Ontwikkeling en toepassing van biobased producten en chemicaliën. Dr. Harriëtte Bos, Wageningen UR-FBR CBBE docentendag, 24 juni 2015

Transcriptie

1 Ontwikkeling en toepassing van biobased producten en chemicaliën Dr. Harriëtte Bos, Wageningen UR-FBR CBBE docentendag, 24 juni 2015

2 Groene grondstoffen in non-food toepassingen Zo oud als de mensheid! Sisal Wol Stopverf Snaren Jute Riet Rubber Linnen (5000 v. Chr.) Lijmen Hout Kokos Textiel Papier Leer Katoen Linoleum Verven

3 Verduurzaamd hout Bioplastics Bioethanol Agrovezel composieten Groene weekmakers Composteerbar e verpakkingen Isolatie Bouw materialen Verven, coatings en kleurstoffen Recente ontwikkelingen

4 Alternatieve energie bronnen Hydro Nucleair Biomass Wind Zon Enige optie voor vloeibare brandstoffen, materialen chemicaliën, etc.

5 Toepassingen van biomassa Biomassa samenstelling: Hoogwaardige ingrediënten suikers zetmeel oliën & vetten eiwitten cellulose hemicellulose lignine toepassingen: food feed energie materialen bestanddelen chemische bouwstenen

6 Wat maken we uit biomassa Groene grondstoffen leveren o.a.: Materialen: vezels voor papier, textiel en composieten hout voor bouwmaterialen en energie Bestanddelen: zetmeel voor plastics, lijmen en additieven plantaardige oliën voor verven, inkten en transportbrandstoffen Chemische bouwstenen: melkzuur voor additieven en polymeren ethanol voor plastics en transportbrandstoffen furanen voor harsen en transportbrandstoffen

7 Wat maken we uit biomassa Materialen: Veelal oude toepassingen en eenvoudige bewerkingen Kan groot (bv. papierindustrie), maar ook veel MKB Bestanddelen: Vaak m.b.v. eenvoudige chemische omzettingen Deels in huidige VGI (bijvoorbeeld AVEBE), ook plaats voor MKB Chemische bouwstenen: Veelal combi van witte biotechnologie en chemie Nieuwe producten en processen Speerpunt van de chemische industrie Hier zit de grootste potentie

8 Biomassa voor non-food in Duitsland

9 Toepassing van geoogste biomassa wereldwijd

10 Toepassing van geoogste gewassen wereldwijd

11 Varken, Rund, Kip Brood, Kaas, Melk, Yoghurt/Kwark/Vla Tarwemeel, Suiker, Palmolie, Aardappels, Rijst, Pasta, Peulvruchten Volume data - Voor (agro)grondstoffen in NL: Productie data - Voor producten in NL: Consumptie data - Op droge stof basis - Gesloten symbolen ( ): Biobased producten - Open symbolen ( ): Fossiele producten Prijs data - Voor bulkhoeveelheden: Veiling, FOB Rotterdam, Groothandel - Op droge stof basis - Zoveel mogelijk per juli 2013 Nadere specificaties staan op pagina 7 onder Methodes en uitgangspunten en in de bijlage Ethyleen, BTX, Propyleen, Terephtaalzuur, Tarwezetmeel, Aardappelzetmeel, Butadieen, 1,4-BDO, Melkzuur, Succinic acid Papier & karton, Planken, PE, PET, PP, PS, PLA, PBS Diesel, Benzine, Vliegtuigbrandstof, LPG, Bioethanol, Biodiesel Producten Gras, Maïs (snij), Tarwe, Maïs (korrel), Sojaschroot, Gerst, DDGS Aardgas, Steenkool, Houtpellets, Biogas Grondstoffen Aardgas Aardgolie Steenkool Gras, Maïs (snij), Melk, Suikerbiet, Aardappels, Tarwe, Hout, Maïs (korrel), Uien, Appels en Peren, Tomaten, Peen, Paprika s, Komkommers Mest, GFT, Groenafval

12 Materialen: Agrovezels in de autoindustrie Mercedes S-class 2012 in EU: 90 kton (bron Nova) Lotus Eco Elise Four Motors GmbH Winnaar van de Composites Europe Pioneer Award 2009

13 Materialen: Kokos voor bouwmaterialen Isolatie dekens MDF Meubelplaat Pilotplant op de Philippijnen Fabriek in Indonesië?

14 Materialen: Vlasvezels als isolatie materiaal Isovlas Oisterwijk b.v. Vlas producten voor: Bouw, interieur, auto, installatie, weg- en waterbouw Professionele en DHZ-markt

15 Gras raffinage Gras (teelt, oogst, logistiek) Silage Andere natte biomassa Scheiding Sap fractie Vezel rractie Eiwit winning Vezel processing Digester Downstream processing Vezels, papier, issolatie, Fuel Pellets CHP, SNG Chemicaliën, Biofuels Proteins, Feed, Amino Acids, Chemicals

16 Tomaten stengels Sheet: Edwin Keijsers

17 Tomaten bladeren Sheet: Edwin Keijsers

18 Bestanddelen: zetmeel Toepassingen van zetmeel: zetmeelplastics voor vormdelen (bijvoorbeeld bloempotten, peilbuizen) zetmeelplastics voor folies en zakken (verpakkingsmaterialen) speelgoed voor huisdieren lijmen Gewassen: aardappel (ook aardappelstoomschillen) maïs tarwe Paragon Products B.V. Rodenburg Biopolymers B.V. Biopolymer Technologies AG Novamont (Italy) And others

19 Bestanddelen: oliën en vetten Toepassingen van oliën: verven, inkten linoleum surfactants biodiesel Gewassen: koolzaad soja oliepalm algen en vele andere

20 PolyHydroxyAlkanoats (PHA s): Van afval naar grondstof

21 Chemische bouwstenen De mogelijkheden zijn eindeloos Bioplastics voor vormdelen en vezels Sorona van Dupont (deels bio) Plant Bottle van CocaCola Polymelkzuur (PLA) van NatureWorks, Synbra Groen PE van Braskem Gewassen en bronnen: maïs tarwe suikerbiet of suikerriet melkzuur uit wei (reststroom zuivel)

22 Chemische bouwstenen Polyethylene uit biomassa In Brazilië uit suikerriet Route via ethanol Niet beleidsgedreven Gewassen en bronnen: Suikerriet Suikerbiet Cellulose (2e gen) Zijstromen

23 Chemische bouwstenen Voorbeeld: weekmakers Vervanging van ftalaten die worden gebruikt: om kunststof (m.n. PVC) flexibel te maken in verven en inkten in lijmen en kitten in cosmetica Gewassen: tarwe maïs

24 De petrochemische industrie nu Gebaseerd op slechts enkele platformchemicaliën brandstoffen ethyleen polyethyleen aardolie 95% 5% propyleen ethyleenchloride ethyleenoxide propyleenoxide ethyleenglycol isocyanaten propyleenglycol PVC polyurethanen polypropyleen nafta butadieen (+ andere C4) acrylzuur isocyanaten polyacrylaten polybutadieen SBR rubber BTX aromaten (benzeen, tolueen, xyleen) styreen polystyreen tereftaalzuur ethyleenglycol PET

25 Kenmerken huidige chemicaliënproductie Gaat uit van koolwaterstoffen (C, H) hoge energiedichtheid grondstoffen makkelijk te transporteren fabrieken: economy of scale Bij chemische omzettingen wordt functionaliteit (en massa) toegevoegd (O, N): H H C C H H O 2 H H O C C H H H 2 O HO H H C C H H OH ethyleen ethyleenoxide ethyleenglycol

26 Biomassa t.o.v. koolwaterstoffen Biomassa bestaat (naast C, H) voor een groot deel uit zuurstof (O) dit verlaagt de energie-inhoud t.o.v. koolwaterstoffen sterk Bij chemische omzettingen van biomassa wordt functionaliteit (O) en massa verwijderd HO HO OH OH O glucose OH fermentatie 2 CO 2 H H 2 H C C H H ethanol Uitzondering: natuurlijke oliën en vetten bevatten weinig zuurstof al jaren toegepast voor de productie van chemicaliën: oleochemie OH

27

28 Meer informatie Routekaart Biobased economy: Groene grondstoffen site: Wageningen UR-FBR

29 Met dank aan: Rolf Blaauw, Koen Meesters, Paulien Harmsen, Martin Patel, Sjaak Conijn, Wim Corré, Christiaan Bolck, Peter Nowicki, Myrna van Leeuwen, Elinor Scott, Karin Molenveld, Rob Bakker, Annemiek ter Heijne, Hans van Meijl e.v.a.

30 Bioplastics of biobrandstoffen Bos, Conijn, Corré, Meesters, Patel Tarwe Maïs BioPE Suikerbiet Fermenteerbar e suikers PLA Suikerriet Bioethanol Miscanthus

31 Vervangen producten Biopolyethyleen vs polyethyleen Polymelkzuur vs PET Bioethanol vs petrochemisch ethanol Bioethanol vs benzine

32 Vergeleken Huidige landbouwpraktijk Versus Alle co-producten omgezet in energie

33 Huidige landbouw versus gebruik co-producten Current agricultural practice 90,0 70,0 PLA BioPE NREU [GJ/t] 50,0 30,0 10,0-10,0-30,0-50,0-70,0 Maize starch Wheat starch Sugar beet Sugar cane Miscanthus Spring Fossil Bioethanol LDPE PET Ethanol Petrol -90,0

34 Huidige landbouw versus gebruik co-producten All co-products converted to energy 90,0 70,0 50,0 PLA BioPE Bioethanol NREU [GJ/t] 30,0 10,0-10,0-30,0-50,0 Maize starch Wheat starch Sugar beet Sugar cane Miscanthus Fossil LDPE PET Ethanol Petrol -70,0-90,0

35 Landgebruik per ton product Land use per ton product [ha/ton] 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Maize Wheat Sugar beet Sugar cane Miscanthus PLA BioPE Bioethanol

36

37

38

39

40 Avantium

41

42

43 Meer informatie Routekaart Biobased economy: Groene grondstoffen site: Wageningen UR-FBR

44 Met dank aan: Rolf Blaauw, Koen Meesters, Paulien Harmsen, Martin Patel, Sjaak Conijn, Wim Corré, Christiaan Bolck, Peter Nowicki, Myrna van Leeuwen, Elinor Scott, Karin Molenveld, Rob Bakker, Annemiek ter Heijne, Hans van Meijl e.v.a.