Biobrændstoffer er flydende eller gasformige brændstoffer til transport fremstillet ud fra biomasse. Der findes en lang række forskellige biobrændstoffer. På verdensplan er bioethanol til iblanding i benzin det mest udbredte biobrændstof. Bioethanol produceres på sukker- og stivelseholdige afgrøder som sukkerroer, sukkerrør, majs, hvede etc. Til iblanding i diesel er det typisk vegetabilske olier produceret på olieholdige frø som rapsfrø.
Der skelnes ofte mellem 1. og 2. generations biobrændstoffer. Ethanol produceret ud fra sukker- eller stivelsesholdige afgrøder eller biodiesel produceret ud fra olieholdige frø karakteriseres som 1. generations biobrændstoffer.
2. generations biobrændstoffer er ethanol produceret ud fra fiberholdigt materiale som f.eks. halm, stængler, grene og lignende, eller syntetisk biodiesel ud fra forgasset biomasse eller -affald.
Ethanol
Ethanol – også kaldet alkohol - er målt i volumen det mest udbredte biobrændstof i verden til erstatning af fossil benzin. Produktion af ethanol er en simpel og velkendt teknik, der har været brugt gennem årtusinder. Stivelsen (C6-sukre) i hvede, majs, sukkerrør og -roer o.lign. omdannes (fermenteres) af bakterier til ethanol. Efter fermenteringen destilleres ethanolen fra og restproduktet (DDGS - Destillers dryed grain solubles) kan anvendes til foder eller brændsel.
Brasilien er verdens største producent af ethanol efterfulgt af USA. I Brasilien produceres ethanolen fra sukkerrør, mens der primært benyttes majs i USA. I EU bruges sukkerroer, hvede, og vin til produktion af ethanol.
Der pågår en intens forskning i at anvende halm eller træflis til produktion af ethanol. Halm indeholder stivelse i form af lignocellulose, der ligeledes kan omdannes til ethanol. Lignocellulose skal dog først nedbrydes til mere tilgængelige kulhydrater, før cellulosen kan omdannes til ethanol. Det sker ved hjælp af høje temperaturer og tryk samt enzymer. Når denne nedbrydning er sket, er omdannelsen til ethanol den samme som ved brug af korn eller sukkerroer.
Der er en række fordele ved den pågældende produktionsproces i forhold til ethanol produceret ud fra f.eks. korn:
• der sker nyttiggørelse af et ”affaldsprodukt” som halm
• der anvendes ikke potentielle fødevarer som korn ved produktionen af ethanol
• restproduktet fra ethanolproduktionen kan brændes af på kraftværkerne på samme måde som halm, men giver ikke de samme problemer - specielt reduceres nedbrydningen af kedlerne, da de reaktive salte i halmen fjernes under forbehandlingen til ethanol fremstillingen
Biodiesel
Biodiesel er den populære betegnelse for brændstof af typen FAME, der kan iblandes fossil diesel. FAME er en forkortelse fra det engelske ”Fatty Acid Methyl Ester”. På dansk betyder det ”Fedt Syre Methyl Ester”. FAME produceres i høj grad ud fra vegetabilske olier – f.eks. rapsolie, solsikkeolier eller sojaolie. Ved presning udvindes olien af frøene. Herefter tilsættes methanol og basiske katalysatorer, og der dannes fedt syre methyl ester.
RME (Rapsolie Methyl Ester) er det mest udbredte FAME-produkt i Europa. Som navnet antyder, er det produceret ud fra rapsolie.
Dansk produceret biodisel
Der pågår allerede i dag en betydelig produktion af biodiesel ud fra raps i Danmark. Emmelev Mølle på Fyn producerer ca. 80.000 tons (ca. 85.000 m3) biodiesel ud fra raps, som eksporteres til bl.a. Tyskland, Sverige og Norge. DAKA A/S, som forarbejder størstedelen af de animalske biprodukter i Danmark, såsom selvdøde dyr, slagteriaffald mv. har opført et nyt produktionsanlæg til fremstilling af ca. 50.000 m3 biodiesel om året ud fra dyrefedt. Læs mere om DAKA og projektet B5Next her.
DME
DME er den simpleste æter der findes. Først indenfor det seneste årti er det blevet klart, at DME kan anvendes som brændstof i dieselbiler.
DME produceres i dag primært ud fra naturgas, men vil også kunne produceres ud fra biogas fra f.eks. affald og træ.
I dag er den årlige produktion i størrelsesordenen 200.000 tons DME globalt. Den nuværende produktion bruges primært som drivmiddel i hårlak og andre spraydåser til personlig pleje.
Forsøg med DME i blandt andet bybusser har vist, at DME har en række særdeles positive egenskaber som dieselbrændstof:
• højt cetantal (selvantænder i motoren ved lav temperatur) – reducerer støjen fra motoren og reducerer problemer ved koldsart
• højt damptryk, der gør at det fordamper næsten momentant, når det bliver sprøjtet ind i dieselmotoren
• højt iltindhold, lavt indhold af kulstof relativt til brint og ingen direkte bindinger mellem kulstof, hvilket generelt giver en renere forbrænding og derved reducerer partikelemissionen i forhold til traditionelle dieselbiler. Også NOx-emissionen reduceres væsentligt.
På længere sigt vil DME også kunne anvendes som brændsel i biler med brændselsceller.
Desværre har DME også en række ulemper, der ikke mindst på kortere sigt, gør det mindre egnet som alternativ til fossil diesel i større skala:
• DME skal holdes under tryk for at være flydende ved almindelige temperaturer. DME kan derfor ikke umiddelbart håndteres gennem de eksisterende distributionssystemer, men kræver opbygning af et separat distributionssystem.
• Brændstofsystemerne på de eksisterende dieselbiler skal ændres for at kunne håndtere DME.
Haldor Topsøe er en af de førende producenter af udstyr til fremstilling af DME.
Syntetiske biobrændstoffer
Syntetiske brændstoffer er benzin og diesel der er produceret ud fra en ”syntesegas”, der består af brint, CO (kulmonooxid) og CO2. Under høj temperatur, tryk og ved hjælp af forskellige katalysatorer fremstilles benzin og diesel.
De forskellige trin i processen har alle vist sig at fungere økonomisk fordelagtigt med naturgas og kul som råstof til syntesegassen. Ikke mindst i Qatar, der er i besiddelse af nogle af verdens største naturgasreserver, satses der i disse år på at omdanne naturgas til flydende kulbrinter (diesel) ved Fisher-Tropsch syntese.
Processen resulterer i en blanding af benzin, jetbrændstof og diesel. På grund af den høje pris på jetbrændstof den gode kvalitet af diesel og den lave kvalitet af benzin, optimeres processen, så udbyttet af jetbrændstof og diesel bliver så højt som muligt.
Syntetiske biobrændstoffer bruger biomasse som kulstofkilde til syntese gassen. Det kan f.eks. ske ved at forgasse biomasse, der giver en syntese gas der primært består af CO og brint. Ved efterfølgende behandling (en såkaldt Fisher-Tropsch syntese), omdannes denne ”syntese gas” til rene flydende kulbrinter.
Brug af biomasse til fremstilling af syntetiske biobrændstoffer er endnu på udviklingsstadiet. En række af processerne skal optimeres yderligere, især forgasningen af biomassen, før det er økonomisk fordelagtigt at erstatte almindelig diesel med syntetisk biodiesel.
Fordelen ved den syntesebaserede – også kaldet ”anden-generations” biodiesel (hvor RME/FAME anses for at være ”første generation”) er:
• at den grundlæggende behandling af råmaterialet (forgasningen) gør det muligt at bruge næsten hvilken som helst form for biomasse, der måtte være tilgængelig
• at slutresultatet er et høj kvalitets dieselprodukt, der kan bruges umiddelbart i den eksisterende vognpark
CO2-balancen/effekten syntetiske biobrændstoffer afhænger af om den energi, der bruges til processen er biomasse eller fossil brændsel, og hvorvidt biomassen er et restprodukt (f.eks. halm) eller dyrket direkte til formålet. Alle forhold påvirker CO2-effekten. Det er i øvrigt forventningen, at der over de kommende år vil ske fremskridt indenfor processen, der gør den økonomisk konkurrencedygtig med almindelig fossil diesel.
Du kan læse mere om Fischer-Tropsh ved at klikke her.
MTBE og ETBE
MTBE og ETBE er æter-forbindelser, der hører til gruppen af iltholdige brændstofforbindelser - oxygenater. Oxygenater tilsættes benzin for at forbedre forbrændingen og hæve oktantallet. I dag findes der to grupper af oxygenater der iblandes benzin: ethanol og ætere.
MTBE: Methyl-Tertiær-Butyl-Ether
ETBE: Ethyl-Tertiær-Butyl-Ether
MTBE er den mest brugte ”oktan-booster” til iblanding i benzin. Det skyldes en kombination af tekniske fordele, og at der er tilstrækkelige forsyninger. MTBE medvirker til at reducere udslippet af skadelige stoffer ved forbrænding i motoren. Til forskel for alkoholerne (ethanol), har MTBE en lav vandopløselighed, er mindre aggressivt for motorerne og øger ikke fordampningen af benzin på samme måde som ethanol. Egenskaber der gør det muligt for raffinaderierne at undgå de håndteringsproblemer, der kan være ved at iblande alkohol i benzin.
MTBE/ETBE kan produceres ud fra både fossile kilder og landbrugsafgrøder. Methanol er det primære råstof ved produktionen af MTBE. Methanol produceres primært ud fra naturgas, men kan også produceres ved forgæring af biomasse. Ethanol produceret ved forgæring af korn eller anden biomasse bruges enten direkte til iblanding i benzin eller udgør råstoffet ved produktionen af ETBE. Derudover bruges der ved produktion af såvel MTBE som ETBE isobutylen, der enten produceres ud fra naturgas eller dannes som et biprodukt på raffinaderiet.
Af samme grund er MTBE-fabrikkerne typisk lokaliseret omkring raffinaderierne eller i områder, hvor der er adgang til store og billige ressourcer af naturgas, der ikke umiddelbart finder anden anvendelse - f.eks. i Mellemøsten.
En række af de eksisterende MTBE fabrikker i Europa ændres i denne tid til at kunne producere bio- ETBE - med bio-ethanol som råstof.
Det kan medføre et problem for grundvandet, hvis der sker spild med benzin med MTBE eller ETBE. Selv i meget små koncentrationer får MTBE og ETBE vand til at smage og lugte ubehageligt.
I Danmark udgør grundvandet en vigtig ressource i drikkevandsforsyningen. Næsten alt drikkevand i Danmark (> 99%) er grundvand, som vi anvender uden yderligere behandling. I forhold til resten af Europa er drikkevandsforsyningen i Danmark helt unik. For at opretholde denne drikkevandsforsyning, har beskyttelsen af grundvandet i Danmark en høj prioritet. Energi- og olieforums medlemmer anvender derfor ikke MTBE eller ETBE i benzinen.