Vandaag vragen we ons af of biobrandstoffen een significante bijdrage kunnen leveren aan een hernieuwbare energievoorziening. Zoals aangegeven in de aflevering over biogas reserveren we een kwart van de Nederlandse landbouwgrond voor biobrandstoffen, 344 m2 per persoon. Voor de productie van vloeibare biobrandstoffen liggen er in Nederland twee routes voor de hand: koolzaad omzetten in biodiesel of suikerbieten omzetten in bio-ethanol. Aangezien de tweede route qua energieopbrengst per hectare duidelijk in het voordeel is, kiezen we hier voor bio-ethanol.
Om de netto energieopbrengst per hectare landbouwgrond te bepalen, kiezen we twee bronnen: het artikel Biofuel production potentials in Europe van wetenschappers van IIASA, ECN en Copernicus (Fischer e.a., 2010) en Biograce, een openbare spreadsheet van de Europese Commissie. De spreadsheet is ontwikkeld om Europese landen te laten berekenen hoeveel broeikasgasemissie biobrandstoffen kunnen reduceren.
Over de opbrengst per hectare zijn beide bronnen het vrijwel eens: Volgens Biograce levert een hectare landbouwgrond 69 ton per jaar op. Volgens het artikel veertig tot zeventig ton per hectare. Een vierkante meter levert dus maximaal zeven kg op, een stuk of tien suikerbieten.
Suikerbieten bevatten ongeveer 68 procent water, dat verdampt zal moeten worden om droge stof over te houden. Hiervoor is 2,1 MJ/kg nodig, de verdampingswarmte van water. De droge stof heeft ongeveer dezelfde stookwaarde als droog hout, 18,3 MJ/kg. Een kilogram suikerbiet heeft dus een energie-inhoud van 32 procent · 18,3 – 68 procent · 2,1 = 4,4 MJ/kg. De opbrengst van een vierkante meter is hiermee 7 kg * 4,4 MJ/kg = 31 MJ/m2 (8,5 kWh/m2).
Na de oogst zet een ethanolfabriek de suikers door middel van fermentatie, destillatie en ontwatering om in ethanol (het zelfde type alcohol als in alcoholische dranken), een proces dat veel energie kost. Verreweg het grootste deel van de energie gaat zitten in de stoomketel, die meestal wordt gestookt met aardgas. Volgens Biograce kost het produceren van een MJ bio-ethanol liefst 0,42 MJ aardgas.
Volgens het artikel is de uiteindelijke opbrengst aan ethanol 15 MJ/m2. Het omzettingsrendement (in energie-inhoud gerekend) is hiermee ongeveer vijftig procent. Volgens hetzelfde artikel is de energie die nodig is voor verbouwen, oogsten, transporteren en produceren tussen 1,5 en 2,5 MJ/m2, waarmee de netto energie-opbrengst maximaal 13,5 MJ/m2 is.
Volgens BioGrace is de opbrengst aan suikerbieten 28 MJ/m2, waarvan 54 procent (gerekend in energie-inhoud) wordt omgezet in ethanol en 22 procent in suikerbietenpulp. De energie die de productie kost is volgens de spreadsheet 43 procent van de energie-inhoud van de bio-ethanol. Volgens deze cijfers levert een suikerbietenakker 15 MJ/m2 aan ethanol en 6 MJ/m2 aan pulp, terwijl de verwerking 6,5 MJ/m2 energie kost. Stel dat we de natte pulp vergisten tot biogas, die eventueel kan is te gebruiken in de fabriek, dan levert een suikerbietenakker netto 15 MJ/m2 aan bruikbare energiedragers (ethanol en biogas). Laten we van dit hoogste getal uitgaan: 15 MJ/m2 of 4 kWh/m2
Gerekend in liters levert iedere vierkante meter levert 0,7 liter bio-ethanol (21 MJ) op. De fictieve suikerbietenakker van 344 m2 per Nederlander levert 250 liter bio-ethanol per Nederlander. Twee Nederlanders (de autodichtheid is één op 2) zouden hiermee in een personenauto die één op twintig rijdt, tienduizend km zou kunnen rijden. Dit komt in de buurt van de 13.600 die de gemiddelde personenauto volgens het CBS jaarlijks rijdt. Met iets zuinigere auto’s zouden we op bio-ethanol uit suikerbieten kunnen rijden.
Om tot de rekeneenheid van deze serie te komen (kWh per persoon per dag) moeten we vier kWh/m2 door 365 delen, waarmee we komen op 11 Wh/m2·d. Een suikerbietenakker van 344 m2/p levert hiermee 4 kWh/p·d van de benodigde 185 kWh/p·d (2 procent).
