Vloeibare biobrandstoffen (hoge mixen)

Zoals in de RouteRadar – Straatbeeldmonitor 2019 gerapporteerd, was de fysieke bijdrage van hernieuwbare energie in de transportsector in Nederland 24,3 PJ in 2018 [NEa, 2019]. In het kader van de RED-richtlijn wordt dit gerapporteerd als 41,6 PJ (overeenkomend met een aandeel van 8,5% hernieuwbare energie). Hierin worden de volgende rekenregels gebruikt:

  • Op afval gebaseerde (geavanceerde) biobrandstoffen tellen dubbel;
  • Hernieuwbare elektriciteit in de weg telt met een factor 5 mee;
  • Hernieuwbare elektriciteit in het spoorvervoer telt met een factor 2,5 mee.

Volgens recente informatie van NEa [NEa, 2020] is de verplichting voor brandstofleveranciers om 12,5% hernieuwbare energie te leveren in 2019 ook gehaald. Het aandeel van conventionele biobrandstoffen (op basis van landbouwgewassen) is teruggebracht tot ongeveer 1% van de totale hoeveelheid transportbrandstoffen. Het aandeel geavanceerde biobrandstoffen (op basis van afval/residuen) is 2%. Andere soorten biobrandstoffen spelen de hoofdrol (meer dan 9%). Net als voorgaande jaren bestaat het overgrote deel van de geleverde hernieuwbare energie in 2019 uit vloeibare biobrandstoffen. Dieselvervangende biobrandstoffen vormen het grootste deel (76%) van de hernieuwbare energie, gevolgd door benzinevervangende biobrandstoffen (20%). De resterende 4% hernieuwbare energie voor vervoer betreft elektriciteit en biogas.

Voor de monitoring van de techniekontwikkeling rondom biobrandstoffen is het belangrijk om weer te geven welke trends er plaatsvinden en welke biobrandstoffen er nu en in de toekomst een grote rol spelen. De volgende sectie geeft inzicht in:

  • Trends rondom de grondstoffen (feedstock), die gebruikt worden om biobrandstoffen te maken;
  • Technische ontwikkelingen rondom de verwerking en het productieproces van biobrandstoffen;
  • Technische ontwikkelingen rondom de distributie van biobrandstoffen.

Trends rondom de grondstoffen (feedstock)

De verdeling van de grondstoffen voor biobrandstoffen in 2019 is te zien in onderstaande figuur2. In 2019 werd meer dan 80% van de biobrandstoffen geproduceerd uit afval. Binnen de afvalcategorie speelt gebruikte frituurolie de belangrijkste rol. Dit heeft te maken met de in 2018 geïntroduceerde doelstelling voor geavanceerde biobrandstoffen. Hierdoor worden de productie en levering van biobrandstoffen uit afval en residuen gestimuleerd, hetgeen resulteert in een hoge bijdrage aan het geheel. De doelstelling voor geavanceerde biobrandstoffen in 2019 was 0,8%. Het verbruik van deze brandstoffen lag in 2019 ruim boven deze doelstelling (1,9%) [NEa, 2020].

Van de grondstoffen die worden gebruikt voor de productie van biobrandstoffen voor het Nederlandse transport komt minder dan 10% daadwerkelijk uit Nederland. De grondstoffen uit Nederland bestaan ​​bijna geheel uit afvalstoffen; Nederlandse gewassen zijn nauwelijks gebruikt. Nederland staat hiermee op de derde plaats als leverancier van gebruikte frituurolie (voor biobrandstoffen voor Nederlands transport in 2019), na China en Amerika.

Figuur 4: Verdeling van grondstoffen voor biobrandstoffen in 2019 [NEa, 2020]

Figuur 4 Verdeling van grondstoffen voor biobrandstoffen in 2019 [NEa, 2020]

Technische ontwikkelingen rondom de verwerking en het productieproces van biobrandstoffen

Biobrandstoffen worden van oudsher geproduceerd uit olieachtige en zetmeelrijke gewassen. Dit soort biobrandstoffen worden aangeduid als eerste generatie of conventionele biobrandstoffen.

Er bestaan twijfels en zorgen dat deze biobrandstoffen niet voldoen aan de gestelde duurzaamheideisen met mogelijke negatieve gevolgen voor het landgebruik. De in de REDII geïntroduceerde subdoelen voor geavanceerde biobrandstoffen moeten ervoor zorgen, dat biobrandstoffen uit afval- en reststromen een hoger aandeel in het totaal zullen gaan innemen.

De conversieroutes voor ligno-cellulose (hout- en grasachtige) grondstoffen (zoals genoemd in Annex IX-A van de RED-II) zijn samengevat in twee groepen:

  • Biochemische conversieroutes worden gebruikt om ligno-cellulose (houtachtige) grondstoffen om te vormen naar met name vloeibare biobrandstoffen. In de praktijk gaat het om processen als alcoholische fermentatie en (anaerobe) vergisting;
  • Thermochemische routes worden gebruikt om grondstoffen om te vormen naar biogas (biomethaan/CNG/LNG). In de praktijk gaat het om processen als vergassing, pyrolyse en hydrothermale liquefactie (HTL).

Verdere details over de conversieroutes volgen hieronder. De productiecapaciteit van de genoemde conversie-routes zijn vandaag nog klein, maar gaat naar verwachting de komende jaren sterk groeien. Onderstaande figuur geeft een overzicht van de huidige en de geplande productie capaciteit van geavanceerde biobrandstoffen in Europa. De huidige productiecapaciteit bedraagt circa 300.000 TJ/jaar. Als alle geplande faciliteiten daadwerkelijk worden gerealiseerd, zal de productiecapaciteit uitgroeien tot meer dan 2.000.000 TJ per jaar (groeifactor: zeven keer).

Figuur 5: Overzicht van de huidige en geplande productie capaciteit van geavanceerde biobrandstoffen in Europa [ETIP, 2020]

Figuur 5 Overzicht van de huidige en geplande productie capaciteit van geavanceerde biobrandstoffen in Europa [ETIP, 2020]

De gehele productiecapaciteit van geavanceerde biobrandstoffen is niet alleen bedoeld voor de sector transport. Sterker: verschillende sectoren concurreren met elkaar voor de beschikbare hoeveelheid biobrandstoffen. In Nederland, bijvoorbeeld, zet naast de transport sector ook de gebouwde omgeving sterk in op groen gas (voor het verwarmen van huizen en als vervanging van “Gronings gas”).

De hoge vraag naar biobrandstoffen en de onderlinge concurrentie tussen sectoren zorgen er op globaal niveau voor, dat de prijzen van ‘hernieuwbare grondstoffen’ stijgen. Ook de (chemische) industrie heeft “groene koolstof” nodig, ter vervanging van de koolstof die zij nu nog uit fossiele brandstoffen haalt. De hiervoor benodigde biomassa concurreert eveneens met die voor de productie van biobrandstoffen.

Biochemische conversieroutes

Biochemische conversieroutes gaan over het algemeen over alcoholische fermentatie en anaerobe vergistingsprocessen. De volgende secties gaan hier dieper op in.

Alcoholische fermentatie

Hoewel de technologie nog niet uitgerijpt is (TRL 8), lijkt alcoholische fermentatie kansrijk voor de productie van ethanol uit “droge” afvalstromen, zoals hout en GFT-afval (groente, fruit en tuin afval). Binnen en buiten de EU bestaan er verschillende demo- en proeffabrieken. De meeste bestaande fabrieken in Europa zijn demonstratieprojecten uit Zweden, Noorwegen, Finland, Duitsland en Frankrijk. Deze omvatten onder andere:

  • Clariant (sunliquid plant) in Duitsland;
  • Chempolis Ltd. (Chempolis Biorefining Plant) in Finland;
  • North European Oil Trade Oy (Ethanolix GOT) in Zweden (capaciteit: 1-4 kt).

Verder zijn er nog twee fabrieken in aanbouw in Roemenië (capaciteit: 50 kt) en Oostenrijk (capaciteit: 50 kt). Op dit moment kan alcoholische fermentatie nog niet concurreren met bestaande ethanol-productietechnologieën. De meeste faciliteiten staan daardoor ook stil of draaien op lage capaciteit. Onder andere het hoge energieverbruik en de hoge productiekosten staan een grootschalige productie in de weg. De komende jaren zal daarom ook veel onderzoek gedaan worden om de robuustheid en de (kosten-) effectiviteit van alcoholische fermentatie te verbeteren.

Anaerobe vergisting

Anaerobe vergisting wordt met name gebruikt voor de productie van biogas en biomethaan uit “natte” afvalstromen, zoals mest en RWZI’s (rioolwaterzuiveringsinstallaties). De technologie is al commercieel inzetbaar (TRL 9).

Thermochemische routes

In vergelijking met de biochemische routes heeft de productie van biobrandstoffen via thermochemische routes (vergassing, pyrolyse) een lager technology-readiness-level (TRL).

Vergassing

Geschikte grondstoffen laten zich door middel van vergassing omvormen tot synthetisch aardgas (SNG) en vervolgens ook tot vloeibare biobrandstoffen zoals methanol en DME Fischer-Tropsch (FT)-vloeistoffen. De huidige technologie is nog niet ver ontwikkeld (TRL 6-8), niet kosteneffectief en tot op heden maar beperkt toegepast. Er zijn slechts twee operationele demonstratieprojecten die op kleine schaal Fischer Tropsch (FT)-vloeistoffen produceren [Uslu et al, 2019)]. Daarnaast zijn er nog de Guessing vergasser in Oostenrijk en het Zweedse GoBiGas, maar beide installaties zijn gesloten vanwege economische redenen.

Hoewel de bestaande operationele capaciteit klein is, staan er in Europa een grote hoeveelheid nieuwe capaciteiten gepland voor de productie van met name methanol uit afvalstromen (ongeveer 50% van de totale geplande capaciteit). Hieronder valt onder andere het Waste2Chemical (W2C) project in Nederland. Dit is een joint venture van Air Liquide, Nouryon, Enerkem, Port of Rotterdam en Shell om een ​​methanolfabriek te bouwen met een productiecapaciteit van 220 kton (270 miljoen liter). Hiervoor wordt niet-recyclebaar afval als grondstof gebruikt.

Pyrolyse

Door middel van pyrolyse wordt biomassa in vloeibare tussenproducten omgezet, zogeheten pyrolyse-olie of bio-olie. Deze olie kan enerzijds worden gebruikt voor energie- en warmteopwekking (bijvoorbeeld als toepassing in de gebouwde omgeving). Anderzijds kan pyrolyse-olie ook worden gebruikt om biobrandstof te produceren. De technologie is ver ontwikkeld (TRL 9). Momenteel zijn er drie operationele pyrolyse-installaties in de wereld. Eén installatie met een productiecapaciteit van 24 kton (per jaar) staat in Nederland.

Hydroprocessing

Hydrotreated vegetable oil (HVO) en Hydroprocessed Esters and Fatty Acids (HEFA), worden geproduceerd door middel van hydroprocessing van oliën en vetten. Als grondstof worden plantaardige (en eventueel ook dierlijke) vetten en (gebruikt) frituurvet toegepast en kan de brandstof volgens de REDII richtlijn “dubbel” geteld worden voor de doelstelling voor hernieuwbare energie. Een van de grootste commerciële partijen in Europa voor het maken van HVO is Neste-olie, met installaties in Finland en Nederland. Daarnaast produceert UPM Biofuels in Finland ook HVO met tallolie.

Hydrothermische liquefactie (HTL)

HTL is een mogelijk kansrijke technologie om biomassa om te zetten in vloeibare koolwaterstoffen. Deze technologie is nog in ontwikkeling op laboratorium-schaalniveau (TRL 3-4), maar heeft potentieel om de productie van benzine en dieselvervangers te revolutioneren.

Technische ontwikkelingen rondom de distributie van biobrandstoffen

Behalve de reeds in RR-DEM 2020 geschetste ontwikkelingen, zijn er geen verdere ontwikkelingen rondom de distributie van biobrandstoffen.

2Groen: grondstoffen uit afvalstromen; Blauw: grondstoffen uit gewassen.