Biokerosine en groen gas uit rioolwater, mest en ander afval

De SciAm over de NREL
De Scientific American Online van 27 juli 2020 had een kort verhaal over research bij het Department of Energy, National Renewable Energy Laboratory (NREL), waar men biokerosine kon maken uit rioolwater, mest en ander dierlijk afval, en voedselresten.
Het triggerde mij omdat ik (met een groep) op het onderwerp synthetische kerosine ben afgestudeerd, en ik daarbinnen verantwoordelijk was voor het deelonderwerp biokerosine. Zie www.bjmgerard.nl/?p=8829

Dit soort onderzoek gebeurt op veel plaatsen in veel vormen. Het op de SciAm gebaseerde verhaal moet gezien worden als een voorbeeld dat specifiek geldig is voor de VS.

Bij de NREL ligt geen hapklare publicatie klaar over dit specifieke onderwerp uit 2020. Waarschijnlijk heeft de journalist een bezoek gebracht en gespreksinformatie gepubliceerd.

In dit type biomassakwesties spelen vaak meerdere strategische lijnen door elkaar heen. Defensie wil minder van buitenlandse olie afhankelijk zijn, gemeentelijke en andere autoriteiten en bedrijven willen van hun afval af en (in dit geval) vliegtuigmaatschappijen willen minder klimaatbelastende kerosine.

De SciAm-journalist (John Fialka) stelde dat de op deze wijze geproduceerde biokerosine 50% CO2 zou besparen. Dat getal is niet onderbouwd, maar het ligt, gezien de context, in een aannemelijke range. Bovendien resulteren zuurstofloze afbraakprocessen in onbewerkt organisch afval vaak in methaanontwikkeling, ook een krachtig broeikasgas. Een goedgeorganiseerde afvalverwerking kan de methaanontwikkeling verminderen.

Waste to Energy biofuel production potential for selected feedstocks in de US
Om de algemene beweringen van de SciAm wat in te kleuren, ben ik op zoek gegaan naar een geschikt artikel. Dat werd “Waste-to-Energy biofuel production potential for selected feedstocks in the conterminous United States” waar o.a. Anelia R. Milbrandt aan meegewerkt heeft, die het het NREL werkt. Het artikel is Open Access en te vinden op https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032117313631 .

Het klimaat speelt in deze publicatie geen rol. Geen cijfers over bespaarde CO2 of methaan, en hoeveel waterstof er nodig was voor de beschreven productie.

Het legt zichzelf de gebruikelijke hierarchieën op in de omgang met afval en brengt daarna de regionale beschikbaarheid in kaart van diverse soorten organisch afval, die hier niet interessant is. Wel de uiteindelijke uitkomst, uitgedrukt in hoeveel % elke afvalsoort afzonderlijk, en alle samen, zouden hebben kunnen leveren van de kerosinevraag in 2016 in de VS (zonder Alaska en Hawai).

Bij elkaar zou men er in principe bijna een kwart van de vraag naar in de VS geleverde vliegtuigkerosine mee kunnen voldoen.
“In principe” omdat het artikel geen economische analyses brengt, en omdat je met sommige soorten afval ook bijvoorbeeld gas kunt maken.

In Europa en in Nederland
Ook in Nederland en Europa voorbeelden van zinvol gebruik van organisch afval.Onderstaand verhaal bestaat uit, kort beschreven, voorbeelden en is zeker niet volledig.

In de RED II – richtlijn van de EU vallen brandstoffen uit deze grondstoffen over de Advanced Fuels, zoals benoemd in Annex  IX A en B. Die tellen voor het duurzame brandstofverbruik dubbel mee.

Sky NRG wil in Delfzijl een fabriek bouwen met de categorie Used Cooking Oil and Animal Fat (UCOAF) als vertrekpunt, dus wat hierboven FOG is.
Neste Oil (met een raffinaderij in Rotterdam) zegt in zijn Sustianability Report 2019 dat het 80% van de grondstoffen uit ‘wastes and residues’ betrekt. Niet meteen duidelijk is wat er in die 20% zit – Neste Oil gebruikt in elk geval, naar eigen zeggen, gecertificeerde palmolie. Waarschijnlijk voor biodiesel – de productie voor de KLM is gebaseerd op UCOAF.

Ook rioolwaterzuiveringen in Nederland (RWZI) doen interessante dingen. Op www.atlasnatuurlijkkapitaal.nl/praktijkvoorbeelden/rwzi valt te lezen over groen gas-productie en groene chemie op bepaalde grondstoffen.
De RWZI van Tilburg bijvoorbeeld heeft zichzelf omgedoopt tot “De Energiefabriek” (zie www.efgf.nl/projecten/energiefabriek-tilburg ). Het rioolslib wordt onder hoge druk en temperatuur voorbewerkt in een CAMBI-installatie (harde celwanden kapot), waarna het beter vergist kan worden. De installatie bedruipt zichzelf energetisch en exporteert zelfs groen gas naar het net. Bovendien wordt fosfaat teruggewonnen.

De CAMBI-installatie van de RWZI van Tilburg

De STOWA (het wetenschappelijk bureau van de waterschappen) experimenteert met superkritische vergassing. Dat levert een hoop waterstof en methaan. Zie www.bjmgerard.nl/?p=7771 .
In theorie zou men van het groene gas biokerosine kunnen maken, maar in deze hoeveelheden loont dat niet.

Ook de omgang met restanten door COSUN Beet Company (vroeger de Suiker Unie) is befaamd (en als voorbeeld gebruikt in het recente SER-advies). Zie www.cosunbeetcompany.nl .

Biomassa afkraken
Er lopen veel mensen rond die kritiekloos alle ‘biomassa’ afkraken. Meestal is dat onzin en vaak is het schadelijke onzin. Daar worden we het voorlopig niet over eens.
Maar de schade zou al beduidend minder zijn als men biomassa niet als containerbegrip zou hanteren, maar het op zou splitsen naar zijn, zeer uiteenlopende, componenten die allemaal hun eigen verhaal hebben. Dan hoeft men tenminste niet het soort afvalbehandelingstechnieke af te kraken zoals hierboven beschreven.

SAS voert vrijwillige betaling voor biokerosine in

De Scandinavian Airlines System (SAS) liet op 18 september 2019 weten dat passagiers op vrijwillige basis extra kunnen betalen voor biobrandstof.
Het persbericht is te vinden op www.sasgroup.net/en/sas-travelers-can-now-buy-biofuel/ . Uitleg voor passagiers op www.flysas.com/en/fly-with-us/travel-extras/biofuel/ .

Wat kun je kopen?
Reizigers kunnen meerkosten voor biobrandstof kopen voor blokken van 20 minuten. Dd de start van het initiatief kostte een blok €10 .
Een blok is goed voor het brandstofverbruik per passagier in die tijd, rekenend op basis van gemiddeldes. De SAS legt het niet helemaal begrijpelijk uit: het is niet duidelijk of de passagier dan de volledige brandstofkosten betaalt, of alleen de biobrandstof(meer)kosten.
De betaling (die je uitvoert als je een vlucht boekt) is niet noodzakelijk gekoppeld aan die specifieke vlucht waarvoor je boekt. Het kan ook zijn dat een ander vliegtuig biokerosine tankt. Voor het gevoel minder leuk, maar macro maakt het natuurlijk niet uit.

De SAS geeft aan geen winst te maken op de ingebrachte meerbedragen.

Wat zijn de ambities van de SAS?
De SAS wil verduurzamen en wil in 2030 zijn CO2 – emissies met 25% teruggebracht hebben, onder andere door in 2030 17% van zijn brandstof uit biokerosine te laten bestaan. (Het verschil in percentages is omdat er meer verduurzamingsmogelijkheden zijn dan alleen biokerosine).
Voor een meer gedetailleerde beschrijving van de ambities van de Nederlandse luchtvaart zie Actieplan Slim en Duurzaam .

Op dit moment is er in de wereld bij lange na niet genoeg biokerosine voor de ambities. De SAS koerst op grootschalige biokerosineproductie binnen Scandinavië.
Omdat biokerosine 3 tot 4 keer zo duur is dan gewone kerosine (afhankelijk van enerzijds techniek en grondstof, en anderzijds de prijs van conventionele kerosine die nogal jojo’t ), kost de biobrandstof meer. De SAS wil dus passagiers de gelegenheid geven bij te dragen aan dekking van dit prijsverschil.

De biobrandstof van de SAS kan vooralsnog (om redenen van motortechniek) tot 50% bijgemengd worden met conventionele kerosine.

Miscanthus, een potentieel gewas als grondstof voor biokerosine.
Door Miya.m – Miya.m’s photo taken in 熊本県産山村, Japan., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=337594

Welke duurzaamheidsgaranties geeft de SAS?
De duurzaamheid van biobrandstof is een omstreden punt, hoewel dat omstrijden niet altijd met evenveel kennis van zaken gebeurt. De luchtvaart heeft de eerste, primitieve stappen in de biobrandstof overgeslagen en is vanaf het begin op hogere duurzaamheidseisen gaan zitten.

Biokerosine kan tot 80% van de CO2 – uitstoot besparen, over de gehele levenscyclus gerekend.

In het persbericht beperkt de SAS zich tot bronnen die niet als voedsel dienen, die de biodiversiteit en de beschikbaarheid van drinkwater niet verminderen, en die weinig bouwland nodig hebben. In praktijk zijn de voornaamste bronnen op dit moment afvaloliën en -vetten.

Uitgebreidere uitleg is elders te vinden. De SAS is lid van de SAFUG (de Sustainable Aviation Fuel Users Group). Deze organisatie heeft zichzelf op basis van onderlinge vrijwilligheid op duurzaamheidseisen vastgelegd. Deze zijn te vinden op http://www.safug.org/ onder “Our pledge”.

Een uitgebreider verhaal over biokerosine, en ook over de voordelen daravan voor de luchtkwaliteit rond luchthavens, is te vinden op ‘Afstudeerscriptie synthetische kerosine‘.

Hernieuwbare kerosine: wat je er wel en niet van moet verwachten

Inleiding – twee doelen: klimaat en luchtvervuiling
Het Beraad Vlieghinder Moet Minder (BVM2) zet in op synthetische kerosine in de verwachting dat die bij de verbranding veel minder luchtvervuiling met zich meebrengt.

In elk geval is dat voor synthetische brandstof die uit aardgas gemaakt wordt aannemelijk (afbeelding linksonder). Maar die is niet duurzaam en of de synthetische variant meer of minder duurzaam is dan de fossiele, valt niet meteen te zeggen.

Daarnaast zet BVM2 in op 7,5% minder CO2 in 2030 dan in 2020. Zuiniger motoren kunnen helpen, maar misschien ook weer synthetische brandstof, maar dan niet uit aardgas gemaakt. Wat die klimaatvriendelijke synthetische brandstof met de luchtvervuiling doet, staat niet a priori vast.

Maar dat kon wel eens meevallen.
Neste Oil, op dit gebied de grootste onderneming, heeft in elk geval een zwavel- en aromatenvrije dieselolie in de aanbieding (www.neste.nl/voor-klanten/hierneuwbare-producten/nexbtl-hernieuwbare-diesel/voordelen-van-nexbtl-hernieuwbare-diesel ).
Naar eigen zeggen is hun Renewable Jet Fuel aromatenvrij en zwavelarmer (zie www.nordicenergy.org/wp-content/uploads/2016/09/Neste-Renewable-Jet-Fuel-Virpi-Kroger.pdf ).
Het gaat hier om reclameuitingen van Neste Oil zelf, die mogelijk waar zijn.

BVM2 blijft verder over dit onderwerp nadenken.

Een vorm van synthetische kerosine is biokerosine.

De discussie over biokerosine beweegt zich tussen twee extreme karikaturen.

De ene karikatuur is die van de KLM, die doet alsof men op afgewerkt fritesvet de wereld kan veroveren (fritesvet en -olie bevatten geen zwavel, geen benzeen en aanverwant en wel lineaire onverzadigde verbindingen, dus je zou verwachten dat je weinig ultrafijn stof hebt en een gematigde roetproductie – maar dat is met de natte vinger. Dat soort zaken hoopt BVM2 nog ut te zoeken).
De in de ICAO verenigde luchtvaartwereld hoopt met biokerosine een deel van het klimaatprobleem op te lossen (afbeelding rechtsboven, het bruine deel).

De andere karikatuur is die van de milieuwereld, die alleen maar over illegaal gekapte oerwouden begint vol met zielige orang oetans. Nu staat vast dat je niet illegaal bos moet kappen voor palmolie, maar lang niet alle palmolie is illegaal en bovendien speelt palmolie maar een ondergeschikte rol bij biobrandstof.

Herkomst van RJF van Neste Oil naar eigen zeggen     (zie www.nordicenergy.org/wp-content/uploads/2016/09/Neste-Renewable-Jet-Fuel-Virpi-Kroger.pdf )

Wat moet je nou als je bij de extremen weg wilt blijven en als je gewoon zakelijk naar de cijfers wilt kijken? Dan moet je het artikel lezen “Renewable jet fuel supply (RJF) scenario’s in the EUin 2012-2030 in the context of proposed biofuel policy and competing biomass demand”, Dat staat in GCB Bioenergy van Wiley van mei 2018. Het is open access en te downloaden op https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcbb.12525 . De eerste auteur is Sierk de Jong en daarnaast doen er nog een stel andere bekende Nederlandse geleerden aan mee.
Het verhaal gaat alleen over klimaat en niet over luchtkwaliteit.

Het onderzoek van Sierk de Jong e.a.
Het onderzoek gaat uit van kaders:

  • Het onderzoek gaat over de EU.
    Het overgrote deel van de biomassa wordt in de EU geteeld en een klein deel wordt geïmporteerd.

De kerosinevraag is die van de EU.

Biomass supply in the EU, incl import (de bovenste drie hokjes)

‘Primair” betekent zoiets als bruto. Bij omzettingen ontstaan verliezen en wat er dan overblijft is netto (“final”).
Import speelt sowieso slechts een bescheiden rol.

  • De EU-richtlijn RED-II is maatstaf. Die ligt bij de Europese Commissie, maar nog niet bij het Europees Parlement. RED-II moet RED-I gaan opvolgen. RED-II is ambitieuzer t.a.v. duurzame energie, maar voorzichtiger t.a.v. biomassa die voedsel beconcurreert of anderszins van dubieuwe herkomst is.
  • Het rapport rekent aan non-food bronnen (UCOAF = Used Cooking Oil and Animal Fat), dus de categorie fritesvet.

RED-eisen

  • Gevolgd wordt het RESolve-Biomass model van ECN , dat alle biomassavraag en -aanbod met elkaar in verband brengt en oordeelt op basis van prijs.
  • Er is een High- en Low-aanbod scenario, en idem vraag. Daar horen precieze omschrijvingen bij, maar dat voert hier te ver.

  • Er zijn een paar technieken van belang om Renewable Jet Fuel (RJF) te maken. Onderstaande tabel geeft dat deel van een groter assortiment aan fabricagewijzen weer, dat specifiek in RJF resulteert (welke erg veel op dieselolie lijkt).

De laatste kolom betekent dat driekwart of meer van de CO2 – emissie weer teruggevangen wordt. Een vlucht die CO2 uitzendt, horend bij 200GJ brandstof, vangt daar CO2 voor terug, horend bij bijv. 160GJ brandstof.

  • Het onderzoek rekent met de volgende prijzen van fossiele brandstof

    Gehanteerde prijzen van fossiele brandstof

Op deze wijze zijn alle begincondities in de week gezet. Het lijkt allemaal veel preciezer dan het werkelijk is, en het rapport doet geen moeite om alle onzekerheden te verbergen.

En wat komt er nou uit? Op het volgende plaatje;

Afhankelijk van het scenario komt het verhaal er op uit, dat de EU

  • In 2021 nagenoeg niets levert
  • In 2025 ergens rond de 25PJ RJF kan produceren
  • In 2030 rond de 210PJ RJF kan leveren +- 50 (hierboven links)
  • Hernieuwbare vliegtuigbrandstof deel uitmaakt van een groter pakket, waarin ook scheepvaart en wegverkeer zitten
  • Als de luchtvaartsector zelf zou opdraaien voor de meerkosten van RJF, zou dat per vertrekkende passagier €1,00 tot €1,40 extra kosten op een vlucht binnen de EU (dat is us alleen vanwege de RJF, niet vanwege andere oorzaken van prijsverhoging)

Hoe plaats je dit in context?
Aan  losse getallen heeft men weinig. Ze moeten ter vergelijking ergens tegen afgezet worden.
Daarbij is het van belang welke vraag men stelt.

  • Nederland verbruikte in 2016 ongeveer 165PJ voor de grensoverschrijdende luchtvaart.
    Overigens telt dit niet mee voor het Nederlandse energiebudget, dat (zonder lucht- en scheepvaart) primair ongeveer 3200PJ bedraagt.
    De Europese productie van RJF op non-food basis is dus wat meer dan de Nederlandse vraag.
  • De EU verbruikte in 2015 ongeveer 2100PJ aan vliegtuigbrandstof en dat zal, naar verwachting, in 2030 ongeveer 2800 a 2900PJ zijn. Europese RJF vangt dus slechts een beperkt deel van de Europese groei op en vangt 6 tot 9% van de totale Europese vraag naar vliegtuigbrandstof op. Onbelemmerde groei kan niet met fritesvet en houtsnippers beargumenteerd worden.
  • Alle vormen van non-food biofuel samen zijn goed voor ca 300 tot 600PJ op een Europese energiebegroting die in 2016 ongeveer 32000PJ was. Dat is dus 1 a 2% van de totale energiebegroting
  • Alle vormen van biomassa samen (er is veel meer biomassa die voor andere zaken als biofuel gebruikt wordt) zijn, zonder import, zijn in principe goed voor zo’n 11000 tot 14000PJ. De totale categorie biomassa kan dus een flink deel van de totale primaire energievraag afdekken.
  • Vroeg of laat komen er electrofuels. Nu is dat nog laboratoriumtechniek. Hoeveel PJ daaruit te halen valt, moet blijken.

Verantwoorde Europese RJF kan dus slechts in beperkte mate de klimaateffecten van het Europese vliegen opvangen. Dat is op zich geen diskwalificatie, want geen enkele techniek kan op zijn eentje het hele klimaatprobleem oplossen. Het zal blijken dat elke oplossing een mozaiek is van een heleboel deel-oplossingen.

Wat kan men politiek en bestuurlijk het beste doen met Renewable Jet Fuel?
Als die RJF, al dan niet na een daarop gerichte tussenbewerking bij de fabricage, schoon verbrandt (wat een bedrijf als Neste Oil van zichzelf beweert), zou men hem politiek kunnen toedelen aan drukke luchthavens in zwaar belaste stedelijke gebieden.
Daar zou de RJF, naast een bescheiden ondersteuning van de lokale klimaatambities, ook de lokale luchtkwaliteit verbeteren.

Met Schiphol, Eindhoven en Rotterdam zou men een goede start maken.