Figuur 2: Het productieproces van ethanol
Bio-ethanol is geen nieuw product, het is in feite niets anders dan alcohol. Henry Ford gebruikte ethanol al als brandstof aan het begin van de vorige eeuw. Het productieproces van ethanol is erop gericht om suikers om te zetten in ethanol. Suikers komen voor in allerlei verschillende producten uit de agrarische sector, maar niet in elk product is de alcohol even toegankelijk.
De meest gebruikte grondstoffen voor de productie van bio-ethanol/biodiesel zijn suikerriet (Brazilië) , maïs (Verenigde Staten), tarwe, koolzaad en suikerbieten. Ook andere granen, bijvoorbeeld gerst, en bijproducten uit verwerkende industrieën (bijvoorbeeld melasse) worden gebruikt als grondstof. De bewerkingsstappen om fermenteerbare (fermentatie = gisting) suikers uit deze grondstoffen te krijgen zijn al jaren in gebruik. In het geval van zetmeelhoudende gewassen als maïs en tarwe wordt het zetmeel door middel van enzymen omgezet in glucose, dat vervolgens gefermenteerd wordt tot ethanol. Bij suikerhoudende gewassen als suikerriet en –biet gaat het erom via verkleining en extractie een suikerrijke vloeistof te verkrijgen die geschikt is voor fermentatie. Deze suikerrijke vloeistof die hierbij ontstaat, kan worden ingedikt om langere houdbaarheid van de suikers te bevorderen.
Naast de genoemde grondstoffen zijn er nieuwe technologieën in ontwikkeling om ethanol te verkrijgen uit cellulosehoudende materialen. Cellulose is een biologische stof die vooral in vezelachtige grondstoffen voorkomt zoals stro, pulp, groen afvel, etc. Ook hierbij zal de omzetting van suikers door fermentatie centraal staan.
Als de suikers zijn gefermenteerd, wordt het gedestilleerd. Hierbij wordt de alcohol tot 45% geconcentreerd door water en andere stoffen uit het mengsel te verwijderen. Na deze destillatie wordt er nog een rectificatie toegepast. Dit betekent dat de alcohol die uit de destillatie is gekomen wordt omgezet tot pure alcohol, dit gebeurt door de alcohol vrij te maken van water en andere onzuiverheden. (Voor het gehele productieproces, zie ook de figuur hieronder).
Figuur 2: Het productieproces van ethanol
Biodiesel is een dieselbrandstof die op basis van plantaardige olie geproduceerd wordt, en is in feite een brandstof die fossiele diesel kan vervangen. Omdat deze diesel op basis van plantaardig materiaal wordt gemaakt en vanwege de snelle afbreekbaarheid is het milieuvriendelijk. Het heeft daarnaast een aantal andere voordelen zoals uitstekende smeereigenschappen in motoren en dat het een zwavelvrije brandstof is.
De meest gebruikte grondstof voor dit doel in Europa is koolzaadolie, maar andere plantaardige oliën zoals zonnebloemolie en sojaolie worden ook wel toegepast. Er zijn ook experimenten met tropische oliën zoals geïmporteerde palmolie.
De keuze voor een bepaalde grondstof heeft vaak te maken met lokale voorkeuren of aanwezigheid van grondstoffen. Koolzaad is bijvoorbeeld een gewas dat in grote delen van Europa geteeld wordt, zoals in Duitsland waar ook de grootste en meest ervaren biodieselindustrie van de EU is gevestigd. De keuze voor koolzaad als grondstof heeft ook te maken met de Europese kwaliteitsnorm die gebaseerd is op gebruik van koolzaadolie als grondstof.
Voor het persen van olie uit raapzaad is behoorlijk wat energie voor nodig, het rest product raapschilfers dient afgezet te worden in de veevoedersector of zal voor opwekking van groene stroom gebruikt gaan worden. Dit zal vooral het geval zijn indien er echt massaal op biodiesel wordt overgeschakeld. Wat er dan echter zal ontstaan is een prijskwestie. Over het algemeen is de productie en verbruik van plantaardige olie redelijk in evenwicht.
Veel beter is de productie van ethanol uit zetmeel. Zetmeel wordt namelijk op veel te grote schaal geproduceerd, waardoor niet alles bruikbaar is. Bovendien zijn zetmeel houdende gewassen veel makkelijker te telen dan olie houdende gewassen.
Het proces om biodiesel te maken bestaat uit verschillende stappen. Als het uitgangsmateriaal oliezaad is, wordt eerst de olie uit het zaad geperst om ruwe olie te verkrijgen. Hierna wordt de ruwe olie geraffineerd.
De volgende stap is om de olie om te zetten in biodiesel, dit proces heet verestering. Een ester ontstaat wanneer een alcohol reageert met een carbonzuur. Oliën en vetten bestaan uit triglyceriden. Tijdens het productieproces van biodiesel wordt methanol en een katalysator toegevoegd aan de plantaardige olie, waardoor de glycerinealcohol van de olie wordt vervangen door methanol. Hierdoor ontstaan er twee producten:
• biodiesel (hoofdproduct)
• glycerine (bijproduct)
(Hieronder staat de reactievergelijking van de reactie tussen plantaardige olie en methanol, waarbij R [voornamelijk bestaat biodiesel uit C19H34O2] een koolwaterstofketen voorstelt; de producten die hierbij worden gevormd zijn biodiesel en glycerine)
Figuur 3: Structuurformules
De glycerine die hierbij ontstaan kan, mits voldoende zuiver, kan worden afgezet in verschillende marktonderdelen zoals voedingsmiddelen, cosmetica of in de farmaceutische industrie.
(Voor het gehele productieproces van biodiesel zie de figuur hieronder)
Figuur 4: Het productieproces van biodiesel