Landbouw, de groene motor

Transcriptie

1 De landbouwer als groene energieproducent 2de en 3de graad Meetjesland 7 Landbouw, de groene motor Het bedrijf Etienne Hamerlinck en Linda Dellaert Binnen het thema Landbouw, de groene motor, maken we kennis met een aantal groene energievormen met de uitdagingen en beperkingen ervan - waarbij de landbouw centraal staat.

2 Rijden we straks allemaal op koolzaad, suikerriet, -biet of graan? Het is allesbehalve een futuristische vraag en het lijdt weinig twijfel dat de agrarische sector een belangrijke rol gaat spelen in de energievoorziening van de Europese Unie. Tot ver in de 19 e eeuw was hout de belangrijkste energiebron, aangevuld met energie geleverd door mensen dieren, water en wind. Tot vandaag is de energiebehoefte steeds blijven stijgen en zijn we zeer afhankelijk van fossiele en nucleaire brandstoffen. Deze zijn echter maar beperkt voorradig. Terwijl de voorraad snel slinkt, neemt de vraag spectaculair toe. De wereldbevolking en het energiegebruik per hoofd stijgt. Bovendien zorgt de hieraan gekoppelde CO 2 -uitstoot voor een zware impact op het leefmilieu: hierbij denken we dan vooral aan het broeikaseffect veroorzaakt door o.a. CO 2. Om deze wereldomvattende problemen niet tot onbeheersbare omvang te laten uitgroeien, moet er zeer dringend aan oplossingen worden gewerkt. Uitkijken naar alternatieve of nieuwe energiebronnen is dus de boodschap. In het Protocol van Kyoto is afgesproken dat de Europese Unie en haar lidstaten hun globale uitstoot van broeikasgassen tegen de periode 2008 tot 2012 met gemiddeld 8 % moeten verminderen t.o.v Eén van de belangrijkste uitdagingen hierbij is de ontwikkeling van duurzame energiebronnen. De Europese Unie stelde als doelstelling om tegen het jaar 2010 zo n 12 % van het totale energiegebruik uit hernieuwbare energiebronnen te halen. Biomassa wordt hierbij beschouwd als één van de meest interessante hernieuwbare energiebronnen van de toekomst. Het gebruik van brandstoffen afgeleid van de landbouw is de technologie met het grootste potentieel op korte en middenlange termijn. Minst vervuilende energie is geen energie 2

3 Het broeikaseffect: In de atmosfeer zijn gassen aanwezig die de invallende zonnestraling doorlaten, maar de teruggekaatste straling van het opgewarmde aardoppervlak opnemen. Dit fenomeen is bekend als het broeikaseffect. Dankzij dit effect bedraagt de gemiddelde temperatuur op aarde +15 C i.p.v. -18 C. Koolstofdioxide (CO 2 ), methaan (CH 4 ) en lachgas (N 2 O) zijn enkele belangrijke broeikasgassen. Gedurende de voorbije twee eeuwen heeft de mens de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer verhoogd waardoor het natuurlijk broeikaseffect wordt versterkt. Dit leidt bijgevolg tot een verhoging van de gemiddelde temperatuur en een globale klimaatverandering. Het Protocol van Kyoto: Het Kyoto-protocol of Verdrag van Kyoto werd in 1997 opgesteld in de Japanese stad Kyoto en regelt de vermindering van de uitstoot van broeikasgassen. Zo moet de EU zijn uitstoot met 8% verminderen in de periode t.o.v de uitstoot in De EU heeft vervolgens de emissiereducties per lidstaat bepaald, in overleg met die lidstaten. De percentages lopen ver uiteen: Luxemburg moet zijn uitstoot met 28% verminderen terwijl Portugal zijn uitstoot met 27% mag laten stijgen. België moet 7,5 % minder uitstoten en Nederland 6 %. Duurzame energiebronnen: Duurzame energie is een verzamelterm voor energiebronnen die uit hernieuwbare bron kunnen worden gewonnen. Het kenmerk van duurzame energie is dat de winning ervan niet leidt tot het uitputten van een voorraad. We onderscheiden twee vormen. Allereerst zijn er bronnen van duurzame energie die elektriciteit opwekken. Hierbij denken we aan windenergie, (fotovoltaïsche) zonne-energie, waterkracht en bio-energie. Daarnaast zijn er bronnen van duurzame energie die warmte produceren zoals aardwarmte, (thermische) zonne-energie en warmtepompen (omgevingsenergie). Noem en bespreek kort een aantal oorzaken van de groeiende interesse in deze duurzame energievormen. 3

4 Duurzame energie Zonder energie is verwarming, verlichting, telecommunicatie of transport niet denkbaar. De grondstoffen (aardolie, aardgas, ) die we gebruiken voor het opwekken van energie zijn niet oneindig. Het gevolg is dat ook de energie beperkt is en dat we er dus zuinig mee moeten omspringen. We noemen dit het duurzaam of rationeel omgaan met energie. We moeten met zijn allen zo weinig mogelijk energie verspillen. Bovendien zijn energie en milieu nauw met elkaar verbonden, want een aantal belangrijke milieuproblemen vinden hun oorsprong in de productie, de omzetting, het transport en het gebruik van energie. Om de aarde leefbaar te houden is het belangrijk om de grondstoffen voor energie niet ongecontroleerd verder uit te putten. De productie en het gebruik van fossiele energie veroorzaakt bovendien een belangrijke milieubelasting, hoofdzakelijk onder de vorm van luchtverontreiniging Welke maatregelen zou jij thuis of op school kunnen nemen om minder energie te verbruiken? Welke initiatieven kunnen jullie met de klas nemen om binnen de school je medeleerlingen te sensibiliseren om zuiniger om te springen met energie? 4

5 Werden er op school reeds bepaalde acties rond rationeel energiegebruik uitgewerkt? Welke? Hoe evalueren jullie deze? Kunnen er bijkomende activiteiten/maatregelen worden uitgewerkt? En thuis? Nu kiezen voor groene energie is kiezen voor het milieu en voor onze kinderen 5

6 Duurzame energievormen Duurzame energie kennen we in een aantal vormen. Niet-duurzame energie wordt opgewekt door verbranding van fossiele brandstoffen. Voor het opwekken van duurzame energie maakt men gebruik van zgn. hernieuwbare energiebronnen. Welke duurzame energievormen ken je? Noem een aantal voor-en/of nadelen voor elk van deze duurzame energievormen. Een kolencentrale stoot per opgewekte kwh gram CO2 uit. Een schone gascentrale altijd nog 400 gram CO2. Windenergie slechts 8 (acht) gram per kwh. Dan kan men toch niet volhouden dat windenergie niets voorstelt? (Prof. Dr. Lucas Reijnders aan Dr. J.H.F. Jansen) 6

7 Groene energievormen Het aandeel hernieuwbare energie in de Europese Unie bedroeg tien jaar geleden ongeveer zes procent. Zoals reeds eerder besproken moet dat aandeel tegen 2010 verdubbeld zijn. Daarom werden de voorbije jaren richtlijnen voor de productie van groene stroom en biobrandstoffen goedgekeurd. In 2004 meldde de Europese Commissie in een nota dat extra inspanningen nodig waren om de vooropgestelde doelstelling te bereiken. Vooral op het gebied van biomassa bleken bijkomende maatregelen aangewezen. Eind vorig jaar verscheen een actieplan met twintig maatregelen die ervoor moeten zorgen dat het gebruik van biomassa binnen vier jaar met 150 Mtoe (miljoen ton olie-equivalent) is toegenomen in vergelijking met de 69 Mtoe in Opmerkelijk is dat de wind- en zonne-energie binnen het segment van de hernieuwbare energiebronnen slechts een marginaal marktaandeel van respectievelijk vijf en één procent scoren. Waterkrachtcentrales hebben ruim een kwart van de markt in handen, terwijl de biomassa maar liefst twee derde van de hernieuwbare energieproductie levert. Meer nog, de Commissie verwacht dat het huidige potentieel van biomassa tegen 2030 verviervoudigd kan worden. Die fantastische groeiperspectieven schuilen niet zozeer in de bosbouw of de afvalverwerking, maar wel in de uitbreiding van het areaal energieteelten in de landbouwsector. Dergelijke energiegewassen kunnen vloeibare brandstoffen opleveren zoals pure plantenolie (PPO), biodiesel of bio-ethanol. Andere gewassen kunnen dienst doen als vaste brandstof of vergist worden tot biogas. We gebruiken de vloeibare brandstoffen in motoren om voertuigen te laten rijden. De vaste en gasvormige biobrandstoffen gaan naar installaties waar ze elektriciteit en/of warmte opwekken. Biogas Vergisting van biomassa De technologie die ervoor zorgt dat er door middel van vergisting methaangas vrijkomt, is al zeer oud en wordt op vele plaatsen in de wereld op kleine schaal toegepast (met name voor huishoudelijk gebruik). Deze oude en beproefde technologie kan vervolgens gebruikt worden om op grote schaal gas te produceren in een biogasinstallatie. Bij een biogasinstallatie wordt de biomassa in een zuurstofloze ruimte gebracht, waardoor o.a. biogas ontstaat. Biogas bestaat voor een groot deel uit methaangas, dat door bijvoorbeeld een warmtekrachtkoppeling omgezet wordt in duurzame stroom en warmte. Leg uit warmtekrachtkoppeling of WKK. 7

8 De opgewekte stroom kan tegen de aantrekkelijke tarieven voor duurzame stroom, worden verkocht aan energiebedrijven. De inzet van biogasinstallaties kan daarmee een belangrijke bijdrage leveren aan de doelstelling van de overheid om in het jaar % van de energie op te wekken uit duurzame energiebronnen. De regelgeving m.b.t. de vergisting van biomassa wordt daarom versoepeld, waardoor de mogelijkheden voor biogasinstallaties verder toenemen. In een biogasinstallatie wordt dus biomassa afgebroken tot methaangas. Deze afbraak vindt plaats in verschillende tussenstappen. Iedere tussenstap wordt door z n eigen soorten bacteriën uitgevoerd. Ook per tussenstap zijn het niet altijd dezelfde bacteriestammen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak. Welke bacteriestammen dit zijn, hangt af van het soort biomassa dat wordt vergist en van de procesomstandigheden. Deze verschillende soorten bacteriën stellen elk hun eigen eisen aan hun leefmilieu. Als het leefmilieu voor een bepaalde tussenstap niet goed is, kunnen de bijbehorende bacteriën hun werk niet goed doen waardoor de tussenstap niet goed wordt uitgevoerd. Als één tussenstap niet goed verloopt, heeft dit invloed op de overige tussenstappen waardoor de hele vergisting stil kan komen te liggen. Ook als er plotseling iets ingrijpend verandert in het leefmilieu van de bacteriën, heeft dat bacteriesterfte tot gevolg. Wanneer er bacteriesterfte optreedt en de vergisting wordt geremd, heeft dat invloed op de methaanproduktie en dus ook op het financiële rendement van de biogasinstallatie. Het is daarom van groot belang dat de installatie goed berekend is naar de omstandigheden van het bedrijf. biogastinstallatie 8

9 Figuur 1: het vergistingsproces Het vergistingsproces (figuur1) Wat zijn volgens jullie de voor-en nadelen van een biogas-installatie? 9

10 Welke vergistingsprocessen kennen jullie nog? Raad eens hoeveel liter biogas kan door vergisting gewonnen worden uit 1 kg organisch materiaal? a. 1 liter b. 1 kubieke meter c. 50 liter d. 500 liter Waaruit bestaat biogas? De bacteriën die verantwoordelijk zijn voor het vergistingsproces worden ook wel anaërobe bacteriën genoemd. Wat betekent het woord anaëroob eigenlijk? a.anaëroob betekent eet mest. Anaërobe organismen hebben mest nodig om te kunnen leven. b.anaëroob betekent zonder lucht. Anaërobe organismen hebben geen zuurstof nodig om te kunnen leven. c.anaëroob betekent organisch. Daar gaat dit hele verhaal toch over Bio-energie, de brug naar een post-petroleumtijdperk 10

11 Film: Ghent bio energy valley Vlaanderen wil zich steeds sterker door kennis profileren. Gent neemt daarbij niet alleen het voortouw inzake bio-technologie, maar ook inzake bio-energie. In juli 2005 werd het publiek-privaat partnership Ghent Bio-Energy Valley voorgesteld. Ghent Bio-Energy Valley wil gemeenschappelijke initiatieven ontwikkelen ter bevordering van bio-energie en de Gentse haven uitbouwen tot een internationaal erkende groeipool voor industriële bio-energieprojecten en activiteiten. De initiatieven spitsen zich toe op Research & Development, structurele maatregelen en beleid, logistieke aspecten en de communicatie naar het bredere publiek. Biobrandstoffen staan hierbij centraal omwille van de reeds besproken problematiek van de slinkende fossiele grondstofreserves. Biobrandstoffen zijn er in vaste, gasvormige of vloeibare vorm. Het zijn vooral de vloeibare biobrandstoffen die thans de aandacht trekken omdat ze probleemloos bruikbaar zijn in het wegvervoer. Er worden daarbij twee types onderscheiden: bioethanol (door vergisting van plantensuikers) en biodiesel (veresterde plantenolie) zie verder. Volgens de Europese richtlijn biobrandstoffen 2003/30/EG moet ons land ervoor zorgen dat tegen eind ,75% van alle verkeersbrandstof bestaat uit biobrandstoffen. Deelnemende partners zijn de Universiteit Gent, Havenbedrijf Gent, Stad Gent en meerdere industriële bedrijven waaronder Alco-Bio-Fuel, Bioro, Electrabel, Oleon, StoraEnso, Organic Waste Systems en Oiltanking. De Universiteit van Gent zorgt door middel van 9 onderzoeksgroepen voor de wetenschappelijke ondersteuning. De kruisbestuiving tussen onderzoeksexcellentie in de vorm van innovatie, ondernemerschap en economische groei staat in dit partnership centraal. Alco-Bio-Fuel NV voorziet de bouw van een bio-ethanolfabriek in het Rodehuizedok, bestaande uit drie productielijnen met een totale capaciteit van m 3 ethanol. Belgisch graan zal daarbij als grondstof gebruikt worden. De eerste productielijn is al operationeel. De 3 productielijnen kunnen instaan voor de hele Belgische behoefte aan bio-ethanol en zal België de mogelijkheid bieden om tegen 2010 de Europese doelstellingen te halen. Bioro NV omvat een investering van 30 miljoen euro en beoogt de bouw van een productielijn voor biodiesel op basis van koolzaad(olie) van 150 miljoen liter per jaar. Hiermee kan Bioro het grootste deel van de potentiële biodieselmarkt in ons land bevoorraden. Oleon NV plant eveneens een biodiesel productie-eenheid van ton per jaar 11

12 Film: Everyday life in 2020 Deze film toont ons de evolutie van een fossil-based naar een Bio-Based Economy en de rol die de investeringen in onder andere Gentse regio en een heroriëntatie binnen de landbouw hierbij kunnen spelen. Toepassingen van bio-brandstoffen: bio-ethanol, bio-diesel en ppo Motoren hebben brandstof nodig. Bij brandstof denken we in de eerste plaats aan benzine of diesel en aan uitlaatgassen. Niet erg milieuvriendelijk! Hoe lossen we dat op? Hoe minder we rijden, hoe minder brandstof we verbruiken. Nu nog zoeken naar schone brandstoffen. Aardgas is de beste keuze. Maar men kan niet eindeloos aardgas uit de grond blijven halen. Aardgas is, net als benzine en dieselolie, een fossiele brandstof, afkomstig van lang geleden vergane plantenresten. Eens zal die voorraad uitgeput zijn. Dus moeten we er wat anders op vinden.. Bioethanol is ethanol dat gewonnen wordt uit biomassa en/of biologisch afbreekbare afvalresten. Veel gebruikte grondstoffen zijn suikerriet, suikerbieten, mais, tarwe en gerst. Bioethanol is wereldwijd de meest gebruikte biobrandstof. In Brazilië rijdt iedereen op een blend van benzine met 30 tot 100 procent alcohol. Door het fermentatieproces van de grondstoffen, zetten gisten de suikers om in alcohol. De mogelijkheid om ethanol uit cellulose te vervaardigen biedt enorme perspectieven aan bio-ethanol. Verder onderzoek is volop bezig om dit proces te optimaliseren. Een aantal autoproducenten speelt al in op een doorbraak van bioethanol met de productie van zogeheten flexauto s. Die kunnen op verschillende mengsels van ethanol en conventionele brandstof rijden. Volvo kwam al met de zogeheten Flexi-Fuel modellen, auto s die rijden op de alternatieve brandstof E85, een mengsel van 85 procent ethanol en 15 procent benzine. Die hebben een 70 tot 80 procent lagere uitstoot van CO2 dan auto s die op benzine rijden. Biodiesel is een methylester met slechts iets hogere viscositeit dan minerale dieselolie die chemisch wordt bereid uit vooral plantaardige olie, (rest)vetten of dierlijke vetten door transesterficatie van vetzuren en vrije vetzuren uit die olie. Denk maar aan koolzaad-, soja-,palm-, zonnebloemolie en kippen- en varkensvet. Door de vetzuren te laten reageren met een alcohol (meestal methanol) ontstaan er esters (methylester in het geval van methanol). Het wordt vaak toegepast in een mengvorm met minerale dieselolie. De benaming die men er aan geeft is dan 12

13 B20 (bij 20 % bijmenging). Toen Rudolf Diesel zijn eerste dieselmotor bouwde, experimenteerde hij met plantaardige olie. Dat lukte. Deze olie was gemaakt van pindanoten (arachideolie). PPO of Pure Plantaardige Olie wordt geperst uit o.a. de zaden van koolzaad. Men kan een gewone dieselmotor laten ombouwen om hem op koolzaadolie te laten rijden. Dat ombouwen is nodig, omdat plantenolie niet vloeibaar genoeg is als het koud is. Je moet in je wagen iets inbouwen om de olie vóór te verwarmen, zodat hij vloeibaar wordt. Is de motor eenmaal opgestart, dan levert hij zelf voldoende eigen warmte om alles op temperatuur te houden. Een groot voordeel aan het gebruik van plantenolie is dat je hierdoor geen bijkomende broeikasgassen krijgt. Wanneer je fossiele brandstofreserves aanspreekt, breng je grote hoeveelheden CO 2, die vroeger in planten, bossen was vastgelegd in één klap terug in de atmosfeer. Als je nieuwe oliehoudende planten laat groeien en de olie er uit perst en die verbrandt, komt er maar zoveel CO 2 vrij als er tijdens de groei uit de lucht was opgenomen. Aan het einde van de rit is er geen CO 2 bijgekomen, of weggenomen. De teelt van oliegewassen is dus CO 2 -neutraal. Kan men koolzaad kopen en het zelf persen? Dat kan. Men heeft een stevige pers nodig zoiets als een uit de kluiten gewassen trage mixer. Men perst de zaden en daarbij komt dan de olie vrij. Bij het persen (men onderscheidt hierbij warme en koude persing) ontstaan koolzaadschilfers of koolzaadkoek, met een relatief hoog vetgehalte. De koude persing gebeurt zonder extra toevoer van warmte, hierbij loopt de temperatuur in de pers op tot maximum C. Door de lage opbrengsten blijft de teelt van koolzaad voor de olie nog relatief duur. Voor de landbouwer is de teelt dan ook pas rendabel indien de bijproducten voldoende gevaloriseerd kunnen worden. Figuur 2: het persen van koolzaad 13

14 Intermezzo: Rendement en areaalbehoefte van biobrandstoffen Aan de slag: Persen van koolzaad Een koude persing van koolzaad is de ideale methode om olie te winnen op kleine schaal. Koolzaad heeft een oliegehalte tussen 40 en 45 %. Het restproduct na de koude persing noemt men koolzaadkoek, een interessante veevoedergrondstof. Benodigdheden per groep: - 1 koolzaadpers - koolzaad; lijnzaad; maatbekers - mesje - weegschaal We luisteren eerst naar de uitleg en volgen aandachtig mee met de demonstratie om te vermijden dat er ongelukken gebeuren en dat het experiment mislukt. Werkwijze: - het zaad dient goed droog te zijn: zeef eventueel het zaad om het te ontdoen van zand en stenen - smeer het handvatje van de pers in met spijsolie - steek het brandertje aan - weeg een hoeveeheid zaad af (vb 200 g) - vul de trechter met het te persen zaad - wacht 10 min tot de pers warm is - begin rustig te draaien aan de zwengel - de perscake komt door de dop uit de pers; de olie komt door de oliespleet uit de pesrbuis - controleer regelmatig of het zaad in de trechter goed doorloopt - verwijder met een mesje vuil uit de oliespleet als deze verstopt geraakt - vang de olie op in een maatbekertje - vermeld de herkomst en datum Resultaten: - wat is het oliegehalte van het geperste koolzaad/lijnzaad? 14

15 - zie je andere fysische verschillen tussen de olie van koolzaad en lijnzaad? - toepassingen van PPO 15

16 AAN DE SLAG: Productie van biogas uit mest Inleiding: Vergisting is een biologisch proces, waarbij organische bestanddelen in de mest door anaërobe bacteriën (zonder zuurstof) worden omgezet in biogas. Het biogas bestaat voor het grootste gedeelte uit methaan. Na reiniging kan het gas in een gasmotor worden omgezet in warmte en groene stroom. De uitvergiste mest (digestaat) kan als dierlijke meststof op landbouwgrond worden aangewend. Vanwege het hoge organisch stofgehalte in kippenmest, is het vergisten van kippenmest uitzonderlijk geschikt voor de productie van groene energie. Het drogestof gehalte van de kippenmest (55%) is echter dermate hoog dat het niet alleen is te verwerken in een mestvergistingsinstallatie. Daarnaast bevat kippenmest dermate veel stikstof dat de bacteriën die zorgen voor de biogasproductie worden geremd. Toevoeging van rundvee en/of varkensmest aan de kippenmest biedt voor beide nadelen een oplossing. Voor een optimale gasproductie dient de te vergisten mest zo vers mogelijk te zijn. Benodigdheden: - warmwaterbad (35 C) - bekerglas - kolf (1 l) - lepel - rubberen stop met glazen kraantje - weegschaal - 1 m rubber darm g biomassa (kippenmest) - maatcilinder (2 l) - statief met klem (voor de kolf) - statief met ring (voor de maatcilinder van 2 l) Werkwijze en opstelling: - we vullen de kolf met 800 gram kippenmest en sluiten deze af met de stop waarin zich het glazen kraantje bevindt. - deze kolf plaatsen we in een warmwaterbad dat op 35 C gehouden wordt door middel van een thermostaat. - we vullen de maatcilinder met water en plaatsen deze omgekeerd in een bekerglas, dat eveneens met water gevuld is. - we steken een darmpje in de maatcilinder en verbinden dit met het kraantje op de kolf. - nu zetten we het kraantje open en de opstelling staat klaar om het geproduceerde biogas op te vangen. 16

17 Figuur: Beginopstelling Figuur : Opstelling na 24 u Het geproduceerde biogas wordt door het darmpje gestuurd en komt in de maatcilinder met water terecht. Het gas stijgt en zo kunnen we op regelmatige tijdstippen ( u- ) op de maatcilinder aflezen hoeveel biogas er wordt geproduceerd. De bekomen waarden kunnen uitgezet worden in een grafiek.. 17

18 Bespreking resultaten: 18