OliNo

Duurzame Energie

Zonnebrandstof, een sprookje of perspectief?

Geplaatst door Lucas Kruijswijk in Bio-energie, Energieopslag, Transport, Zonne-energie Geef een reactie

Een vriend stuurde mij de volgende link: de toekomst in met solar fuel

Een alternatief voor benzine, uit water, lucht en elektriciteit en dat al in races gebruikt wordt? Is dat één of ander fabeltje of gaat dat realiteit worden?

De feiten zijn simpel:
- Waterstof kan gemaakt worden uit water en elektriciteit (een bewezen techniek)
- CO2 kan uit de lucht worden gehaald, maar dat is alleen nog maar op research schaal aangetoond.
- Uit waterstof en CO2 kan benzine of methanol worden gemaakt (een bewezen techniek)
Technisch kan het dus. De vraag is daarom tegen welke prijs? En welke technieken/brandstoffen zijn het meest belovend?

Methanol als brandstof

De keuze voor methanol zal misschien niet meteen duidelijk zijn. De energiedichtheid van methanol is maar 42% (naar gewicht) van benzine en lijkt daarom niet ideaal. Bij ethanol (CH3CH2OH) bijvoorbeeld, is dat iets beter 65% van benzine (naar gewicht).
Daartegenover staat dat methanol veel voordelen heeft en dit is ook al lang in de literatuur beschreven. Bijvoorbeeld in het boek “The Methanol Economy” van Nobelprijswinnaar George Olah. In de praktijk groeit het gebruik van methanol en met name China stimuleert het sterk. Er is ook een supportgroep.
Het eerste voordeel is dat methanol makkelijk te synthetiseren is. Een mengsel van waterstof, kooldioxide en koolmonoxide wordt ‘syngas’ genoemd. Zoals gezegd kan dit verkregen worden door waterstof en CO2 uit de lucht. Thans is echter gebruikelijker om met aardgas te beginnen of door het vergassen van kolen of biomassa. Uit dit syngas kan met het Fischer-Tropsch proces benzine worden gemaakt (dat deden de Duitsers als in de Tweede Oorlog en in Zuid-Afrika vanwege de apartheid boycot). Het is echter eenvoudiger om methanol te synthetiseren.
Er zijn ook andere voordelen aan methanol als brandstof. Er is minder kans op ontploffing en dat is de hoofdreden dat het in Amerikaanse races gebruikt wordt (na een zware crash met explosie in Indianapolis in 1964). Het kan met water gedoofd worden, het verbrand schoner en bij lekkage breekt het snel af in het milieu. De grotere tank die nodig is, wordt een klein beetje gecompenseerd doordat voor hetzelfde vermogen een kleinere motor gebruikt kan worden en dat deze ook nog efficiënter is. Methanol is wel giftiger, maar het afgenomen explosiegevaar maakt de brandstof in zijn geheel veiliger.

Samengevat:
• Methanol heeft een lagere energiedichtheid
• Methanol is eenvoudiger te synthetiseren dan benzine
• Methanol brandt efficiënter in de motor
• Methanol brandt schoner, geeft minder roet en smog
• Methanol breekt sneller af in het milieu bij lekkage
• Methanol heeft een lager explosiegevaar en kan met water gedoofd worden
• Methanol is giftiger

Gezien al deze voordelen zou benzine mogelijk nooit worden toegelaten als brandstof indien we al op methanol reden. Het grootste nadeel is misschien enkel dat we een minuutje langer bij de pomp staan. Maar men zou dit kunnen ondervangen door voor methanol een nieuwe highspeed pomp te ontwikkelen (zoals voor vrachtwagens) met ingebouwde pinpas, zodat men in 2 minuten getankt heeft en weer weg is.

Alternatieven voor Methanol

Voor de keuze van methanol als brandstof moet ook naar alternatieven worden gekeken. Ten eerste kan men gewoon door gaan met benzine. Zoals gezegd kan dat via Fischer-Tropsch ook uit syngas geproduceerd worden. Een twijfelachtige keuze om vanwege energiedichtheid, te kiezen voor iets dat moeilijker te maken, minder efficiënt, onveiliger en milieuonvriendelijker.
Ethanol heeft een hogere energiedichtheid dan methanol, maar kan alleen eenvoudig gemaakt worden uit suikers. Het produceren van ethanol uit andere delen van een plant (stengels, bladeren) of uit hout is tot nu problematisch gebleken. Er is ook onderzoek naar ethanol uit syngas, maar ook dit is ingewikkelder dan methanol en moet dan de concurrentie aan met Fischer-Tropsch.
Het meest voor de hand liggende alternatief is direct op waterstof rijden. In de auto zou dan via een brandstofcel de waterstof omgezet worden in elektriciteit en rijdt men verder elektrisch. Tot u toe zijn de brandstofcellen nog erg duur gebleken. Ook opslag is een probleem. Waterstof wordt pas bij -253 graden vloeibaar. Alternatief is onder druk, maar dan hebben we over een druk van 350 bar tot 700 bar. Tenslotte is opslag metaalhydraten mogelijk. Maar al deze technieken blijken voor als nog vrij duur.
Uit syngas kan ook eenvoudig methaan (aardgas) worden gemaakt. Het Duitse Solar Fuel heeft een pilot plant waarbij het gas aan het aardgasnet wordt geleverd.

Daar kan men ook op rijden. Grootste probleem is de opslag. Dit kan door compressie (CNG, Compressed Natural Gas), maar daarvoor is een hoge druk van 200-250 bar nodig.

Het alternatief is om het vloeibaar te maken door het af te koelen tot -162 graden Celsius (LNG, Liquefied Natural Gas). Dit wordt al daadwerkelijk gedaan, maar enkel bij bussen of vrachtwagens, want het gas moet binnen 10 dagen worden opgemaakt anders warmt het te veel op.
Uit methanol kan DME (Dimethylether) worden gecreëerd. Dit is een gas (gebruikt als drijfgas in spuitbussen), dat onder geringe druk (5 bar, de druk van een racefietsband, tegenover 10 bar van LPG) vloeibaar wordt. Het nadeel ten opzichte van methanol is dus dat het geen vloeistof is, maar het voordeel is de hogere energiedichtheid (65% vs. 42% tegenover benzine in gewicht), lagere giftigheid en bruikbaarheid in diesel motoren. Volvo heeft met succes een aantal proefbussen in Zweden rijden. Zie ook International DME association.
Tenslotte is ammoniak (NH3) een mogelijkheid. Dit gas wordt bij geringe druk (10 bar) vloeibaar, de energiedichtheid is ongeveer de helft van benzine en het bevat geen koolstof! Voor fabricage is naast waterstof ook stikstof nodig, dat zeer ruim aanwezig is in lucht (78%) . Ook hier is weer een support groep van, NH3 Fuel Association.
Interessant is dat kleinschalige productie mogelijk en betaalbaar lijkt (chemische processen zijn op kleine schaal vaak heel duur). Het Nederlandse bedrijf Proton Ventures werkt daar aan. Revolutionair is echter SSAS (Solid State Ammonia Synthesis) dat via elektrolyse direct van water en stikstof ammoniak maakt, zonder de tussenstap van waterstof. Het bedrijf NHThree gaat een eerste apparaat commercieel leveren.

Dit opent de weg voor elektriciteitsopslag over de seizoenen heen (dagfluctuaties kunnen beter met batterijen worden opgevangen). De opslagtank kost niet veel en neemt ook niet veel ruimte in beslag. De ammoniak kan weer in elektriciteit worden omgezet in bestaande gascentrales of in brandstofcellen.
Ammoniak als brandstof in de auto is moeilijker te beoordelen. In de tweede wereldoorlog hebben in België bussen op ammoniak gereden en het is gebruik in het experimentele raketvliegtuig X-15:

Er is echter weinig informatie op het internet te vinden hoe ammoniak presteert in een verbrandingsmotor. Alternatief is een brandstofcel en verder elektrisch rijden. Bij slechte verbranding komen de zeer schadelijk NOx stoffen vrij. Het gas heeft een gering explosiegevaar vergeleken met andere brandstoffen. Een groter gevaar zijn de dampen bij een lekkage. Hoewel deze zeer goed te ruiken zijn, zijn die bij hoge concentratie gevaarlijk voor het lichaam of zelfs dodelijk. In de openlucht vervliegt het snel, maar in gesloten ruimtes (garages) kan het echt gevaarlijk zijn.

Voordelen en nadelen van ammoniak samengevat:
• Ammoniak bevat geen koolstof en koolstof is dus ook niet nodig bij synthese.
• Ammoniak is mogelijk kleinschalig (lokaal) te produceren.
• Ammoniak is een gas, terwijl methanol vloeibaar is.
• Ammoniak is echter aanzienlijk makkelijker te hanteren dan methaan (aardgas) of waterstof.
• Ammoniak is bij ongelukken geen milieuprobleem, want het wordt snel afgebroken. Het is ook geen broeikasgas.
• Ammoniak dampen zijn gevaarlijk en zelfs dodelijk. In de openlucht is dit gevaar gering, in gesloten ruimtes (garages) is dit gevaar reëler.
• Voor prestaties in de auto zijn er vooralsnog te weinig gegevens.

Waterstofproductie

De meest bekende methode van waterstofproductie is doormiddel van elektrolyse van water. Als gebruik wordt gemaakt van elektriciteitsoverschotten en de elektrolyse apparaten dus niet continu werken, dan is het van belang dat de kapitaalkosten (aanschafkosten van de apparaten) niet te duur zijn. Hoewel het moeilijk is om op internet prijzen te vinden, lijkt prijs niet het probleem. In tegenstelling tot de dure brandstofcellen, is voor elektrolyse apparaten platina niet noodzakelijk. Dit houdt de kosten binnen de perken.
De belangrijkste kostenpost is dan ook de benodigde energie. Er zijn technieken die zich specifiek op dit energieprobleem richten. Het gebruik van warmte in plaats van elektriciteit is vrijwel altijd goedkoper. Kerncentrales en thermische zonne-energie centrales in de woestijnen, zetten warmte om in elektriciteit. Dit gaat echter maar met een efficiency van hooguit 50%. Dit geldt voor hoge temperatuur van 800 graden. Deze temperatuur kan behaald worden door zonnetorens of een zonnedisk, waarbij het licht op 1 punt geconcentreerd wordt. Voor trogspiegels (concentratie op een lijn), maar ook bij de meest gebruikelijke kerncentrales licht de temperatuur tussen de 200 en 300 graden en gaat de omzetting naar elektriciteit maar met 30% efficiency.
Dit betekent dat een 1 kWh aan warmte in zo’n systeem 2 a 3 keer goedkoper is dan 1 kWh aan elektriciteit. Met Hoge Temperatuur Elektrolyse (HET) kan gebruik gemaakt worden van dit prijsvoordeel. Hoe hoger de temperatuur hoe meer de watermoleculen al enigszins uitelkaar vallen en hoe minder stroom nodig is voor de elektrolyse. De zonnetorens met hun hoge temperatuur zijn hier dus uiterst geschikt voor, net zoals nieuwere kerncentrales die op hogere temperaturen werken. De meeste bestaande kerncentrales zijn vanwege hun lage temperatuur minder geschikt.
Er is ook een methode van waterstof productie dat enkel gebruik maakt van warmte. Daarbij wordt met behulp van andere stoffen in een serie van (endotherme) chemische reacties, waterstof geproduceerd. De hulpstoffen komen niet in het eindproduct, maar worden steeds weer hergebruikt. De meest bekende methode is de Zwavel-Jodium cyclus. Deze methode van waterstofproductie vindt echter nog enkel plaats in research centra.

Een hele andere manier is het zonlicht direct te gebruiken voor waterstof productie. Het bedrijf Nanoptek werkt daar aan, tevens een research centrum met 200 mensen in Californië, JCAP, en de universiteit in North Carolina. Het apparaat van Nanoptek is een soort hybride apparaat, het gebruikt elektriciteit én zonlicht. Gegevens over efficiency van het gebruikte zonnelicht zijn niet op de website te vinden en meestal is dat een slecht teken. Het SHG50 apparaat is een combi van gewone zonnecellen met een paneel waar het water gesplitst wordt. Het gedeelte van de zonnecellen heeft echter een kleinere oppervlakte, dan het gedeelte waar met zonlicht de elektrolyse plaatsvindt. Dit suggereert dat met een kleiner zonnepaneel met een elektrolyse apparaat je even ver komt.

In plaats van water te splitsen, kan ook gekozen worden voor het splitsen van het CO2 gas in CO (koolmonoxide) en zuurstof. Met CO en water kan op vergelijkbare manier methanol of methaan gemaakt worden. Zo is er het “Sunshine to Petrol” project van Sandia National Laboratories, link1, en link2.

Er zijn nog meet methodes te vinden, door gebruik te maken van Zink (enigszins vergelijkbaar met de Zwavel-Jodium cyclus) of een plasma in combinatie met elektrolyse, maar iets dat verder is dan het research stadium is niet te vinden.

CO2 uit de lucht

Er zijn verschillende groepen die onderzoeken hoe CO2 uit de lucht kan worden gehaald. Meest bekend is Klaus Lackner die in 1999 daar een artikel over schreef. De heer Lackner is actief in het bedrijf Kilimanjaro Energy. Andere bedrijven zijn Global Thermostat, Carbon Engineering en Air Fuel Synthesis.

In Nederland is naast Antecy de onderzoeker Max Beaumont actief met het bedrijf Giaura.
Probleem is de lage concentratie (0.039%) in de lucht. De recht toe recht aan manier van scheiden van gassen is door het koud te maken. De verschillende stoffen worden bij verschillende temperaturen vloeibaar en op die manier kunnen de gassen gescheiden worden. Vanwege de lage concentratie van CO2 zou dat veel te duur worden, omdat grote hoeveelheden lucht vloeibaar gemaakt zouden moeten worden.
Het alternatief is het gebruik van een ‘sorbent’. Dat is een chemische stof (er verschillende mogelijkheden) dat CO2 uit de lucht absorbeert. Als de stof verzadigd is, dan wordt de luchttoevoer gesloten en wordt de stof verwarmt. Het CO2 komt dan geconcentreerd vrij en de sorbent kan opnieuw gebruikt worden. De benodigde temperatuur is afhankelijk van de gebruikte sorbent. Indien deze niet erg hoog is (bijvoorbeeld 100 graden), dan kan restwarmte uit industrie of elektriciteitsopwekking gebruikt worden.
Bij alle hernieuwbare bronnen, zijn 2 dingen belangrijk, de beschikbaarheid (ruimte) en de prijs. Klaus Lackner heeft al uitgerekend dat ruimte geen probleem is. De lucht die door een windmolen gaat, heeft ondanks de lage concentratie, toch nog genoeg CO2 dat als deze omgezet zou worden in brandstof, dit een magnitude meer is dan de energie die de windmolen levert. Met andere woorden, als de energie van een windmolen omgezet wordt in methanol dan is een veel kleiner apparaat nodig dan de windmolen om de benodigde CO2 uit de lucht te halen.
Dan blijft de vraag over tegen welke prijs men CO2 uit de lucht kan halen. De prijs om CO2 af te vangen direct in elektriciteitscentrales (waar de concentratie veel hoger is), zou zo rond de 50 euro per ton liggen. De meest pessimistische schatting is dat CO2 uit de lucht zo’n 800 euro per ton zou kosten. De verschillende bedrijven claimen dat het goedkoper moet kunnen. Deze cijfers zijn zonder prototypes niet te verifiëren.

CO2 uit zeewater

Zeewater bevat een 140 keer hogere concentratie CO2 dan lucht en is daarmee een interessant alternatief. Het gas is echter in het water wel reacties aangegaan en is voornamelijk aanwezig als bicarbonaat (HCO3-).
De Amerikaanse marine doet hier serieus onderzoek naar,  en in meer detail. Het blijkt dat als het zeewater zuurder wordt gemaakt, het CO2 gas zich vrij gemakkelijk los maakt van het water. Het zuurder maken van het water is een onderdeel van de elektrolyse van het water voor waterstof. De ene kant van elektrochemische cel wordt bases en de andere kant wordt zuur. Aan de zure kant wordt het CO2 gas onttrokken. De bases stroom en de zure stroom worden weer gecombineerd zodat neutraal zeewater weer geloosd wordt.

Het idee van de marine is om de kerosine voor de gevechtsvliegtuigen ter plaatse te maken, zodat de kwetsbare transporten van brandstof vermeden worden. De energiebron zou dan een nucleaire reactor zijn, welke ook al op vliegdekschepen gebruikt worden.
De auteur noemt echter ook, als alternatief, OTEC. Bij OTEC wordt gebruik gemaakt van het temperatuurverschil van zeewater aan de oppervlakte en op grote diepte. Deze energiebron is in zeer grote hoeveelheden beschikbaar, met name rond de evenaar. Desalniettemin wordt deze techniek vrijwel niet gebruikt. Er zijn maar weinig landplaatsen waar deze techniek toegepast kan worden, omdat een landplaats én rond de evenaar moet liggen én vanaf de kust het water snel tot grote diepte moet gaan. Dit om kilometers lange pijpleidingen te voorkomen.
Deze nadelen zijn er niet met een drijvende fabriek, waarbij de pijpleiding recht naar beneden gaat. Het valt echter te bezien of OTEC wel zo goedkoop is, want het geringe temperatuurverschil betekent grote warmtewisselaars en turbines.
Van CO2 uit zeewater valt minder over te vinden dan CO2 uit de lucht. Enkel nog een artikel van Matthew D. Eisaman. En als amateur denk ik dan aan Mentos snoepjes in de Cola Light. Heeft iemand al onderzoek gedaan naar Mentos in zeewater?

De totale kosten voor synthese

Om tot een prijsvergelijking te komen, wordt alles in kWh gerekend en zonder belasting. Een liter benzine kost zonder belasting iets van 80 cent. 1 liter bevat ongeveer 9 á 9.5 kWh per liter. De prijs per kWh is dus iets van 9 cent per kWh.
Stel nu dat men gebruik maakt van elektriciteitsoverschotten die tegen een dumpprijs van 5 cent per kWh verkocht worden. Als deze met een 70% efficiency omgezet kan worden in waterstof en met nog eens 70% efficiency in methanol (met toevoegen van CO2), dan is de energieprijs dus 10 cent per kWh aan methanol.
Daar komt bij de kosten van CO2 uit de lucht. Stel nu dat we voor 200 euro per ton het zou lukken (dit is dus een slag in de lucht). 1 kWh aan vloeibare koolstof gebaseerd brandstof (benzine, diesel, methanol of ethanol) geeft na verbranding ongeveer 250 gram aan CO2. De lagere energiedichtheid van methanol en ethanol veranderd dat getal niet wezenlijk. Dezelfde hoeveelheid is natuurlijk nodig voor synthese. Bij 200 euro per ton (20 cent per kg) zou de prijs voor 1 kWh zo’n 5 cent zijn.
Tenslotte zijn er nog de kapitaalkosten (de afschrijvingskosten van de apparatuur) voor de elektrolysers en de methanol productie. Als die geschat worden op elk 1 cent per kWh, dan is de totaalprijs is dan 17 cent per kWh methanol.
Dat is bijna twee keer zoveel als de huidige prijs van 9 cent per kWh benzine. Als aangenomen wordt dat raffinage van ruwe olie ook wat kost en de huidige olieprijs 90 dollar per vat is, dan zal deze methode mogelijk kunnen concurreren bij 160 dollar per vat.
Let wel, dit zijn allemaal hele grove schattingen. Als de CO2 prijs toch op 800 euro per ton komt, dan wordt de prijs 32 cent per kWh. Dat zou dan kunnen concurreren bij een olieprijs van 300 dollar per vat.
In het artikel van de Amerikaanse Marine werd uitgegaan van een prijs 3 á 6 dollar per gallon. Bij 1.30 dollar voor een euro en een gallon van 3.79 liter, is dit 60 cent tot 1.20 euro per liter. En dat is 7 tot 14 cent per kWh. De 7 cent per kWh lijkt me erg optimistisch, omdat dat al de prijs van de benodigde elektriciteit, indien niet gebruik gemaakt wordt van dumpprijzen. De prijs van 14 cent komt dicht bij mijn eigen schatting, zeker als je uitgaat van een lagere CO2 prijs.
Het slechte nieuws is dat als we hiervan afhankelijk worden, de olieprijs dus nog flink gaat stijgen. Het goede nieuws is dat dit geen “apocalyptische” prijzen zijn. Een prijs van 300 dollar per vat zal zeer negatieve effecten hebben op de economie, zal mensen in de armoede drukken en zou betekenen dat we onze levensstijl flink moeten aanpassen. Echter, naar mijn mening is nog steeds een prijs waar de huidige westerse maatschappij op kan leven. Een totale instorting van de maatschappij schat ik pas boven de 500 dollar per vat in.
Met een geschatte concurrentieprijs van 160 dollar per vat is merkwaardig dat het bedrijf Carbon Recycling in IJsland het al doet. Het heeft een werkende pilot plant die 50000 liter methanol per jaar produceert en bouwt momenteel een fabriek voor 5 miljoen liter per jaar.

Het geheim zit in de geothermische bronnen. De gassen die uit het diepst van de aarde vrijkomen bevatten hoge concentraties CO2 en men kan daar dus gratis over beschikken. Desondanks is het opvallend dat men al concurrerend op deze manier methanol kan maken en dat geeft aan dat de gegeven schatting niet aan de lage kant zijn, maar realistische prijzen, of zelfs aan de hoge kant.

Een biologisch alternatief

De tot nu toe genoemde gingen uit van een recht toe recht aan methode. Waterstof produceren, CO2 uit de lucht halen en van die twee methanol maken. Er zijn echter ook technieken die net een beetje anders zijn. Zo is er het bedrijf Joule Fuels. Zij willen met bacteriën en zonlicht brandstof maken. CO2 uit andere bronnen is nog steeds noodzakelijk. Kennelijk is het voor de natuur makkelijker om zonlicht op te vangen, dan CO2 uit de lucht te halen.
Ze claimen een goede prijs, maar ze geven ook het benodigde landoppervlak. Dat is 25000 gallon per acre per jaar. Dit gaat om ethanol gallons en dat heeft een 70% (qua volume) energiedichtheid ten opzichte van benzine. Een gallon is 3.79 liter en dan komt men op 62535 liter benzine equivalent per acre per jaar. Een acre is 4047 vierkante meter en dat brengt ons op 15.5 liter benzine equivalent per vierkante meter. Als ik per jaar 1000 liter benzine gebruik dan is er voor mij 65 vierkante meter nodig.
Dit klinkt niet onhaalbaar. De 1000 liter kost zonder belasting 800 euro. Stel dat de helft daarvan naar CO2, transport en andere kosten gaat en dat de installatie in 10 jaar terugverdiend moet zijn, dan mag de installatie voor de 65 vierkante meter zo’n 4000 euro kosten. Als het hier om plastics buizen voor bacteriën gaat, dan lijkt dat haalbaar.

Een ander bedrijf dat brandstof wil maken doormiddel van bacterien, is LanzaTech uit Nieuw-Zeeland. Zij maken gebruik van syngas, in plaats van zonlicht. Het concurreert met directe chemische processen, zoals Fischer-Tropsch of methanol synthese. Het voordeel van biologische processen is meestal dat ze geen dure katalysatoren nodig hebben en wat robuuster zijn. De temperatuur en verhouding tussen waterstof en CO2 is minder kritisch. Nadeel is meestal dat het een stuk langzamer gaat wat zich vertaald in een veel groter reactorvat voor dezelfde productie.

CO2 als waardevolle grondstof

Voor de eerste methanolfabrieken op zonne-energie in de woestijnen of op de oceanen met OTEC , kan gebruik gemaakt worden CO2 uit de lucht of zee. De vraag is of dit uiteindelijk wel de goedkoopste manier is. Men kan ook CO2 afvangen op geconcentreerde bronnen en dit via een net van pijpleidingen over Europa en Afrika verspreiden naar de methanolfabrieken. Zulke CO2 bronnen zijn natuurlijk de elektriciteitscentrales op fossiele energie, maar er zijn ook duurzame bronnen. Biogas bestaat voor verbranding al uit 25% tot 50% CO2.
Een verbluffende constatering is dat met zo’n infrastructuur CO2 een waardevol en verhandelbaar goed wordt. Koolstofatomen werden altijd gratis bij energie geleverd, maar gaan dan qua prijs een apart leven lijden ten opzichte van energie. Er wordt terecht getwijfeld of biomassa en allerlei afvalstromen voldoende beschikbaar zijn voor de behoefte aan koolstof gebaseerde brandstoffen, in een wereld waar geen fossiele brandstoffen meer gebruikt worden. Er wordt dan echter altijd uitgegaan van het energiepotentieel, terwijl het om de koolstof gaat. Energie is er, in de vorm van zonne-energie, in overvloed en het potentieel van biomassa wordt daarmee een aantal keer groter.
Dit alles is afhankelijk van de prijs van CO2 uit lucht of zee. Als deze laag genoeg is (bijvoorbeeld onder de 100 euro per ton, 2.5 cent per kWh vloeibare koolstofbrandstof), dan zal zo’n infrastructuur en handel niet echt nodig zijn. Maar blijft de prijs hoog (boven de 200 euro per ton), dan wel maar zal tegelijkertijd meer gebruik worden gemaakt van ammoniak.
Dit lijkt misschien allemaal vergezocht, maar het wordt al deels werkelijkheid. Afgelopen oktober was er in Duitsland een eerste conferentie over CO2 recycling.

Conclusies

Er is een grote kans dat synthetische brandstoffen uit zonne-energie en andere bronnen noodzakelijk worden. Natuurlijk zal veel brandstofverbruik vervangen kunnen worden door elektriciteit, zoals met warmtepompen en elektrische auto’s. Toch zal de behoefte voor een makkelijke hanteerbare brandstof blijven voor bijvoorbeeld de scheepvaart, de luchtvaart en ook als grondstof voor plastics en dergelijke.
De vraag is meer “wanneer”? Meer concreet, zal dit al voor 2020 op commerciële basis gebeuren? Als de wereldwijde olieproductie door het peakoil fenomeen voor 2020 al begint in te zakken, dan denk ik dat dit niet onrealistisch is en dan is het maar beter dat we nu de techniek ontwikkelen.
Daarbij moet wel gezegd worden dat enkel in woestijnen of op zee een volledige autonome brandstofproductie met CO2 aantrekkelijk is. In de geïndustrialiseerde gebieden, zoals in Europa, kan tot 2020 nog zeker CO2 worden afgevangen in de industrie en is air capture niet nodig. Waterstofproductie uit elektriciteitsoverschotten kan men voor 2020 nog makkelijk kwijt door injecteren in het gasnet (tot een bepaald percentage) of in de industrie, bijvoorbeeld voor bestaande ammoniak productie.

17 Reacties to “Zonnebrandstof, een sprookje of perspectief?”

  1. Niels Thijssen Says:

    Een mooi voorbeeld hoe in-efficient brandstofmotoren zijn, zeker als je de conversie om bruikbare brandstof te genereren om vast te houden aan de oude technieken. Schrijnend ook om te zien hoe afhankelijk sommigen zijn van vervoer, zowel voor woon-werkverkeer maar ook als (huidige) economie.
    Is er ook een vergelijk gemaakt tussen de opgeleverde energie en de geinvesteerde energie (om de brandstof te maken)? Want als er 1 op 1 (heeeeeel optimistisch) verhouding bestaat, dan is dat ‘mooi’. Maar mijn gevoel zegt: onhoudbaar, tenzij prijze drastisch stijgen om dure conversies commercieel in te zetten.
    Moeten we hier in verhoudingen denken 1 : 3? of erger? Of misbruiken we vruchtbare grond om biomassa te kweken om onze heilige koe (auto dus) van te laten grazen? En kopen dat weer af met een 3FM actie om honger uit derde wereld te bestrijden?? De een zijn welvaart, gaat ten koste van de andere (zwakkere helaas).
    Enige alternatief voor vervoer is zover ik zie efficiente inrichting woon-werklocaties, evt. elektrische auto’s (grondstoffen voor accu’s zijn uitdaging). Voorkeur gaat dus naar lokale inrichting: scheelt hoop grondstoffen en energie

  2. Bram Says:

    Er is minder kans op ontploffing en dat is de hoofdreden dat het in F1 races gebruikt wordt (na een zware crash met explosie in Indianapolis in 1964).

    Hopelijk is er voor de rest van het artikel betere research gedaan, want dit klopt dus niet.

  3. Lucas Says:

    Bram:

    http://www.epa.gov/oms/consumer/08-fire.pdf

    In 1986, there were 500,000 vehicle fires and 1,400 vehicle fire fatalities in the United States. Gasoline was the first material to ignite in 180,000 of these fires and many of the other fires
    ultimately involved gasoline. Gasoline-ignited fires in 1986 involving cars, buses, or trucks resulted in 760 deaths, 4,100 serious injuries, and $215 million in property damage.

    Projections indicate that casualties would drop dramatically if methanol were substituted for gasoline as the country’s primary automotive fuel. Looking just at vehicle fires in which gasoline is the first material to ignite, a switch to methanol could save an estimated 720 lives, prevent nearly 3,900 serious injuries, and eliminate property losses of millions of dollars a year.

    etc.

  4. Bram Says:

    Lucas:

    http://www.formula1.com/inside_f1/understanding_the_sport/5288.html

    “Surprising but true, despite the vast amounts of technical effort spent developing a Formula One car, the fuel it runs on is surprisingly close to the composition of ordinary, commercially available petrol.”

    en:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Methanol_fuel

    “Formula One racing continues to use gasoline as its fuel, but in prewar grand prix racing methanol was often used in the fuel.”

    Ik beweer dan ook absoluut niet dat methanol niet geschikt is als brandstof (integendeel zelfs), alleen vind ik wel dat de feiten moeten kloppen. Om de F1 erbij te betrekken als aansprekend voorbeeld (want dat zou het absoluut zijn) voor het gebruik van methanol, is dus niet correct.

    Verder interessant artikel overigens.

  5. Thorwald Says:

    Bedankt voor het delen Lucas !

    En inderdaad, als ik het gaat om betrouwbaarheid van info lijkt me de EPA site een stuk betrouwbaarder dan de F1 promo site.

  6. Lucas Says:

    Bram, ik denk dat je op dit punt gelijk hebt. Ik zal vragen of “F1 races” vervangen kan worden in “Amerikaanse races”. Ik was in de veronderstelling dat de reglementen in Amerika en Europa enigszins geharmoniseerd zouden zijn en heb hier toen over heen gelezen.

    Wat ik wilde benadrukken is dat er ruim voldoende bewijs is dat methanol als brandstof zal functioneren. Dit in tegenstelling tot ammoniak, waar er maar een beperkt aantal experimenten zijn.

    Overigens vermoed ik dat de afgelopen 20 jaar de benzinetanks een stuk veiliger zijn geworden en daarmee het veiligheidsvoordeel van methanol is afgenomen.

  7. Bram Says:

    @Lucas: Ok! Ben het met je eens dat er voor methanol toekomst is.

    Bedenk wel dat in de serieuze racerij prestatie/resultaat op 1 staat, als er daarnaast een veiligheids- of milieuvoordeel ontstaat is dat mooi meegenomen en wordt dat door de marketingmensen natuurlijk uitgemolken. Het laatste decennium ontkomt men niet meer zo makkelijk aan deze aspecten, gelukkig.

    Wellicht hebben de volgende 2 eigenschappen van methanol ook bijgedragen aan de populariteit in e racerij:

    * Verdampingswarmte van methanol is ca. 3x groter dan van benzine, waardoor de interne motortemperatuur lager blijft. Bij tractorpulling (oorspronkelijk Dieselmotoren) kan er daardoor zelfs zonder koelmiddel gedraaid worden.

    * Het octaangetal wordt hoger door bijmenging met methanol, waardoor hogere drukken mogelijk zijn en dus meer vermogen uit dezelfde cilinderinhoud wordt gehaald. Nadeel is dan weer wel de lagere energiedichtheid.

  8. Jeroen Haringman Says:

    Dit soort ‘nieuwe’alternatieve brandstoffen hebben altijd twee dezelfde eigenschappen: 1) vaak zijn ze (of in ieder geval de onderliggende processen) helemaal niet zo nieuw en 2) het moet nog maar blijken of ze voldoende opgeschaald kunnen worden zonder verdere energie- of milieunadelen tot een grootte waar ze daadwerkelijk een deuk in onze fossiele brandstofconsumptie kunnen maken. Veel van deze processen zijn inherent inefficiënt, en dan kun je de benodigde energie nog zo duurzaam opwekken, het zomaar weggooien is *altijd* onduurzaam.

    Belangrijker nog, als je het hebt over autobrandstoffen, is dat ‘iets anders in de tank doen’ slechts één of twee problemen van het transportsysteem ‘auto’ oplost. Het laat problemen als ruimtegebruik in de steden, gevaar voor écht duurzame weggebruikers zoals voetgangers en fietsers, lawaai, slechte conditie door te weinig beweging, fossiel energiegebruik in de rest van de keten, en stank en lokale luchtvervuiling (in geval van een brandstof) ongemoeid. Ik vind het zo jammer om te zien dat heel veel moeite en creativiteit wordt gestoken in een systeem wat altijd vele (onhoudbare) nadelen zal houden.

    Waarom niet veel meer tijd, geld en creativiteit stoppen in systemen die *alle* problemen van de auto aanpakken? Kijk naar autovrije steden, goede fietsmogelijkheden, stimuleren van lichte elektrische tweewielers en goed, fijnvertakt en snel elektrisch OV. Het kan, echt.

  9. Lucas Says:

    Jeroen, ik probeer in eerste instantie een overzicht te geven van de ontwikkelingen. Verder is mijn verhaal tweeledig. Ik bestrijdt het doemdenken dat we ten onder gaan als de olie opraakt. Beschikbaarheid is er in principe genoeg, als we uitgaan van zonne-energie in woestijnen.

    Daarnaast, ben ik van mening dat dit nooit gaat lukken met de huidige energieprijzen. En ik geef daar ook de argumenten voor in mijn artikel. Een redelijke prijs voor olie lijkt me tussen de 150 en 200 dollar per vat liggen, wat fors hoger is dan de huidige prijs. Om te voorkomen dat we arm worden doordat we teveel geld spenderen aan energie, zullen we dus allerlei maatregelen moeten nemen. Zoals ook meer fietsen en dergelijke. Overigens ga ik bijna altijd met de fiets naar het werk.

  10. Lucas Says:

    Bram, bedankt voor de extra informatie. De lagere energiedichtheid lijkt me vooral een marketingprobleem, omdat je een wat grotere tank wel in een auto kwijt kunt. En je hebt ook iets compensatie van een kleinere en efficiëntere motor.

    Maar, als mensen de prijs van methanol per liter goedkoper zien staan, maar ook weten dat je er minder ver komt, dan gaan ze het als ‘inferieur’ zien. Ik ben daarom van mening, dat men brandstoffen, benzine, diesel, LPG, methanol, aardgas (ook voor verwarming), per kWh moet verkopen. Dan heb je dit probleem niet zo. Ook een nieuw tanksysteem zou helpen.

  11. roland Says:

    Met het stelling \energie is er, in de vorm van zonne-energie, in overvloed\ is de kop \zonnebrandstof een sprookje\ heel vreemd.

    Pikant dat men gebruik maakt van elektriciteitsoverschotten die tegen een dumpprijs van 5 cent per kWh. Bij zonnestroom is mogelijk in de lente en zomer een overschot, in de winter is er juist een groot tekort, waarbij de opgeslagen reserves moeten worden aangesproken.
    Hoe je in de winter aan \zonne-energie, in overvloed\ komt is mij een raadsel. Het benutten van overschotten – ook van wind – is heel mooi en kan voorkomen dat het stroomnet fors moet worden uitgebreid met de bijbehorende (milieu)kosten. en eerste stap is de omzetting van deze overschotstroom in waterstof, die kan worden bijgemengd i het bestaande omvangrijke aardgasnet. Zolang zon- en windstroom nog beperkt is zou hier de nadruk op moeten liggen.

    Een volgende stap is het beperken van de CO2 uitstoot met beprijzing en het bevorderen van het CO2 gebruik voor omzetting van waterstof in andere brandstoffen waarbij niet in methanol/ethanol maar eerder in aardgas, zodat dit ruime netwerk langer benut kan worden en we minder afhankelijk worden van aardgas uit Rusland. CO2 uit lucht of zee is een techniek die nog veel onderzoek en ontwikkeling vergt. Waarschijnlijk moeten we de zee vaker benutten voor het winnen van grondstoffen, doch het slechte klimaat maakt dat niet gemakkelijk. Dat blijkt uit de eerste ervaring met zeewindmolens. Op land zijn windmolens te lelijk en op zee zijn de molens te moeilijk dus wordt deze \engergie in overvloed\ weinig zichtbaar.

    Waarom is omzetting van duurzame stroom in transportbrandstof zo dringend? Auto’s kunnen aanzienlijk zuiniger, daar mag de overheid veel meer op inzetten i.p.v. de huidige forse subsidies voor die enkele e-auto’s en de bijbehorende oplaadpalen. Groengas is zo’n ander speeltje. Voor de zeescheepvaart kan wind veel meer benut worden samen met meer nadruk op lagere snelheid is hier nog veel winst mogelijk. De huidige belastingvrije luchtvaartbrandstof is nu een forse hindernis naar zuiniger luchtvaart met minder groei.
    Opmerkelijk dat dit stuk zo de nadruk legt op transportbrandstof alsof dat het grootste energieprobleem is.

  12. roland Says:

    “Het gebruik van warmte in plaats van elektriciteit is vrijwel altijd goedkoper” is algemeen gesteld onjuist. Elektriciteitstransport is veel gemakkelijker dan die van warmte. De omzetting van elektriciteit in laagwaardige warmte, zoals voor ruimteverwarming, kan met een warmtepomp met een zeer hoog rendement.

    In onze streken kan de zon direkt alleen in laagwaardige wamte worden omgezet, zoals de zonneboiler, en alleen in tijden van beperkte warmtevraag. Voor hoogwaardige warmte uit zonenergie moet je uitwijken naar een woestijn in Spanje of verder. De uitspraak “een 1 kWh aan warmte is 2 a 3 keer goedkoper is dan 1 kWh aan elektriciteit” is algemeen onjuist.
    zie http://www.withouthotair.com

  13. Lucas Says:

    Roland, dit artikel legt inderdaad de nadruk op transportbrandstof, omdat het artikel daarover gaat. Er zijn vele sites over energiebesparingen, maar ik vond een goed artikel hierover juist ontbreken.

    Er wordt geconcludeerd dat de olieprijs kan verdubbelen. Als we hetzelfde welvaartsniveau willen behouden, moeten we dus twee keer efficiënter met de energie om gaan.

    De opmerking over warmte, moet in de context van waterstofproductie gezien worden. Als je een proces hebt dat begint met warmte (zoals bij een CSP centrale of kerncentrale), dan is het goedkoper om de warmte te benutten bij waterstofproductie. De opmerking was niet breder bedoeld, hoewel over het algemeen warmte per kWh wel goedkoper is dan elektriciteit. Een warmtepomp is daar een bevestiging van, omdat je meer warmte krijgt dan elektriciteit die je er in stopt.

  14. roland Says:

    Lucas, de laagste inkomens moeten mede door een forse prijs zuiniger zijn met energie. Topinkomens slurpen energie met hun belastingvrije vliegreizen. Als er ergens bespaard kan en moet worden is het wel bij transport. Helpt een hogere olieprijs daarbij, heel mooi. Mij ontgaat waarom we dat zouden moeten afremmen en vaak nog met subsidie ook, zoals bij biobrandstof of groen gas. Vreemd dat juist deze site dat propageert. Zet juist bij transport in op efficiënter en benut het eventuele overschot aan zon-windenergie elders. Dat moet het perspectief voor zonnebrandstof zijn, anders is het klimaat/energie beleid ongeloofwaardig.

    “warmte per kWh wel goedkoper is dan elektriciteit. Een warmtepomp is daar een bevestiging van, omdat je meer warmte krijgt dan elektriciteit die je er in stopt” Dat staat haaks op elkaar.
    Het steeds hogere rendement van de elektrische warmtepomp maakt elektriciteit juist goedkoper!

  15. Gerard Says:

    Hebben jullie hier wel eens van gehoort, http://www.meerkilometers.com/services.html ?
    Een benzine of diesel motor met waterstof, 30 tot 35 procent minder brandstof gebruik en meer vermogen
    Het klinkt eigenlijk te mooi om waar te zijn.

    Wat denken jullie hiervan en waarom hoor je er niks over als het werkelijk zoveel bespaard.

  16. Niels Thijssen Says:

    @Gerard: misschien juist doordat het geen oplossing is. Je hebt al een beroerde conversie van water naar waterstof (laat staan het comprimeren en opslaan ervan), en je hebt nog steeds fossiele brandstof nodig. No way out….

  17. Lucas Says:

    Kijk de eerste methanol komt naar Nederland:

    http://www.carbonrecycling.is/index.php?option=com_content&view=article&id=49%3Aicelandic-fuel-from-geothermal-sources-sold-in-holland-&catid=2&Itemid=6&lang=en

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in