Academische Jaarprijs (2): Vuurwerk voor de toekomstDit artikel is deel 2 in de reeks over de Academische Jaarprijs – een wedstrijd tussen Nederlandse universiteiten en onderzoeksinstellingen voor de beste vertaling van wetenschappelijk onderzoek naar een groot publiek. Vijf teams strijden op 27 oktober tijdens de finale in de Stadsgehoorzaal in Leiden om een prijs van 100.000 euro om hun plannen waar te maken. Op Sciencepalooza de komende tijd meer informatie over de teams, hun onderzoek en hun plannen.

Zullen onze toekomstige vliegtuigen op batterijen vliegen? En wat te denken van batterijen in vrachtschepen? Onwaarschijnlijk. In de toekomst worden zonnebrandstoffen gebruikt voor transport. Zonnebrandstoffen zijn geheel duurzaam en hebben een zeer hoge energiedichtheid. We moeten ze dan nog wel brandschoon verbranden!

Huidige situatie
De afgelopen eeuw is de energiebehoefte van mensen drastisch toegenomen. Om in deze behoefte te voorzien worden op grote schaal fossiele brandstoffen verbrand in motoren, bijvoorbeeld in auto’s en vrachtwagens en in turbinemotoren voor elektriciteitsproductie. De verbranding van fossiele brandstoffen heeft een aantal nadelen: de voorraden zijn eindig, de uitstoot van koolstofdioxide draagt bij aan het broeikaseffect, en de uitstoot van roet en stikstofoxiden is schadelijk voor de gezondheid. Volgens het RIVM/VROM sterven in Nederland jaarlijks ongeveer 18.000 mensen vroegtijdig door het inademen van vervuilde lucht.

Waarom stoppen we niet per direct met verbranden?
Het antwoord op deze vraag is tweeledig. Enerzijds zijn we vandaag de dag erg afhankelijk van energie uit verbrandingsprocessen. Dit is niet van de ene op de andere dag volledig te vervangen door alternatieven. De ontwikkeling van nieuwe technologieën en de bijbehorende grootschalige infrastructuur laten nog lang op zich wachten, waardoor de verbrandingsmotor de komende decennia nog steeds de voornaamste krachtbron voor zowel mobiliteit als elektriciteitsproductie zal blijven.

Anderzijds blijft de verbrandingsmotor de meest efficiënte optie voor zwaar transport toepassingen die de maatschappij draaiende houden, zoals vliegtuigen, schepen en trucks. Op de korte en middellange termijn moeten we de beschikbare fossiele brandstoffen dus zo zuinig en schoon mogelijk verbruiken. Bovendien moeten we ze geleidelijk vervangen door duurzame en schone brandstoffen. Dus, onderzoek naar verbranding en motoren is en blijft belangrijk.

Verbrandingsonderzoek
Verbrandingsonderzoek kent grote wetenschappelijke uitdagingen, en heeft als doel om schonere verbrandingsmotoren te ontwikkelen binnen de grenzen van de bestaande infrastructuur. Dit onderzoek kan alleen worden uitgevoerd met de modernste middelen die beschikbaar zijn, waaronder supercomputers en lasermeettechnieken. De volgende drie onderzoeksdeelgebieden kunnen we onderscheiden:

1. Verbrandingsconcepten
a. Combinatie van diesel en benzine verbranding
b. Vlamloze verbranding

2. Hardware
a. Nieuwe brandstofinjectoren
b. Moderne uitlaatgasnabehandeling

3. Alternatieve brandstoffen
a. Biobrandstoffen die hernieuwbaar en schoon zijn
b. Waterstofgas/aardgas toevoeging
c. Ontwerp van synthetische brandstoffen

Om binnen afzienbare tijd onze energiebehoefte op een schone en duurzame manier te vervullen, zijn geavanceerde verbrandingsmotoren nodig. Deze motoren moeten uiteindelijk werken op schone en hernieuwbare brandstoffen. Om dit te bereiken is onderzoek op alle hierboven genoemde gebieden noodzakelijk.

Toekomstscenario
Als we aannemen dat op de lange termijn meer en meer energie uit duurzame bronnen als zon, wind en water gebruikt gaat worden, rijst de vraag hoe de energie uit deze bronnen opgeslagen wordt. In een recente blog ‘Energieopslag is het probleem’  pleit de auteur voor investering in fundamenteel onderzoek in de hoop een revolutionaire energieopslag methode te ontdekken. Echter, de reeds bestaande optie om energie op te slaan in een vloeibare koolwaterstof is veel interessanter.

Zonnebrandstoffen bijvoorbeeld: zonne-energie opgeslagen in de vorm van koolwaterstoffen die lijken op onze huidige biobrandstoffen en fossiele brandstoffen. Deze zijn erg geschikt als energiedrager omdat ze een zeer hoge energiedichtheid hebben. Daarnaast zijn ze geheel duurzaam, want ze worden gemaakt uit CO2 en H2O moleculen onder invloed van zonlicht, zoals de natuur dat al miljoenen jaren doet (zonlicht opgevangen door organismen -> groei van biomassa -> productie van biobrandstoffen door mensen of natuurlijke vorming van fossiele brandstoffen). Maar de technische productieduur van zonnebrandstoffen is natuurlijk veel korter dan de groeiduur van biomassa.

Een bijkomstig voordeel van zonnebrandstoffen is de manier waarop ze gedistribueerd, opgeslagen en verbrand kunnen worden. Kennis over vloeibare brandstoffen, apparaten waarin deze verbruikt worden en een uitgebreide infrastructuur hiervoor zijn al aanwezig. Het zou verstandig zijn om gebruik te maken van deze verworvenheden van de afgelopen eeuw en verder te verbeteren, zodat een volledig duurzame energievoorziening dichter binnen handbereik komt te liggen.

Kortom, vuurwerk voor een duurzame toekomst! Zie voor meer informatie de website: www.brandschoneverbranding.nl

Door team Brandschone Verbranding