Gas geven voor biobrandstoffen
24 Aug 2020
De wereldwijd stijgende brandstofbehoefte en tegelijkertijd het toenemende belang van milieurelevante KPI's, alsook de concurrentie tussen vele regio's om afzetmarkten voor landbouwproducten, zijn belangrijke drijfveren voor het succes van de biobrandstofsector. Met allermodernste technologieën zorgt GEA voor de optimale benutting van deze waardevolle hulpbronnen. Ook houdt zij zich al bezig met biobrandstoffen van de volgende generatie.
In hun vooruitblik op de landbouw vanaf 2019, gaan de OESO (Organisatie voor Economische Samenwerking en Ontwikkeling) en de FAO (Voedsel- en Landbouworganisatie van de Verenigde Naties) ervan uit dat de biobrandstoffenmarkt in de toekomst steeds sterker zal worden gevormd door nationaal en regionaal beleid. Dit heeft aan de ene kant te doen met de verschillende strategieën die landen hanteren om minder fossiele brandstoffen te gebruiken, terwijl aan de andere kant telers van grondstoffen zekerheid moeten hebben omtrent hun afzetmarkten. Veel biobrandstof wordt geproduceerd in de VS en de EU, maar verwacht wordt dat in de toekomst een grotere groei in deze sector zal plaatsvinden in landen buiten deze regio's.
Wij spraken met Barbara Harten, Application Manager, Renewables, enEckard Maedebach, Product Manager Distillation, beide werkzaam bij GEA, over deze groeiende industrie en over de manier waarop GEA de verwerkende industrie ondersteunt met efficiënte mechanische en thermische oplossingen.
Wat zijn biobrandstoffen en waar zijn ze van gemaakt?
BH:Biobrandstoffen bestaan geheel of gedeeltelijk uit plantaardige materialen of dierlijke vetten. Aangezien dit regeneratieve grondstoffen zijn, gelden ze over het algemeen als hernieuwbare hulpbronnen. Om ze geschikt te maken voor bestaande motoren worden de meeste biobrandstoffen in een bepaald percentage bijgemengd in benzine of diesel op basis van fossiele brandstof. Traditionele brandstoffen, ook wel brandstoffen van de eerste generatie genoemd, zijn gemaakt van verse of als voedingsmiddel bruikbare grondstoffen, bijvoorbeeld oliën en vetten, en worden al meer dan 30 jaar gebruikt. Innovatieve biobrandstoffen, van de tweede generatie, zijn gemaakt van niet-eetbare grondstoffen, waaronder dierlijke vetten, gebruikte spijsolie en suikerhoudende reststoffen. Dit heeft tot doel om het gebruik van grondstoffen die benut zouden kunnen worden voor menselijke voeding zoveel mogelijk te beperken.
Typische biobrandstoffen zijn:
- bioethanol
- biodiesel
- biogas
- biobutanol
Bioethanol wordt vervaardigd door fermentatie van plantaardige suikers en zetmeel en is een vervanger van benzine. Volgens de vooruitblik op de landbouw van de OESO en FAO vanaf 2019, wordt ongeveer 60 procent van de bioethanol geproduceerd uit mais, 25 procent uit suikerriet, 7 procent uit melasse, 4 procent uit tarwe, en het resterende percentage uit andere granen, cassave of suikerbieten. Biodiesel daarentegen komt voort uit een chemische reactie tussen (plantaardige of dierlijke) vetten en alcohol, en bestaat voor een groot deel, ongeveer 77 procent, uit plantaardige oliën: 30 procent soja-olie, 25 procent palmolie, 18 procent raapolie (canola), en ongeveer 22 procent oude spijsolie.
De productie van biogas vindt plaats door fermentatie van organische stoffen in afwezigheid van zuurstof, bekend als anaerobe vergisting. Potentiële organische materialen die in dit proces kunnen worden gebruikt zijn papier, hout, sommige kunststoffen, gedroogde bladeren, mest en stedelijk afval. Biogas brandt gemakkelijk en veroorzaakt weinig vervuiling. Het kan worden ingezet om groene elektriciteit te produceren. In gecomprimeerde vorm kan het ook worden gebruikt om voertuigen aan te drijven. In zuivere vorm kan biobutanol rechtstreeks worden gebruikt als vervanging voor benzine. Biobutanol wordt geproduceerd door fermentatie met bacteriën en algen. Grootschalig gebruik ervan wordt echter in de weg gestaan door de hoge productiekosten.
Zijn er nog andere voordelen van biobrandstoffen ten opzichte van fossiele brandstoffen, behalve dat ze afkomstig zijn van hernieuwbare bronnen?
EM:Als het lukt om de CO2-footprint van de productie tot en met het verbruik ("well to wheel") laag te houden, stoten biobrandstoffen minder CO2 uit en hebben ze energiedichtheden die in de buurt liggen van die van fossiele brandstoffen. En afhankelijk van het type, bevatten biobrandstoffen minder of zelfs helemaal geen zwavelverbindingen. Omdat ze gemaakt zijn van hernieuwbare materialen, worden biobrandstoffen vaak meegeteld in targets voor het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen en daarom vaker gesubsidieerd. Dit verklaart hun aantrekkelijkheid voor de transportsector en het toenemende gebruik in het luchtverkeer en de scheepvaart. Biodiesel wordt gezien als een schoon verbrandende vervanging voor diesel en kan zonder technische aanpassingen worden gebruikt als bijmenging in dieselmotoren; in aangepaste motoren kan 100% biodiesel worden gebruikt. Bioethanol in de vorm van watervrije ethanol (99,8 percent vol.) kan zonder motoraanpassing als percentage worden bijgemengd, gewoonlijk tot 10 of 15 procent. In de vorm van hooggeconcentreerde alcohol (95-96 procent vol.) kan bioethanol in flex-fuel-motoren het benzineaandeel vervangen in een mate van 0-85 procent, zoals in Brazilië gebruikelijk is.
BH: Plantaardige grondstoffen absorberen tijdens hun groei natuurlijk kooldioxide uit de lucht. Een andere factor die in aanmerking moet worden genomen zijn de bij- of nevenproducten die ontstaan bij de productie van biobrandstoffen. Zo ontstaat bij de productie van biodiesel glycerol of glycerine, dat kan worden gebruikt in meststoffen en in diervoeder – en na verdere zuivering in voedingsmiddelen, farmaceutica en cosmetica. Als biodiesel wordt geproduceerd uit koolzaad (canola), ontstaat er bij het proces koolzaadschroot ; als er sojabonen worden gebruikt, ontstaat er sojaschroot. Beide bevatten hoogwaardige mineralen en eiwit en worden daarom toegevoegd aan vee-, gevogelte- en visvoer.
EM:Op vergelijkbare wijze ontstaan bij de productie van ethanol uit mais en granen grote hoeveelheden spoeling die kunnen worden gebruikt in diervoeder, bij voorkeur als gedroogde spoeling met oplosmiddelen (DDGS - dried distillers grains with solubles). Verder kan deze biomassa als bron voor hernieuwbare brandstof ook worden gebruikt voor de productie van elektriciteit en hitte voor dit proces, of voor de omzetting in biomethaan voor gebruik als brandstof.
Fabrikanten én consumenten zoeken alternatieven voor glycerine die gemaakt is uit minerale oliën. Hier is een rol weggelegd voor biodiesel: bij de productie ervan ontstaat groene glycerine als nevenproduct, dat precies deze wens vervult en perfect geschikt is voor de creatie van huishoudelijke en persoonlijke verzorgingsproducten.” – Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
– Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
GEA kan bogen op vele jaren ervaring in de productie en verwerking van biobrandstoffen. Welke oplossingen biedt GEA de fabrikanten in deze industrie?
EM: Voor de productie van bioethanol biedt GEA sleuteltechnologieën en -oplossingen, die alle belangrijke aspecten van het kernproces dekken. Hiertoe behoren: verwerking en maischen van grondstoffen, vloeibaarmaking, sacharificatie, fermentatie, distillatie, dehydratie. Bovendien bieden we decanters , drogers en verdampers voor het scheiden en drogen van DDGS, plus condensaatrecycling/polishing-concepten om afvalstromen zoveel mogelijk te reduceren en proceswater te sparen. GEA's competentie op dit gebied ligt in de bouw van grote bioethanolinstallaties over de hele wereld, waarvan sommige zelfs met een capaciteit van 500.000 liter per dag. Onze oplossingen optimaliseren het energieverbruik door benutte thermische energie opnieuw te gebruiken of ook door de toepassing van gepatenteerde warmtepompconcepten met mechanische damprecompressie.
BH:Tot onze mogelijkheden behoort ook de omzetting van oliën en vetten inbiodiesel alsook de voorbehandeling om ruwe grondstoffen te zuiveren. Verder biedt GEA oplossingen voor zeepsplitsing door middel van scheiding, terugwinning van methanol en verdamping van water voor de isolatie van glycerol, dat aansluitend doorverkocht of opnieuw gebruikt kan worden in de installaties.
De GEA RSE- en RSI-separatoren zijn bedoeld voor ontgomming, neutralisatie en ontwassing van plantaardige en dierlijke oliën en vetten. Zo kan hoogwaardige olie voor de productie van biodiesel worden gewonnen, waaronder innovatieve biobrandstoffen als HVO.
Onze proceslijnen voor voorbehandeling, waartoe onze wereldbefaamde GEA RSE- en RSI-separatoren behoren, ondersteunen chemische en fysische raffinageprocessen. Deze zijn geschikt voor het volgende:
- eliminatie van was, waardoor biodiesel stabieler wordt bij lage temperaturen
- verwijdering van vuil om de glycerinekwaliteit te verbeteren
- verwijdering van gom die het thermische glycerineproces vervuilt
- verwijdering van vrije vetzuren, waardoor het MONG-aandeel (Matter Organic Non - Glycerin = Materie niet-organische glycerine) gereduceerd wordt
- eliminatie van fosfaten uit het afvalwater, wat zorgt voor lagere afvoerkosten
Bij de productie va bioethanol zorgen GEA decanters voor de voorbereiding van spoeling voor een hoog percentage aan droge stof (tot 35 procent). Dit reduceert de droogkosten en minimaliseert verontreinigingen. Wanneer de spoeling na toevoeging van gist wordt gedroogd, ontstaat als nevenproduct het eiwitrijke DDGS dat kan worden gebruikt voor diervoeder.
GEA heeft een patent voor het alcoholneutralisatieproces dat wordt toegepast tijdens de voorbehandeling die voorafgaat aan de eigenlijke productie van biodiesel. Bovendien is er een ander patent aangevraagd, en wel voor een proces waarmee monoglyceriden en het verbruik van katalysatoren wordt gereduceerd (besparing van <0,30 gewichtsprocent katalysator) bij de productie van biodiesel, wat resulteert in lagere verwerkingskosten. Onze portfolio en knowhow in zowel de productie van biodiesel als bioethanol houdt in dat we in staat zijn om de installatie van complete proceslijnen voor onze klanten af te wikkelen. Indien nodig onderhouden wij contact met derden om te verzekeren dat de inbedrijfstelling efficiënt en volgens schema verloopt.
Er wordt veel over gediscussieerd dat voor consumptie geschikte grondstoffen bijdragen aan een gewijzigde benutting van de bodem, en resources onttrekken aan de voeding voor een groeiende wereldbevolking. Hoe ver is de industrie in de ontwikkeling van innovatieve biobrandstoffen en in welke mate vervult GEA een ondersteunende rol op dit gebied?
BH:Deze discussie loopt nog steeds, en natuurlijk moeten we rekening houden met de hele waardeketen, dus ook de input bij het verbouwen van grondstoffen voor biobrandstoffen. Ook mogen we het transport, de verwerking enz. niet buiten beschouwing laten. De ontwikkeling van innovatieve biobrandstoffen uit door de mens veroorzaakt afval of dierlijke resten en plantaardige droge massa is in verschillende markten met succes opgeschaald. In Finland bijvoorbeeld, een land zonder gas- of oliebronnen, worden op hout gebaseerde producten en bosbiomassa gebruikt om duurzame innovatieve biobrandstoffen te produceren. Het volledige energieaandeel van innovatieve biobrandstoffen in het wegtransport zou in 2030 10 procent moeten bedragen. Bovendien worden deze brandstoffen in Finland gebruikt om duurzamere kunststoffen en kleefstoffen te vervaardigen die de ecologische voetafdruk van hun verpakkings- en bouwmaterialen verbeteren.
Bij GEA zien we dat een groeiend aantal klanten, vooral in de EU en de VS, "hernieuwbare diesel" ofHVO (waterstofbehandelde plantaardige olie) uit dierlijke vetten en gebruikte spijsolie produceert. HVO werd geïntroduceerd in 2005, toen het nog uitsluitend werd gemaakt van palmolie. Nu ligt de focus op minder hoogwaardige grondstoffen waardoor het eindproduct kan worden ingedeeld in de categorie van innovatieve biobrandstoffen. Waterstofbehandelde plantaardige olie is vrij van aroma's, zuurstof en zwavel. Verder heeft het hoge cetaangetallen, wat resulteert in lagere stikstofemissies, een betere opslagstabiliteit en verbeterde vloeibaarheid bij kou. Met deze eigenschappen is het geschikt voor zo ongeveer alle dieselmotoren.
HVO kan worden gebruikt als zuivere brandstof in wagenparken (bv. stadsbussen, mijnbouwvoertuigen) en is ook goedgekeurd om te worden bijgemengd in brandstof voor vliegtuigen. Het bestaan van een commerciële markt om deze oliën te hergebruiken, inclusiefindustrieel en post-consumer-afval, slachtafval en gevogeltevet, bijvoorbeeld,is eveneens van voordeel omdat het betekent dat deze materialen minder in onze wateren en bodem terecht komen. Zo wordt een kostenintensievere latere verwerking vermeden.Verder is een groot voordeel van HVO dat verwerkers geen grote aanpassingen hoeven te verrichten in bestaande raffinaderijen.
GEA separatoren zijn gewild voor de voorbehandeling van HVO's die vaak nodig is voor metaalreductie, om de inactivering van katalysatoren te reduceren en/of te vermijden. In deze samenhang testen we momenteel dierlijke vetten voor een serie internationale bedrijven en onderzoeken de mogelijkheden en efficiëntie hiervan.
Als hernieuwbare brandstof onderscheidt biodiesel zich door de veel kleinere ecologische voetafdruk in vergelijking met conventionele diesel. Het lage zwavelgehalte ervan en het feit dat er minder fijnstof wordt veroorzaakt, het betere smeervermogen en de biologische afbreekbaarheid maken het een betere optie voor het milieu.” – Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
– Barbara Harten, Application Manager, Renewables, GEA
Gaan elektrische voertuigen (EV's) de productie van biobrandstoffen beïnvloeden?
EM:Hoewel de afzet van EV's enorm is toegenomen in 2019, vormt hun aandeel toch nog maar ongeveer 2 procent van de mondiale voertuigenmarkt. De grootte en capaciteit van EV-batterijen blijft een struikelblok voor zware voertuigen die bedoeld zijn voor lange afstanden, waaronder koeltrucks, maar ook voor schepen en vliegtuigen. Het gebruik van biobrandstof in deze sectoren neemt toe en de interesse voor gerecylede materialen met een hoog biomassagehalte stijgt.Op voorwaarde dat de kosten van biobrandstoffen concurrerend blijven met die van fossiele brandstoffen, ten minste op de middellange termijn, zullen markten met duidelijke doelstellingen om emissies terug te dringen ofwel doorgaan of beginnen met het subsidiëren van fabrikanten, tot de industrie kritische kantelpunten bereikt in vraag en aanbod.
