Afbeelding van voedselverspilling bij een vuilnisbak in een park.

Voor veel toepassingen blijven vloeibare brandstoffen de meest praktische energievoorziening, zoals vliegtuigen en grote schepen als voor de hand liggende voorbeelden. Het is mogelijk om het gebruik van fossiele brandstoffen voor deze toepassingen te vermijden, aangezien er veel manieren zijn om biobrandstoffen te produceren. Maar we kunnen geen biobrandstoffen produceren tegen een concurrerende prijs, waardoor fossiele brandstoffen de dominante optie blijven.

Een groep Amerikaanse onderzoekers heeft daarom gekeken of het mogelijk is om voedselafval om te zetten in vliegtuigbrandstof. Chemisch zijn de resultaten uitstekend, waarbij materiaal wordt geproduceerd dat kan worden gemengd met een beetje standaard vliegtuigbrandstof om aan alle wettelijke normen te voldoen. Economisch is de situatie lang niet zo geweldig, alleen werken tegen prijzen die meer dan vijf jaar geleden gangbaar waren. Maar het feit dat het afval anders methaan in de atmosfeer zou brengen, omdat het meer dan vergaat, compenseert de koolstofdioxide die wordt geproduceerd door de vliegtuigbrandstof in het mengsel. Dus een prijs op koolstof zou de vergelijking kunnen veranderen.

Het werk hier is gericht op wat ‘nat afval’ wordt genoemd, waaronder zaken als voedselverspilling, dierlijke mest en rioolwater. Zoals je zou verwachten, produceren we veel van dit spul, waarbij de auteurs schatten dat de totale energie-inhoud elk jaar ongeveer gelijk is aan 10 miljard gallons vliegtuigbrandstof. Vanwege de hoeveelheid water die aanwezig is, is het extreem energie-intensief om dit afval direct om te zetten in welke brandstof dan ook, aangezien het water moet worden weggegooid. Wel is het mogelijk om het afval in een zuurstofvrije omgeving te plaatsen en door bacteriën te laten omzetten in methaan.

Waar de auteurs zich op richten is het onderbreken van dat proces. Als je de bacteriën onder de juiste omstandigheden kweekt, zullen ze alle langere, complexe vetten niet volledig afbreken. In plaats daarvan stoppen ze op een punt waar veel van de koolstof in die cellen de vorm heeft van relatief korte moleculen die vier tot acht koolstofatomen lang zijn. Deze hebben meestal een paar zuurstofatomen aan het ene uiteinde van de koolstofketen, waardoor ze zwakke zuren worden.

Chemisch gezien is het mogelijk om deze moleculen te laten reageren op een manier waarbij twee van de zwakke zuren samensmelten tot een enkel molecuul, waarbij water en een enkel molecuul koolstofdioxide vrijkomen in het proces. Het resulterende molecuul is nu bijna twee keer zo lang (twee moleculen van vier koolstofatomen zouden samensmelten om een ​​molecuul met zeven koolstofatomen te vormen en de andere koolstof vrij te geven als CO2). En dat brengt de lengte in de buurt van de typische koolwaterstof in vliegtuigbrandstof.

Aan het langere molecuul zit nog zuurstof vast en er zijn twee manieren om er vanaf te komen. Een daarvan is een simpele reactie met waterstof en een goedkope katalysator, die de zuurstof in de vorm van water loslaat. Een alternatief is een verdere fusie van een ander zwak zuur molecuul, waardoor een meer gecompliceerde vertakte structuur ontstaat. (Dit proces vereist ook een reactie met waterstof om de stof om te zetten in een zuivere koolwaterstof als het klaar is.) De onderzoekers toonden aan dat met de juiste katalysatoren beide reacties buitengewoon goed werken en een mengsel van koolwaterstoffen produceren met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van vliegtuigbrandstof.

Dus de onderzoekers hadden nu een proces. Voer het afval naar een bacteriële vergister, stop de bacteriën om methaan te produceren en isoleer de korte vetzuren uit de vergister. Laat die vervolgens een paar reacties ondergaan en er komt een mengsel van koolwaterstoffen tevoorschijn die als brandstof kunnen worden gebruikt.

Natuurlijk zijn er enkele vrij specifieke vereisten voor vliegtuigbrandstof, ontworpen door luchtvaartautoriteiten om de veiligheid van vluchten en operaties op de grond te waarborgen. En de brandstoffen die door deze twee processen worden gemaakt, verschilden op een aantal kritische manieren van standaard vliegtuigbrandstof, zoals het vlampunt en het vriespunt, die het gedrag van de brandstof bepalen als reactie op respectievelijk hoge en lage temperaturen.

Dit was geen probleem als deze biobrandstoffen onder de 10 procent van de totale vliegtuigbrandstofmix werden gehouden. Maar het zou problemen opleveren als je een mengsel wilde maken dat voornamelijk uit biobrandstof bestond. De twee verschillende reacties produceerden echter producten die op tegengestelde manieren van elkaar verschilden (de ene produceerde bijvoorbeeld een vloeistof met een hoger vlampunt, de andere een vloeistof met een lager vlampunt). Dus door deze twee met elkaar te mengen, was het mogelijk om een ​​vliegtuigbrandstofmix te maken die voor meer dan 70 procent uit biobrandstof bestond.

Omdat de producten van deze reacties in verschillende stappen waren gezuiverd, was het resultaat ook een veel schoner brandende brandstof, waarbij de roetproductie met ongeveer 65 procent daalde. Het had ook een iets hogere energiedichtheid dan traditionele vliegtuigbrandstof, wat voor sommige toepassingen nuttig kan zijn.

Met alle katalysatoren en voorwaarden uitgewerkt, wendden de onderzoekers zich tot een nogal kritische vraag: hoeveel zou het kosten? Ervan uitgaande dat ze iets meer dan 200 ton voedselverspilling per dag zouden kunnen krijgen, schatten ze dat de biobrandstof concurrerend zou zijn met standaard vliegtuigbrandstof tegen een prijs van ongeveer $ 2,50 per gallon. Dat aantal is niet onredelijk, en de prijzen van vliegtuigbrandstof hebben in het verleden een aantal jaren boven die prijs gelegen, maar de prijzen zijn sinds 2014 niet meer in dat bereik geweest.

Als je echter rekening houdt met de CO2-uitstoot, verschuiven de zaken aanzienlijk. Dat komt omdat, als het voedselafval niet voor een ander gebruik wordt omgeleid, het op een stortplaats terecht zou komen en methaan zou produceren, een krachtiger broeikasgas dan koolstofdioxide. Als gevolg hiervan vermijdt het omleiden van deze koolstof naar brandstof en het verbranden ervan die methaanemissies. In het grote geheel compenseert dat meer dan de 30 procent van de uiteindelijke brandstofmix die uit aardolie komt, waardoor de biobrandstof / vliegtuigbrandstofmix negatieve emissies produceert.

Als er een prijs is voor koolstof, of een soort krediet voor koolstofarme brandstoffen, kan dit een deel van het prijsverschil tussen op petroleum gebaseerde vliegtuigbrandstof en de prijs die nodig is om de biobrandstof winstgevend te maken, compenseren. Op dit moment heeft de VS geen prijs op koolstof, hoewel sommige staten dat wel doen. De auteurs stoppen hun cijfers in een formule die kredieten schat onder het Californische Low Carbon Fuel Standard-systeem, en ze ontdekken dat hun biobrandstof $ 3,71 / gallon waard is aan vermeden emissies.

Het enige probleem hier is dat er veel omstandigheden zijn waarin het voedselafval toch geen methaan in de atmosfeer zou mogen vrijgeven. Veel ervan dient als grondstof voor de productie van biodiesel, dus het zou worden omgeleid voordat het op een stortplaats terechtkomt. En er zijn nu stortplaatsen die het methaan opvangen dat ze anders zouden vrijgeven en dat gebruiken voor energieopwekking. De productie van vliegtuigbrandstof zou dus in concurrentie kunnen komen met het voedselafval dat wordt gebruikt voor andere koolstofneutrale brandstofprocessen.

Ik zou graag zien dat de berekeningen voor mest en afvalwater worden herhaald. Ze hebben waarschijnlijk niet dezelfde energie-inhoud als voedselverspilling, maar afvalwater vereist een duurdere behandeling dan storten, dus de economie kan iets anders uitpakken.

PNAS, 2021. DOI: 10.1073/pnas.2023008118 (Over DOI’s).

By Admin

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *