Biomassatoepassingen in de duurzame energietransitie

De transitie naar een duurzame energievoorziening is een van de grootste uitdagingen van onze tijd. Biomassa speelt hierin een cruciale rol als hernieuwbare energiebron en grondstof voor de biobased economy. Door innovatieve technologieën en strikte duurzaamheidscriteria kan biomassa een significante bijdrage leveren aan het verminderen van broeikasgasemissies en het creëren van een circulaire economie. Maar hoe ziet de toekomst van biomassa er precies uit in Nederland en Europa?

Biomassatechnologieën voor energieproductie

Er zijn diverse geavanceerde technologieën ontwikkeld om energie uit biomassa te winnen. Deze technieken variëren in efficiëntie, toepasbaarheid en eindproducten. Laten we eens kijken naar enkele van de meest veelbelovende biomassatechnologieën die in Nederland worden toegepast.

Vergassing: het Milena-proces van ECN

Het Milena-proces, ontwikkeld door het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN), is een innovatieve vergassingstechnologie voor biomassa. Deze techniek zet vaste biomassa om in een hoogwaardig synthesegas dat rijk is aan waterstof en koolmonoxide. Het proces onderscheidt zich door zijn hoge efficiëntie en flexibiliteit in het gebruik van verschillende biomassasoorten.

De Milena-vergasser bestaat uit twee gekoppelde reactoren: een vergasser en een verbrandingsreactor. In de vergasser wordt biomassa omgezet in gas bij een temperatuur van ongeveer 850°C. Het resterende char wordt vervolgens verbrand in de verbrandingsreactor om warmte te leveren voor het vergassingsproces. Deze slimme integratie resulteert in een hoog cold gas efficiency van meer dan 80%.

Pyrolyse: de BTG-technologie uit twente

Pyrolyse is een thermochemisch proces waarbij biomassa wordt verhit in een zuurstofloze omgeving. De Biomass Technology Group (BTG) uit Twente heeft een roterende conuspyrolysetechnologie ontwikkeld die biomassa omzet in bio-olie, biochar en pyrolysegas. Deze technologie is bijzonder geschikt voor natte biomassastromen en levert een vloeibaar product dat gemakkelijk kan worden opgeslagen en getransporteerd.

Het BTG-proces werkt als volgt:

1. Fijn verdeelde biomassa wordt snel verhit tot ongeveer 500°C in een roterende conus
2. De biomassa ontleedt in dampen en vaste stof (biochar)
3. De dampen worden snel afgekoeld en condenseren tot bio-olie
4. Het niet-condenseerbare gas wordt gebruikt om het proces van energie te voorzien

Deze technologie heeft al geleid tot de bouw van de eerste commerciële pyrolyse-installatie in Nederland, wat de potentie van deze aanpak onderstreept.

Anaerobe vergisting: het CSTR-systeem van nijhuis industries

Anaerobe vergisting is een biologisch proces waarbij micro-organismen organisch materiaal afbreken in een zuurstofloze omgeving, wat resulteert in de productie van biogas. Nijhuis Industries heeft een geavanceerd Continuously Stirred Tank Reactor (CSTR) systeem ontwikkeld voor de vergisting van diverse biomassastromen, waaronder industrieel afvalwater, landbouwresiduen en GFT-afval.

Het CSTR-systeem van Nijhuis Industries biedt verschillende voordelen:

• Hoge biogasopbrengst door optimale menging en temperatuurcontrole
• Flexibiliteit in het verwerken van verschillende biomassasoorten
• Modulair ontwerp voor eenvoudige opschaling
• Geïntegreerd biogasopwaarderingssysteem voor de productie van groen gas

Deze technologie wordt al succesvol toegepast in diverse biogasprojecten in Nederland en daarbuiten, wat bijdraagt aan de circulaire verwerking van organische reststromen.

Torrefactie: de TOP-methode van topell energy

Torrefactie is een milde vorm van pyrolyse waarbij biomassa wordt verhit tot 250-350°C in een zuurstofloze omgeving. Dit proces verbetert de eigenschappen van biomassa voor energietoepassingen. Topell Energy heeft de Torrefaction Optimized Process (TOP) ontwikkeld, een innovatieve methode om getorrificeerde biomassa te produceren met verbeterde energie-inhoud en verwerkingseigenschappen.

De voordelen van getorrificeerde biomassa zijn aanzienlijk:

• Hogere energiedichtheid, vergelijkbaar met steenkool
• Verbeterde waterafstotendheid en opslagstabiliteit
• Eenvoudiger te malen en te verwerken in bestaande kolencentrales
• Verminderde logistieke kosten door gewichtsreductie

De TOP-methode van Topell Energy heeft de potentie om de inzet van biomassa in grootschalige energieproductie te vergemakkelijken en de co-firing van biomassa in kolencentrales te optimaliseren.

Duurzaamheidscriteria voor biomassagebruik

Om de daadwerkelijke duurzaamheid van biomassa te waarborgen, zijn er strenge criteria en certificeringssystemen ontwikkeld. Deze zijn essentieel om de positieve impact van biomassa op het klimaat te garanderen en negatieve effecten op biodiversiteit en voedselveiligheid te voorkomen.

NTA 8080-certificering voor duurzame biomassa

De Nederlandse Technische Afspraak (NTA) 8080 is een certificeringsschema voor duurzaam geproduceerde biomassa. Deze norm stelt eisen aan de hele keten van biomassaproductie, -verwerking en -toepassing. De criteria omvatten onder andere:

• Broeikasgasemissiereductie over de hele keten
• Bescherming van biodiversiteit en ecosystemen
• Verantwoord landgebruik en bodemkwaliteit
• Respect voor mensenrechten en arbeidsomstandigheden

De NTA 8080-certificering wordt internationaal erkend en speelt een belangrijke rol bij het borgen van de duurzaamheid van biomassastromen die in Nederland worden ingezet voor energieproductie.

Koolstofschuld en terugverdientijd bij bosbouwresiduen

Een belangrijk aspect bij het gebruik van bosbouwresiduen voor energie is de zogenaamde koolstofschuld. Dit verwijst naar de tijdelijke toename van CO2 in de atmosfeer na de oogst van biomassa, voordat nieuwe aanplant deze CO2 weer heeft opgenomen. De terugverdientijd is de periode die nodig is om deze koolstofschuld terug te betalen.

Onderzoek toont aan dat de terugverdientijd sterk kan variëren, afhankelijk van factoren zoals:

• Type biomassa en beheersmethode van het bos
• Efficiëntie van de energieconversie
• Alternatief scenario voor de biomassa (bijvoorbeeld natuurlijke afbraak)

Voor snelgroeiende soorten en reststromen uit duurzaam beheerde bossen kan de terugverdientijd relatief kort zijn, vaak minder dan 10 jaar. Het is echter cruciaal om deze factor mee te nemen in de beoordeling van biomassaprojecten om de klimaatimpact op korte en lange termijn te optimaliseren.

Indirecte landgebruiksverandering (ILUC) bij energiegewassen

Indirecte landgebruiksverandering (ILUC) is een complex fenomeen dat kan optreden wanneer de productie van energiegewassen leidt tot verdringing van voedselgewassen naar andere gebieden, mogelijk resulterend in ontbossing of degradatie van ecosystemen elders. Dit kan de netto klimaatimpact van biomassagebruik significant beïnvloeden.

Om ILUC-effecten te minimaliseren, worden verschillende strategieën toegepast:

• Focus op reststromen en afvalbiomassa in plaats van energiegewassen
• Ontwikkeling van geavanceerde biobrandstoffen uit niet-voedselgewassen
• Implementatie van strenge landgebruikscriteria in certificeringsschema's
• Stimulering van efficiëntere landbouwpraktijken om opbrengsten te verhogen

Het ILUC-risico blijft een belangrijk aandachtspunt bij de beoordeling van biomassaprojecten en de ontwikkeling van duurzaamheidsbeleid.

Cascadering en de biomassa-waardepiramide

Het principe van cascadering is cruciaal voor het optimaal benutten van biomassa. Dit houdt in dat biomassa eerst wordt ingezet voor hoogwaardige toepassingen, zoals materialen en chemicaliën, voordat het wordt gebruikt voor energieproductie. De biomassa-waardepiramide visualiseert deze hiërarchie van toepassingen:

Door cascadering toe te passen, wordt de economische waarde van biomassa gemaximaliseerd en de milieuimpact geminimaliseerd. Dit vereist een geïntegreerde benadering van de biobased economy, waarbij verschillende sectoren samenwerken om optimale waardeketens te creëren.

Toepassingen van bio-energie in Nederland

Nederland heeft de afgelopen jaren flink geïnvesteerd in de ontwikkeling en implementatie van bio-energieprojecten. Deze projecten dragen bij aan de verduurzaming van de energievoorziening en stimuleren innovatie in de biobased sector. Laten we eens kijken naar enkele aansprekende voorbeelden van bio-energietoepassingen in ons land.

Biomassacentrales: het voorbeeld van eneco bio golden raand

De Bio Golden Raand centrale van Eneco in Delfzijl is een van de grootste en meest efficiënte biomassacentrales van Nederland. Deze installatie, geopend in 2013, produceert zowel elektriciteit als warmte uit houtsnippers afkomstig van duurzaam beheerde bossen en reststromen uit de houtindustrie.

Enkele kernfeiten over de Bio Golden Raand centrale:

• Opgesteld vermogen: 49,9 MWe
• Jaarlijkse elektriciteitsproductie: ongeveer 300 GWh
• CO2-emissiereductie: circa 250.000 ton per jaar
• Gebruik van geavanceerde rookgasreiniging voor minimale emissies

Deze centrale demonstreert hoe grootschalige biomassaverbranding kan bijdragen aan de verduurzaming van de energiemix, mits strenge duurzaamheidscriteria worden gehanteerd voor de gebruikte biomassa.

Biogas in het aardgasnet: het groen gas-project in Friesland

In Friesland is een ambitieus project gaande om biogas op te waarderen tot aardgaskwaliteit en in te voeden in het bestaande gasnet. Het Groen Gas-project, een samenwerking tussen verschillende partijen waaronder Gasunie en lokale boeren, maakt gebruik van mestvergisting om biogas te produceren.

De belangrijkste aspecten van dit project zijn:

• Vergisting van mest en co-substraten in decentrale vergisters
• Centrale opwaardering van biogas tot groen gas (biomethaan)
• Directe invoeding in het regionale aardgasnet
• Jaarlijkse productie van ongeveer 25 miljoen m³ groen gas

Dit project illustreert hoe biogas kan bijdragen aan de verduurzaming van de gasvoorziening en hoe lokale landbouwbedrijven een rol kunnen spelen in de energietransitie.

Biobrandstoffen: de HVO-productie van neste in Rotterdam

Neste, een Fins bedrijf, heeft in de Rotterdamse haven een van de grootste productiefaciliteiten ter wereld voor Hydrotreated Vegetable Oil (HVO), een geavanceerde biobrandstof. Deze fabriek produceert hernieuwbare diesel en duurzame vliegtuigbrandstof uit afval- en reststromen.

Enkele belangrijke kenmerken van de Neste-faciliteit:

• Jaarlijkse productiecapaciteit: 1,5 miljoen ton hernieuwbare producten
• Gebruik van diverse feedstocks, waaronder gebruikte frituurolie en dierlijke vetten

• Gebruik van geavanceerde waterstofbehandeling voor hoge kwaliteit eindproduct
• Significante CO2-emissiereductie vergeleken met fossiele brandstoffen

De HVO-productie van Neste in Rotterdam toont aan hoe grootschalige biobrandstofproductie kan bijdragen aan de verduurzaming van de transportsector, met name voor zwaar transport en luchtvaart waar elektrificatie uitdagend is.

Innovaties en toekomstperspectieven

De biobased sector is volop in beweging, met continue innovaties die de efficiëntie en duurzaamheid van biomassatoepassingen verbeteren. Laten we eens kijken naar enkele veelbelovende ontwikkelingen die de toekomst van bio-energie in Nederland kunnen vormgeven.

Algenteelt voor biobrandstoffen: het AlgaePARC-project in wageningen

Algen worden gezien als een potentiële game-changer in de productie van biobrandstoffen. Het AlgaePARC-project van Wageningen University & Research onderzoekt de mogelijkheden om op grote schaal algen te kweken voor energietoepassingen. Dit project biedt verschillende voordelen:

• Hoge biomassaproductie per hectare vergeleken met landgewassen
• Geen concurrentie met voedselproductie of landgebruik
• Mogelijkheid tot CO2-afvang tijdens het groeiproces
• Productie van hoogwaardige eiwitten en omega-3 vetzuren als bijproducten

De onderzoekers werken aan het optimaliseren van algenkweeksystemen en het verbeteren van de energie-efficiëntie van het productieproces. Hoewel grootschalige algenteelt voor energie nog uitdagingen kent, biedt deze technologie veelbelovende perspectieven voor de toekomst.

Bioraffinage: de zambezi-technologie van avantium

Bioraffinage is een sleuteltechnologie voor het maximaal benutten van biomassa. Het Nederlandse chemiebedrijf Avantium heeft de Zambezi-technologie ontwikkeld, een innovatief bioraffinageproces dat houtachtige biomassa omzet in zuivere glucose en lignine. Deze technologie biedt diverse voordelen:

• Efficiënte omzetting van non-food biomassa in waardevolle chemicaliën
• Productie van zuivere glucose voor bioplastics en andere toepassingen
• Winning van hoogwaardige lignine voor materiaal- en energietoepassingen
• Minimalisering van afvalstromen door volledige benutting van biomassa

De Zambezi-technologie illustreert hoe geavanceerde bioraffinage kan bijdragen aan een circulaire bio-economie, waarbij biomassa optimaal wordt benut voor zowel materiaal- als energietoepassingen.

Power-to-gas: het HYPOS-project voor groene waterstof

Power-to-gas technologie biedt de mogelijkheid om overtollige hernieuwbare elektriciteit om te zetten in waterstof, wat kan worden gebruikt als energiedrager of grondstof. Het HYPOS-project (Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany) onderzoekt de productie en toepassing van groene waterstof op grote schaal. Hoewel dit project zich in Duitsland afspeelt, heeft het relevante implicaties voor Nederland:

• Integratie van fluctuerende hernieuwbare energiebronnen in het energiesysteem
• Productie van CO2-neutrale waterstof voor industriële processen
• Ontwikkeling van een waterstofinfrastructuur voor transport en opslag
• Potentiële koppeling met biomassavergassing voor efficiënte energieconversie

De combinatie van biomassa en power-to-gas technologieën kan leiden tot synergiën in de energietransitie, waarbij biomassa een rol speelt in de productie van hernieuwbare waterstof en de stabilisatie van het elektriciteitsnet.

Beleid en stimuleringsmaatregelen voor biomassa

Om de ontwikkeling en implementatie van duurzame biomassatoepassingen te bevorderen, zijn er verschillende beleidsmaatregelen en stimuleringsregelingen in het leven geroepen. Deze instrumenten zijn cruciaal om de transitie naar een biobased economie te versnellen en de klimaatdoelstellingen te behalen.

Sde++-subsidie voor bio-energieprojecten

De Stimulering Duurzame Energieproductie en Klimaattransitie (SDE++) is het belangrijkste subsidie-instrument voor hernieuwbare energie in Nederland. Voor bio-energieprojecten biedt de SDE++ ondersteuning in verschillende categorieën:

• Biomassaverbranding voor elektriciteit en warmte
• Vergisting van biomassa voor biogas en groen gas
• Compostering met warmtewinning
• Verbranding van B-hout voor warmte

De subsidie dekt het verschil tussen de kostprijs van de bio-energieproductie en de marktwaarde van de geproduceerde energie, waardoor investeringen in deze technologieën aantrekkelijker worden. Het is belangrijk op te merken dat de SDE++ steeds meer focust op CO2-reductie, wat de concurrentiepositie van biomassa ten opzichte van andere technologieën beïnvloedt.

Europese RED II-richtlijn en implementatie in Nederland

De herziene Europese Richtlijn voor Hernieuwbare Energie (RED II) stelt ambitieuze doelen voor het gebruik van hernieuwbare energie, inclusief biomassa. Voor Nederland betekent dit:

• Een bindend doel van 14% hernieuwbare energie in 2020, oplopend naar 27% in 2030
• Strenge duurzaamheidscriteria voor biomassa, met name voor vaste biomassa in grote installaties
• Stimulering van geavanceerde biobrandstoffen en beperking van op voedselgewassen gebaseerde biobrandstoffen
• Verplichting voor brandstofleveranciers om het aandeel hernieuwbare energie in transport te verhogen

De implementatie van RED II in Nederlandse wetgeving zorgt voor een robuust kader voor de duurzame inzet van biomassa en stimuleert innovatie in geavanceerde bio-energietechnologieën.

Convenant duurzaamheid biomassa 2018-2024

Het Convenant Duurzaamheid Biomassa is een vrijwillige overeenkomst tussen de Nederlandse overheid, energiebedrijven en milieuorganisaties. Het convenant stelt aanvullende duurzaamheidseisen voor de inzet van vaste biomassa voor energieproductie. Belangrijke punten uit het convenant zijn:

• Certificering van de gehele biomassa-keten volgens NTA 8080 of gelijkwaardige standaarden
• Jaarlijkse rapportage over de herkomst en duurzaamheid van gebruikte biomassa
• Geleidelijke toename van het aandeel biomassa uit bossen met een duurzaamheidscertificaat
• Stimulering van innovatie en efficiëntieverbetering in biomassaproductie en -toepassing

Dit convenant draagt bij aan het vergroten van het maatschappelijk draagvlak voor biomassa door transparantie te bieden en hoge duurzaamheidsstandaarden te hanteren. Het onderstreept het belang van continue verbetering en innovatie in de biomassasector om de rol in de energietransitie te kunnen blijven vervullen.