Een kans om over te stappen op hernieuwbare bronnen voor verwarming, elektriciteit en brandstof, terwijl het ook nieuwe kansen biedt voor verschillende industrieën om grote aantallen hernieuwbare producten te produceren. Dit is het oordeel van onderzoekers van de Chalmers University of Technology, Zweden, wie nu, na 10 jaar energieonderzoek naar vergassing van biomassa, een scala aan nieuwe technologische prestaties te zien.

"Het potentieel is enorm! Door alleen de reeds bestaande Zweedse energiecentrales te gebruiken, we zouden hernieuwbare brandstoffen kunnen produceren die gelijk zijn aan 10 procent van 's werelds vliegtuigbrandstof, als een dergelijke conversie volledig zou zijn uitgevoerd, " zegt Henrik Thunman, Hoogleraar Energietechnologie bij Chalmers.

Hoe u een overstap van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energiebronnen kunt implementeren, is voor veel industrieën een lastige kwestie. Voor zware industrieën, zoals olieraffinaderijen, of de papier- en pulpindustrie, het is vooral dringend om te gaan bewegen, omdat de investeringscycli zo lang zijn. Tegelijkertijd, het is belangrijk om de investering goed te doen, omdat u mogelijk vooraf ketels of installaties moet vervangen, wat grote financiële kosten met zich meebrengt. Dankzij strategische inspanningen op lange termijn, onderzoekers van de Zweedse Chalmers University of Technology hebben nu de weg vrijgemaakt voor radicale veranderingen, die kunnen worden toegepast op nieuwe installaties, en worden geïmplementeerd in duizenden bestaande fabrieken over de hele wereld.

De voorgestelde oplossing betreft grootschalige vergassing van biomassa. Deze technologie zelf is niet nieuw. ongeveer uitgelegd, wat er gebeurt is dat bij hoge temperaturen, biomassa wordt omgezet in een gas. Dit gas kan vervolgens worden geraffineerd tot eindproducten die nu worden vervaardigd uit olie en aardgas. De onderzoekers van Chalmers hebben aangetoond dat een mogelijk eindproduct biogas is dat aardgas in bestaande gasnetwerken kan vervangen.

Eerder, de ontwikkeling van vergassingstechnologie wordt belemmerd door grote problemen met het vrijkomen van teer uit de biomassa, die het proces op verschillende manieren verstoort. Nutsvoorzieningen, de onderzoekers van de afdeling Energietechnologie van Chalmers hebben aangetoond dat ze door chemische processen de kwaliteit van het biogas kunnen verbeteren, en de teer kan ook op geheel nieuwe manieren worden beheerd. (Zie animatie en afbeelding hieronder.) Dit, in combinatie met een parallelle ontwikkeling van warmtewisselingsmaterialen, biedt volledig nieuwe mogelijkheden om stadsverwarmingsketels om te bouwen naar biomassavergassers.

"Wat deze technologie zo aantrekkelijk maakt voor verschillende industrieën, is dat het mogelijk wordt om bestaande ketels aan te passen, die vervolgens de productie van warmte en elektriciteit kan aanvullen met de productie van fossielvrije brandstoffen en chemicaliën.", zegt Martin Seemann, Universitair hoofddocent energietechnologie bij Chalmers.

“In 2007 hebben we onze eigen onderzoeksketel zo omgebouwd, en nu hebben we meer dan 200 manjaren aan onderzoek om ons te ondersteunen, ", zegt professor Henrik Thunman. "Gecombineerd met lessen op industriële schaal die zijn geleerd bij het demonstratieproject GoBiGas (Gothenburg Biomass Gasification), gelanceerd in 2014, het is nu voor ons mogelijk om te zeggen dat de technologie klaar is voor de wereld."

De installaties die kunnen worden omgezet in vergassing zijn elektriciteitscentrales en stadsverwarmingsinstallaties, papier- en pulpfabrieken, zagerijen, olieraffinaderijen en petrochemische fabrieken.

"De technische oplossingen die door de Chalmers-onderzoekers zijn ontwikkeld, zijn daarom relevant voor verschillende industriële gebieden", zegt Klara Helstad, Hoofd van de eenheid Duurzame Industrie bij het Zweedse Energieagentschap. "De competentie en onderzoeksinfrastructuur van Chalmers hebben een cruciale rol gespeeld voor de demonstratie van geavanceerde biobrandstoffen binnen het GoBiGas-project."

Het Zweedse Energieagentschap financiert al jaren energieonderzoek en -infrastructuur in Chalmers.

Hoeveel van dit technologisch potentieel kan worden gerealiseerd, hangt af van de economische omstandigheden van de komende jaren, en hoe dat de omschakelingsbereidheid van de industrie- en energiesector zal beïnvloeden. Ook de beschikbaarheid van biomassa is een cruciale factor. Biomassa is een hernieuwbare hulpbron, maar alleen op voorwaarde dat we de voorwaarden voor zijn biologische productie niet uitputten. Er is dus een grens aan de totale biomassaopbrengst.

Potentieel voor fossielvrije brandstoffen via vergassing, door wijziging van bestaande installaties

• De voorzieningen die kunnen worden aangepast, hebben een type verbrandingsketel, een wervelbed genaamd. Het is de meest gebruikte technologie in Zweedse elektriciteits- en stadsverwarmingsinstallaties, en is ook gebruikelijk in veel papier- en pulpfabrieken en zagerijen. In totaal, meer dan 100 fabrieken in Zweden hebben wervelbedketels.
• Als al deze installaties zouden worden omgebouwd tot biomassavergassers, ze zouden 346 TWh biogas (methaan) per jaar kunnen produceren, bij voldoende beschikbaarheid van biomassa. Dit komt overeen met ongeveer één procent van het totale aardgasverbruik in de wereld in 2013.
• Alternatief, de fabrieken zouden 278 TWh vliegtuigbrandstof per jaar kunnen produceren, equivalent to approximately 10 percent of the world's total aviation fuel consumption in 2014.
• The biomass consumption in the above scenarios exceeds the production estimates of the Swedish agriculture and forestry industry, so a major conversion to biomass gasification would probably require a mixture of domestic and imported biomass.
• wereldwijd, there are thousands of plants that have fluidised bed combustion, and could therefore be modified to biomass gasification.

Chemicals, materials and electrical fuels as end-products

• The technology is very flexible when it comes to end-products. Gasification of biomass produces syngas—a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide—which can then be converted to a variety of hydrocarbons. In addition to biogas and aviation fuel, you can, bijvoorbeeld, produce methanol, gasoline and diesel.
• In addition to power and district heating plants and paper-, pulp- and sawmills, the conversion could also include oil refineries and petrochemical plants. The gasification process could provide renewable hydrocarbons that can replace oil in the production of fuels, chemicals and materials. But also, it offers the possibility of supplementing their operations with their own combustion of biomass.
• The technology can also be used to produce electro fuels. These are synthetic vehicle fuels that are produced with carbon dioxide captured from biomass combustion, elektriciteit en water. In a future energy system, with a high proportion of electricity from solar cells and wind power, it could be a method of utilising electricity during surplus periods. An installation can be designed to switch between the production of electric fuel and other fuel, depending on the current electricity price.
• With sufficient access to biomass, the expanded production could coexist with existing production in the facilities, and provide an increased degree of utilisation for today's infrastructure.

The availability of sustainably produced biomass

There are differences in opinion over how much biomass can be produced in a sustainable way.

"My assessment is that biomass can make a significant contribution to the energy supply. But it is not enough to provide for all the applications that currently require fossil fuels, " says Göran Berndes, Professor of Biomass and Land use at Chalmers. "In this perspective, the conversion to gasification is very interesting, as it enables biomass to be used very efficiently to meet several different needs in society."

Göran Berndes continues, "regardless of how biomass is used in the end, it is important to ensure that it comes from sustainable forestry and agriculture. Wetten, regulations and market-based sustainability certification schemes provide better conditions for sustainable production, but countries and individual actors differ in terms of sustainability priorities. It is therefore likely that the changeover to renewability will still be characterised by a debate regarding the sustainability of different solutions."