zaterdag 15 juni 2024

Techniek duurzame brandstoffen: redt maïs na 2035 de verbrandingsmotor?

‘Triumph test duurzame brandstoffen voor een groenere, schonere toekomst’. Zo kopt een persbericht van Triumph. Ze hebben het over het gebruik van E40 in de Moto2 in 2024 en E100 in 2027. Maar er zijn meer merken die zich richten op bio- of e-fuels. We duiken er eens dieper in.

Fotografie & illustraties: Triumph, Photographic Services Shell International Limited, archief

Stoere tekst van Triumph. Maar feitelijk is het Britse merk gedwongen door noodzaak, want het initiatief wordt van bovenaf opgelegd: MotoGP/FIM wil dat de grand prix vanaf 2024 op een brandstof rijden die voor 40% bestaat uit een niet-fossiele component, vanaf 2027 op een 100% niet-fossiele brandstof. Wat valt op in die stelling? Dat MotoGP de termen E40 – benzine met 40% ethanol – en E100 – 100% ethanol – niet in de mond neemt. De niet-fossiele component zou dus ook een e-fuel kunnen zijn – een koolwaterstof die uit water en CO2 wordt gemaakt met behulp van zonne- en windenergie. In elk geval is het de bedoeling om op den duur te stoppen met het gebruik van fossiele brandstoffen. Dat is nodig, want als we de opwarming van de aarde willen tegengaan, moeten we de uitstoot van CO2 sterk terugdringen.

Techniek EcoMaxx Bike Fuel: duurzaam rijden

Elektrisch niet zaligmakend

De Europese unie vertaalde CO2-vrij met een verbod op auto’s met verbrandingsmotor. Maar op de valreep bleek er nog een spaak in de lichtmetalen wielen van de EU gestoken te worden. Een aantal landen, waaronder Duitsland en Italië, weigerden begin maart 2023 om het definitieve akkoord te ondertekenen, omdat zij vinden dat ook e-fuels en biobrandstoffen klimaatneutraal zijn en dus ook toegestaan moeten worden. Ook worden er inmiddels grote vraagtekens gezet bij de haalbaarheid van 100% elektrisch vervoer, vanwege problemen met de prijs van auto’s, de grondstoffen en vooral het feit dat de elektrische infrastructuur van de Europese landen hier totaal niet voor geschikt is. Het complete elektriciteitsnet zou vervangen moeten worden. Daar is tot nu toe nog weinig aan gebeurd en het lijkt er niet op dat aan deze randvoorwaarde voor 2035 is voldaan. Ook is de beschikbaarheid van CO2-neutrale elektriciteit een probleem. Wanneer je een elektrische auto met elektriciteit uit een kolen- of gascentrale laadt, span je het paard achter de wagen: hij schijt misschien niet meer in je gezicht, maar hij schijt nog steeds. Het verlaagt de uitstoot niet en daar ging het om. Reden tot reflectie dus. Bovendien, zonder Duitsland en Italië geen akkoord en dus helemaal geen verbod op verbrandingsmotoren. De EU moest terug naar de tekentafel voor een aangepast of nieuw wetsvoorstel. Dat is inmiddels gebeurd: er komt voor auto’s geen verbod op verbrandingsmotoren. Maar nieuwe auto’s, die na 2035 worden geregistreerd, mogen alleen op een niet-fossiele brandstof rijden. Hoe ze dat willen controleren is een tweede, er zal wel een slimme tankvoorziening komen waar een gewoon benzinepistool niet inpast. In elk geval zal deze koerswijziging ook gevolgen hebben voor motorfietsen. Daar liep dezelfde discussie en dus mogen we ervanuit gaan dat er na 2035 zeker nog verbrandingsmotoren te koop zijn. Die moeten dan op e-fuels of bio-ethanol lopen.

Ethanol

Wanneer je het over E5, E10, E40, E85 of E100 hebt, heb je het over benzine met een percentage ethanol of alcohol. Elke amateur-wijnmaker weet het: je kunt van bijna alles dat groeit alcohol maken. Betrekkelijk eenvoudig ook: als er maar suikers of vergelijkbare koolhydraten in zitten zorgt een beetje gist en een waterslot dat het aan het borrelen slaat. Uit het waterslot borrelt CO2 en de suikers worden afgebroken tot C2H5OH, zijnde alcohol of ethanol, afhankelijk van welke naam je prefereert. Destilleren levert dan (bijna) pure alcohol op. Als je dat verbrandt, ontstaat er water en CO2. Dat klinkt fout, want dat is broeikasgas. Maar aangezien jouw appels, maiskolven of rabarberstelen dat eerst uit de lucht hebben gehaald en het in suikers hebben omgezet, ontstaat er een kringloop waarvan het netto-effect nul is. Dat is in elk geval beter voor onze atmosfeer dan die elektrische auto of motorfiets die zijn energie uit een kolencentrale haalt. Maar nadelen zijn er ook. Al die plantjes, waar je bio-ethanol uit haalt, moeten ergens groeien. Kun je het goedpraten, wanneer je landbouwgrond inzet voor de productie van brandstof, in een wereld waar mensen hongerlijden? Diezelfde stelling geldt overigens wanneer je landbouwgrond vol legt met zonnepanelen. Dat is dan net zo immoreel. Nog immoreler eigenlijk, want daarvoor is een alternatief: je kunt alle parkeerplaatsen in Nederland overdekken met zonnepanelen en tarwe blijven telen op de landbouwgrond.

Tweede generatie

Ethanol-productie wordt moreel een stuk verantwoorder wanneer je juist meer eten produceert en het afval gebruikt voor productie van ethanol – dus de maiskolven naar de voedselbank en de stelen in de gistfles. De industrie is al jaren volop bezig met deze tweede generatie biobrandstoffen, uit tarwestro, uit maisloof, maar ook uit afval van land- en tuinbouw en zelfs uit oud frituurvet. Het bedrijf Neste maakt bijvoorbeeld per jaar 4,5 Megaton hernieuwbare dieselbrandstof: ‘Je moet rekenen dat een personenauto met diesel gemiddeld 140 g CO2/km maakt, een vergelijkbare elektrische auto met onze Europese energiemix 120 gram per km – extra uitstoot bij de productie meegerekend – en een personenauto die op biologische HVO loopt 45 g/km’, stelde M. Hultam van Neste vorig jaar op een symposium in Wenen. ‘Belangrijk is ook dat onze HVO100 schoner verbrand, met minder roetvorming. Er zitten ook geen kankerverwekkende aromaten in. Door schonere brandstoffen kunnen we dus ook voor een lagere lokale vervuiling zorgen’.

Techniek onderhoudsvrije ketting: loopt gesmeerd zonder vet

Ethanol als motorbrandstof

Ethanol is een uitstekende motorbrandstof. In Brazilië wordt er al jaren mee gereden en ook in de Amerikaanse Indycars wordt al jaren met E85 geracet. E85 is een mengsel van 85% ethanol en 15% benzine, waar ook nog kleine hoeveelheden methyl-tert-butyl-ether en isobutalol aan zijn toegevoegd voor een betere verbranding.

Pure ethanol – E100 dus – heeft een veel kleinere pingelneiging dan benzine, het heeft een ‘Road Octane Number’ of RON van 108, benzine zit op RON 95 (Euro 95) of 97/98 (Superplus, afhankelijk van het merk). Als je er een speciaal motorblok voor zou bouwen, zou je een hogere compressieverhouding kunnen kiezen. Dat geeft meer vermogen of een lager brandstofverbruik, want het thermodynamisch rendement van een verbrandingsmotor is sterk afhankelijk van de compressieverhouding. Het raceteam van de HAN Automotive – toen nog HTS Autotechniek – racete in 2009 al met een op ethanol omgebouwde Supermono. Het Yamaha 660-blok was iets opgeboord en de compressieverhouding was verhoogd van 9,2 naar 10,5:1. Ze reden met een rijk mengsel, met Lambda 0,85. Dat kan een gewone lambdasonde niet meten. In plaats van een sprongsensor werd er daarom een breedbandsonde gebruikt. Het vermogen was gestegen van 48 naar 75 pk.

Agressief

Een nadeel van ethanol is dat er per liter minder energie in zit dan in een liter benzine. Zou je op pure ethanol rijden, dan moet je 1,5 x zoveel inspuiten voor dezelfde energiewaarde en de juiste mengverhouding. Daar heb je dus brandstofinjectoren en een brandstofpomp met een hogere capaciteit voor nodig. De Honda HI18TT Indycarmotor – die op E85 loopt – heeft daarom common rail-injectie met dubbele injectoren, zowel directe als indirecte, met een raildruk van ongeveer 300 bar.

Omdat de energiedichtheid kleiner is, zul je met ethanol-mengsels dus een hoger brandstofverbruik merken. Met E10, waarin tussen 5 en 10% ethanol zit, is dat al duidelijk merkbaar. Met E40, benzine met tot 40% ethanol – zal een nog hoger verbruik hebben. Met E85 is dat uiteraard nog hoger. Volvo heeft een aantal flexfuel auto’s op de markt gebracht, die op E85 konden lopen. Deze auto’s hadden een meerverbruik van 30 tot 40%.

Het hogere brandstofverbruik is niet het enige nadeel van ethanol. Het is ook behoorlijk agressief en corrosief. Het tast sommige rubbersoorten, polyester, fiberglas en bepaalde aluminiumlegeringen aan. Dat geeft dus problemen als het brandstofsysteem van dit soort materialen is gemaakt. Zo is bekend dat de brandstofpomp van een Opel Signum 2.2 al rond de 30.000 km kapotloopt als je hem op E10 laat rijden. Ook het supermono-team van de HAN liep tegen dit soort problemen op: de polyestertank loste op in ethanol. De benzineleidingen niet, maar het brandstoffilter wel. Maar dat is op te lossen. Indycars en Volvo’s blijven immers ook heel. Wanneer je de juiste materialen in je motorblok gebruikt, is er dus geen probleem. Moderne motoren zijn al bestand tegen ethanol, want ze kunnen tegen E10. Er is dus geen reden dat het Triumph niet zou lukken.

Bio-ethanol wordt van planten gemaakt. Tegenwoordig gebruikt met het afval van voedselproductie.

Houdbaarheid en vervuiling

Benzine met ethanol heeft nog een ander probleem: het veroudert snel, onder meer doordat ethanol water aantrekt. Dat geeft vervuiling, sludge-, gom- en lakvorming in het brandstofsysteem. Sproeiers en injectoren vervuilen, bij carburateurs kunnen vlotternaalden verkleven, waardoor carburateurs gaan lekken. Daarnaast kan het water-ethanol mengsel uitzakken en een zure vloeistoflaag onderin je tank of carburateur vormen. Dit veroorzaakt roest in je stalen tank en oxidatie in je carburateur of injectoren. Hierdoor gaan motoren slecht starten, moeilijk stationair lopen en op den duur zelfs stilvallen. E10 kan na twee maanden al problemen geven. Je kunt je voorstellen wat E40, E85 en E100 doet als het in de tank van de motor blijven zitten. Voor de racerij geen probleem, kwestie van aftappen en de motor wegzetten op storage fuel, de ethanol opslaan in luchtdicht afgesloten flessen, dan gebeurt er niets mee. Voor gewone wegmotoren zou dit wel een enorm probleem zijn, mochten we er ooit op gaan rijden. Zeker in de winterstalling.

E-fuels

Een alternatief voor ethanol zou een zogenaamde e-fuel kunnen zijn. Daar is steeds meer om te doen. In tijden dat er meer zonne- en windenergie wordt geproduceerd dan er gevraagd wordt – of dat het elektriciteitsnet aankan – zou je de stroom kunnen gebruiken om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Shell kondigde in juni vorig jaar al aan dat ze een waterstoffabriek op de Maasvlakte gaat maken die daarvoor elektriciteit van een windpark op zee gaat gebruiken. Maar waterstof heeft een lage dichtheid en is daardoor lastig te transporteren. Als je het in Nederland maakt, kan het door het aardgasnet gedistribueerd worden als we van het aardgas af gaan. Moet het verder weg vervoerd worden, dan wordt het in tanks met 300 tot 700 bar gecomprimeerd. Het kost veel energie die te transporteren. Je kunt een stap verder gaan en CO2 uit de lucht halen. Die zou je met behulp van zonne- en windenergie kunnen splitsen en laten reageren met waterstof tot mierenzuur (CO-OH) of tot Methanol (CH3OH) of tot langere koolwaterstoffen. Die kunnen gewoon in een tankship of een tankwagen.

Sahara

Het nadeel van e-fuels is dat het rendement van deze omzettingen niet hoog is. Het kost erg veel energie om deze verbindingen te maken, hoe langer en complexer de verbinding, hoe meer energie het kost. Opslaan in batterijen voor elektrisch transport lijkt efficiënter. Maar batterijen zijn duur en ook alleen nuttig als de energie niet ver getransporteerd wordt. Dat moet wellicht wel. Het is onwaarschijnlijk dat de Europese landen zelf genoeg hernieuwbare energie kunnen maken om aan hun eigen energiebehoefte te voldoen. Dan zal de energie moeten worden ingekocht. Hetzij via biobrandstof, hetzij via e-fuels die gemaakt wordt met zonnepanelen die in grote getalen in, bijvoorbeeld, de Sahara worden aangelegd. De kans is dus groot dat we daar over een aantal decennia op racen en rijden.

Peter Aansorgh
Peter Aansorgh
In 1993 begon Peter zijn journalistieke loopbaan bij het motormagazine MOTO 73. Ruim tien jaar lang werkte hij bij dit blad als technisch redacteur en schreef er motortesten, algemene verhalen over motorrijden, bedrijfsreportages en technische verhalen. In 2004 besloot Peter voor zichzelf te beginnen en schrijft nu voor diverse auto- en motorbladen

1 Reactie

  1. De foto waaronder staat dat het een zonnepark is, is denk ik van een zonnecentrale met spiegels zoals de Noor 1,2 of 3 gebouwd in de woestijn van Marokko.

Reacties zijn gesloten.

Stay tuned

Schrijf je in voor onze nieuwsbrief en mis nooit het laatste nieuws! Onze nieuwsbrief wordt iedere week op dinsdag (bij veel nieuws) en donderdag verstuurd.


Gerelateerde artikelen