biobrandstof

Prairiegras productiever dan maïs

Ooit, voor de Europese kolonisten de indianen verjoegen of vermoordden, was het Amerikaanse Midden Westen bedekt met onafzienbare grasvlakten waarop enorme kuddes bizons graasden. Het zou wel eens heel goed kunnen dat de prairie terug gaan keren. Voor biobrandstof, deze keer.

Niet peak oil, maar peak fantasy brengt Amerikanen in problemen
Peak fantasy voert hoogtij in Amerikaanse politieke kringen. Zowel George Bush Jr. als zijn opvolger Barack Hussein Obama zijn niet bijster gezegend met creativiteit, uitgezonderd dan in het verzinnen van manieren om veel schulden te maken, waarmee ze menig Griek naar de kroon staken. Een mooi voorbeeld is het Amerikaanse biobrandstofbeleid, waarbij maïsboeren met overheidssubsidie hun oogst voor een groot deel laten verwerken tot biobrandstof. Het voorspelbare gevolg: omhoog schietende maïsprijzen, die in veel derdewereldlanden tot honger leiden. Ook blijkt hier bijna evenveel fossiele brandstof (in de vorm van kunstmest (wat veel energie kost), brandstof voor tractoren en het vervaardigen van pesticiden) in te gaan als er aan biobrandstof kan worden gewonnen. Voor Bush jr. was dat niet erg. Het verzekerde hem immers van de eeuwige trouw van de maïsboeren in de corn belt.

Maïs brengt erosie
In feite is het zaaien van maïs in het voormalige prairieland in het Amerikaanse Midden-Westen ecologisch gezien niet erg slim. Het gewas laat de grond onbedekt waardoor regendruppels het grondoppervlak kapot slaan. De wortels van maïs zijn niet groot genoeg in aantal om de grond vast te houden. Geen wonder. Maïs is door duizenden jaren veredeling door Maya-boeren ontwikkeld uit de grasachtige wilde maïs, teosinte. Teosinte vormt (zoals alle grasachtigen bij begrazing) pollen of zoden die de grond goed beschermen, maar maïs bestaat uit enorme planten die nauwelijks uitlopers vormen. Het regenwater stroomt met gemak door een maïsveld. De gevolgen laten zich dan ook raden: enorme erosiegeulen. Minder zichtbaar, maar even verwoestend is laminaire erosie (effen bodemverlies) en winderosie: de beruchte Dust Bowl die grote aantallen boeren tot de bedelstaf bracht. Toen ik in Montana een stukje overgebleven prairie zag, lag dit ongeveer twee meter hoger dan het boerenland.Geen wonder dat landbouwkundigen boeren nu aanraden strategisch stukjes prairie op hun land te laten staan [1].

Voor een voedselgewas kunnen we niet anders, maar maïs gaan verbouwen voor biobrandstof terwijl er betere alternatieven zijn, is dom. Misdadig dom.

Olifantsgras wordt tot vier meter hoog. En brengt veel meer biomassa op dan maïs.

Derde maïsland kan in prairie worden omgezet
Uit berekeningen van Amerikaanse agronomen blijkt dat het onvruchtbaarste derde deel van het maïsareaal het beste uit productie kan worden genomen en dan bedekt met grote grassen die veel weg hebben van de inheemse grassoorten uit de prairie. Denk aan bijvoorbeeld Miscanthus sinensis (olifantsgras), ook in Nederland een bekend biobrandstofgewas. Miscanthus is een enorm grote grassoort die tot vier meter lang kan worden.
Uit computersimulaties blijkt dat als tot dertig procent van de maïs wordt vervangen door Miscanthus, er veel minder stikstof uitspoelt in het grondwater, de productie van ethanol (alcohol) bijna verdubbelt en ook de maïsproductie met vier procent toeneemt. Miscanthus is in tegenstelling tot maïs een overblijvend gewas dat meerdere keren per jaar gemaaid wordt. Miscanthus blijft dus het hele jaar op het veld staan, ook in de winter. Uiteraard is dat zeer goed nieuws voor de bodem. Ook spoelen er in de winter geen waardevolle mineralen uit de grond.

Er is nog één bottleneck voor het feestgedruis los kan barsten. Maïs omzetten in alcohol is niet zo moeilijk, vraag bijvoorbeeld Afrikaanse dorpsvrouwen maar. Celluloserijk gras omzetten in alcohol is veel lastiger. Er zijn maar weinig bacteriën die cellulose kunnen afbreken, de reden dat je boekenkast het langer volhoudt dan een brood. Hier zijn echter een paar technieken voor – bijvoorbeeld TDP (pyrolyse), verhitten zonder zuurstof, waardoor er een soort biodiesel ontstaat. Wetenschappers verwachten dat er binnen tien jaar een werkend proces bestaat. Maar zal dat op tijd zijn?

Bronnen
1. Patches of prairie stem erosion, Iowa Farmer Today (2011)
2. Switch from Corn to Grass Would Raise Ethanol Output, Cut Emissions, ScienceDaily (2011)
3. Sarah C Davis, Evan H DeLucia et al., Impact of second-generation biofuel agriculture on greenhouse-gas emissions in the corn-growing regions of the US. Frontiers in Ecology and the Environment, 2011

Zeewier overvloedige bron van biobrandstof

We kunnen beter ophouden met het amateuristische geknoei met maïs en dergelijke, aldus Britse onderzoekers. Zeewier kan een levensvatbare toekomstige biobrandstof worden – vooral als het wier wordt geoogst in de zomer.

Het gebruik van kelp (Laminaria digitata) kan een belangrijk alternatief vormen voor op land geproduceerde biobrandstoffen. Wel varieert het gehalte aan voor biobrandstof interessante stoffen door de seizoenen. De zomer levert de hoogste koolhydratengehaltes op – en daarmee de geschiktste uitgangspositie voor biobrandstof.

Laminaria digitata produceert meer biomassa dan landgewassen.

Bij de fermentatie worden koolwaterstoffen en oplosbare suikers omgezet in ethanol (alcohol), dus hoe meer koolhydraten, hoe effectiever. Metalen belemmeren het gistingsproces dus hoe minder metalen in het wier, hoe beter.  De onderzoekers, die proeven namen uit de kust van Wales, gebruikten chemische analyse om de seizoensvariatie te schatten.
Hun resultaten, die 4 juli 2011 gepresenteerd werden tijdens de jaarlijkse conferentie van de Society for Experimental Biology in het Schotse Glasgow, lieten zien dat de beste maand om biobrandstof te oogsten, juli is. In juli bevat het zeewier de meeste koolhydraten en het laagste metaalgehalte. Het zeewier slaat deze koolhydraten op om in de rest van het jaar, als er minder zonlicht is maar wel voldoende minerale voedingsstoffen, toch te kunnen groeien.

Kelp kan op verschillende manieren in biobrandstof worden omgezet, waaronder fermentatie, anaerobe vertering (waarbij ethanol vrijkomt) of pyrolyse, het verhitten van de biomassa zonder zuurstof waarbij bio-olie vrijkomt. De chemische samenstelling van jet zeewier is ook van groot belang voor deze beide processen. Tot nu toe heeft onderzoek naar biobrandstoffen zich toegelegd op landplanten. Landplanten nemen echter land in beslag waar dan geen voedsel meer op verbouwd kan worden. Mariene ecosystemen zijn een niet-aangeboorde hulpbron die meer dan vijftig procent van alle biomassa in de wereld vormen. Zeewieren zelf zijn in staat meer biomassa per vierkante meter te produceren dan zelfs snel groeiende landgewassen zoals suikerriet.

Biobrandstof uit zeewier kan erg belangrijk worden in de toekomstige energieproductie. Biobrandstoffen biden namelijk iets wat andere hernieuwbare energiebronnen niet bieden: een energiebron die opgeslagen kan worden, zodat we deze kunnen gebruiken als er geen wind of zon is. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het verbeteren van het proces, zodat hoogwaardige substanties uit het zeewier kunnen worden gehaald (denk aan pigmenten en fenolen), voordat de rest van het zeewier als biobrandstof wordt vergist. Het is uiteraard ook erg interessant de aminozuren uit zeewier te extraheren. Eiwit is een schaarse hulpbron; uit het zeewier geëxtraheerd eiwit kan als veevoer of in kunstvlees worden gebruikt.

Zie ook het artikel Enorm zeeslaveld kan hele wereldbevolking van eiwit voorzien

Bron:
Biofuels from the Sea: Seaweed May Prove a Viable Future Biofuel, Especially If Harvested in Summer, ScienceDaily

Algen produceren biodiesel en zuiveren water

Waterzuivering en nog brandstof ook. Het klinkt te mooi om waar te zijn, maar toch is dat precies wat bereikt is met een proefinstallatie.Verandert de waterzuivering in een benzinepomp?

Een grote stad produceert onafzienbare hoeveelheden afvalwater, per inwoner al gauw honderdvijftig liter per dag. Het kost veel geld en moeite om deze te zuiveren. Het kost al evenveel geld en moeite om een gunstig substraat voor algen te produceren die biobrandstof produceren. Geen wonder dat er veel onderzoek wordt gedaan om dit op een slimmere manier te kunnen doen.
Eric Lannan en zijn collega’s van de technische universiteit van Rochester (in de buurt van New York) kwamen met het ei van Columbus. Ze zijn er in geslaagd met behulp van drie algensoorten: Scenedesmus, Chlorella en Chlamydomonas, een op afvalwater lijkende brij in drie dagen voor 99% te zuiveren van nitraten en fosfaten, gewoonlijk een ernstig probleem bij lozing op het oppervlaktewater. Hiermee is het water voldoende zuiver om zonder ecologische schade te kunnen lozen in rivieren. Ook kunnen van de algen biobrandstoffen worden vervaardigd.

Enkele algensoorten vormen een overvloedige bron van biobrandstof.

Het proces vindt plaats in twee stappen. In de eerste stap wordt het (reeds eerder behandelde) rioolwater ingezaaid met algen. Deze slurpen in de eerste drie dagen een maximale hoeveelheid nitraten en fosfaten op en produceren in het proces lipiden – vetten dus die chemisch sterk lijken op de koolwaterstoffen in brandstof. In de volgende drie dagen produceren de uitgehongerde algen nog veel meer lipiden. Na afloop  worden de vetten uit ze geperst en omgezet in biobrandstof. De samengeperste koek die overblijft, verdwijnt in een methaantank om vergist te worden tot biogas of kan worden gebruikt om ethanol (alcohol) te maken, een andere biobrandstof.

De onderzoekers werken nu aan een vervolgproject waarbij de algen worden gekweekt in vierduizend liter vergist afvalwater. Naar verwachting kan het proces worden opgeschaald tot er duizenden kubieke meters per dag water worden verwerkt. New York ligt ter hoogte van Madrid, waardoor er ook in de winter nog redelijk veel zonlicht voor de algen is. Afvalwarmte die vrij komt bij het verbranden van biobrandstof om hiermee elektriciteit op te wekken, kan dienen om de algenvijvers in de winter op temperatuur te houden. Omdat de hoeveelheid zonlicht in Nederland in de winter te laag is, is deze vorm van afvalwaterzuivering hier helaas alleen in de zomer geschikt.

Deze toepassing is mede interessant omdat algen verschillende malen meer biobrandstof per vierkante meter opleveren dan traditionele gewassen: tussen de 6,6 en 9,4 liter per jaar. Kortom: op deze manier verandert een dure, ruimteverslindende rioolwaterzuiveringsinstallatie in een winstgevende groene benzinepomp.

Bron
New Scientist

Dutch