Diesel is een van de brandstoffen die momenteel het meest onder druk staan. Loont het nog om hier veel geld in onderzoek te steken? Met deze vraag trokken we naar Hermann Hofbauer, die de werkgroep Duurzame Energietechnologie leidt en onderzoek doet aan de Technische Universiteit van Wenen. De term ‘diesel’ wordt terecht negatief geassocieerd met […]
Diesel is een van de brandstoffen die momenteel het meest onder druk staan. Loont het nog om hier veel geld in onderzoek te steken? Met deze vraag trokken we naar Hermann Hofbauer, die de werkgroep Duurzame Energietechnologie leidt en onderzoek doet aan de Technische Universiteit van Wenen.
De term ‘diesel’ wordt terecht negatief geassocieerd met mobiliteit en luchtvervuiling. Dit komt enerzijds door het gebruik van fossiele aardolie als brandstof en anderzijds door de chemische samenstelling ervan. De Fischer-Tropsch diesel, beter bekend als houtdiesel, haalt op dit vlak een veel betere milieuscore.
Houtdiesel bestaat voornamelijk uit moleculen met een lange keten en is vrij van zwavel, stikstof, asfaltenen en aromaten. Toch heeft deze brandstof hetzelfde kooktraject als fossiele diesel. Dit zorgt voor een efficiënte(re) verbranding en een lagere uitstoot van milieubelastende stoffen.
Hermann Hofbauer: ‘Ja, in ieder geval. Diverse onderzoeken laten ook een besparingspotentieel zien van meer dan 80 procent aan CO2-uitstoot door houtdiesel. Bovendien vermindert het gebruik van houtdiesel de uitstoot van deeltjes met zowat 80 procent en de uitstoot van organische koolwaterstoffen met 60 procent.’
Hofbauer: ‘Houtdiesel is een ‘drop-in’ brandstof. De traditionele dieselmotoren kunnen worden gebruikt met elke mengverhouding van houtdiesel en fossiele diesel, maar ook met 100 procent houtdiesel zonder beperking.’
Hofbauer: ‘De macromoleculen die in de biomassa of het hout aanwezig zijn, worden tijdens het gasopwekkingsproces omgezet in een ‘productgas’ dat voornamelijk uit waterstof en koolmonoxide bestaat. Het ontstane productgas wordt gereinigd. Door een lijn met syntheseapparatuur wordt het vervolgens tot koolwaterstoffen met de gewenste ketenlengte omgezet.’
Hofbauer: ‘Het gebruik van boschips van verschillende kwaliteiten en houtsoorten voor gasopwekking is al op industriële schaal uitgeprobeerd en getest. De houtsoort is niet bepalend voor het gebruik. Vanuit ecologisch oogpunt moet men echter hernieuwbare energiehoutsoorten gebruiken of kwaliteiten die niet kunnen worden gerecycleerd, zoals bijvoorbeeld beschadigd hout.’
Hofbauer: ‘Ja. In de afgelopen jaren is er al onderzoek gedaan naar biogene reststromen uit de landbouw, maar ook naar gesorteerde fracties huishoudelijk afval of bedrijfsafval. Dit moet echter nog op industriële schaal worden getest. De term biogeen materiaal heeft betrekking op materiaal dat van biologische of organische oorsprong is.’
Hofbauer: ‘De prijs van houtdiesel hangt sterk af van de grootte van het productiesysteem en de prijs van het hout. Tegen een energiehoutprijs van 50 tot 100 euro per atroton* wordt bij een installatie met 10 MW vermogen de houtdieselproductiekost op 1,15 tot 1,40 euro per liter begroot (zonder belasting en transportkost). Als we die vergelijken met de marktprijs voor fossiele diesel van pakweg 1,2 euro per liter dan is het duidelijk dat houtdiesel best concurrentieel kan zijn.’
Hofbauer: ‘Als de technologie eenmaal is ingeburgerd en er meer systemen in omloop komen, wordt gerekend dat de investeringskosten met een kwart kunnen worden verlaagd. Over een langere periode kunnen daardoor de productiekosten de komende jaren met tien tot twintig procent worden teruggebracht. Zonder subsidies. Als we willen subsidiëren kan een investeringssubsidie voor houtdieselcentrales van 25 tot 50 procent, een exploitatiesubsidie voor houtdiesel van 0,15-0,40 euro per liter of een CO2-belasting op fossiele diesel van 60 tot 120 euro per ton CO2 de prijs voor de consument op een aantrekkelijk niveau brengen en de kansen voor houtdiesel vergroten.’
Hofbauer: ‘In deze context heeft de EU de definitie van het Technology Readiness Level (TRL, oftewel technologie-rijpheidsniveau) ingevoerd. Dit begrip vanuit de NASA beoordeelt de technologieën die in ontwikkeling zijn op een schaal van één tot negen. De gasproductie zelf bijvoorbeeld wordt beoordeeld met het hoogste TRL van negen, aangezien deze op grote en industriële schaal is uitgeprobeerd en getest. De TRL voor de productie van houtdiesel is geclassificeerd met een TRL van zes tot acht. Daarom is de eerste stap het bouwen en exploiteren van een echt laboratorium om de complete processen voor de productie van houtdiesel en houtgas te optimaliseren. Als alles goed gaat, kan de technologie over een paar jaar ‘rijp’ zijn. Maar wij hebben ons als doel gesteld om de technologie tegen 2035 zo wijdverspreid te maken dat land- en bosbouw fossielvrij zijn.’
Hofbauer: ‘Niet zo direct. De productiekosten van houtdiesel zijn sterk afhankelijk van de grootte van de vergassingsinstallatie. De productiekosten komen pas op een concurrentieel niveau bij een installatie met een thermische brandstofopbrengst van ongeveer 50 MW. De investeringskosten voor een installatie met een vermogen van 50 MW bedragen iets meer dan 100 miljoen euro. Daarom lijkt de oprichting van individuele, kleine bedrijven mij niet haalbaar. De productie van houtdiesel in het kader van een circulaire economie zou echter zeer aantrekkelijk zijn voor grote land- en bosbouwcoöperaties.’
Fischer-Tropsch brandstoffen vormen een mogelijk alternatief voor aardolie. Rond 1920 ontwikkelden de Duitse geleerden Fischer en Tropsch een proces om een gasmengsel van koolstofmonoxide (CO) en waterstof (H2) om te zetten in vloeibare brandstof. Hiervoor gebruikten zij een katalysator op basis van ijzer. Het eindproduct bestond voor driekwart uit steenkooldiesel. Het overgebleven deel bestond vooral uit nafta waaruit synthetische benzine vervaardigd kan worden en een kleine hoeveelheid lpg.
Links wordt hout ingevoerd en verhit. De vrijkomende gassen worden vervolgens van grotere deeltjes ontdaan, afgekoeld en nog eens gefilterd. Vervolgens wordt het houtgas met lucht gemengd om direct in een verbrandingsmotor te kunnen worden geïnjecteerd.
In de Tweede Wereldoorlog werd, door een gebrek aan benzine, houtgas veel gebruikt als brandstof voor auto’s. Op het voertuig was dan een installatie bevestigd, de houtvergasser of houtgasgenerator. Bij voldoende zuurstof verbrandt het houtgas, maar door het wegtrekken van zuurstof kan het gas worden opgevangen. Het wordt eerst langs filters gevoerd waar het water, teer en andere vaste bestanddelen worden verwijderd. Het gereinigde gas wordt in de motor verbrand. Drie à vier kilo hout komt zo overeen met één liter benzine. Bij een standaardmotor neemt het vermogen met circa 20% af.
In Zweden gaan er binnenkort auto’s op brandstof uit houtsnippers kunnen rondrijden. De Nederlandse onderneming BTG-BTL gaat samen met het olie- en gasconcern TechnipFMC een fabriek ontwerpen en bouwen waar ruwe bio-olie van houtafval kan worden gemaakt. De opening staat gepland voor dit jaar. De fabriek wordt naast een houtzagerij van de Zweedse houtleverancier Setra in Gävle gebouwd, een stadje ongeveer 170 kilometer ten noorden van Stockholm. De plek is een bewuste keuze, omdat zaagsel hier ter plekke in overvloed aanwezig is en er geen transportmiddelen nodig zijn.
Jaarlijks gaat de fabriek circa 35.000 tot 40.000 ton houtafval verwerken tot ruwe bio-olie. Dit gebeurt via een speciale technologie, pyrolyse genaamd. De biologische ruwe olie wordt vervolgens in een raffinaderij verwerkt tot transportbrandstof voor auto’s, schepen en vliegtuigen. De raffinaderij staat aan de Zweedse westkust, de andere kant van het land.
Via pyrolyse, letterlijk ‘splitsing door vuur’, wordt biomassa omgezet in ruwe olie door ze zonder zuurstof te verhitten tot ongeveer 500 graden Celcius. In de natuur duurt dit proces enkele miljoenen jaren, maar dankzij een Nederlandse innovatie kan het nu in slechts enkele seconden. Wetenschappers aan de Universiteit Twente ontdekten deze snelle pyrolysetechniek ongeveer dertig jaar geleden. Om transportbrandstof te maken, wordt de ruwe bio-olie gemengd met andere brandstoffen, zowel bio- als fossiele brandstoffen. Zo ontstaan een benzine en diesel die gedeeltelijk uit duurzamere olie bestaan.