Biobased economy en biomassa

Algen als oplossing voor
een deel van het energieprobleem

Afval verbranden

Bio-ethanol

Jatropa brandstof voor de toekomst ?

Biodiesel

Powerpoint over
biomassa

Powerpoint 2 over
biomassa

Websites

Lesmodule in het Engels
over biomassa

Theorie

In de biobased economy worden grondstoffen grotendeels betrokken uit de levende natuur (biomassa, groene grondstoffen).  Via groene chemie (fermentatie en milde omzettingen bij lage temperaturen in water) kunnen dan vele materialen worden vervaardigd als wasmiddelen, auto-onderdelen, kabels, geur en smaakstoffen, laminaat, organische halfgeleiders enz. Hierdoor kan de productie uit aardloie vervangen worden.
Wel moet men oppassen voor uitputting, kaalslag en concurrentie met de voedselproductie (hetgeen de prijzen voor voedsel kan opdrijven)

De overstap van groene vervangers voor materialen (12 x zo klein) is iets heel anders vervangers voor benzine en diesel. Dat zal meer moeten komen van zon, wind, waterkracht. Biomaterialen produceren brengt het meeste op als het geneesmiddelen zijn of bijzondere chemicaliën (voor gezondheid en lifestyle). Vervolgens als het food en feed wordt, dan als het geschikt is voor de chemie en materialen en dan pas valt te denken aan biobrandstof. (= de waardepiramide).



Het wordt mogelijk voor boeren om naast de productie van gewassen ook kleinschalig over te gaan op bio-raffinage of vergisting. Dan maakt de boer voedsel, grondstoffen en energie en wat over blijft (de mineralen) kan weer het land op. 

Biomassa ontstaat door de zon. In de zomer straalt die 200 watt/m². In de winter 20 Watt/m². Gemiddeld 110 Watt/m² ( * 3,14.10⁷ seconden (zoveel zitten er in een jaar) = 3,6 x 10 Joule / m² = 90 l olie. 65 % van de tijd is het licht diffuus (dwz is niet te richten). In Nederland 110 watt/m²; gemiddeld op aarde 160 W/m² en in de Sahara 300 W/m².

Planten gebruiken maar 12 % (de rest v.d. golflengten zijn ongeschikt) en met een rendement van 3 %. In Nederland is het rendement van planten 0,5 - 1,0 % ofwel maximaal 1 liter olie / m².

Voor een auto die 1400 liter benzine nodig heeft zou je dus 5000 m2 aan planten moeten inzetten. Palmolie in de tropen levert evenveel energie als suikerbieten hier. Bij algen kan 5 % rendement gehaald worden en de triacylglycol die ze maken kan worden omgezet in diesel. Algen kunnen ook waterstof produceren en dat zelfs met een rendement van 7 - 10 %.

Vaste stoffen zoals hout worden meestal verbrand, maar men werkt ook aan de vergassing en omzetting naar olie. Veel vormen van biomassa waaronder mest, slib uit rioolwaterzuiveringen, gft, slachtafval en reststromen uit de voedingsindustrie kunnen worden vergist. Bacteriën zorgen dan voor de omzetting naar biogas, dat uitstekend brandbaar is. Oliehoudende zaden kunnen worden geperst voor de bereiding van biodiesel, zetmeel en suiker kunnen worden omgezet tot bio-ethanol (alcohol).

In Nederland wordt in 2008 3,8 % van de energie opgewekt door biomassa (verbranding); 3,6 % door wind, 4% via kernenergie en 93 % door kolen gas e.d. Het is naast waterkracht de grootste bron.
De energie die opgewekt is uit biomassa en afval leverde in 1999 elektriciteit (1.408 GWh) voor ruim 408.000 huishoudens, warmte voor ca. 226.100 huishoudens (13,5 PJ) en gas voor ca. 27.500 huishoudens (vergelijkbaar met 55 milj. m3 aardgas).

In het jaar 2020 moet 120 PJ worden opgewekt met duurzame bio-energie. Dat komt overeen met het gasverbruik van ca. 1,4 miljoen huishoudens (6x zoveel als in 1999). Met bio-energie moet in 2020 42% van de totale doelstelling voor duurzame energie worden ingevuld.

Eerst stookte men een paar procent bij in kolencentrales, nu is het ongeveer 30 %. De brandstof moet zoveel mogelijk op steenkool lijken. Daarom wordt hout eerst verhit tot 200-300 graden zodat het water er uit gaat. Dat geeft bio-kolen. Ook vergast men hout bij 800 graden waarna het gas wordt gebruikt in de centrale.  . 

Veelbelovend is nieuwe technologie waarmee reststromen uit de voedselteelt, industrie en huishoudens kunnen worden omgezet in energie, brandstoffen en chemicaliën. Dit duidt men aan met de 2e generatie biomassaconversie. In olie zijn de molekulen al grotendeels uit elkaar getrokken en hebben nauwelijks nog N2 en O2. In plantaardige producten is dat anders en soms zit in de weg - lignine (houtstof) - cellulose (celwanden). De suikers kunnen worden omgezet in barnsteenzuur en adipinezuur hetgeen de bouwstenen zijn voor coatings en harsen, koelvloeistof en medicijnen etc. Het werkt al maar nu moet het grootschaliger en goedkoper worden opgezet.

In de toekomst gaat men ook lignine (houtstof dat lijkt op ringvormige C's) gebruiken. In de oliewereld heeft men al 80 jaar ervaring. In biobased nog niet. 

Men tracht te komen tot energie conversie parken waar biomassastromen via technieken worden omgezet producten en waarbij vraag en aanbod op elkaar worden afgestemd.  

Torrefractie = verbrossen van biomassa bij verwarming tot 200-300 ^oC. Het water gaat er dan uit.
Pyrolyse = biomassa zonder zuurstof verwarmen tot 400 - 700 ^oC.

DSM is bezig met "all you can eat"gist dat zetmeel, siroop, cellulose en CO2 omzet in biobased building materials, biomaterials en biofuels.
Men noemt het witte biotechnologie via integrated refineries.

Bouwstenen voor de chemie (buidling blocks)

Biogas

Men kan bij verbranden maar ook vergisten -> aardgas.  In 2010 tientallen miljoenen m3 van de 45 miljard kuub die we verbruiken.
In 2020 2 miljard kuub uit (vis)afval. = 1/7e van de 14% duurzame energie die we in 2020 in Nederland willen opwekken.
Maar het concurreert met veevoer.
Het is Food-Feed-Fuel-Fiber (voedsel-veevoer-biobrandstof-vezels) Het beconcurreert elkaar onderling.
Van de dieren die we slachten blijft 50 % over. Dat mag niet meer verwerkt worden tot veevoer vanwege de gekke koeien ziekte. Nu wordt alles gedroogd en opgestookt. Als we er de hersenen en het ruggenmerg uit zouden halen zou het wel veevoer kunnen worden en dat scheelt 40 % van de soja import.

Biogas heeft 60 % CH4 en 40 % CO2. Dat moet er uit zodat je 95 % CH4 over houdt. Mest vergist te weinig dus moet je vezels (maïsafval) toevoegen. Dat bijmengen kan duur zijn. Uit de Nederlandse mestoverschotten kan men in potentie 2 miljard kuub gas halen = 5 % v.d. vraag. 

Bacteriën en biobrandstof

Het Britse Ineos gaat biologisch afbreekbaar huishoudelijk afval omzetten in ethanol dat bruikbaar is als alternatief voor benzine. Men heeft plannen voor fabrieken die elk tot circa 200 miljoen liter ethanol per jaar kunnen produceren. Ineos claimt dat zijn brandstof tot 90 procent minder CO2-uitstoot veroorzaakt dan benzine. Het organische afval wordt eerst verhit en omgezet in gas. Dat wordt daarna gevoerd aan bacteriën. Die produceren vervolgens ethanol. De methode is goedkoper 'dan alle andere vormen van ethanolproductie'. Uit een ton droog afval kan op deze wijze 400 liter ethanol worden gemaakt, waarvoor geen landbouwgrond nodig is.

Algen als oplossing van een deel van het energieprobleem (zie de pagina reactoren met algen)

Grootschalige productie van algen voor biomassa; Als we de Markerwaard (700 km²) er voor zouden gebruiken kan er 8 miljard liter biodiesel geproduceerd worden, genoeg voor heel Nederland

Een patent van GlobalGreen Solutions Inc. n.a.v. kostbare studies van het Amerikaanse Department of Energy. http://www.globalgreensolutionsinc.com/s/Home.asp. Het concept gaat onder de vlag van Vertigro-oil. De opbrengst per hectare ligt ca 130 maal hoger dan koolzaad. De prijs per barrel schatten ze op $ 71! Dit is toepasbaar in mediterane streken van de EU.

De onderstaande ppt is te downloaden op http://www.globalgreensolutionsinc.com/s/VertigroGallery.asp

Afval kan stroom en energie leveren.

Elke Nederlander gooit jaarlijks ruim 500 kg afval weg. Als je dat verbrandt kun je er 425 kWh stroom = 13 % jaarverbruik van maken.
Huishoudelijk afval bestaat voor 48 % uit biomassa (papier, takken, schillen). De AEB centrale te Amsterdam verbrandt huisvuil en levert stroom en warmte. In 2020 moeten 160.000 huishoudens er mee voorzien worden rond Amsterdam.

Bio-ethanol is alcohol afkomstig van de vergisting van gewassen als maïs, tarwe, suikerriet, bieten of aardappelen. In de VS produceerde men in 2008 39 miljard liter vnl uit mais. Het wordt aan de benzine toegevoegd. 

Jatropha brandstof van de toekomst?   Olie uit koolzaad wordt het niet, zoveel is wel duidelijk. Het telen van koolzaad kost teveel energie en oppervlakte. Alle hoop is nu gericht op de tropische plant Jatropha. Energiebedrijf Eneco onderzoekt op dit moment of de olie uit de nootjes van die plant geschikt is om op grote schaal energie uit op te wekken. Is Jatropha echt de biobrandstof van de toekomst? Jatropha curcas is een giftige struik die behoort tot de familie van de wolfsmelkachtigen (Euphorbiaceae). Deze van oorsprong uit Midden-Amerika afkomstige plant wordt vooral aangeplant in Azië en Afrika. De struik groeit nog op zeer droge grond en is daardoor geen concurrent voor voedselgewassen. De zaden van deze plant worden gebruikt voor de productie van plantaardige olie, die direct in een motor gebruikt kan worden of waar door verestering biodiesel uit verkregen kan worden. Olie van deze plant is niet geschikt voor consumptie. De zaden rijpen in de winter als de struik geen bladeren meer heeft. Er kan meer geoogst worden als de temperatuur hoog genoeg is en als er voldoende water beschikbaar is. Elke bloemtros zorgt voor tien of meer zaden. Suikerpalmen de brandstof voor de toekomst (in de tropen) In de tropen (the green belt) groeien suikerpalmen. Ze hebben de grootste bladdichtheid. Je kunt het sap tappen (dus je hoeft niet te kappen). Het is een C4 plant dus effectiever. Heeft 50 % minder water nodig dat oliepalmen en veelminder pesticiden. Ze kunnen 24.000 l ethanol per jaar maken = 82 barrel olie. In Indonesië alleen al heb je 10,6 miljoen ha.Ze groeien niet in monoculturen maar in gemend oerwoud. Dat is alleen maar goed want zo'n woud heeft ook bananenbomen, bomen met mango's ect. Het oerwoud kan dus behouden blijven. Prof. Willy Smits (WUR Wageningen) heeft er ook een village hub voor ontwikkeld. Vaten met het suikerhoudend sap komen er binnen. wordt ethanol van gemaakt of wijn of het wordt vergist tot aardgas. De warmte wordt weer gebruikt en er ontstaat brandstof. Zie het bijzondere verhaal hier         De beroemde Willy Smits..hij werkt aan herbebossing op Borneo waarin mensen hun werk terug krijgen, orang oetangs weer een leefgebied verwerven, waar suikerpalmen energie leveren en waar door gemende landbouw bestaansmogelijkheden worden opgebouwd. Door ontbossing (voor palmolie) stijgt de temperatuur, meer bosbranden, geen leefgebied voor orang oetangs mee, droogtes ect Willy Smits weet via ingenieuze routes de bomen weer terug te krijgen en een gevarieerd oerwoud te maken met bestaansmogelijkheden. Suikerpalmen helpen daarbij. Ze hebben een gigantische opbrengst en doordat de bomen stoffen afgeven waar regendruppels zich door vormen neemt de regenval er ook weer toe.   Biodiesel Biodiesel" is Europees juridisch vastgelegd, en alleen geld voor een veresterde koolzaadolie die voldoet aan de EN14214 normering. Het is 30-40 ct duurder maar wel beter voor het milieu. Men kan biobrandstof maken uit koolzaadolie, sojaolie, palmolie, zonnebloemolie, jatropha, bio-ethanol uit graan, suikerbieten en suikerriet. De landbouw wordt hiermee een voorname energie leverancier. Al deze producten zullen nooit opraken. Het verbouwen ervan zorgt voor werkgelegenheid in onze eigen omgeving en is daardoor goed voor lokale economie. 1 hectare koolzaad komt circa 1.800 liter koolzaadolie. Daaruit wordt ongeveer 1.600 liter Biodiesel gemaakt. Het koolzaadschroot (datgene wat overblijft na het uitpersen van het koolzaad) (ca. 2500 kg) wordt gebruikt in veevoer. Omdat de plant snel groeit, is het gebruik van onkruidbestrijdingsmiddelen overbodig. Koolzaad groeit goed op dierlijke mest. Hierdoor hoeft er geen kunstmest gebruikt te worden. De wortels van de koolzaadplant zorgen voor een goede bodemstructuurverbetering, die het bodemleven bevordert. Biodiesel realiseert minimaal 50% minder roetuitstoot Biodiesel realiseert 60% lagere uitstoot broeikasgassen Biodiesel is voor 70% CO2 neutraal Biodiesel is zwavelvrij en kent dus geen uitstoot van zwaveldioxiden Biodiesel is niet schadelijk voor het bodem- en oppervlaktewater Biodiesel bevat geen gebonden NOx Biodiesel is biologisch licht/makkelijk afbreekbaar Biodiesel is een duurzame en herwinbare brandstof De Europese Richtlijn 2003/30/EG roept de lidstaten op om in 2010 ervoor te zorgen dat 5,75 % van onze transportbrandstoffen uit biobrandstoffen moeten bestaan. = 1,4 miljoen hectare landbouwgrond !In 2020 moet het 10 % zijn. De eerste Nederlandse "oliemolen" voor koudgeperste koolzaadolie in Farmsum is inmiddels door Landbouw Minister Veerman in juli 2005 geopend. Intussen zijn onderhandelingen opgestart om in Nederland tenminste nog 8 van deze oliemolens te realiseren, in navolging van onze Duitse buren waar al ca. 280 oliemolens op dit concept en voor dit doel werkzaam zijn. Bij het persen van koolzaad komt PPO vrij = Pure Plantaardige Olie. Het gebruik van P.P.O. is beperkt tot dieselvoertuigen en dieselmotoren welke zijn uitgerust met Bosch inspuitsystemen. Dit is een voorwaarde zodat de motor kan worden aangepast omdat P.P.O. een hogere viscositeit heeft dan dieselolie. Het is daardoor minder vloeibaar. Vandaar dat de olie moet worden voorverwarmd tot 60-65 oC. Indien je het wilt gebruiken heb je een P.P.O. ( Pure Plantaardige Olie ) tanksysteem nodig voor 850 euro ex btw.. In Duitsland werd in 2008 7,4 % van het brandstofverbruik opgewekt uit biobrandstoffen. Nederland verbruikt 3.300 PJ vnl uit olie en gas. 1-7 % is biomassa.    Biomassa   % vers resthout schoon resthout (zaagsel krullen) hout van A, B of C kwaliteit stro van granen bermgras hooi van gras miscanthus plantaardige oliën restvetten diermeel GFT Afval Kippenmest Slib RWZI 10,2 15,6 12,5 13,3  5,3 12,7 13,2 38 30 22  3,4  8,4  6,6 1,5 Men kan biomassa - opwerken tot pellets via torrefractie of pyrolyse - verbranden voor elektriciteit of warmte - vergisten voor groen gas - fermenteren voor bioethanol + warmtebenutting - vergassen voor groene diesel Uit de biomassa kan men eerst de hoogwaardige producten halen, vervolgens kijken wat dan geschikt is voor veevoer en de rest kan men verbranden voor elektriciteit en warmte.

	Websites
	http://www.solaroilsystems.nl	Alles over PPO (puur plantaardige olie)
	http://davindiplus.kennisnet.nl/?q=biobrabndstof&currentSection=ALL	TV-programma's etc over biobrandstof
	http://www.bioenergiedorf.de/contenido/cms/front_content.php?idcat=74	In Duitsland draait een heel dorp op bio-energie. Veel foto's en uitleg op deze (Duitse) site.
	http://www.globalgreensolutionsinc.com:80/s/Home.asp	Biomassa uit gewassen levert 18 vaten olie per ha / jaar Algen leveren 20.000 vaten olie. Het begint de wereldwijde leider te worden op het gebied van C02 opvang en de productie van biomassa
	http://www.energieplatform.nl/energieopties/biomassa/	Zeer goede site over biomassa (van de universiteiten).
	http://www.engineering-online.nl/?subj=duurzame-energie&content=biomassa	site voor ingenieurs over van alles maar ook over biomassa
	http://www.biodiesel-nederland.nl	Webite over biodiesel in Nederland
	http://www.biowkk.nl/ Algemeen Afval - Projecten die gebruik maken van energie uit afval Agro - Projecten waarvoor 'energie'-gewassen verbouwd worden (bijvoorbeeld koolzaad) Hout - Projecten die gebruik maken van hout als brandstof Mest - Projecten waarbij mest wordt vergist voor biogas. Waterzuivering - Projecten waarin biogas uit waterzuiveringen wordt gebruikt	Over een optimale inzet van biomassa in de energievoorziening
	Lesmodule
	Pdf met lessen over biomassa in het Engels. (8,4 MB)	Lessen over biomassa en biobrandstof in het Engels