Biomass

Van fossiele naar groene brandstoffen

Klimaatneutrale landbouw- en voedselproductie

Met energiegewassen kan een boer op marginale gronden toch een inkomen genereren. Video: Shutterstock

Geschatte leestijd: 13 minuten

Om de Europese klimaatdoelen te bereiken, is het belangrijk de overstap te maken van fossiele grondstoffen naar hernieuwbare grondstoffen, zoals biomassa. Onderzoekers van Wageningen University & Research zoeken daarom met Europese collega’s op verschillende manieren naar mogelijkheden om een meer biobased economie te realiseren.

“Er is heel snel actie nodig om de opwarming van de aarde binnen de perken te houden, zoals afgesproken in het Klimaatakkoord van Parijs”, zegt Berien Elbersen, senioronderzoeker Landgebruiksveranderingen en milieu bij Wageningen University & Research. “Dit kan onder meer door de uitstoot van CO₂ terug te dringen, bijvoorbeeld door het gebruik van fossiele brandstoffen – zoals steenkool, olie en gas – in de transportsector te verminderen.”

Echt milieuvriendelijke alternatieven voor grootverbruikers van fossiele brandstoffen in die sector – zoals vliegtuigen en grote zeeschepen – zijn elektrificering en duurzaam opgewekte groene waterstof. Daar wordt momenteel aan gewerkt, maar helaas zijn deze opties de komende twintig tot dertig jaar nog onvoldoende ontwikkeld om de CO₂ uitstoot snel te beperken. Daarom moeten we in de tussentijd op zoek naar een andere oplossing, aldus Elbersen. “Als we de komende tijd de brandstoffen voor het luchtverkeer en de zogenoemde bunkerbrandstoffen voor de internationale zware scheepvaart vervangen door groene grondstoffen, kunnen we daarmee als het ware tijd kopen om de opwarming van de aarde te vertragen.”

Diverse projecten

Samen met haar Wageningse collega's van Wageningen Environmental Research, Wageningen Plant Research en Wageningen Food & Biobased Research werkt Elbersen mee aan diverse Europese projecten gericht op de transitie naar een meer biobased en circulaire economie. Wageningen bezit veel expertise op dit terrein.

Een van die projecten is BECOOL, gericht op de ontwikkeling van de zogenoemde tweede generatie biotransportbrandstoffen. De naam BECOOL is een acroniem voor BRAZIL-EU Cooperation for Development of Advanced Lignocellulosic Biofuels. Het Europese project heeft een tweelingproject in Brazilië onder de naam BioVALUE. Beide projecten hebben dezelfde doelstelling, namelijk efficiënter gebruik van biomassa voor transport.

Je kunt op marginale gronden biomassa telen voor biobrandstoffen of andere biomaterialen

De scheep- en luchtvaart zijn grootverbruikers van fossiele brandstoffen. Foto: Shutterstock

“De eerste generatie biobrandstoffen maakt gebruik van suikers en olie uit gewassen die ook voor voedsel kunnen worden gebruikt”, legt Elbersen uit. “Als de biomassaproductie met de voedselproductie grootschalig gaat concurreren, ontstaan allerlei ongewenste indirecte landgebruikseffecten. Voedselprijzen kunnen omhoog schieten, of de teelt van voedselgewassen verschuift naar nieuw te ontginnen gronden en marginale gronden, terwijl de beste gronden dan voor de meer lucratieve biomassaproductie worden ingezet. Ook worden er dan nieuwe bossen gekapt, wat ook weer slecht is voor het klimaat. Daarom willen we van die eerste generatie biobrandstoffen af.”

Tweede generatie

In de zoektocht naar de tweede generatie biobrandstoffen gebruikt men in dit BECOOL project suikers en oliën, bereid uit lignocellulose. Het betreft gewassen die niet voor consumptie zijn geschikt, zoals olifantsgras, of houtige gewassen, naast reststromen, zoals tarwe- of maïsstro. Energiegewassen wortelen vaak dieper en zijn daardoor beter bestand tegen droogte. Ze kunnen groeien op minder geschikte, marginale gronden. Dat zijn gronden die van nature minder vruchtbaar zijn, bijvoorbeeld omdat ze verzilt zijn, minder water vasthouden, moeilijk doorwortelbaar zijn of gevoelig voor erosie. Met energiegewassen kan een boer op deze gronden toch een inkomen genereren.

Voorbeelden van gewassen voor tweede generatie biobrandstoffen zijn soorten die van nature al op savannen en prairies groeien, zoals olifantsgras, switchgrass (vingergras), giant reed en reed canary grass. Ook wilg en populier zijn geschikt, mits het terrein niet te droog is, of sorghum dat ook als een extra gewas aan de bestaande rotatie kan worden toegevoegd.

BECOOL is een onderzoeks- en innovatieproject en een samenwerking tussen de EU en Brazilië bij de ontwikkeling van geavanceerde biobrandstoffen uit duurzame landbouwwaardeketens, op basis van lignocellulosehoudende biomassa.

Elbersen: “De markt voor voedselgewassen is sterk ontwikkeld en de voedselprijzen worden op de wereldmarkt bepaald. Als een boer op marginale gronden geen voedsel voor die prijs kan telen, dan doet hij het niet omdat het simpelweg niet loont. Bovendien gelden voor voedselgewassen hoge kwaliteitseisen. Aardappels of suikerbieten geteeld op grond die slecht water vasthoudt, of een geringe bodemvruchtbaarheid heeft, brengen weinig op en hebben onvoldoende kwaliteit om in de voedselmarkt geaccepteerd te worden. Maar je kunt op die gronden wel biomassa telen voor andere toepassingen, zoals biobrandstoffen of andere biomaterialen.”

Duurzame intensivering

Een interessante benadering hierbij is wat de onderzoekers duurzame intensivering noemen: meer biomassa produceren op hetzelfde stuk land. Als het groeiseizoen lang genoeg is, kan men een extra gewas aan de bestaande rotatie toevoegen. Zo wordt tot nog toe op de Italiaanse Povlakte het graan al vroeg geoogst en de rest van de zomer ligt het land braak. Dat is eigenlijk zonde. Elbersen: “Men zou na het graan nog sorghum of hennep als biomassagewas kunnen verbouwen.”

Ook onderzoeken de Wageningse en Braziliaanse wetenschappers mogelijkheden om oogstresten die op het land achterblijven als reststromen te verwaarden. Boeren kunnen oogstresten onderploegen om de bodemvruchtbaarheid te verhogen, maar te veel resten achterlaten is soms juist nadelig voor de bodem en waterkwaliteit, of zal niet altijd leiden tot een toename van koolstof in de bodem. In deze situatie kan men de resten beter weghalen en nuttig gebruiken.

In Brazilië wordt meer bio-ethanol geproduceerd als de vraag naar suiker lager is. De logistiek is heel efficiënt omdat suikerriet vaak op grote plantages wordt verbouwd. Foto: Shutterstock

Een nieuw type oogstmachine kan bijvoorbeeld suikerbieten met het loof oogsten en dan ter plekke scheiden. Met innovatieve technieken werkt men de oogstresten op tot waardevolle halfproducten die dan weer verder kunnen worden omgezet naar biomaterialen of vloeibare biobrandstoffen voor de transportsector. “Als we onze reststromen efficiënt gebruiken, dan ontstaan veel minder indirecte effecten op bijvoorbeeld landgebruik of biodiversiteit”, zegt Elbersen.

Logistieke uitdagingen

Er zijn grote logistieke uitdagingen in de biobrandstofproductieketen om het technisch en economisch haalbaar te maken. Logistieke modellering en het integraal doorrekenen van de waardeketen zijn typische Wageningse specialismen. Elbersen: “De energiedichtheid van biomassa is laag. Je moet heel veel biomassa bij elkaar brengen om het efficiënt te kunnen verwaarden, dus heb je veel transport nodig om de biomassa uit grote gebieden te verzamelen en dat vergt ook brandstof.” BECOOL werkt aan een tweetrapsbenadering, waarbij men uit de ruwe biomassa eerst op regionale schaal pyrolyseolie maakt als tussenproduct. Die pyrolyseolie kan men gemakkelijk in grote tankwagens transporteren naar een centrale fabriek, waar de olie wordt vergast en vervolgens wordt omgezet in biodiesel.

Volgens Elbersen bezit Wageningen veel kennis in alle fasen van de keten, zowel over de productie van de gewassen als over de samenstelling, de optimale circulaire toepassing, de verwerkingsinstallaties en de logistieke processen. Daarom is het ook interessant om de situatie in Europa en Brazilië te vergelijken.

Het Europese landbouwbeleid zou vooral moeten sturen op duurzaam landgebruik

Sorghum is een voorbeeld van een gewas voor tweede generatie biobrandstoffen die van nature al goed groeit, en als gewas aan de bestaande roulatie kan worden toegevoegd. Foto: Shutterstock

Bert Annevelink van Wageningen Food & Biobased Research werkt met modellen die optimale inrichting van de logistieke keten ondersteunen en vergelijkt die met de Braziliaanse modellen. Annevelink: “Interessant is dat de Brazilianen hun auto-industrie meteen hebben meegenomen in de energietransitie. Auto's kunnen in Brazilië zowel op bio-ethanol als op fossiele brandstof rijden. Ook de suikerverwerkende industrieën zijn hybride, zij produceren meer bio-ethanol als de vraag naar suiker lager is. De Braziliaanse logistiek is heel efficiënt, omdat suikerriet vaak op grote, aaneengesloten plantages wordt verbouwd.”

Marginale en vervuilde gronden

Berien Elbersen werkt ook mee aan het Europese project MAGIC, gericht op teelt van industriële gewassen op marginale gronden in Europa. Ze kijkt samen met andere Europese onderzoekers waar in Europa de marginale gronden liggen, waar landverlating plaatsvindt en met welke methode men de duurzaamheid van verschillende ketens het beste kan beoordelen. Wageningse plantenveredelaars selecteren daarvoor de meest geschikte energiegewassen voor biomassaproductie. Niet alleen de vrucht van de plant, maar ook stelen en bladeren moeten geschikt zijn voor nieuwe toepassingen. Men zoekt bijvoorbeeld naar droogte- of zouttolerante variëteiten of een interessante samenstelling van de oliën.

Naast de productie van biomassa op marginale gronden, onderzoekt Elbersen de mogelijkheden voor biomassaproductie op vervuilde gronden. Dit gebeurt in het Europese project GOLD. Samen met Paul Romkens en andere collega's van Wageningen Environmental Research kijkt Elbersen of het mogelijk is om op vervuilde gronden biomassa te produceren en of deze gronden schoongemaakt kunnen worden of te stabiliseren zijn – doordat de gewassen de vervuiling opnemen of uitspoeling daarvan tegengaan. “Bijvoorbeeld op voormalige vuilnisbelten en in oude mijngebieden”, zegt Elbersen. “In het project onderzoeken we met alle partners in het laboratorium én op locatie welke planten geschikt zijn voor welke mate van vervuiling en hoe je ze kunt omzetten in biotransportbrandstoffen. Overleeft de plant? Hoe hard groeit hij? Hoeveel vervuiling neemt hij op? Wat doe je met de vervuiling die je tijdens de conversie in biobrandstof uit de biomassa haalt? Wageningen brengt de vervuilde gronden in kaart en rekent het potentieel voor biobrandstofproductie op Europees niveau door. Daarbij wordt ook onderzocht hoe de vervuiling zich in het gewas concentreert en hoe dit zich vertaalt in de effectiviteit van de bio-remediëring.”

Wet- en regelgeving

In het Europese project BIKE worden milieuaspecten, sociale en economische duurzaamheid van allerlei biomassaketens onderzocht. Er wordt gekeken naar vigerend beleid en bestaande wet- en regelgeving om beleidsmakers te ondersteunen bij het uitstippelen van nieuw beleid voor de inzet van biomassa. Het verwaarden van de reststromen is daarbij cruciaal.

Ook gebeurt veel onderzoek naar de conversieprocessen (omzetting van de gewassen in nieuwe producten), maar ook de marktontwikkeling krijgt veel aandacht. Oogstresten zijn er genoeg in Europa, maar schommelingen in opbrengst, beschikbaarheid ook in relatie tot duurzaam bodembeheer en prijs kunnen de opkomst van biobrandstof- en biochemiefabrieken frustreren. Volgens Elbersen is er sprake van een kip-ei probleem. “Europese boeren produceren nog weinig energiegewassen en oogsten vaak weinig of geen primaire reststromen bij gebrek aan een afzetmarkt. Anderzijds komen biobrandstof en biochemische fabrieken moeizaam van de grond bij gebrek aan geconcentreerd aanbod van biomassa.”

Sturende rol

Het is volgens Elbersen cruciaal dat overheden een duidelijke, sturende rol gaan vervullen om biobrandstof tot serieus alternatief voor fossiele brandstoffen te maken. “Het Europese landbouwbeleid zou niet alleen moeten sturen op voedselproductie, maar vooral op duurzaam landgebruik en het respecteren van de biodiversiteit.”

Idealiter worden geen goede landbouwgronden voor bio-energieproductie ingezet, tenzij het gaat om duurzame intensivering waarbij de productie van biomassa voor voedsel en niet-voedsel wordt gecombineerd. “Bij marginale grond kunnen we dus veel win-wins creëren als we voortaan vooral sturen op duurzaam landgebruik. Vanwege de lage economische opbrengsten van voedselgewassen op deze gronden is concurrentie met voedselproductie minder relevant, en maakt het dan niet uit of het geoogste product wordt ingezet voor voedsel of voor bioproducten, zoals biotransportbrandstoffen. De biomassaproductie is nog niet optimaal, maar we moeten alle zeilen bijzetten om het klimaat te redden. We kunnen het ons niet veroorloven om stil te staan.”

Europese onderzoekscontext

BECOOL, MAGIC, GOLD en BIKE dragen bij aan de volgende Europese beleidsuitdaging: Duurzame opties voor biogrondstoffenvoorziening voor transport en materialen in de transitie naar een circulaire bioeconomie

BRAZIL-EU Cooperation for Development of Advanced Lignocellulosic Biofuels (BECOOL): een Europees-Braziliaans samenwerkingsprogramma voor ontwikkeling van een biobrandstofketen uit duurzame agrarische bronnen

Marginal lands for Growing Industrial Crops (MAGIC): ontwikkelt resource-efficiënte en economisch rendabele industriële gewassen, geteeld op marginale gronden in Europa

Bridging the gap between phytoremediation solutions on Growing energy crOps on contaminated LanDs and clean biofuel production (GOLD): werkt aan productie van schone biobrandstoffen met een lage indirecte verandering in landgebruik

Biofuels production at low ILUC risK for European sustainable bioeconomy (BIKE): levert bewijs voor het marktpotentieel van waardeketens met een laag indirect landgebruikrisico voor biomassa en daarvan gemaakte biotransportbrandstoffen in Europa

Betrokken groepen vanuit Wageningen University & Research: Wageningen Environmental Research, Wageningen Plant Research, Wageningen Food & Biobased Research

Betrokken Europese en andere landen: Duitsland, Finland, Frankrijk, Griekenland, Hongarije, Italië, Letland, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje en Verenigd Koninkrijk

BECOOL heeft een speciale samenwerking met Braziliaanse partners. GOLD heeft partners uit Canada, China en India. MAGIC werkt samen met partners uit Oekraïne.

Looptijd: BECOOL: 2017 – 2022 MAGIC: 2017 – 2021 GOLD: 2021 – 2025 BIKE: 2020 – 2023

Meer informatie: BECOOL PROJECT – Brazil-EU Cooperation for development of advanced lignocellulosic biofuels Magic – Marginal Lands for Growing Industrial Crops (magic-h2020.eu) Gold-H2020 BIKE-Biofuels Project

Deel dit verhaal