Groen tanken met hout als hernieuwbare grondstof
Donald Trump
‘It's freezing and snowing in New York: we need global warming!’
De Amerikaanse president is er nog altijd rotsvast van overtuigd dat de opwarming van de aarde een fabeltje is, niets meer dan een dure grap. De talloze wetenschappelijke studies, documentaires (onder andere an inconvenient truth (2003 en 2017) en chasing ice) en klimaatconferenties drukken ons echter met de neus op de feiten; de opwarming van de aarde is volop aan de gang en de menselijke activiteiten van de laatste decennia, voornamelijk de verbranding van fossiele brandstoffen, zijn de grootste boosdoeners (Fig 1.). Duurzame alternatieven voor fossiele grondstoffen moeten dus de topprioriteit van de 21ste eeuw worden, want een plan(eet) B bestaat niet.
Fig 1. Het opsouperen van de fossiele grondstoffen van de aarde
De problematiek van aardolie
Aardolie is de grondstof bij uitstek voor de productie van brandstoffen, chemicaliën en materialen zoals plastics en rubbers. Kortom, producten die niet meer weg te denken zijn uit onze hedendaagse samenleving. Het eindig karakter van deze fossiele grondstof limiteert echter de inzetbaarheid hiervan op lange termijn. Bovendien zorgt de ongelijke verdeling van de olievoorraden voor veel politieke conflicten. Naast de uitputbaarheid en de geopolitieke strubbelingen, vormt vervuiling een derde belangrijk nadeel. De verbranding van fossiele grondstoffen levert namelijk de grootste uitstoot van CO2 en dit werkt de klimaatverandering mee in de hand. Hierdoor zal de aarde globaal opwarmen en frequenter geteisterd worden door overstromingen en hevige stormen. Het is dus broodnodig om de afhankelijkheid van fossiele grondstoffen in te perken door meer in te zetten op hernieuwbare bronnen zoals biomassa, wind en zon.
Biomassa, een alomtegenwoordige groene grondstof
Biomassa is organisch materiaal afkomstig van planten, bomen, gewassen en algen. Naargelang de herkomst, kan biomassa in verschillende generaties opgedeeld worden. De eerste generatie van biomassa omvat plantaardige materialen zoals palmolie, suikerriet en maïs. Hoewel slechts een simpel proces vereist is om hieruit brandstoffen en chemicaliën te produceren, heeft het als groot nadeel dat het in competitie treedt met de voedselproductie. Hout, daarentegen, is onderdeel van de tweede generatie of non-food biomassa en wordt als een zeer aantrekkelijk alternatief voor fossiele componenten beschouwd aangezien het (i) meer homogeen verspreid is, (ii) mits duurzaam gebruik als CO2-neutraal kan gezien worden, (iii) hernieuwbaar is en (iv) niet in competitie treedt met de voedselproductie. Hout is opgebouwd uit eenvoudige suikers (cellulose en hemicellulose) en een meer complexe component genaamd lignine, die de suikers als een soort lijm bij elkaar houdt. Deze chemische compositie van hout maakt het mogelijk om, na het uitvoeren van specifieke processen, componenten zoals benzine en plastics te vormen welke tot op heden voornamelijk vervaardigd worden uit aardolie.
Biomassa, de duurzame oplossing voor korte en lange termijn toepassingen
In de transportsector zal de koolstof gebaseerde brandstof (benzine) geleidelijk vervangen worden door elektrificatie. Deze overschakeling vereist echter een kapitaalintensieve verandering in zowel de transportinfrastructuur als de verbrandingsmotor. De EU-energierichtlijn legt echter op dat in 2020 10% brandstof voor transport afkomstig moet zijn uit hernieuwbare bronnen. Om deze doelstelling op zo’n korte tijdspanne te realiseren, moet onder meer beroep gedaan worden op biomassa als hernieuwbare koolstofbron. De kracht van deze drop-in koolwaterstoffen, zijnde moleculen die chemisch identiek zijn aan de huidig fossiel gebaseerde koolwaterstoffen, is namelijk de directe inzetbaarheid in de huidige technologie en infrastructuur (Fig. 2).
Fig 2. Het duurzame gebruik van biomassa in de transportsector
Voorts vormt biomassa ook het enige alternatief voor de productie van organische chemicaliën en polymeren aangezien deze componenten steeds een koolstofskelet vereisen. Ten opzichte van de transportsector is de koolstofgebaseerde chemische sector veel kleiner in omvang. Dit laat vanuit economisch, ecologisch en logistiek oogpunt een volledige overschakeling naar biogebaseerde producten toe. Bovendien biedt de hoge functionaliteit van biomassa ook de mogelijkheid om nieuwe chemische producten te synthetiseren die niet verkregen kunnen worden uit fossiele bronnen.
De overschakeling van aardolie naar biomassa is de drijvende kracht voor de ontwikkeling van bioraffinaderijen. In een bioraffinaderij wordt biomassa ingezet als grondstof en via een geïntegreerd proces uiteengerafeld tot zijn bouwstenen. Vervolgens worden deze bouwstenen verder bewerkt tot biogebaseerde materialen, chemicaliën en biobrandstoffen. In vele opzichten is een bioraffinaderij dusdanig analoog aan een hedendaagse aardolieraffinaderij waar ruwe aardolie gescheiden wordt in zijn verschillende fracties, welke vervolgens verder omgezet wordt tot diverse (eind)producten. Een interessante fractie van de ruwe aardolie is de nafta fractie, dit is een mengsel van koolwaterstoffen met een kookpunt tussen de 30 en de 150°C. Deze fractie wordt ook wel in de volksmond ‘naft’ genoemd aangezien het verder verwerkt kan worden tot onder andere benzine.
10% biobrandstof is een haalbare kaart
Aan het Centrum van Oppervlaktechemie en Katalyse (COK) te Leuven is een proces ontwikkeld waarbij de fossiele ‘naft’ fractie rechtstreeks aangerijkt kan worden met 10% groene koolstof afkomstig van hout. Hierdoor kan de EU-richtlijn van 10% hernieuwbare brandstof in 2020 rechtstreeks behaald worden. Bovendien kan deze 10% bio-naftastroom ook ingezet worden voor de productie van plastics, rubber en andere nafta-producten.
De vorming van de groene naftastroom verloopt in dit COK-proces via twee aansluitende stappen. Eerst wordt hout opgesplitst in zijn drie verschillende bouwblokken namelijk, lignine, cellulose en hemicellulose en vervolgens wordt de verkregen cellulosefractie verder verwerkt tot de naftastroom. Het voordeel van deze technologie is dat niet alleen cellulose omgezet wordt tot nafta maar dat de lignine- en hemicellulosefracties ook verder gevaloriseerd kunnen worden, doordat hun waardevolle structuur tijdens het proces behouden blijft. Deze volledige benutting van de biogebaseerde componenten maakt dit een zeer aantrekkelijk proces.
Het gebruik van dit COK-proces kan bijgevolg zowel op korte termijn (als benzine-additief) als op lange termijn (als hernieuwbare materialen en chemicaliën) bijdragen tot een meer duurzame samenleving.
