Vragen over mogelijke oplossing klimaatprobleem

[TychoWoude]

Ik ben een beginnende werktuigbouwkundige students en ik weet vrij weinig over dit onderwerp.

Een heel groot onderwerp tegenwoordig is sustainable energy. De fossiele brandstoffen in de aarde raken op en er moeten manieren gevonden worden om in de toekomst nog genoeg energie voor iedereen te hebben. Hierbij komt ook dat er steeds minder en minder benzine en diesel is voor auto's, schepen en andere vervoersmiddelen.

Micro organismen worden door de mens gebruikt voor allerlei dingen zoals medicijnen, maar waar ligt de grens hiermee? Zou het mogelijk kunnen zijn om micro organismen te gebruiken om benzine en diesel te maken? Planten en algen halen koolstofdioxide de lucht uit en groeien daar vervolgens mee. Zou het mogelijk zijn om ervoor te zorgen dat algen zo geprogrammeerd worden dat ze enzymen hebben die benzine en diesel kunnen maken? Zoals eerder gezegd weet ik heel weinig over dit onderwerp, maar de vraag blijft in mijn hoofd hangen.

Ik weet dat fossiele brandstoffen gevormd worden onder hele hoge druk en temperatuur, maar als dit zou kunnen zouden er veel positieve effecten aan zitten. Om de stoffen te maken, moet er koolstofdioxide uit de lucht gehaald worden. Dit zou het versterkte broeikaseffect tegengaan als het op grote schaal gebruikt wordt. Bijna alle voertuigen die er momenteel zijn, zijn gebaseerd op fossiele brandstoffen. Wanneer deze op zijn, zullen deze voertuigen nutteloos worden. Als algen benzine en diesel zouden kunnen maken, zouden deze, en anderen, problemen opgelost worden.

Zou iemand me kunnen vertellen wat voor problemen dit idee zou hebben en of het überhaupt mogelijk is? Ik zal waarschijnlijk aardig wat dingen over het hoofd zien, maar daar leer je nou eenmaal van!

Alvast hartelijk bedankt voor een antwoord,
Tycho

[Daaf]

Je kan bio-diesel maken maar wat lost dit op v. w. b. het klimaat!? Gaat het niet eerder over alternatieve oplossingen zoals zonne- en windenergie (geeft dan ook weer een probleem want die windmolens verslijten), auto's op elektriciteit, waterstofmotor,...!?

[Xilvo]

Of biodiesel nu de oplossing is weet ik niet maar het is in principe wel klimaatneutraal - het pompt geen extra CO₂ de atmosfeer in..

[Daaf]

@ Xilvo; OK, ik snap wat je zegt: "geen extra CO2" want de plant sloeg dit reeds op tijdens de groei maar dat deden die planten uit het Carboon ook alreeds maar toen waren er geen auto's! Ik snap niet goed hoe ik hier een voordeel voor het milieu moet zien!? Ok, het blijft een nul-operatie maar dat wil zeggen dat we met de huidige waarden blijven zitten, toch?

[Xilvo]

Als je een kraan laat lopen boven een gootsteen is er weinig aan de hand. Kun je jarenlang doen.
Als je jarenlang een paar promille van dat water opvangt en opslaat zul je het verschil niet merken.

Maar als je 50000 liter van dat opgeslagen water ineens weer in die gootsteen kiepert gaat het goed mis.

Die koolstof is over een periode van honderden miljoenen jaren opgeslagen. Als je die in een paar honderd jaar weer vrij maakt krijg je het probleem dat we nu hebben, een plotseling relatief grote concentratiestijging van CO₂

[Daaf]

Aha, ja, de tijd! Daar zat ik net ook over te denken! Alles wat over heel veel tijd is gemaakt in korte tijd opstoken! Ik zou echter niet naar biodiesel gaan want je krijgt hier het probleem dat je dan veel opp. nodig hebt om de gewassen te laten groeien, je oogst ze en er is even niets meer (even kaal land dus delta t voor groei gaat naar omlaag terwijl je evenveel CO2 in de atmosfeer brengt en dat gaat naar omhoog, de plantengroei houdt dit niet bij) terwijl ondertussen bos in ijltempo gekapt wordt. Ik vind biodiesel echt geen goed idee!

[Benm]

Qua technische mogelijkheid is het geen enorm probleem om te gaan rijden op plantaardige olien of 'biodiesel' - het kan met minimale aanpassingen aan de techniek, je kunt feitelijk een dieselauto aanpassen om direct te rijden op raapolie of iets dergelijks. Voor motoren op zeeschepen (en dat zijn forse uitstoters) is het ook geen probleem, en ik vermoed dat je het daar direct in kunt wegstoken (die dingen zijn praktisch gebouwd om te kunnen varen op brandbaar chemisch afval).

Ik ben het Daaf eens dat de benodigde landoppervlakte wel een probleem is. Dat is het feitelijk nu al voor de productie van plantaardige olie voor menselijke en dierlijke consumptie en de productie van allerlei zaken als zepen, cremes etc.

Je ziet nu al grootschalige vervanging van regenwoud door soja en palmolie plantages - en dat gaat echt met enorme oppervlaktes. In zuid-amerika, in azie, om je je de schaal te realiseren moet je er eigenlijk overheen vliegen, vanuit de lucht zie je heel goed wat plantage is en wat oerwoud.

Qua CO2 is dit allemaal niet zo'n probleem, een akker die actief geoogst wordt neemt CO2 op, een bestaand regenwoud niet. Het is echter wel bedreigend voor de biodiversiteit, en als het onverantwoord uitgevoerd wordt komen er ook risico's als bodemerosie bij kijken.

In nederland doen we dat niet zoveel, maar bijvoorbeeld de hele veluwe ontbossen, omploegen en gebruiken als landbouwgrond voor de productie van raapolie is denk ik geen plan dat veel bijval zal vinden, al is het vanuit CO2 oogpunt een prima idee.

[Marko]

Allemaal heel leuk maar de topicstarter vraagt niet naar het kappen van bomen voor de productie van biobrandstof, maar naar inzet van micro-organismen zoals algen.

En dat kan prima, en vraagt uiteraard geen boskap of een ander gebruik van landbouwgrond, want algen leven in water, en daar hebben we meer dan genoeg van, en gebruiken we voor het grootste deel ook niet voor andere dingen.

Een uitdaging blijft, hoe zeer je deze organismen ook manipuleert of prikkelt, dat de efficiëntie van de omzetting van zonne-energie in biomassa niet heel groot is. Zelfs als je daar een factor 10 verbetering in zou weten te krijgen, dan nog zit je onder het rendement wat je met een zonnepaneel haalt.

Een andere uitdaging is hoe je de met algen geproduceerdegeproduceerde biobrandstoffen aan land krijgt.

Tenslotte moet je ervoor zorgen dat de biobrandstoffen en de (genetisch gemanipuleerde) algen geen nadelige invloed hebben op de rest van het leven in water.

Het idee is niet nieuw, verre van zelfs. Ik zou Tycho aanraden om te beginnen met lezen op https://en.wikipedia.org/wiki/Algae_fuel en van daaruit verder te speuren.

[Xilvo]

Er is water genoeg maar als je daar grote oppervlakten voor algenteelt wil gebruiken creëer je mogelijk weer andere problemen, zoals verstoring van bestaand (zee-)leven. Dat is principieel niet veel anders dan kappen van wouden.

[Benm]

Dat lijkt me ook, dusdanig oppervlaktes water zijn lastig aan leggen, en op open zee laten groeien is denk ik ook problematisch: zowel qua 'oogst' als qua risico op het verspreiden van een organisme over potentieel de hele wereld. In biotopen die geschikt zijn voor algengroei gebeurt dat van nature ook al, en die algen zijn nu voedsel voor de rest van het leven in zee.

Kweken in aan te leggen vijvers, systemen met buizen etc schiet allemaal niet op - de benodigde schaal om een verschil te maken is enorm, en fotosynthese heeft zijn beperkingen. Het is nuttig als je iets kunt laten groeien waar nu niets groeit, dat kan met algen of planten, maar er is meestal een goede reden dat er niets groeit, bijvoorbeeld gebrek aan zoet water.

Nou kun je denken dat algen in zout water groeien, en dat je dus domweg een enorm meer kunt vullen met zeewater, bijvoorbeeld ergens in noord-afrika. Dat kan echter maar een paar keer: het water verdampt en het zout blijft achter waardoor het steeds zouter wordt. En in iets als de dode zee is het ook niet echt gemakkelijk om algen te kweken.

[rwwh]

Even helemaal terug naar het topic: we hebben natuurlijk een enorme infrastructuur die (voor mobiliteit) gebruik maakt van organische brandstoffen, maar eigenlijk is dat proces hopeloos inefficiënt. En dat wordt nog veel erger als we biobrandstoffen gaan gebruiken. Eerst gebruiken we organismen die 1-2% van het zonlicht in biomassa kunnen omzetten, dan chemische processen om die biomassa in biobrandstoffen om te zetten, en daarna een verbrandingsmotor met 20-40% rendement om een beweging te genereren. En dan vergeet ik voor het gemak de energie die we op dit moment gebruiken in de landbouw (bijvoorbeeld kunstmest, gewasbeschermingsmiddelen, en tractoren die op benzine rijden).

Vergelijk dat met een zonnepaneel dat met nauwelijks onderhoud voor 30 jaar 20% van het invallende licht in elektriciteit omzet (dus 1/10 van het oppervlak nodig voor dezelfde energieopbrengst), die met 90% efficiency kan worden omgezet in het draaien van een motor.

De enige reden voor biobrandstof is opslag: langdurig opslaan van zonne-energie is nog niet op voldoende grote schaal geregeld, en voor vliegtuigen zijn bestaande oplossingen te zwaar.

Algen zijn een prima manier om organische grondstoffen te genereren voor complexe organische verbindingen die we in de toekomst niet meer uit olie willen halen.

[Benm]

Er is niet zoveel reden om olie niet meer te willen gebruiken voor de productie van organische verbindingen, afgezien van wellicht plastics die op grote schaal gemaakt worden en bovendien beter biologisch afbreekbaar kunnen zijn in veel toepassingen.

Voor luchtvaart fossiel blijven gebruiken is ook geen probleem: aan civiele luchtvaart gaat iets in de orde van 2% van alle brandstof op, tamelijk insignificant. Als het moet zou je op biologische brandstof kunnen vliegen, al is het wel een lastige toepassing: vliegtuigbrandstof moet ook goed vloeibaar blijven bij temperaturen als -50, en veilig bruikbaar bij +60 etc.

Iets anders dat lastig economisch rendabel electrisch te maken is is scheepvaart: Je hangt een panamax schip halfvol accu's niet even aan de tesla-supercharger in de rotterdamse haven waarmee het in een paar uur tijd weer volledig opgeladen is. Brandstof tanken in diezelfde tijd en terwijl er lading overgeladen wordt is wel haalbaar.

Scheepvaart kan natuurlijk wel gebruik maken van kernenergie. In de civiele vaart gebeurt dat nog nauwelijks, maar onderzeeërs, vliegdekschepen, ijsbrekers, en kruisschepen in de 10.000 ton klasse worden militair gebruikt. Niet zozeer vanwege CO2 (afgezien van de onderzeeërs), maar omdat zo'n schip maanden of jaren kan varen zonder te hoeven tanken.

Ik denk dat biobrandstof, uit algen of andere bron, een redelijk marginaal verschijnsel zal blijven. Zoals hier en daar opgemerkt is solar efficiënter, evenals nuclear, en je moet daar per land een afweging maken op basis van beschikbaarheid.

[gravimetrus]

Nucleair voor civiele scheepvaart is natuurlijk een risico als zo'n schip bv in verkeerde handen terecht komt, bv Somalische piraten.

[Xilvo]

Ik ben een voorstander van bouw van kerncentrales om het gebruik van fossiele brandstof te reduceren maar ik denk niet dat nucleaire aandrijving voor schepen een goed idee is.

In de jaren vijftig is trouwens geprobeerd een nucleair aangedreven vliegtuig te bouwen.

[Benm]

Anderzijds bouwt de VS zelfs oorlogsschepen met kernaandrijving, en daarbij is de kans op averij natuurlijk ook best aardig, een vijandig projectiel zou al dan niet expres de reactor(s) kunnen raken. Maar het kan blijkbaar, ook Frankrijk doet het. Voor een vliegdekschip zijn dit forse reactoren (tot ca 700 MWth). Voor een nucleaire ijsbreker moet je denken aan pakweg 150 MWth, slechts een paar procent van een moderne kerncentrale op land. Als dat mis gaat hoef je verder geen enorme explosie te verwachten, maar je zinkt natuurlijk wel een reactor vol radioactief materiaal af.

Vliegtuigen lijkt me stug - afgezien van praktische haalbaarheid storten die vaak op land neer, en dan ook nog vlakbij de luchthaven en daarmee vaak ook een grote stad.