Momenteel wordt het grootste deel van onze energie opgewekt door middel van fossiele brandstoffen. De voorraad van deze grondstoffen is echter eindig en bovendien komen er bij de verbranding broeikasgassen vrij. Biomassa is een hernieuwbaar alternatief dat dankzij de korte koolstofkringloop bovendien als duurzaam aangemerkt wordt. Op deze pagina staan de voornaamste manieren waarop biomassa in energie omgezet kan worden, zodat het de plek van fossiele brandstoffen in de maatschappij kan overnemen.
1. Energie uit biomassa
Het opwekken van energie is een belangrijke toepassing van biomassa. Al duizenden jaren gebruikt de mens biomassa om warmte te creëren, waarbij het verbranden van hout de bekendste methode is. Door de ontdekking van fossiele brandstoffen nam het gebruik van biomassa voor energieopwekking af, men schakelde voor de meeste toepassingen over op aardgas, aardolie en kolen. Nu er in het kader van de energietransitie naar alternatieven wordt gezocht voor deze fossiele energiebronnen is biomassa opnieuw een belangrijke gegadigde om veel van onze energie te leveren. In Nederland wordt nu al het grootste gedeelte van de duurzame energie opgewekt door middel van biomassa. Energie uit biomassa wordt in de meeste gevallen opgewekt door middel van verbranding. Niet alle soorten biomassa zijn direct geschikt voor verbranding, zodat de biomassa in veel gevallen eerst nog bewerkt wordt. Naast directe verbranding of verbranding van het uit de biomassa gewonnen product (biodiesel, biogas, etc.) bestaan ook andere methoden om energie op te wekken met biomassa, bijvoorbeeld compostering waarbij warmte vrijkomt. De benodigde energie in Nederland laat zich grofweg opdelen in drie soorten: energie in de vorm van warmte, energie in de vorm van elektriciteit en energie voor transport (verbrandingsmotoren). Biomassa kan voor alle drie deze soorten ingezet worden.
1.1 Bewerking van biomassa
Door middel van verbranding kan biomassa omgezet worden in energie. In de meeste gevallen is eerst nog een bepaalde bewerking nodig, om de biomassa zo efficiënt en praktisch mogelijk te kunnen verbranden. De voornaamste manieren van bewerking zijn:
- Pyrolyse en torrefactie
Het verhitten van droge biomassa tot een hoge temperatuur, zonder daarbij zuurstof toe te laten, noemt men pyrolyse. Pyrolyse op een relatief lage temperatuur (300-400 graden Celcius) heet torrefactie, en wordt het meest toegepast op biomassa. Door torrefactie neemt de energiedichtheid van de biomassa toe, wordt het makkelijker om te vermalen en wordt het beter bestand tegen water (zodat het buiten kan worden opgeslagen). Bovendien komen er tijdens pyrolyse en torrefactie gassen vrij, die ook als brandstof kunnen worden gebruikt. Bij pyrolyse op hogere temperaturen kan uit droog hout bio-olie worden geproduceerd.
- Anaerobe organische processen
Micro-organismen zetten in omstandigheden zonder zuurstof (anaeroob) complexere moleculen om in eenvoudigere samenstellingen, zoals de omzetting van suiker in alcohol bij vergisting. Anaerobe organische processen zoals vergisting zijn belangrijke middelen voor het maken van biobrandstoffen en biogas.
- Vergassing
Hoewel er bij pyrolyse of anaerobe organische processen ook gassen vrijkomen, doelt men met vergassing voornamelijk op het tot zeer hoge temperaturen (800-1.200 graden Celcius) verhitten van de biomassa, zodat deze overgaat in een gasvorm. Dit gas bestaat voornamelijk uit koolmonoxide en waterstof, en wordt ook wel ‘syngas’ (synthesegas) genoemd. Syngas is een veelzijdig soort gas met uiteenlopende toepassingen. Door middel van het Fischer-Tropsch-proces kan syngas worden omgezet in een vloeibare vorm, waarmee biobrandstoffen of materialen gemaakt kunnen worden.
- Hydro thermal upgrading
Door middel van ‘hydro thermal upgrading‘ kan vrijwel alle biomassa worden omgezet in bio-olie, waarmee biobrandstoffen kunnen worden vervaardigd. Onder hoge druk (150-180 bar) en een temperatuur van 330 graden Celcius, met de toevoeging van water en zuurtstofgas, ontstaat er in 15 minuten een ruwe soort bio-olie die nog verder kan worden verfijnd. Hydro thermal upgrading kan gezien worden als een snelle nabootsing van het proces waarmee aardolie in de aardbodem ontstaat.
1.2 Elektriciteit en warmte opwekken met biomassa
Vrijwel iedereen in Nederland maakt gebruik van elektriciteit en warmte. De elektriciteit wordt grotendeels opgewekt in energiecentrales die draaien op fossiele brandstoffen zoals kolen of aardgas, ook nu er steeds meer windmolens en zonnepanelen worden geplaatst (in 2017 werd slechts 13,8% van de gebruikte elektriciteit duurzaam opgewekt). De warmte die nodig is om op te koken, water mee te verwarmen of voor de industrie wordt in veel gevallen opgewekt met aardgas. Vanwege de korte koolstofkringloop is biomassa een duurzamere brandstof voor zowel elektriciteit als warmte dan fossiele brandstoffen. Biomassa kan hiervoor zowel op grote schaal in energiecentrales of op kleinere lokale schaal worden ingezet. Hieronder enkele voorbeelden van de inzet van biomassa voor het opwekken van elektriciteit en warmte.
- Biomassa bijstook
Verschillende kolencentrales in Nederland kunnen behalve kolen ook een bepaald percentage aan biomassa bijstoken. Door biomassa bij te stoken, neemt het gebruik van kolen af. Het grootste deel van de biomassa die in de Nederlandse kolencentrales wordt bijgestookt is houtafval uit het buitenland. Ook de overige bijgestookte biomassa mag uitsluitend uit reststromen bestaan. De houtresten uit bijvoorbeeld de papierindustrie worden samengeperst tot ‘pellets’: korrels hout met een laag vochtgehalte. In de energiecentrale worden de pellets fijngemalen voor een optimaal brandoppervlak. Met de warmte die vrijkomt bij de verbranding wordt stoom gecreëerd die een turbine aandrijft.
- Biomassacentrale
Naast de bijstook in kolencentrales, zijn er zijn ook energiecentrales die volledig op biomassa draaien. Bovendien hebben verschillende Nederlandse kolencentrales plannen om het percentage biomassa bijstook steeds verder op te voeren, zodat enkele uiteindelijk voor het grootste gedeelte met biomassa werken.
- Biomassaketels en -kachels
Behalve in grote energiecentrales, wordt ook steeds meer warmte en elektriciteit met biomassa opgewekt op lokale schaal. Bedrijven kopen met behulp van subsidies bijvoorbeeld grote biomassaketels en huishoudens kunnen ervoor kiezen om een pelletkachel aan te schaffen. In veel gevallen is dit goedkoper dan het gebruik van aardgas en het is beter voor het klimaat. Bovendien kunnen bedrijven zelf over biomassa-reststromen beschikken, die dankzij biomassaketels nuttig kunnen worden ingezet voor de eigen energievoorziening.
- Afvalverbrandingsinstallaties
Een gedeelte van het door de samenleving geproduceerde afval bestaat uit biomassa, denk aan bijvoorbeeld GFT. In afvalverbrandingsinstallaties kunnen deze reststromen worden ingezet voor het opwekken van elektriciteit of warmte. Er bestaan in Nederland verschillende warmtenetten die gebruik maken van warmte die vrijkomt bij het verbranden van afval, waarmee het gebruik van aardgas wordt teruggedrongen.
1.3 Biobrandstoffen
Het merendeel van de huidige transportmiddelen maakt gebruik van verbrandingsmotoren die fossiele brandstoffen nodig hebben. Voor transportmiddelen zijn vaste brandstoffen niet praktisch, daarom wordt er voornamelijk gebruik gemaakt van vloeibare brandstoffen of brandstoffen in gasvorm. Met verschillende methoden kunnen ook van biomassa vloeibare- of gasbrandstoffen gemaakt worden, dit noemt men biobrandstoffen. Enkele van de voornaamste soorten biobrandstoffen zijn:
- Bio-ethanol
Bio-ethanol is een belangrijke vervanger van benzine. Bio-ethanol wordt gemaakt door middel van anaerobe fermentatie, waarbij suikers worden omgezet in alcohol (vergisting). Voor het maken van bio-ethanol zijn suikerrijke gewassen dus het meest geschikt, voorbeelden hiervan zijn suikerriet en maïs. Gemiddeld levert suikerriet 0.07 liter bio-ethanol op per kilogram, voor maïs is dit 0.36 liter per kilogram. Met behulp van nieuwe technologieën kan ook uit houtachtige biomassa bio-ethanol worden gewonnen.
- Biodiesel
Plantaardige oliën of dierlijke vetten kunnen na een bewerking met alcohol en een katalysator zoals sodium hydroxide of potassium hydroxide worden gebruikt als vervanger van diesel. In tegenstelling tot benzinemotoren bij bio-ethanol hoeven de bestaande dieselmotoren voor biodiesel niet te worden aangepast. Allerlei soorten olie kunnen worden gebruikt, zoals koolzaadolie en zonnebloemolie. In veel gevallen wordt biodiesel vermengd met gewone diesel.
- Biogas
Biomassa kan op veel verschillende manieren worden verwerkt tot een bruikbaar biogas. Droge biomassa kan bijvoorbeeld met hoge temperaturen worden vergast. Biogas kan ook uit natte biomassa worden gewonnen door middel van micro-organismen. Gist is een veelgebruikt organisme dat in anaerobe (zuurstofloze) omstandigheden ingezet kan worden om van biomassa biogas te produceren (vergisting). Biogas bestaat hoofdzakelijk uit methaan en koolstofdioxide. Dit biogas kan meteen worden gebruikt als brandstof in daarvoor geschikte motoren, of verder worden gezuiverd tot ‘groen gas.’ Groen gas is minder vervuilend en bovendien geschikt om in de huidige gasinfrastructuur te worden gebruikt.
2. Grondstoffen uit biomassa
Hoewel er naast biomassa verschillende andere duurzame alternatieven bestaan voor het opwekken van energie, is biomassa vooralsnog de enige duurzame vervanger van fossiele brandstoffen als grondstof in diverse (chemische) industrieën. In een volledige biobased economy is het van belang dat fossiele brandstoffen ook in die industrieën worden vervangen. Bovendien is verbranding bij het meest efficiënte gebruik van biomassa pas de laatste stap in een gebruiksketen. Het stapsgewijs steeds de stoffen met de hoogste toegevoegde waarde uit biomassa halen voordat de rest wordt verbrand heet cascadering. Door middel van bio-raffinage kunnen uit biomassa bestanddelen worden gewonnen die bijvoorbeeld nodig zijn voor de productie van plastics, cosmetica en medicijnen. Lees meer over cascadering en bio-raffinage op de pagina over cascadering.