Experimenteel onderzoek naar het gedrag van alcoholen en mengsels met alcoholen als brandstof voor vonkontstekingsmotoren

Alcohol en auto’s: een gevaarlijk efficiënte mix

Uiteraard blijft rijden onder invloed onaanvaardbaar, maar als het van de vakgroep vervoerstechniek aan de Gentse universiteit afhangt dan worden alcohol en personenauto’s in de toekomst onlosmakelijk aan elkaar verbonden. Lichte alcoholen zijn namelijk een veelbelovend en duurzaam alternatief voor de huidige benzine. Wanneer u morgen benzine in uw wagen tankt dan zit daar reeds tot 5% ethanol bij. In Brazilië wordt alcohol zo al sinds de jaren ’70 gebruikt als alternatief voor de fossiele brandstoffen. Ook in de autosport (Indycar Series en junior WRC) werden recentelijk alcoholische brandstoffen geïntroduceerd. Twee thesisstudenten droegen hun steentje bij in het onderzoek naar deze brandstoffen en toonden aan hoe enkele struikelblokken kunnen omzeild worden om tot de grote doorbraak van deze alternatieve brandstof te komen.

De laatste decennia wordt de mens zich steeds meer bewust van zijn afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. Transport, industrie en elektriciteit zijn slechts enkele van de menselijke behoeften die met deze primaire energiebron worden vervuld. Door een steeds stijgende wereldbevolking die reeds boven de grens van 7 miljard reikt en een sterk meegroeiende energievraag, slinken deze fossiele energiebronnen als sneeuw voor de zon. Hierdoor zal in de toekomst de prijs voor ruwe aardolie alleen maar blijven stijgen en zo uiteindelijk onbetaalbaar worden voor een groot deel van de wereldbevolking. Naast deze sombere vooruitzichten op economisch vlak is er uiteraard ook de enorme luchtvervuiling die deze fossiele brandstoffen met zich meebrengen. De laatste jaren wordt er echter meer aandacht besteed aan de uitstoot van schadelijke (broeikas)gassen en stoffen, wat zich geuit heeft in steeds strengere emissienormen.

Deze verschillende factoren hebben ervoor gezorgd dat er wereldwijd enerzijds wordt gezocht naar meer efficiënte technologieën en anderzijds naar hernieuwbare brandstoffen. Deze zoektocht heeft al enkele alternatieven opgeleverd waaronder hybride voertuigen met elektromotoren en prototypes met waterstofmotoren. Deze technologieën vertonen echter elk nog enkele duidelijke tekortkomingen op het vlak van infrastructuur, veiligheid of maximale rijafstand van het voertuig waardoor een grootschalige toepassing nog niet mogelijk is.

Een interessante oplossing waarvan de praktische implementatie in mindere mate een probleem stelt, is het gebruik van lichte alcoholen (methanol en ethanol) als alternatieve en duurzame brandstof. Met slechts kleine aanpassingen kunnen deze reeds gebruikt worden in de huidige voertuigen en distributie infrastructuur. Bij gebruik in eenzelfde motor resulteren deze alcoholen in zowel een verlaging van verbruik en emissies als een stijging van het vermogen ten opzichte van benzine. Het is wel zo dat men niet van vandaag op morgen een revolutie kan ontketenen van benzine naar deze veelbelovende alcoholen, maar dat dit eerder een evolutie wordt over enkele jaren in de vorm van benzine-alcoholmengsels. Zo is er reeds in de standaardbenzine aan de Belgische tankstations 5% ethanol aanwezig en zijn er al enkele miljoenen wagens wereldwijd die op E85 (85% ethanol, 15% benzine) kunnen rondrijden.

De scriptie ‘Experimenteel onderzoek naar het gedrag van alcoholen en mengsels met alcoholen als brandstof voor vonkontstekingsmotoren’ bestudeerde hierbij een belangrijk nadeel van dit duurzame en veelbelovende alternatief. Het is namelijk zo dat ethanol het overgrote aandeel heeft in de gebruikte alcoholische brandstoffen en de productie hiervan gebaseerd is op de fermentatie van gewassen zoals maïs en suikerriet. Om alle voertuigen op ethanol te kunnen laten rijden, zouden er enorme oppervlaktes landbouwgrond moeten gebruikt worden om deze producten te kunnen voorzien. Waarbij deze velden dan uiteraard niet meer gebruikt kunnen worden voor de teelt van voedingsgewassen. Dit dilemma waarbij de mens moet kiezen tussen voeding en brandstof wordt de ‘biomassalimiet’ genoemd en is één van de grootste struikelblokken om de grote omschakeling te kunnen doorvoeren naar alcoholische brandstoffen.

In de scriptie werd onderzoek gedaan naar het gebruik van brandstofmengsels waarbij niet enkel ethanol en benzine worden gebruikt maar ook het lichtste alcohol: methanol. Het is namelijk zo dat methanol geproduceerd kan worden uit afvalstromen (bv. houtafval en oneetbare gewassen) waardoor er geen probleem is met een biomassalimiet. Theoretisch gezien kan methanol zelfs synthetisch vervaardigd worden met water en CO2 die uit de lucht of industriële uitlaatgassen gecapteerd wordt. De huidige technologie om dit laatste te kunnen verwezenlijken staat echter nog niet ver genoeg maar biedt wel mooie toekomstperspectieven. Op deze wijze zou men dus een neutrale cyclus kunnen creëren waarbij de door het voertuig uitgestoten CO2 uit de lucht kan gehaald worden om uiteindelijk nieuwe methanolbrandstof aan te maken.

Het onderzoek in de scriptie toonde aan dat men inderdaad ternaire (benzine, ethanol en methanol) mengsels kan aanmaken die gelijkaardig zijn aan een E85-mengsel. Indien men de verhoudingen in het mengsel correct aanpast, is het zelf zo dat de motor niet merkt dat er een ternair brandstofmengsel wordt gebruikt in plaats van het oorspronkelijke E85-mengsel. De experimenten toonden aan dat er geen verschil werd vastgesteld qua prestaties zoals het vermogen en verbruik van de motor. Ook qua CO2-uitstoot en schadelijke emissies werden geen verschillen vastgesteld tussen deze mengsels onderling. De vergelijking met een standaard benzine leverde ook enkele zeer interessante resultaten op. Zo werd een beduidende stijging van gemiddeld 2 procent vastgesteld in het rendement van de motor voor de ternaire mengsels en werd er ook een duidelijke daling vastgesteld in de CO2-uitstoot van 8 procent ten opzichte van benzine.

Het belangrijkste gevolg van deze resultaten is dat men het aandeel alcoholische brandstoffen enorm kan uitbreiden zonder in aanraking te komen met het dilemma van de biomassalimiet. Men kan namelijk de hoeveelheid ethanol verminderen in het mengsel door meer methanol te gebruiken, terwijl er geen motorinstellingen moeten gewijzigd worden. De resultaten hebben naast het maatschappelijke en ecologische dus ook een positieve invloed op het economische aspect. Men kan namelijk zeer eenvoudig de samenstelling van het ternaire mengsel wijzigen waarbij de prijs kan geoptimaliseerd worden om zo de invloed van de steeds duurder wordende benzine te verkleinen. Zo worden duurzame brandstoffen voor een groter publiek toegankelijk en ziet de toekomst voor de personenwagens er weer een stuk groener uit.