De houtachtige ladder voor duurzaam gebruik van biomassa
Om mijn eigen denken rond waterstof te ordenen, publiceerde ik begin 2019 de Waterstofladder. Waar het sentiment rond waterstof naar mijn smaak te positief is, slaat de publieke opinie bij biomassa door naar ongenuanceerd negatief.
Na aanhoudende, soms ronduit valse campagnes van milieuorganisaties, gesteund door activistische hoogleraren, denkt half Nederland bij biomassa nu enkel aan hele bomen die in de VS de hakselaar ingaan en op ruwe stookolie naar Nederlandse kolencentrales en warmtenetten varen.
Oppositiepartijen joelden al langer mee met het frame van de milieubeweging. In opmaat naar de verkiezingen van 2021 hebben klaarblijkelijk ook coalitiepartijen D66, CU, CDA en VVD besloten dat bekrachtigen van het negatieve frame veiliger is dan verdedigen van het eigen (!) energiebeleid. Laf en frustrerend. In plaats van zekerheden scheppen voor de bedrijven die de energietransitie daadwerkelijk realiseren, doet de politiek op het moment dat het telt opnieuw het tegenovergestelde.
De biomassaladder: Wat ‘mag’ op biomassa?
Energie uit biomassa kent vele vormen, met uiteenlopende voor- en nadelen. Net als waterstof kan biomassa de transitie zowel helpen als schaden. Net als waterstof is het verstoken van biomassa véél eenvoudiger dan het duurzaam vergaren ervan. Net als waterstof is biomassa bruikbaar voor van alles, maar te schaars om voor alles een oplossing te zijn.
Genuanceerd denken over biomassa is niet nieuw, de beste zoekterm is cascaderen. Met de verkiezingen in aantocht is het vooral zaak de nuance in debatten rond biomassa te herpakken.
De hoofdvoorwaarde voor duurzaam biomassagebruik is dat de CO2-opname door energiegewassen minimaal gelijk is aan de CO2 die bij verbranding van de biomassa vrijkomt. De biomassaladder hieronder geeft een prioritering van het gebruik van de dan beschikbare biomassa. Redenerend vanuit het eindbeeld van de transitie, waarin de hele wereldeconomie netto geen CO2 meer mag uitstoten. Per toepassing noem ik eventuele alternatieven, reststromen en kansen voor negatieve emissies.
Net als de Waterstofladder is ook dit stuk nadrukkelijk niet bedoeld als richtsnoer. Ik heb de waarheid niet in pacht. Beargumenteer in de comments vooral waarom een toepassing volgens jou hoger of juist lager op de ladder zou moeten staan. Het gaat mij erom dat biomassa weer bespreekbaar wordt en blijft voor de energietransitie, als onderdeel van de oplossing. Want dat is biomassa.
1.Voeding, kleding, persoonlijke hygiëne en medicijnen
Primaire levensbehoeften zoals voeding, kleding, zeep, desinfectiemiddelen en medicijnen zijn prioriteit nummer 1 wat betreft de beschikbare biomassa en landbouwgrond. Deze categorie is primair afhankelijk van snelgroeiende, kortcyclische biomassa, gewassen die na oogsten doorgaans binnen hetzelfde jaar weer (kunnen) aangroeien.
De groeiende wereldbevolking en groeiende welvaart zal de vraag naar voedsel sterk vergroten. Ook als het lukt om tegelijkertijd de behoefte aan zuivel en vlees te dempen. Kleding, verzorgingsproducten en medicijnen die nu gesynthetiseerd worden uit aardolie zijn bovendien straks ook afhankelijk van hernieuwbare grondstoffen. En dat ook weer voor een groeiende wereldbevolking, die meer te besteden heeft. De vraag naar voedingsmiddelen, kleding en verzorgingsproducten zal de komende decennia onherroepelijk sterk toenemen.
Maisstengels, aardappelschillen, onkruid, rotte appels en volledig mislukte oogsten zijn niet geschikt voor menselijke consumptie. Varkens, kippen en insecten maken uit deze resten alsnog voedzame calorieën. Maar ook die krijgen niet alles op. Ook produceren de dieren, net als wijzelf, mest waarin nog steeds (energetische) waarde resteert. Versleten T-shirts, gebruikt frituurvet, koffieprut en WC-papier behoren ook tot de reststromen van deze categorie. Resten van gewassen, mest en rioolslib bevatten veel water en weinig energie. Transport, vergisten of drogen van laag-energetische resten kost energie. Hergebruik van beschikbare reststromen is niet altijd makkelijk en niet altijd zinvol.
Door optimaliseren van de waterstand en omploegen van organische resten kunnen boeren de CO2-opname in de bodem stimuleren. Ook grazende dieren kunnen bijdragen aan een bodem die koolstof opneemt. Overbemesting, bestrijdingsmiddelen, droogleggen van veengrond, kappen van bos voor landbouwareaal en boerende koeien hebben weer een negatief effect op de CO2-balans van de landbouw. Hoe de verhoudingen idealiter (kunnen) liggen weet ik niet.
2.Woningen, bruggen, kranten, stoelen, dozen en ladders
Huizen, meubels en (natuurlijk) ladders bevatten veel hout. Ook voor de productie van papier en verpakkingen is hout nodig. Deze categorie is primair afhankelijk van bomen, die tientallen jaren nodig hebben om terug te groeien.
De wereldbevolking groeit en wil luxer wonen, waarmee de vraag naar meubels en timmerhout groeit. Omdat plastics, staal en beton in een CO2-neutrale economie veel duurder zijn dan vandaag zal ook het aandeel hout in de bouw en meubelproductie toenemen. Ook hoogbouw, bruggen en windturbines doen de komende jaren vermoedelijk aanspraak op de bosbouw. Digitalisering zal de vraag naar drukwerk iets beperken maar de behoefte aan karton als verpakking zal nog lang en sterk groeien. De vraag naar hout als grondstof neemt in een CO2-neutrale economie sterk toe.
Waar gehakt wordt vallen spaanders. Resthout, zaagsel, takken en soms (daar zijn ze!) zelfs hele kromme bomen, zijn ongeschikt om een huis of ladder uit te zagen en ook de vraag naar papier, karton, spaanplaat en isolatie uit houtvezels is niet oneindig. Meubels en huizen slijten bovendien, en papier en karton zijn niet oneindig recyclebaar. De bosbouw, hout- en papierindustrie en het eindverbruik van houtproducten leveren reststromen op met een relatief hoge energiedichtheid.
Als je een perceel bomen kapt en er woningen en meubels van maakt, ligt de door de bomen opgenomen CO2 vast in die woningen en meubels. Een woning of een goeie kast gaat langer mee dan het duurt om op hetzelfde perceel weer nieuwe bomen te kweken. Gebruik van hout als grondstof of bouwmateriaal leidt zo tot minder CO2 in de lucht.
3.Plastics, verf, smeermiddelen en isolatie
Aardgas en aardolie zijn in een CO2-neutrale economie niet meer de voor de hand liggende grondstoffen voor kunststoffen, coatings, smeermiddelen en isolatiematerialen. Biogene vetten en oliën gooien hoge ogen maar in de basis komen alle biomassastromen in aanmerking als alternatieve input voor de petrochemie.
Voor veel toepassingen van plastics zijn hout, karton, keramiek en metalen in een CO2-neutrale wereld een goed alternatief. Het verbruik van coatings, smeermiddelen en isolatie zal met de groei van de wereldeconomie echter toenemen. Waar koolwaterstoffen nodig blijven, is synthese uit waterstof en (direct uit de atmosfeer onttrokken) CO2 een optie. Biomassa als hoofdbron van hernieuwbare koolstof ligt vooralsnog meer voor de hand.
Produceren van specifieke koolwaterstoffen uit biomassa is complex en energie-intensief. Recycling zal in een economie zonder netto CO2-uitstoot aantrekkelijker zijn dan het nu is. Recyclen vergt energie-input maar dat kan energie uit minder schaarse bronnen zijn, zoals windenergie, waterkracht of kernenergie.
Bij het raffineren van biomassa tot petrochemische producten komt CO2 vrij die afgevangen en opgeslagen kan worden.
Omdat het gebruik van biomassa als grondstof moet groeien, zijn er automatisch ook grotere reststromen beschikbaar voor bio-energie. Alle volgende categorieën betreffen verbranding van biomassa. Van biogene reststromen is na verbranding geen sprake meer.
4.Paprika’s, frisdrank, brandweer, droogijs en warmtepompen
De glastuinbouw heeft CO2 nodig als bemesting voor paprika’s en tomaten, Coca-Cola en Pepsi gebruiken CO2 voor hun bubbels en CO2 is bruikbaar voor brandblussers, koeltransporten en als koudemiddel in airco’s en warmtepompen. Verbranding van biomassa is de meest voor de hand liggende bron van klimaatneutrale CO2.
Dit zijn geen sectoren die de komende decennia krimpen maar het blijven relatief kleine verbruikers. De enige alternatieve bron van hernieuwbare CO2 is uit de lucht ontrokken CO2. In de tuinbouw en industrie komen ook elektriciteit en warmte uit biomassa van pas. Verbranding is dan driedubbel van waarde.
In de huidige fossiele economie telt hergebruik van CO2 als negatieve emissie, omdat het CO2 uit fossiele bron vervangt. De CO2 uit paprika’s en cola boeren wij echter weer de atmosfeer in. De CO2 uit brandblussers, droogijs en warmtepompen vervliegt uiteindelijk ook. In de CO2-neutrale economie is hernieuwbare CO2 straks de enige CO2 die nog is toegestaan.
5.Productie van groene waterstof of ‘gouden’ waterstof
Alle biomassa is te vergassen tot waterstof en CO2. De waterstof is vervolgens bruikbaar voor de productie van kunstmest, staal en (proces)warmte of voor het aandrijven van elektriciteitscentrales, vliegtuigen of auto’s.
Voor waterstof uit biomassa gelden dezelfde kansen en bezwaren als voor het gebruik van welke vorm van emissievrije waterstof dan ook. Lees verder over waterstof: De Waterstofladder: Wat ‘mag’ op waterstof?.
Bij het vergassen van biomassa tot waterstof is de CO2 die ook ontstaat relatief eenvoudig af te vangen en op te slaan, in lege gasvelden of aquifers. Zo ontstaat gouden waterstof. Misschien wel de beste waterstof die er is.
6.Opslag van CO2 met energie als bijproduct (BECCS)
Omdat het mondiale klimaatbeleid heeft gefaald zijn negatieve emissies later deze eeuw noodzakelijk. Verbranden van biomassa voor elektriciteit en of warmte en de CO2 bij de schoorsteen afvangen (Bio Energy Carbon Capture and Storage, BECCS) leidt tot negatieve emissies. Gezien het betrekkelijk geringe succes van klimaatbeleid tot nu toe is het welhaast zeker dat we hele percelen bos moeten kweken en verbranden, puur voor de negatieve emissies.
Hoe sneller de wereld serieus klimaat beleid gaat voeren, hoe kleiner het aantal (hele) bomen dat we moeten kweken, versnipperen en verbranden om de opwarming binnen veilige grenzen te houden.
Het doel van BECCS is het rechtzetten van een gevaarlijke concentratie CO2 in de atmosfeer. De elektriciteit en warmte is een welkome bijzaak.
Alle volgende categorieën betreffen verbranding van biomassa zonder CO2-afvang. Er is daarom geen sprake van negatieve emissies.
7.Intercontinentale lucht- en scheepvaart
Als energiedrager voor langeafstandsvluchten en voor zwaar zeetransport houden vloeibare brandstoffen – gezien de lastig te evenaren energiedichtheid – waarschijnlijk de hoofdrol. Biomassa kan vloeibare brandstoffen leveren.
Vliegen zal in een CO2-neutrale wereldeconomie vermoedelijk minder gewoon zijn dan vandaag. In die CO2-neutrale situatie valt bulktransport van aardolie, aardgas en steenkool tussen de continenten ook volledig weg. Lokaal produceren van hernieuwbare energie, voedsel en goederen zal de vraag naar vloeibare transportbrandstoffen verder drukken. Een alternatief voor biobrandstoffen zijn synthetische brandstoffen uit waterstof en afgevangen CO2.
8.Piekvoorziening warmte en/of elektriciteit
Overal komt wel een beetje biomassa vrij en transporteren van (laagwaardige) biomassa loont vaak niet. Decentrale warmtekrachtcentrales – die alleen bijspringen als wind- en zonnestroom, aard- of restwarmte tekortschieten – kunnen deze biomassa goed verwaarden. Ook een houtkachel voor woningen in het buitengebied past onder deze categorie.
Accu’s, vraagsturing, warmtebuffers, waterkracht, en waterstof zijn goede alternatieven voor de piekvoorziening van warmte en elektriciteit en maken het mogelijk om de schaarse lokale biomassa te bewaren voor als het echt nodig is.
9.Continue levering stoom of proceswarmte
Voor afgelegen kleine tot middelgrote fabrieken – met beschikking over laagwaardige biomassa – loont CO2-afvang en -opslag niet. Hier kan continue verbranding van biomassa passend zijn.
Zonneboilers met warmtebuffers, elektrische verwarming op wind of waterkracht en kleine kernreactoren kunnen ook in afgelegen gebied een prima alternatief zijn voor een ketel op biomassa.
10.Wegtransport, bouwmaterieel en mobiliteit
Voor alle huidige verbruikers van benzine en diesel kan biobrandstof op termijn uitkomst bieden. Nadelen blijven dan de lage efficiëntie, lawaai en de schadelijke emissies, die inherent kleven aan verbrandingsmotoren.
Vrijwel altijd zal een accu of brandstofcel op waterstof voor deze categorie aantrekkelijker zijn dan een verbrandingsmotor.
11.Continue levering aan warmtenet en/of elektriciteitsnet
Verbranding van biomassa als hoofdbron voor warmte en/of kracht kan in niches lonen.
De bulk van de warmte- en elektriciteitsproductie zal in de CO2-neutrale toekomst niet uit verbranding komen. Voor de momenten dat verbranding wel nodig is, is waterstof of BECCS aantrekkelijker.
12.Decoratie en gezelligheid
Een uit een ver land ingevlogen boeket snijbloemen op de vaas of een goeie fik in vuurkorf op een warme zomeravond blijft ook in de toekomst vast leuk. Net als vandaag blijft het energetisch gezien pure verspilling.
Geniet, maar schik en stook met mate.
De biomassaladder staat nu praktisch op zijn kop
Wie het huidige verbruik van biomassa een beetje kent, weet dat de grootste stromen nu juist lopen naar de toepassingen onderop de ladder. Met voedsel, meubels en papier gaat het nog goed maar verder gaat de meeste biomassa naar elektriciteitscentrales, warmtenetten en wegmobiliteit. Precies de toepassingen waar biomassa (naar mijn idee) geen grote duurzame rol kan of zal spelen, in een wereldeconomie die kampt met schaarste aan biomassa en landbouwgrond.
Toch zijn warmtenetten op biomassa en het bijmengen van biobrandstof in benzine en diesel te billijken, voor nu. Bijstook van biomassa in kolencentrales is een ander verhaal, niet doen.
Het duurt nog even voor de luchtvaart pure biokerosine accepteert als veilige brandstof. Het zal nog jaren duren voor bioraffinage in de industrie een serieuze rol speelt. Nog langer duurt het voor biomassa via CO2-opslag bijdraagt aan negatieve emissies. Voor dergelijke toepassingen zijn eerst grootschalige, betrouwbare leveringen nodig.
Suboptimale toepassingen van biomassa, zoals warmtenetten en bijmenging in diesel, helpen de cruciale leveringsnetwerken voor biomassa op te bouwen. Als de elektriciteitsproductie schoon is, schakelen warmtenetten over naar elektrodeboilers. Dan dient de hoofdketel van vandaag als backup voor de winterpiek. Auto’s op benzine en diesel zijn al op hun retour. De biobrandstoffen die nu via tankstations verdeeld worden, dienen straks voor de lucht en scheepvaart.
Binnen de toch al complexe energietransitie zal de toepassing van biomassa nog eens meerdere transities doormaken. Lastig om uit te leggen aan een publiek dat moord en brand schreeuwt over hele bomen in kolencentrales. Toch hoop ik van harte dat serieuze politieke partijen de handschoen alsnog oppakken. De energietransitie hangt er van af.
Imagecredit: Liana Mikah, via Unsplash Public Domain
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
Ontdek meer van WattisDuurzaam.nl
Abonneer je om de nieuwste berichten naar je e-mail te laten verzenden.
Volgens mij gaat het vooral om de houtige biomassa (van bomen dus en in tegenstelling tot gewassen als snijmais lang(koolstof)cyclisch. Behalve het langcyclisch zijn en gevoeligheid voor slechte bosbouw speelt ook de uitstoot aan fijnstof van een biomassacentrale een rol (hoewel één houtkachel al meer aan fijnstof kan uitstoten dan een biomassacentrale).
Mooi (en gebalanceerd) artikel (zoals eigenlijk altijd). En positief verrast dat er naar negatieve emissie verwezen wordt.
punt 4:
CO2 uit fermentatie en vergistingsprocessen lijkt mij eenvoudiger terug te winnen mbv membranen dan uit rookgassen. Dit zijn veel voorkomende processen, waaronder bulk zoals ethanolproductie en biogasproductie.
De totale vraag naar CO2 en aanbod uit genoemde bronnen zijn niet bekend bij mij.
Punt 9 kan voor warmte uitgegaan worden van damprecompressie als een grote rol hebbend in warmteopwekking waar elektra beschikbaar is. Voor lokale kleinschalige elektra is houtachtige biomassa minder evident dan vloeibare of gasvormige.
Punt 11 warmte; Lage temperatuurwarmte van 90C (stadswarmte) heeft erg weinig exergie, zonde om direct biomassa voor te gebruiken. Idealiter andere bronnen zoals diepere geothermie of afvalwarmte als bron daarvoor. Vandaar ook trede 11, recht boven luxe. 🙂
Verder, het ziet er logisch uit.
Hey Thijs, mooi artikel dat een goede eerste aanzet is om slim biomassa gebruik inzichtelijk te maken in de transitie in de energie sector en relevante sectoren.
Ik denk echter de fossiele gronstoffen voor materialen nog wel mogelijk zijn in de toekomst. Als het circulair verwerkt kan worden en niet verbrand wordt, zou fossiele olie alleen met het oppompen, verschepen en verwerken emissies leveren. Belangrijk om inzichtelijk te hebben is hoeveel materialen er gemaakt worden t.o.v. brandstoffen/energie applicaties. Als ik me nog het jubileum evenement van de VNCI goed kan herinnering, ligt het op 20/80. De vraag is echter wel wat de ruimte van krakers om bepaalde producten helemaal niet meer te maken. Volgens mij is de flexibiliteit van hydrocrackers nog veel te gelimiteerd om alleen de chemicaliën (etheen, propaan, benzene, toluene and xylene (BTX) te maken en dat fossiele brandstoffen inherent zijn. Allen al daarom lijkt me het aandeel biobased aanzienlijk te groeien en zouden fossiel processen weleens met 90% of meer verminderd worden.
PBL heeft een interessant rapport gemaakt in 2018 over de potentie van negatieve emissies: https://www.pbl.nl/publicaties/negatieve-emissies-technisch-potentieel-realistisch-potentieel-en-kosten-voor-nederland
Biogene reststromen zijn soms gemakkelijker om meteen als bodemverbeteraar te gebruiken. Herbossing, aquacultuur met wieren en inderdaad de humus gehalte verbeteren van bodems via kruidenteelt en soms juist door niet te ploegen. Ik schat in dat grootschalige zeewierparken bij de windparken in Nederland een mogelijkheid zijn voor de processen die het moeilijkst of duurste zijn om te renoveren. Europese wetenschappers hebben een mooi overzicht gemaakt wat de negatieve emissie strategieën zijn: https://easac.eu/fileadmin/PDF_s/reports_statements/Negative_Carbon/EASAC_Report_on_Negative_Emission_Technologies.pdf
Rol van Direct Air Capture in combinatie met geothermie kan ook groot worden voor kassen, omdat de benodigde energie relatief laag is, omdat de concentratie factor maar 2-3x hoeft te zijn. Het bedrijf Climeworks is daar bijvoorbeeld mee begonnen. Je zou geothermie met DAC ook veel dichter bij de kas kunnen plaatsen dan de bestaande industrie of het leggen van een lange reeks pijpen. Ook nemen planten in de kassen maar ongeveer 15% van de CO2 op in de kas, omdat ook temperatuur en vochtigheid gereguleerd moeten worden met open en dichtdoen van kasramen. En de meeste planten uit de kas gaan uiteindelijk ook weer op in de lucht.
Puik werkstuk Thijs! Zo compleet en (toch) helder zag ik het zelden.
Er staat n foutje in je eerste kopje
“Hele bomen ontnemen het zich ….” Waar je zicht bedoelt. Met een ’t’ erachter.
De waterstof ladder is al een paar keer ge-update. Is dat ook zo voor biomassa?
Bedankt voor de correctie! Dit is nog de originele versie, en na herlezen zojuist ben ik het 4 jaar later nog aardig eens met mijzelf. 😉