Wat tanken we in de toekomst?

Biobrandstoffen gemaakt uit voedselgewassen krijgen de laatste jaren echter steeds meer kritiek, want veel mensen vinden het geen prettig idee dat we voedsel in onze tank stoppen. Daarom richt de wetenschap zich nu op de zogenoemde tweedegeneratiebiobrandstoffen. “Hiervoor gebruiken we reststromen zoals stro of hout”, legt Junginger uit. Deze reststromen zijn alleen een stuk weerbarstiger en laten zich niet zomaar omzetten in bijvoorbeeld bio-ethanol. Junginger: “Veel bedrijven die het proberen lopen tegen technische problemen aan en gaan binnen een paar jaar weer failliet.”

Een van de problemen is de beschikbaarheid van de reststromen, vertelt Rob Bakker, docent-onderzoeker aan de HAS Hogeschool, die ook onderzoek doet naar biobrandstoffen uit afval. “Een aantal afvalstromen krijg je maar op een paar momenten in het jaar binnen, bijvoorbeeld omdat het maar eens per jaar wordt geoogst. Dat is geen goede basis voor een continu systeem.” En als je dan een goede afvalstroom vindt, blijkt het heel lastig om de juiste biobrandstoffen eruit te halen. “De meeste afvalstromen zijn heel vezelrijk. Er zit bijvoorbeeld veel cellulose in”, zegt Bakker. “Je kunt enzymen en bacteriën gebruiken om deze vezels om te zetten in ethanol, maar die bacteriën zijn heel specifiek en werken lang niet op elk afval.”

Volgens Bakker moeten we in de komende jaren zorgen dat we meer brandstoffen vervangen door biobrandstoffen: “Het is zeker mogelijk om je auto of bus compleet op bijvoorbeeld bio-ethanol te laten draaien. Dit zie je soms bij bedrijven met een eigen wagenpark en een eigen brandstofvoorziening. Maar op grote schaal blijkt dit nog lastig.”

Toch blijven onderzoekers en bedrijven het proberen, en ze komen langzaam maar zeker stapjes verder. Tot die tijd moeten we ook het maken van biobrandstoffen uit voedsel niet zomaar afschrijven volgens Junginger: “De meeste gewassen voor biobrandstoffen verbouwen we in de Verenigde Staten, Europa en Brazilië. Op die plekken is er geen tekort aan voedselproductie, wellicht eerder een overschot.” In een ideale wereld zou Junginger graag zien dat we alle afvalproducten van voedselproductie gebruiken voor biobrandstoffen: “Dan sla je twee vliegen in een klap, en bespaar je meteen een hoop uitstoot. Je kunt zelfs dit afval eerst nog omzetten in bioplastics en die uiteindelijk weer verwerken tot biobrandstoffen.”

Ammoniak

Een tweede alternatief zou zijn om de overtollige elektriciteit die wordt opgewekt door windmolens en zonnepanelen om te zetten in een andere stof, bijvoorbeeld ammoniak. De meeste mensen kennen ammoniak vooral in de verdunde vorm ammonia, een schoonmaakmiddel. Maar stiekem is deze stof, bestaande uit stikstof en waterstof, ook erg geschikt om energie in op te slaan. Stel dat het hard en langdurig waait of de zon schijnt veel, dan wordt er meer energie opgewekt door windmolens en zonnepanelen dan nodig is. Is het mogelijk om deze energie op te slaan in een zogeheten ‘superbatterij’? Nuon en de TU Delft denken van wel. Zij werken daaraan in de Eemshaven. Met overtollige duurzame energie willen ze waterstof uit water produceren en stikstof uit de lucht halen. Dit vormt vervolgens samen ammoniak, wordt opgeslagen in een grote tank en wanneer nodig weer verbrand in een turbine om elektriciteit op te wekken. Op deze manier gebruik je ammoniak als een soort batterij.

Maar er zijn nog meer mogelijkheden voor ammoniak: je kunt het ook gebruiken als duurzame brandstof. Zo onderzocht scheepsbouwkundige Niels de Vries van C-Job Naval Architects of ammoniak wellicht nuttig zou zijn in de scheepvaart. “Voor sommige schepen is het belangrijk om zo min mogelijk volume kwijt te zijn aan brandstof, bijvoorbeeld omdat ze lange afstanden afleggen of de winstmarges voor het vervoer klein zijn. En ammoniak heeft een hogere energiedichtheid per volume dan vloeibare waterstof, dus je hebt minder ruimte nodig om dezelfde energie mee te nemen.” Ook de eigenschappen van ammoniak spreken De Vries aan. “Vloeibaar waterstof moet je bij -253 graden Celsius bewaren. Ammoniak is al bij -34 graden Celsius vloeibaar.”

Toch is het niet mogelijk dit alternatief zomaar in je verbrandingsmotor te gieten. “Ammoniak is corrosief, het tast metalen zoals zink en koper aan, dus je moet je motor wel van staal maken”, vertelt De Vries. Daarnaast ontbrandt het niet zo makkelijk als diesel, dus is het nodig om nog een andere brandstof toe te voegen die het ontbrandingsproces aanwakkert. “Uiteindelijk zou het mooi zijn om ammoniak in een brandstofcel te gebruiken. Dan heb je namelijk ook geen uitstoot van stikstofoxiden, die bijdragen aan de vorming van ozon en fijnstof. Helaas is een dergelijke brandstofcel nog niet commercieel beschikbaar voor de maritieme industrie.” Ook de productie van duurzame ammoniak is nog een puntje van aandacht. “Nu halen we het vaak uit aardgas, maar ideaal gezien maak je het van duurzame waterstof en stikstof uit de lucht”, zegt De Vries.

Een ammoniak-tankstation voor gewone auto’s ziet de scheepsbouwkundige niet zo snel gebeuren. “De industrie heeft al meer dan honderd jaar ervaring met het gebruiken en opslaan van ammoniak, maar de dampen zijn redelijk giftig. Daar wil je een ongetrainde consument niet mee in aanraking laten komen. Bij schepen werk je met getrainde professionals en een afgesloten systeem, dus daar kan het minder kwaad.”

Er zijn nog wel wat obstakels te overwinnen, maar De Vries ziet zeker potentie. “Voor schepen die willen verduurzamen is dit een interessant alternatief en heeft het veel voordelen ten opzichte van waterstof. Maar dan moet het financieel ook uit kunnen.” De Vries hoopt daarom op een CO₂-taks of een bewustere consument: “Het zou mooi zijn als bedrijven hun klanten de optie geven om voor een duurzame verzending meer verzendkosten te betalen.” Uiteindelijk komt het aan op een divers scala aan duurzame oplossingen, aldus De Vries. “Waarschijnlijk kun je niet met één oplossing de hele markt bedienen, dus we moeten zeker samenwerken. Het doel is immers hetzelfde: fossiele brandstoffen vervangen.”

Mierenzuur

Tot slot zijn er ook onderzoekers die wel waterstof willen blijven gebruiken, maar wellicht in een andere vorm. Zo reed in 2016 een schaalmodel van een Porsche voor het eerst een rondje op mierenzuur. Dit was te danken aan een groep studenten van de TU Eindhoven, die voor een project iets met duurzame energie moesten doen. “Een van de onderzoeksgroepen van de universiteit had net een katalysator uitgevonden die waterstof efficiënt kon omzetten in mierenzuur, dus we besloten daarop verder te bouwen”, vertelt Max Aerts. Hij is CEO bij DENS, het bedrijf dat de studenten na afloop van hun project oprichtten om het idee verder uit te werken.

Mierenzuur is een klein molecuul dat verschillende chemische bedrijven al jarenlang produceren, maar nog wel uit fossiele grondstoffen, zoals methanol. Door de vondst van nieuwe katalysatoren zoals die van de TU Eindhoven is het nu ook mogelijk om waterstof en CO₂ met elkaar te laten reageren tot mierenzuur. Aerts: “Om het duurzaam te maken heb je alleen wel duurzame waterstof nodig en dat hebben we nog niet op grote schaal.” Om mierenzuur in te zetten als brandstof heb je een zogenaamde reformer nodig. Aerts legt uit: “Daarin zet je mierenzuur weer om in gas, een mengsel van CO₂ en waterstof.” Het gas leiden ze naar een normale brandstofcel, waar de waterstof wordt omgezet naar water en elektriciteit. Maar waarom zou je mierenzuur gebruiken als je ook direct waterstof als gas in de brandstofcel kunt spuiten? “Mierenzuur is vloeibaar bij kamertemperatuur, dus je kunt het makkelijk opslaan en gebruiken in de huidige infrastructuur”, zegt Aerts. “Het is wel een bijtende stof, dus je moet de huidige stalen tanks wel vervangen door kunststof of RVS of coaten met een beschermende laag. Maar mierenzuur is dan weer niet brandbaar of explosief.”

De eerste prototypes van het team hadden allemaal wielen, maar toch is een toepassing in auto’s niet de eerste toepassing waar DENS zich op richt. “In gebieden waar je weinig stroomvoorziening hebt of langere afstanden moet rijden, kan mierenzuur op termijn zeker een interessante aanvulling zijn, want daar zijn elektrische auto’s minder aantrekkelijk. Je kunt dan mierenzuur meenemen en omzetten in waterstof wanneer nodig. Maar op dit moment zijn elektrische auto’s simpelweg nog efficiënter, daar moeten we eerlijk in zijn.” Daarom richten Aerts en zijn collega’s zich eerst op een andere toepassing: het vervangen van dieselgeneratoren op bouwplaatsen. Aerts: “Wij denken dat mierenzuur de beste optie is om de diesel in deze generatoren te vervangen, want je hebt daar geen stopcontacten en ook een tank waterstof neerzetten is niet optimaal.” Maar voor het echt zo ver is moet er nog wel het een en ander gebeuren: “We moeten het systeem nog verder opschalen. En meer bedrijven moeten op grotere schaal duurzame mierenzuur gaan maken uit waterstof en CO₂. Want zonder duurzame mierenzuur komen we alsnog niet veel verder.”

Balans vinden

Het is dus absoluut niet zeker dat de transportsector alleen maar op elektriciteit of waterstof zal gaan draaien. Volgens de onderzoekers kunnen hun alternatieven zonder twijfel een toegevoegde waarde bieden, al is het maar op kleine schaal. En zij zijn niet de enigen die zo denken, want er zijn wereldwijd nog veel meer onderzoeken gaande en steeds meer duurzame alternatieven zien het licht. Met al deze initiatieven werken wetenschappers samen aan een duurzamere wereld. En laten we eerlijk zijn, als we de duurzaamheidsdoelen willen halen en verdere klimaatverandering willen voorkomen, kunnen we alle kleine beetjes gebruiken.