zijn motor. In feite draaide veel van zijn vroege werk om het gebruik van biobrandstof. In 1900 demonstreerde Diesel bijvoorbeeld op de Wereldtentoonstelling in Parijs, Frankrijk, zijn motor door hem op pindaolie te laten draaien. Evenzo verwachtte Henry Ford dat zijn Model T zou rijden op ethanol, een maïsproduct. Uiteindelijk, zowel bij Diesel als bij Ford, kwam petroleum in beeld en bleek het de meest logische brandstofbron te zijn. Dit was onder meer gebaseerd op aanbod, prijs en efficiëntie. Hoewel het niet gebruikelijk was, werden in de jaren dertig en veertig ook plantaardige oliën gebruikt voor dieselbrandstof.

Het was in de jaren zeventig en tachtig dat het idee om biobrandstoffen te gebruiken in de Verenigde Staten opnieuw werd bekeken. Een van de belangrijkste gebeurtenissen vond plaats in 1970 met de goedkeuring van de Clean Air Act door de Environmental Protection Agency (EPA). Hierdoor kon de EPA de emissienormen voor verontreinigende stoffen zoals zwaveldioxiden, koolmonoxide, ozon en stikstofoxiden (NOx) nauwkeuriger reguleren. Dit vormde de weg vrij voor de ontwikkeling van schonere brandstoffen. Dit stelde ook normen voor brandstofadditieven.

Overzeese gebeurtenissen zoals het Arabische olie-embargo van 1973-1974 en de Iraanse revolutie van 1978-1979, in combinatie met een afname van de binnenlandse olieproductie, zorgden ervoor dat de prijzen opdreven. Volgens de Energy Information Administration van het Amerikaanse Department of Energy is de invoer van ruwe olie in de VS tijdens het embargo met 30% verminderd en is de wereldprijs van ruwe olie gestegen van ongeveer $ 14 per vat begin 1979 tot meer dan $ 35 per vat in Januari 1981 alvorens te stabiliseren. De prijzen daalden pas aanzienlijk tot 1983, toen de wereldprijs zich stabiliseerde tussen $ 28 en $ 29 per vat. "

Met de stijgende aardolieprijzen begonnen onderzoekers ergens anders te zoeken. In augustus 1982 werd de eerste internationale conferentie over plantaardige en plantaardige oliën gehouden in Fargo, N.D. Deze conferentie behandelde zaken variërend van brandstofkosten en de effecten van plantaardige olie tot brandstofadditieven en extractiemethoden..

In 1990 werd de Clean Air Act gewijzigd en werden strengere beperkingen op de voertuigemissies opgenomen. Het amendement introduceerde bepalingen voor zaken als een verhoogd zuurstofgehalte in benzine (waardoor de uitstoot van koolmonoxide wordt verlaagd) en een lager zwavelgehalte in dieselbrandstoffen.

In 1992 keurde de EPA de Energy Policy Act of EPACT goed. Dit was bedoeld om de hoeveelheid alternatieve brandstof die door de transportvloten van de Amerikaanse overheid wordt gebruikt, te vergroten om de afhankelijkheid van buitenlandse olie te verminderen. De EPACT-wijziging van 1998 omvatte het gebruik van biodiesel in bestaande dieselvoertuigen van de overheid als een aanvaardbaar alternatief voor de aanschaf van voertuigen op alternatieve brandstof, of pantservoertuigen, zoals bepaald in de oorspronkelijke EPACT.

Met al deze regels en voorschriften is het begrijpelijk dat elk haalbaar alternatief voor aardolie ophef zou veroorzaken. Maar biodiesel is geen perfecte vervanging voor benzine. We zullen de voor- en nadelen in de volgende secties bekijken.

Biodiesel heeft een aantal belangrijke voordelen:
  • Biodiesel is milieuvriendelijk.
  • Het kan de afhankelijkheid van buitenlandse olie helpen verminderen.
  • Het helpt de motor zelf te smeren, waardoor motorslijtage wordt verminderd.
  • Het kan in bijna elke diesel worden gebruikt met weinig of geen motoraanpassingen.
  • Het is veiliger dan conventionele diesel.
Een van de belangrijkste verkoopargumenten van biodiesel is dat het milieuvriendelijk is. Biodiesel heeft minder uitstoot dan standaard diesel, is biologisch afbreekbaar, en is een hernieuwbaar bron van energie.

Emissiebeheersing staat centraal in het biodieselargument, vooral in wetgeving. Er zijn een paar componenten van emissies die bijzonder schadelijk zijn en zorgen baren bij wetenschappers, wetgevers en consumenten. Zwavel en zijn verwante verbindingen dragen bij aan de vorming van zure regen; koolmonoxide is een algemeen erkend toxine; en kooldioxide draagt ​​bij aan het broeikaseffect. Er zijn ook enkele minder bekende verbindingen die zorgwekkend zijn, zoals polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's), ringvormige verbindingen die in verband zijn gebracht met de vorming van bepaalde soorten kanker. Fijnstof (PM) heeft negatieve gevolgen voor de gezondheid en onverbrande koolwaterstoffen dragen bij aan de vorming van smog en ozon.

Biodiesel vermindert de schadelijke uitstoot. Van de huidige biobrandstoffen is biodiesel de enige die met succes emissietests heeft doorlopen volgens de Clean Air Act.

Gemiddelde biodieselemissies in vergelijking met conventionele diesel
Emissie Component B100 B20
Totaal aantal onverbrande koolwaterstoffen -67% -20%
Koolmonoxide -48% -12%
Fijnstof -47% -12%
NOx +10% +2%
Sulfaten -100% -20%
PAH -80% -13%
Bron: National Biodiesel Board


Bovendien kan B100 de CO2-uitstoot met 78 procent verminderen en de kankerverwekkende eigenschappen van diesel met 94 procent verlagen (National Biodiesel Board, US DOE Office of Transportation Technologies).

Een ander kenmerk van biodiesel is dat het zo is biologisch afbreekbaar, wat betekent dat het kan ontbinden als gevolg van natuurlijke middelen zoals bacteriën. Volgens de EPA wordt biodiesel vier keer sneller afgebroken dan conventionele diesel. Op deze manier zou het opruimen in het geval van een lekkage gemakkelijker zijn en zou de nasleep niet zo beangstigend zijn. Dit zou ook gelden voor mengsels van biodiesel.

Biodiesel kan ook de Amerikaanse afhankelijkheid van geïmporteerde olie verminderen en onze energiezekerheid vergroten. De meeste biodiesel in de VS is gemaakt van sojaolie, dat is een belangrijk binnenlands gewas. Nu de vraag naar aardolie in de VS toeneemt en het wereldaanbod afneemt, kan een hernieuwbare brandstof zoals biodiesel, indien correct geïmplementeerd, een deel van de energiebehoeften van de VS verlichten..

Biodiesel draagt ​​ook bij aan de gladheid van een motor, oftewel het bewegingsgemak. Biodiesel werkt als een oplosmiddel, dat helpt om afzettingen en ander vuil uit de binnenkant van een motor los te maken dat mogelijk verstoppingen kan veroorzaken. Omdat pure biodiesel zelf geen afzettingen achterlaat, resulteert dit in langere levensduur van de motor. Geschat wordt dat een biodieselmengsel van slechts 1 procent de brandstofsmering met maar liefst 65 procent zou kunnen verhogen (US DOE Office of Transportation Technology).

Biodiesel is ook veiliger. Het is niet giftig (ongeveer 10 keer minder giftig dan keukenzout) en heeft een hoger vlampunt dan conventionele diesel. Omdat het op een hogere temperatuur verbrandt, is de kans kleiner dat het per ongeluk verbrandt. Dit maakt verplaatsings- en opslagvoorschriften gemakkelijker te accommoderen. Vervolgens kijken we naar de nadelen en de toekomst van biodiesel.


Foto met dank aan Paul Roessler
Microalgen, organismen waarvan een dieselachtige brandstof kan worden afgeleid: gekweekt in de Amerikaanse zuidwestelijke woestijnen, kunnen door NREL ontwikkelde microalgen ooit grote hoeveelheden lipiden produceren voor omzetting naar biodiesel.

Niets is natuurlijk zonder boete, en biodiesel heeft zijn nadelen. Sommige hebben te maken met de brandstof zelf, en veel hebben te maken met het grotere geheel.

Een van de problemen met de brandstof zelf is de toename van NOx in biodieselemissies. Vaak is er bij de productie van dieselbrandstof, wanneer u de hoeveelheid fijnstof in de uitstoot vermindert, een overeenkomstige toename van stikstofoxiden, die bijdragen aan de vorming van smog. Hoewel een deel hiervan kan worden verholpen door de motor zelf aan te passen, is dat niet altijd haalbaar. Er wordt onderzoek gedaan naar technologieën om de NOx-hoeveelheden in de biodieselemissies te verminderen.

Een ander probleem is het gedrag van biodiesel als oplosmiddel. Hoewel deze eigenschap nuttig is, is het een soort tweesnijdend zwaard. Sommige oudere dieselvoertuigen (zoals auto's van vóór 1992) kunnen verstopt raken door hogere concentraties biodiesel. Vanwege het vermogen om in de motor opgebouwde afzettingen los te maken (die er kunnen zijn van oude dieselbrandstof), kan biodiesel ervoor zorgen dat het brandstoffilter vastloopt met de nieuw vrijgekomen afzettingen. Biodieselfabrikanten stellen voor om de brandstofpomp kort na het overschakelen op hooggeconcentreerde biodieselmengsels te vervangen. Componenten in deze oudere brandstofsystemen kunnen ook achteruitgaan. Naast afzettingen in het brandstofsysteem, breekt biodiesel ook rubberen componenten af. Sommige onderdelen van de oudere systemen, zoals brandstofleidingen en brandstofpompafdichtingen, kunnen defect raken door hun rubber- of rubberachtige samenstelling. Dit wordt meestal verholpen door dergelijke componenten te vervangen. Hoewel veel fabrikanten biodiesel in hun garanties hebben opgenomen, kunnen er nog steeds problemen bestaan. Raadpleeg The Biodiesel Standard voor meer informatie over biodiesel en voertuiggaranties.

Ook kan er bij sommige motoren sprake zijn van lichte afname van brandstofverbruik en vermogen. Gemiddeld neemt het vermogen ongeveer 10 procent af. Met andere woorden, er is ongeveer 1,1 gallon biodiesel voor nodig om 1 gallon standaarddiesel te produceren.

De grote nadelen van biodiesel hangen samen met het grotere plaatje, namelijk de markt en de bijbehorende logistiek. Hiervan is de belangrijkste kosten. Volgens de EPA kan pure biodiesel (B100) overal tussen de $ 1,95 en $ 3,00 per gallon kosten, terwijl B20-mengsels gemiddeld ongeveer 30 tot 40 cent meer per gallon zijn dan standaard diesel. Dit hangt allemaal af van variabelen zoals de gebruikte grondstof en marktomstandigheden.

De andere, misschien wel belangrijkere kwestie is die van hoeveelheid en beschikbaarheid. Hoewel biodiesel niet per se in alle 50 staten wordt geproduceerd, kan het in alle staten beschikbaar worden gesteld. Er zijn drie belangrijke manieren om aan biodiesel te komen, waarbij elke methode beter geschikt is voor bepaalde soorten klanten. Biodiesel kan rechtstreeks bij de leverancier, bij een petroleumdistributeur of bij openbare pompen worden gekocht. Momenteel zijn er 19 NBB-leden die biodiesel produceren en op de markt brengen in de Verenigde Staten. Neem contact op met de National Biodiesel Board voor informatie over het verkrijgen van biodiesel. Het datacenter voor alternatieve brandstoffen heeft ook een zoekfunctie waarmee u tankstations op stad of staat kunt vinden.

Neem contact op met uw plaatselijke biobrandstoffenagentschap voor informatie over het lokaliseren van biodieselstations buiten de VS..

Dus hoeveel verdienen we? Gezien het aantal verschillende producenten (d.w.z. federale, particuliere, industriële) en gewasbronnen, is het moeilijk om een ​​mooi cijfer te geven. Op dit moment produceren de VS ongeveer 75 miljoen liter biodiesel per jaar (National Biodiesel Board). Deze productie is flexibel en kan naar behoefte worden verhoogd of verlaagd.

Of het nu wel of niet de aandacht trekt van flitsende technologieën, biodiesel zal zeker een constant werk in uitvoering zijn.

Momenteel zijn wagenparkvoertuigen de grootste markt voor biodiesel. Volgens de National Biodiesel Board zijn er in de Verenigde Staten meer dan 100 van dergelijke vloten die biodiesel gebruiken. Deze omvatten federale en openbare organisaties zoals de U.S. Postal Service, de U.S. Air Force, U.S. Army, NASA, het U.S. Department of Energy, Duke Energy en Florida Power & Light. Veel openbaarvervoerdiensten zijn ook op zoek naar biodiesel om het gebruik van aardolie aan te vullen. Stadsbussen zoals Cincinnati Metro rijden ook op biodiesel. Mogelijke toekomstige doelstellingen zijn onder meer gebieden als maritieme en landbouwtoepassingen en woningverwarming.

Naarmate het bewustzijn van het publiek groeit, kunnen biodiesel en biobrandstoffen in het algemeen gemakkelijk hun weg vinden naar dinergesprekken. Politieke steun neemt ook toe en, in de nasleep van wetgeving zoals het EPACT-amendement uit 1998, zullen alternatieve brandstofbronnen in de niet zo verre toekomst een noodzaak zijn..

Bekijk de links op de volgende pagina voor meer informatie over biodiesel, biobrandstoffen en aanverwante onderwerpen.

gerelateerde artikelen

  • Quiz Corner: Biodiesel Quiz
  • Hoe automotoren werken
  • Hoe dieselmotoren werken
  • Hoe katalysatoren werken
  • Hoe diesel-tweetaktmotoren werken
  • Hoe olieraffinage werkt
  • Hoe elektrische auto's werken
  • Hoe de waterstofeconomie werkt
  • Hoe benzine werkt
  • Hoe hybride auto's werken
  • Hoe algenbiodiesel werkt

Meer geweldige links

  • De National Biodiesel Board
  • Amerikaanse Department of Energy (DOE)
  • DOE Energie-efficiëntie en hernieuwbare energie
  • DOE Alternative Fuels Datacenter
  • DOE Energy Information Administration
  • Planet Green
  • TreeHugger.com



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt