Omzetting van onverzadigde vetzuren tot hernieuwbare brandstofadditieven en smeermiddelen

Bert
Boekaerts

U rijdt toch ook op groene diesel? Een nieuwe productieroute blootgelegd

Bussen die rijden op waterstof, hybride wagens, de exotische BMW i8 of een snelle Tesla… Meer en meer worden we geconfronteerd met “groene” alternatieve voertuigen. Maar ook binnen 60 jaar zal nog de helft van alle transport gebeuren met behulp van vloeibare brandstoffen. Hoe kunnen we met dit in ons achterhoofd dan toch een duurzamere wereld creëren?

De nood aan vloeibare brandstoffen blijft hoog

Hoewel tal van voertuigen vandaag al  aangedreven worden door waterstof of elektriciteit, zullen de klassieke tankstations niet meteen verdwijnen. De vraag naar vloeibare brandstoffen zal immers hoog blijven. Dit is zeker het geval voor de zwaardere fracties zoals kerosine en diesel omdat deze gebruikt worden in de sectoren van zwaar transport over lange afstanden. Onder meer de beperkte autonomie van elektrische systemen en de grote opslagtanks voor waterstof maken alternatieve vrachtschepen, -vliegtuigen of zware trucks onwaarschijnlijk in de nabije toekomst.

Naar een biomassa gebaseerde industrie

Benzine, kerosine en diesel, de vloeibare brandstoffen die we allen dagdagelijks zo massaal gebruiken, zijn voor een groot deel opgebouwd uit chemische verbindingen die alkanen worden genoemd. Zoals vele andere chemische componenten, zijn alkanen vandaag afkomstig van fossiele grondstoffen zoals ruwe aardolie. De voorraden van zulke fossiele bronnen zijn echter niet oneindig en bovendien is de verwerking en het gebruik ervan schadelijk en belastend voor het milieu. Meer en meer zijn onderzoekers daarom op zoek naar andere en hernieuwbare bronnen, zoals bijvoorbeeld biomassa,  voor de productie van onze energie en chemicaliën.

Vetten als vervangers voor aardolie

In dit onderzoek werd de aandacht gevestigd op de productie van alkanen vanuit algen- en plantaardige oliën en dierlijke vetten als biomassa grondstoffen. Oliën en vetten bestaan uit moleculen die triglyceriden en vetzuren worden genoemd. Hun chemische structuur is al vrij gelijkaardig aan de gewenste alkanen zodat slechts een beperkt aantal chemische reacties moet worden uitgevoerd. Om het duurzame karakter van deze hernieuwbare grondstoffen te maximaliseren zijn ze liefst afkomstig van algen, niet-eetbare fracties, afvalstromen of gewassen die goed groeien in strenge klimaten op arme en droge bodems, waar het telen van voedingsgewassen niet rendabel of mogelijk is. Op deze manier is hun gebruik ethisch te verantwoorden omdat er geen strijd hoeft te zijn met de voedselproductie.

Groene diesel is de beste diesel

Diesel maken vanuit vetten is niet nieuw. Denk bijvoorbeeld maar aan gebruikt frituurvet en –olie dat opgehaald wordt en waaruit vandaag biodiesel wordt gemaakt. Dit gebeurt met een chemisch proces dat transesterificatie wordt genoemd. Deze biodiesel bestaat echter niet uit alkanen zoals de normale petroleumdiesel. Hierdoor is de kwaliteit van klassieke biodiesel ook niet gelijkaardig. Recent onderzoek heeft geleid tot de ontwikkeling en commerciële productie van een ander type diesel uit vetten, zogenaamde groene diesel, dat wél uit alkanen bestaat. Deze groene diesel heeft betere eigenschappen dan zowel petroleum- als biodiesel. Enerzijds bevat het geen stikstof en zwavel zoals petroleumdiesel zodat schadelijke gassen als stikstof- en zwaveloxiden niet worden uitgestoten. In vergelijking met biodiesel heeft groene diesel dan weer een grotere energie-inhoud en is het bovendien ook stabieler.

 

 

 

Huidige commerciële productie van groene diesel

Momenteel wordt groene diesel uit vetten gemaakt in 2 stappen. In de eerste stap worden ze omgezet naar alkanen waarna in de 2de stap de structuur van deze alkanen nog wat veranderd wordt om betere vloei-eigenschappen te verkrijgen. Beide chemische reacties hebben grote hoeveelheden waterstof nodig en vinden plaats bij hoge temperaturen. Hierdoor is dit productieproces minder groen dan je in eerste instantie zou kunnen denken, zeker als je weet dat tot op vandaag het grootste aandeel van de beschikbare hoeveelheid waterstof afkomstig is van fossiele grondstoffen.

 

Een nieuwe aanpak

In dit onderzoek werd het potentieel onderzocht van een alternatief proces voor de productie van dit type groene diesel. Het verschil zit in de volgorde en omstandigheden waarin de 2 reactiestappen worden uitgevoerd en de katalysatoren waarmee gewerkt wordt. Katalysatoren zijn materialen die aan chemische reacties worden toegevoegd om ze te versnellen. In de bestudeerde route wordt net de omgekeerde volgorde gevolgd als die van het commerciële proces. Zo wordt nu eerst de structuur van de vetten veranderd. Een belangrijk verschil én voordeel van onze technologie is dat deze structuurwijziging nu zonder waterstof en bij lagere temperaturen gebeurt. Daarenboven verloopt ook de 2e stap bij lagere waterstofdrukken. Verder levert deze nieuwe route groene diesel met betere vloei-eigenschappen omdat de structuur net iets anders is dan de commerciële versie. Tot slot is deze nieuwe aanpak het meest interessant voor een bio-raffinaderij omdat het een hogere flexibiliteit met zich meebrengt. Na de eerste stap kunnen met de aangepaste vetten immers ook nog andere chemische reacties worden uitgevoerd waardoor ook nog andere producten dan alkanen geproduceerd kunnen worden.

 

Door gebruik te maken van hernieuwbare biomassa zoals onder meer oliën en vetten kunnen we ook in de toekomst nog beschikken over de hoogst noodzakelijke vloeibare brandstoffen. Dit onderzoek opent de deuren naar een nieuwe én voordelige route om de wereld in de toekomst op een duurzame manier van groene diesel te kunnen voorzien. 

Download scriptie (26.32 KB)
Universiteit of Hogeschool
KU Leuven
Thesis jaar
2015