Bio-energie

thumb|Berg houtsnippers Bio-energie of energie uit biomassa is energie uit energiedragers die rechtstreeks, dan wel via een chemische omweg, zijn gewonnen uit recent gevormd organisch materiaal of biobrandstof.

Bio-energie heeft een lange staat van dienst. De geschiedenis heeft geleerd dat de mogelijkheden beperkt zijn. Het Romeinse Rijk draaide op bio-energie, maar had daar niet genoeg van, met economische crises als gevolg. Het Verenigd Koninkrijk zag zich in de Industriële Revolutie gedwongen over te schakelen op kolen, omdat er van geen kanten genoeg bio-energie was.

Bio-energie heeft in Europa meer aandacht gekregen vanwege een mogelijke bijdrage aan de energietransitie. In de Europese richtlijn ter bevordering van het gebruik van energie uit hernieuwbare bronnen (Richtlijn 2009/28/EG) wordt de volgende definitie voor biomassa gehanteerd:

De biologisch afbreekbare fractie van producten, afvalstoffen en residuen van biologische oorsprong uit de landbouw (met inbegrip van plantaardige en dierlijke stoffen), de bosbouw en aanverwante bedrijfstakken, met inbegrip van de visserij en de aquacultuur, alsmede de biologisch afbreekbare fractie van industrieel en huishoudelijk afval.

Energie uit biomassa wordt verkregen door verbranding, vaak na vergisting of vergassing. Biomassa bestaat uit allerlei organische materialen, zoals akkerbouwproducten, groente-afval, hout, mest, plantaardige olie en snoei-afval.

Bio-energie wordt soms aangemerkt als CO2-neutraal vanwege de korte koolstofkringloop, omdat de bij verbranding vrijkomende CO2 weer opgenomen kan worden als er equivalente biomassa aangroeit. In hoeverre het gebruik van biomassa als energiebron in de praktijk duurzaam is, hangt af van diverse voorwaarden. De voornaamste hiervan zijn een gegarandeerde heropname van de uitgestoten CO2 op korte termijn, geen berokkende schade aan de biodiversiteit en geen concurrentie met voedselproductie. Over in hoeverre aan deze voorwaarden wordt voldaan of voldaan kan worden ontstaat dikwijls discussie. Daarnaast bestaan er zorgen rondom fijnstof en diverse afvalstoffen die meestal vrijkomen bij verbranding van biomassa.

Verwerking van biomassa tot bio-energie Biomassa kan op diverse manieren verwerkt worden: thermochemisch biologisch fysisch chemisch

Thermochemische verwerking De thermochemische verwerking omvat ten eerste de verbranding van biomassa. Hierbij wordt de warmte die vrijkomt gebruikt voor de opwekking van elektriciteit en verwarming.

Ten tweede kan biomassa ook vergast worden. De biomassa wordt met een kleine hoeveelheid water verhit tot hoge temperaturen (meestal tussen 1300 en 1500 °C) in afwezigheid van zuurstof, zodat er een brandbaar gasmengsel ontstaat. Dit synthesegas kan na reiniging toegepast worden voor opwekking van elektriciteit of warmte, maar kan ook gebruikt worden als grondstof in de chemische industrie.

Als laatste thermochemisch proces hebben we de pyrolyse. Daarbij wordt de biomassa, onder afsluiting van lucht, zo verhit dat de organische massa uit elkaar valt in kleinere bestanddelen. Hierdoor ontstaat afhankelijk van de temperatuur kool of olie en komen brandbare gassen vrij, die ook weer gebruikt kunnen worden voor de opwekking van elektriciteit en/of warmte.

Een andere mogelijkheid is een deel van de ontstane kool ter verbetering van de structuur van de grond weer terug de aarde in te ploegen. Dit is een van weinige manieren om koolstof weer uit de circulatie te halen.

Biologische verwerking Biomassa kan ook biologisch verwerkt worden, dit door anaerobe gisting. Biomassa wordt onder afwezigheid van zuurstof omgezet in water, biogas en een residu. Biogas is een brandbaar mengsel van methaan en kooldioxide dat na reiniging kan worden gebruikt voor turbines of ketels, eventueel bijgemengd in aardgas.

De verschillende stappen in de anaerobe vergisting zijn: Hydrolyse, de omzetting van complex, onopgelost materiaal in minder complexe opgeloste stoffen, die dan door de bacterie kunnen worden opgenomen. Fermentatie of zuurvorming, de opgeloste stoffen worden in de cellen van de bacteriën omgezet naar eenvoudigere verbindingen, die weer worden uitgescheiden. De fermentatieproducten zijn vluchtige vetzuren, alcoholen, melkzuur CO2, NH3, H2S en nieuw celmateriaal. Acetogenese (intermediaire zuurvorming), fermentatieproducten omgezet in acetaat, waterstof en carbonaat. Methanogenese, deze worden omgezet in CO2, methaan (CH4) en nieuw celmateriaal.

Fysische verwerking Biomassa kan fysisch verwerkt worden door middel van persing of extractie van bijvoorbeeld koolzaad.

Chemische verwerking Tot slot kan biomassa ook chemisch verwerkt worden door een verestering. Op die manier kan biodiesel gemaakt worden van pure plantaardige olie.

Energietoepassingen De meeste biomassa kan door middel van verbranding worden omgezet in energie. De toepassingen van deze energie zijn opwekking van warmte, elektriciteit of aandrijving van vervoersmiddelen. In 2019 bestond 5% van het totale energieverbruik in Nederland uit door biomassa opgewekte energie. Daarmee vormde het 58% van het totale aandeel hernieuwbare energie (8,6%) in 2019. In 2015 werd 23% van de gebruikte biomassa in de EU ingezet voor energieopwekking.

Voorbeelden van biomassa ten behoeve van energieopwekking zijn houtpellets, suikerriet, mais, koolzaadolie, palmolie en dierlijk vet.

Het Centraal Bureau voor de Statistiek onderscheidt in Nederland de volgende vormen van gebruik van biomassa voor energietoepassingen:

Afvalverbrandingsinstallaties (verbranding ongescheiden papier/karton, hout, gft-afval) Bij- en meestoken biomassa in energiecentrales Biomassa huishoudens (verbranding in openhaarden, inzethaarden, houtkachels, pelletkachels, houtskoolverbruik) Biomassaketels bedrijven (opwekking elektriciteit, warmte) Biogas (afkomstig uit stortplaatsen, rioolwaterzuiveringsinstallaties, co-vergisting van mest, overig) Vloeibare biobrandstof (biobenzine, biodiesel)

Brandstof in energiecentrales Verschillende Nederlandse kolencentrales voegen een deel biomassa toe in hun brandstof, bijvoorbeeld door houtkorrels aan de kolen toe te voegen. Deze biomassa is voor het grootste deel afkomstig uit het buitenland. Dankzij het bijstoken van biomassa wordt het gebruik van kolen teruggedrongen en geldt de elektriciteitsproductie deels als CO2-neutraal.Bijstook, of geen bijstook?, Financieele Dagblad, 27 augustus 2016. Gearchiveerd op 5 juli 2022. Sinds 2003 kan er subsidie worden aangevraagd voor biomassa bijstook,Algemene uitvoeringsregeling milieukwaliteit elektriciteitsproductie, Ministerie van Economische Zaken, 6 juni 2003 na 2024 vervalt deze mogelijkheid.Regeerakkoord 2017: 'Vertrouwen in de toekomst', Rijksoverheid, 10 oktober 2017. Gearchiveerd op 17 mei 2023. In het Energieakkoord uit 2013 werd een belangrijke rol toegedicht aan het meestoken van biomassa voor het behalen van de in dit akkoord gestelde doelen voor het aandeel hernieuwbaar opgewekte energie (14% in 2020, 16% in 2023).Energieakkoord voor duurzame groei, Sociaal-Economische Raad, 6 september 2013. Gearchiveerd op 25 augustus 2019. Hier staat tegenover dat de gebruikte biomassa aan de strengste duurzaamheidseisen moet voldoen.Akkoord over bijstoken van biomassa in kolencentrales, De Volkskrant, 13 maart 2015. Gearchiveerd op 28 januari 2023. Over het bijmengen bestaat maatschappelijke discussie, omdat de subsidies kolencentrales open zouden houden en er twijfels bestaan over de duurzaamheid. Met de Wet verbod op kolen bij elektriciteitsproductie spoort de overheid energieproducenten aan om de kolencentrales volledig om te bouwen tot biomassacentrales, zoals RWE van plan is met haar Amercentrale.Amercentrale kan openblijven, maar moet snel op biomassa, BN DeStem, 25 mei 2018. Gearchiveerd op 29 november 2022.

Naast de biomassabijstook zijn er enkele kleinere biomassa centrales die alleen op lokaal gewonnen biomassa gestookt worden. Een voorbeeld van een biomassacentrale in Nederland is Biomassa Energiecentrale Sittard. In de gemeente Cuijk staat een kleine centrale waar houtsnippers verbrand worden.

Ook wordt in afvalverbrandingsinstallaties niet gescheiden ingezameld papier en karton verbrand voor energieopwekking. Gft-afval, dat een vorm van natte biomassa is, heeft bij verbranding een laag energierendement.

Nederland telt 42 grotere biomassa-installaties en -centrales. Anno 2019 zijn nog eens twintig centrales gepland.Steeds meer biomassacentrales, goed of slecht voor het klimaat?, NOS, 28 april 2019. Gearchiveerd op 6 januari 2023. In België is NPG Energy de grootste energieproducent middels biomassaverbranding.

Vloeibare biobrandstoffen

De meestgebruikte vloeibare biobrandstoffen zijn bio-ethanol en biodiesel.

Bio-ethanol Energiebalans Green Dreams National Geographic Magazine October 2007 p. 41 Land Type Energiebalans Maïs ethanol 1,3 Suikerriet ethanol 8 Biodiesel 2,5 Cellulose ethanolexperimenteel, niet op grote schaal 2–36afhankelijk van de productiemethode

Bio-ethanol wordt verkregen via microbiële fermentatie van suikers (uit suikerriet, tarwe, mais, Triticale, rogge, gerst en suikerbieten), doorgaans met behulp van gisten als productie-organisme.

In 2006 zijn er in Europa zeven grote productiebedrijven van bio-ethanol, waarvan drie in Duitsland, drie in Spanje en één in Zweden. Daarnaast zijn er een tiental kleinere bedrijven vooral in Frankrijk. In 2006 werd 9 miljoen ton graan tot 3 miljoen ton bio-ethanol verwerkt. Het afval van de bio-ethanol productie kan als eiwitrijk veevoer gebruikt worden. Voor dit veevoer worden de merknamen Protamax en Protigrain gebruikt.

In september 2010 is in de Europoort bij Rotterdam een bio-ethanolfabriek van Abengoa geopend, met een capaciteit van 480.750 m³.

Bio-ethanol wordt gezien als milieuvriendelijke oplossing en alternatief voor het gebruik van fossiele brandstoffen (olieproducten). De uitstoot van CO2 door voertuigen is bij gebruik van bio-ethanol minder dan bij gebruik van benzine. Echter, productie van bio-ethanol kost ook energie en veroorzaakt ook CO2, net zoals de winning van aardolie en de productie van benzine. Wetenschappers van onder andere Wageningen Universiteit zeggen: koolzaad en mais als biobrandstof zijn geen oplossing, omdat productie en transport bijna evenveel energie kosten als ze opbrengen. Suikerriet scoort beter; 1 liter brandstof levert 8 liter op.

Met inzet van nieuwe technologie (2e generatie bio-ethanol) kunnen uit houtachtige materialen ook suikers vrijgemaakt worden, die vervolgens vergist kunnen worden naar ethanol. Het voordeel hiervan is dat ook niet eetbare planten(resten) hiervoor gebruikt kunnen worden. Verscheidene cellulose-ethanol testfabrieken zijn reeds operationeel.

Biodiesel

Biodiesel wordt gewonnen uit plantaardige oliën via een eenvoudig chemisch proces. Meestal gebruikt men hiervoor koolzaad. Het voordeel van biodiesel ten opzichte van bio-ethanol is dat er geen aanpassingen aan de motor (van het voertuig) nodig zijn. Echter voor permanent biodieselgebruik moeten brandstofleidingen en pakkingen van een materiaal zijn dat zich niet laat aantasten door methanol. Dit vraagt in veel gevallen om aanpassing. Het nadeel is dat de grondstof voor biodiesel eerst bewerkt moet worden, wat milieubelastend is.

Voordelen van biodiesel ten opzichte van gewone diesel is het veel lagere zwavelgehalte en er een gereduceerde uitstoot van roet, koolwaterstoffen en aromaten.

Effecten voor milieu en gezondheid Duurzaamheidproblemen met het gebruik van biomassa zijn niet beperkt tot biomassa voor energie, maar kregen daar wel veel aandacht. Bio-energie zou immers duurzaam zijn, veel meer dan de klassieke fossiele energiebronnen. Er zijn problemen over concurrentie met voedselproductie, milieuvervuiling en gezondheidseffecten.

Voedselverdrukking