Productie van bulkgrondstoffen uit reststromen een stap dichterbij

Binnen die nieuwe bio-economie is er een belangrijke rol voor reststromen uit de agro-industrie weggelegd. Deze stromen moeten op grote schaal grondstoffen voor chemicaliën, materialen en brandstoffen gaan opleveren, als alternatief voor fossiele grondstoffen. Deze stromen worden nu nog onvoldoende benut omdat ze in veel gevallen nog steeds duurder zijn dan de fossiele grondstoffen en niet gemakkelijk als commodity’s verhandeld kunnen worden.

Op dit moment gebruikt de chemische industrie nog enorme hoeveelheden fossiele grondstoffen. In lijn met de doelstellingen van de klimaattoppen in Parijs en Glasgow zullen we de komende decennia om moeten schakelen naar hernieuwbare alternatieven voor fossiele grondstoffen voor brandstoffen, energie chemicaliën en materialen. Bio-grondstoffen zullen daarin een flink deel voor hun rekening moeten nemen, zonder dat dit ten koste gaat van bossen en voedselproductie.

In het CAPCOM-project is door verschillende bedrijven en kennisinstellingen samengewerkt om technologie te ontwikkelen om reststromen van de agro-industrie geschikt te maken als grondstof voor grootschalige productie van materialen, chemie (denk aan bioplastics en meststoffen), bodemverbeteraar en brandstoffen. Dit is gelukt door een proces te ontwikkelen dat laagwaardige reststromen behandelt en omzet in een tussenproduct in de vorm van pellets, een zogenaamde biocommodity. Met deze goed gedefinieerde en relatief schone bulkgrondstof kun je energie opwekken en via fermentatie bouwstenen voor chemicaliën en materialen produceren. Dit opent de weg om ook voor bio-grondstoffen de wereldmarkt op te gaan, net als met fossiele grondstoffen.

De onderzoekers deden proeven met verschillende reststromen die nu vaak op het land wegrotten of hooguit laagwaardig worden verwerkt: lege vruchtentrossen van de oliepalm (empty fruit bunches), bagasse (vezels die overblijven nadat suiker uit het suikerriet is geperst) en (sugar cane trash:) de blaadjes van suikerriet. Er is ook onderzoek gedaan naar de potentie van Miscanthus als basis voor bulkgrondstoffen. Dit gewas kan geteeld worden op gronden die niet geschikt zijn voor voedselgewassen.

Stoorstoffen verwijderen

Om goed gedefinieerde en geschikte commodity’s uit biomassa te kunnen produceren, moeten eerst de stoorstoffen uit de biomassa verwijderd worden. Koen Meesters, onderzoeker van Wageningen Food & Biobased Research, legt uit: “Het gaat hierbij vooral om chloride en kalium. Die stoffen willen producenten niet in hun grondstoffen hebben, omdat ze in de fabriek voor verschillende problemen zoals corrosie in apparatuur en leidingwerk – en op den duur tot stilstand – leiden.” Voor het verwijderen van deze stoorstoffen is een tegenstrooms extractieproces gebruikt: met water wordt circa 90% van de ongewenste mineralen uit de biomassa gewassen. Met het kaliumrijke water kan daarna de suikerriet- of palmplantage worden geïrrigeerd, aldus Meesters: “Plantages gebruiken op grote schaal kalium als meststof. Recycling van het extractiewater levert een flinke kostenbesparing op. En het is goed voor het milieu, doordat er minder grondstoffen uit kaliummijnen gehaald moeten worden.”

Productie van uniforme pellets

Grondstoffen worden veelal verhandeld en getransporteerd in de vorm van pellets, zoals dat ook gebeurt bij bijvoorbeeld mestkorrels en kunststoffen. Om pellets (een soort korrels) te kunnen maken van biomassa, na extractie van stoorstoffen, moet de biomassa hiervoor geschikt worden gemaakt. Hiervoor ontwikkelden de onderzoekers een proces met stoom onder hoge druk en hoge temperaturen. Meesters: “Het idee is om daarmee een commodity te kunnen maken die zowel geschikt is voor productie van warmte en elektriciteit als voor fermentatie tot ethanol als bouwsteen voor brandstoffen en materialen. Je moet daarvoor per gewenste toepassing dan wel wat aanpassingen in het proces doen. Zo is het voor ethanol belangrijk om met gematigde temperaturen te werken zodat enzymen daarna het materiaal goed kunnen hydrolyseren. Wanneer productie van warmte of elektriciteit de beoogde toepassing is, is een hogere behandeltemperatuur juist wel nuttig voor een betere vochtbestendigheid, een hogere verbrandingswaarde, verbeterde slijtvastheid van de pellets en betere maaleigenschappen. Het grote voordeel is dat de pellets wel in één dezelfde installatie te produceren zijn. Afhankelijk van de gewenste toepassing hoef je alleen de instellingen te wijzigen”.

Basischemie en materialen

Het is dus technisch goed mogelijk om op grote schaal bulkgrondstoffen uit agroreststromen te maken. Dit is ook de conclusie van Edwin Hamoen, programmanager Bioraffinage van Wageningen Food & Biobased Research. “De reststromen waarmee we in dit project hebben gewerkt, liggen vaak weg te rotten op het land. In dit project hebben we laten zien hoe we ze kunnen gebruiken als commodity-grondstof voor productie van materialen en brandstoffen. De volgende stap is om bio-commodity’s te produceren voor andere basischemicaliën en materialen. De uitdaging daarbij is om zoveel mogelijk lokale reststromen te gebruiken. Denk voor Nederland bijvoorbeeld aan tomatenstengels uit de glastuinbouw die hier verwerkt worden tot een commodity op maat.”

Het CAPCOM-consortium toonde ook aan dat het proces economisch haalbaar is: de kortprijs van de biobased pellets ligt in de buurt van die van houtpellets en is daarvoor dus een goed haalbaar alternatief.

Milieu: pure winst

Voor het milieu zou het pure winst zijn als reststromen van de palmolie- en suikerrietproductie op grote schaal in commodity’s worden omgezet. Hamoen: “Uit de duurzaamheidsanalyses (zoals Life Cycle Analysis - LCA) blijkt o.a. dat de broeikasgasemissies sterk afnemen bij dit proces. In vergelijking met steenkool voor energieproductie levert het tot 90% besparing op. En wil je een auto op ethanol laten rijden, dan bespaar je tot 70% vergeleken met het proces dat op aardolie is gebaseerd. Hiermee voldoet het proces dat we hebben ontwikkeld ruimschoots aan de doelstellingen van RED 2, de nieuwste richtlijn voor duurzame energie van de EU.”