12.5.1 Biodegradatie
Omdat biodieselbestanddelen gemakkelijker biologisch worden afgebroken dan fossiele brandstoffen, kunnen ze in aquatisch milieu snel worden afgebroken (Zhang et al., 1998). Hoewel de directe relatie tussen de onverzadigdheidsgraad van de vetzuuresters en de afbraak van biodiesel nog niet duidelijk is, maakt een hoge onverzadigdheidsgraad biodiesel chemisch minder stabiel, zodat oxidatie en de daaropvolgende afbraak gunstiger zijn (DeMello et al., 2007). Ook voor de biologische afbraaksnelheid van vetzuuresters met verschillende koolstofgetallen bestaan geen consistente regels (Miller en Mudge, 1997; DeMello et al., 2007), en sommige onderzoekers hebben gemeld dat met biodiesel verontreinigd water binnen 2 dagen aanzienlijk is afgebroken (Prince et al., 2008).
Voor biodiesel en dieselmengsels zijn de biologische afbraaksnelheden van vetzuuresters en dieselkoolwaterstoffen vergeleken, en ook de bijdrage van biodiesel aan de biologische afbraak van diesel werd vergeleken. Er zijn verschillende conclusies getrokken. Sommige onderzoekers hebben vastgesteld dat de aanwezigheid van biodiesel de biologische afbraak van koolwaterstoffen niet versnelt (DeMello et al., 2007; Owsianiak et al., 2009; Corseuil et al., 2011). Zo werd de afbraak van benzeen en tolueen in anoxische en hypoxische omstandigheden belemmerd door de aanwezigheid van biodiesel (Corseuil et al., 2011). De auteurs leidden daaruit af dat de relatief hoge viscositeit van biodiesel het migratiepotentieel van de doelkoolwaterstoffen beperkte, wat resulteerde in hun relatief trage natuurlijke attenuatieproces. DeMello et al. (2007) vonden ook dat FAME’s ruwweg even snel werden afgebroken als n-alkanen, en sneller dan andere koolwaterstofcomponenten met aërobe microkosmossen in zeewater; de residuen die uit deze verschillende microkosmossen werden geëxtraheerd, waren binnen enkele weken in water niet meer detecteerbaar. Sommige onderzoekers (Prince et al., 2008) hebben vastgesteld dat de afbraak van FAME’s en dieselkoolwaterstoffen in B20 uiterst snel verliep, en dat de biologische halveringstijd van FAME’s in B20-mengsels in dezelfde orde van grootte lag als die van alkanen. De biologische afbraak van alifatische en aromatische koolwaterstoffracties in verzadigde zandmicrokosmossen met diesel/biodieselmengsels is onlangs geëvalueerd (Lisiecki et al., 2014). Er werd vastgesteld dat de biologische afbraak van zowel alifatische als aromatische koolwaterstoffen niet beïnvloed werd door de toevoeging van biodiesel, ongeacht de biodieselconcentratie. Daarom verklaarden de auteurs dat bijmenging met biodiesel geen invloed had op de biologische afbraak van specifieke dieseloliefracties op lange termijn.
Echter hebben sommige onderzoekers gemeld dat de biologische afbraak van koolwaterstoffen werd vergemakkelijkt wanneer er FAME’s aanwezig waren, wat erop wijst dat biodiesel de biologische afbraak beïnvloedt op de manier van cometabolische omzetting van koolwaterstoffen (Zhang et al., 1998; Mudge and Pereira, 1999; Pasqualino et al., 2006). De bijdrage van biodiesel aan de biologische afbraak van diesel suggereert dat de aanwezigheid van biodiesel de biologische afbraak van sommige petroleumkoolwaterstoffen kan vergemakkelijken door microbiële groeibevordering (Miller and Mudge, 1997; Mudge and Pereira, 1999), en ook de verhoogde oplosbaarheid van koolteenkoolwaterstoffen en biobeschikbaarheid (emulsie) (Taylor and Jones, 2001), vooral wanneer het biodieselgehalte hoger was (Pasqualino et al., 2006). De conclusie is dat de cometabolische omzetting van koolwaterstoffen verantwoordelijk kan zijn voor de verbeterde totale biologische afbraak van het mengsel in aanwezigheid van biodiesel. Op basis van dit fenomeen is biodiesel gebruikt als biologisch oplosmiddel voor de sanering van met ruwe olie verontreinigde terreinen (Taylor en Jones, 2001; Fernádez-Álvarez et al., 2007). Biodiesel zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt voor de sanering van kustlijnen die verontreinigd zijn met ruwe-olieresiduen na het olielek als gevolg van het zinken van de tanker Prestige, niet alleen door de petroleumresiduen van de rotsen op te lossen, maar ook door de biologische afbraak van sommige resterende koolwaterstoffen te bevorderen. Onlangs werd een gesimuleerd systeem gebruikt om het effect en het mechanisme van biodiesel op het verwijderen van olie van kustlijnen te onderzoeken (Xia et al., 2015). Zij ontdekten dat de toepassing van biodiesel op met ruwe olie verontreinigde kiezelstenen effectief was in het losmaken van de resterende olie van kiezelstenen, wanneer koolwaterstofafbrekers afwezig waren. Het aanvullen van biodiesel of nutriënten verhoogde de hoeveelheid petroleumafbrekers en microbiële activiteit in zeewater en verminderde de halfwaardetijd van de olieafbraak.
Om de biologische afbreekbaarheid van biodiesel/dieselmengsels in koude klimaten te begrijpen, werd het effect van temperatuur op de afbraak van verwarmingsdiesel, zuivere visbiodiesel, en biodieselmengsels door natuurlijk voorkomende micro-organismen in verontreinigd zand uit het binnenland van Alaska onderzocht (Horel en Schiewer, 2011). Er werd vastgesteld dat biodiesel en zijn mengsels een hogere biologische afbreekbaarheid vertoonden dan zuivere diesel; de biologische afbraaksnelheid nam toe met de temperatuur en het biodieselpercentage; en de vertragingsfase was korter bij 20°C dan bij 5°C. Onlangs hebben dezelfde onderzoekers (Horel en Schiewer, 2014) ook de invloed van inocula met voorafgaande blootstelling aan koolwaterstoffen op de biodegradatiesnelheden van diesel, synthetische diesel en vis-biodiesel in de bodem bestudeerd. Zij vonden dat verschillende inocula geen uitgesproken effect hadden op de snelheidsconstanten van de lag- of exponentiële fase. Het voornaamste voordeel van een specifiek inoculum was de verkorting van de lag-fase. Het effect van het inoculum werd echter minder groot nadat de dagelijkse ademhaling een piek bereikte. Er kan worden geconcludeerd dat de inheemse microbiële gemeenschappen in staat waren de verontreinigende stoffen in de bodem af te breken, en dat de toevoeging van specifieke inocula niet noodzakelijk was. De biologische afbreekbaarheid van biodiesel en zijn mengsels met diesel in de bodem werd onderzocht door inheemse micro-organismen in microkosmos-experimenten met bosbodem (Silva et al., 2012). In deze studie werd vastgesteld dat biodiesel beter biologisch afbreekbaar was dan diesel in verontreinigde bodem. Het hogere biodieselgehalte in mengsels bevorderde de biologische afbraak van diesel. B20 en B100 werden bijzonder goed afgebroken door bodemmicroben; B50, hoewel beter afgebroken dan zuivere diesel, was echter inferieur aan de andere twee mengsels. Ondanks de afbraak had zuivere biodiesel een ongunstige invloed op de diversiteit van de microbiële gemeenschap, zowel wat het heterotrofe aantal als wat het aantal banden betreft. Op dezelfde manier is bewezen dat het geselecteerde bacteriële consortium, samen met macronutriënten die aan het systeem zijn toegevoegd, effectief is in het versnellen van de biologische afbraak van pure biodiesel in een oxisol, en de aanwezigheid van biodiesel verhoogde de biologische afbraak van petroleumdiesel (Meyer et al., 2014).