Project Bioethanol uit Cassave
Onderzoeksvraag
Hoe hoog is het energieverbruik en de broeikasgasemissie bij de productie van bioethanol uit cassave en tarwe, en hoe is dit te reduceren?
Onderzoeksmethode
Dit onderzoek maakt gebruik van een Versimpelde Levenscyclus Analyse om het energieverbruik en emissies van de productie van bioethanol uit cassave en tarwe te vergelijken. De Versimpelde LCA heeft als doel om een even goed beeld te kunnen schetsen als de LCA, maar dit met aanzienlijk minder kosten en tijd.
Nigeria is met 34 miljoen ton/jaar de grootste producent van cassave ter wereld. Het word veel voor voeding gebruikt, en word geteeld door ongeveer elk landelijk huishouden. Meer dan viervijfde van het vruchtbare land is geschikt voor de cassaveteelt. Dit maakt het zeer geschikt voor de productie van bioethanol. Wel is het mogelijk dat door de ethanolproductie de voedselproductie daalt, maar daar gaat dit onderzoek niet op in.
Gebaseerd op klimaat en een jaarlijkse productie van bijna 7.5 miljoen ton cassave is Noord-Centraal Nigeria als gebied met het hoogste marktpotentiaal aangewezen.
Cassave
Cassave heeft met 30% zetmeel het hoogste gehalte koolhydraten van alle voedselgewassen. Het is de op rijst, maïs en tarwe na belangrijkste voedselgewas in ontwikkelingslanden. Om uitputting van de grond te voorkomen word cassave vaak samen met andere gewassen geteeld. Onkruidbestrijding is een grote beperkende factor in de cassaveteelt. Het grootste deel van de aanplant, verzorging en oogst van cassave wordt met de hand gedaan.
Ethanolproductie
De geoogste cassave wordt versnipperd en vervolgens in de zon gedroogd. De gedroogdecassave snippers zijn een geschikt materiaal voor de ethanolproductie, omdat het goed kan worden opgeslagen voor buiten het oogstseizoen en het efficiënt kan worden getransporteerd.
Het proces om van cassave ethanol te maken gebeurt grofweg in drie stappen: vermalen, vergisten en destilleren. De gekozen installatie kan zo’n 150 ton cassave per dag verwerken. Als er van uit wordt gegaan dat uit 1 ton cassave 333liter ethanol kan worden geproduceerd is de gemiddelde dagopbrengst zo’n 50.000 liter ethanol. Na het vergisten en destilleren blijft een residu over.
Bij het destilleren is veel energie nodig, dit zou uit het cassave residu kunnen worden gewonnen dmv een verbrandings- of vergistingsinstallatie. Ook andere ongebruikte delen van de cassaveplant kunnen hiervoor worden gebruikt.
De geschatte wereldwijde energiebehoefte in 2030 is zo’n 18000Mtoe(megaton oil equivalent), een stijging van 71% t.o.v. 2000. Ontwikkelingslanden zijn voor 73% aansprakelijk voor deze stijgende vraag. Deze stijgende vraag brengt ook een stijging in CO2 emissie met zich mee, het is dus van belang dat er meer aandacht word besteed aan duurzame energie.
Het gebruik van bioethanol, een biobrandstof, kan de beschikbaarheid van energie veiligstellen, milieubelasting verminderen en economische ontwikkeling bevorderen. Bioethanol kan een grote rol spelen in de reductie van CO2 emissie. Ook kan het met minimale aanpassingen worden toegepast in normale verbrandingsmotoren, en heeft het een lagere fijnstofemissie. Doordat bioethanol kan worden geproduceerd uit afvalstromen, worden deze ook verminderd.
Cassaveplantages hebben geleden onder martkverlies door EU subsidies voor europese boeren, de bioethanol productie kan de cassavemarkt weer aansterken.
Tarwe is wereldwijd een van de meest voorkomende planten, met de grootste productie in India, China, USA en Rusland. Het voornaamste gebruik van tarwe is voor gemakkelijk voedsel, zoals voorgebakken produkten en pasta. Voor de productie van tarwe worden veel machines gebruikt, wat een hogere CO2 emissie tot gevolg heeft. Ook bij de verwerking is veel energie nodig.
Levenscyclus Analyse
In de Levenscyclus Analyse zijn stromen zoals diesel benodigd voor transport, warmte voor het drogen van de cassave, de hoeveelheid mensenwerk dat wordt verzet. Veel van deze gegevens zijn afgeleid uit vergelijkbare pilotprojecten.
Gebaseerd op ethanolproductie uit rietsuiker word aangenomen dat na vergisting per ton cassave 250kg residu achterblijft. Een vergelijking tussen het energieverbruik in het totale ethanolproductieproces van tarwe en cassave wijst uit dat de productie van tarwe-ethanol 18% meer energie kost. Ook heeft de reststroom van cassave met 750.000MJ/150 ton een hogere energiewaarde dan tarwe, met 290.000MJ/150 ton. De CO2 emissie van tarwe-ethanol productie is met 800.000Kg CO2/150 ton 143% hoger dan dat van cassave. Ook is de N2O emissie bij tarwe zo’n 12% hoger dan bij cassave. De totale energiewaarde van de afvalstroom van 150 ton cassave is zo’n 65 miljard MJ. Hiermee kan ruim worden voldaan aan de energiebehofte van de ethanolproductie. De restenergie kan worden toegepast als energievoorziening voor naburige steden en dorpen, en worden teruggeleverd aan het net.
Conclusies
Het energieverbruik van cassave-ethanol productie is veel lager dan bij tarwe-ethanol. Ook heeft cassave-ethanol een lagere emissie gedurende het productieproces. De restproducten van het vergistingsproces kunnen worden gebruikt om energie op te wekken, en hiermee de installatie zelf, en het omliggende gebied van stroom te voorzien.
Ook is de ethanolproductie uit cassave een goed alternatief op fossiel brandstoffen, en geven een grotere energiezekerheid.
Ethanol uit cassave is dus een beter alternatief op fossiele brandstoffen dan tarwe-ethanol.
Onderzoeksproducten
Uit dit onderzoek zijn de volgende producten voortgekomen:
