Bio-energie ketens: ethanol

Transcriptie

1 Bio-energie ketens: ethanol Rob Bakker Business Unit Biobased Products Agrotechnology & Food Innovations Wageningen UR

2 Overzicht Wat is ethanol? Eigenschappen Welke ketens? Huidige productie Redenen voor gebruik Ontwikkelingen in de EU Cellulose-ethanol vragen...

3 Wat is ethanol? Ethanol uit Biomassa: bio-ethanol Product van fermentatie van suikers (alcoholgisting) Gebruik in de voedingsindustrie Gebruik in de chemische industrie Gebruik als brandstof tot 10% inmenging in benzine (E10) tot 85% in aangepaste motoren (E85) ook inmenging in diesel mogelijk toekomst: mogelijke brandstof voor brandstofcel

4 Welke eigenschappen heeft ethanol? Formule: C 2 H 5 OH Dichtheid: 0.8 kg/l (800 kg/ton) Energieinhoud: 22 MJ/ L Vervluchtiging Lage toxiciteit ETBE = bevat ~50% ethanol

5 Welke bioenergieketens voor ethanol? Suikerhoudende biomassa gewassen: suikerriet, suikerbiet, sweet sorghum residuen: bijv. molasse Zetmeelhoudende biomassa gewassen: tarwe, gerst, korrelmais, aardappel residuen: reststromen uit graan- en aardappelverwerking Cellulosehoudende biomassa gewassen: grassen, hout residuen: stro, bagasse, pulp, afvalhout

6 Processen zetmeel enzym Liquefactie & hydrolyse water gist water suikers fermentatie ethanol bijproducten gist suikers fermentatie ethanol chemic. enzym* gist* cellulose voorbehandeling hydrolyse suikers fermentatie ethanol

7 Kenmerken ethanol fermentatie Suikers glucose, fructose, mannose (C6) in de toekomst: xylose (C5) Temperatuur, Tijd, concentratie C; 6-10 h; 12% ethanol Ethanol fermentor Bijproducten van ethanolfermentatie CO 2 Distiller s grain, Vinasse

8 Hoeveel ethanol uit een ton*? Suikerbiet Tarwe Mais L/ton Lignocellulose Gemiddelde ethanolopbrengst (L/ton) voor 4 gewassen *op droge stof basis

9 Hoeveel ethanol uit een ton*? L/ton (conventional technology) L/ton (future technology) Soy processing residues Wheat milling residues PotatoPeels Gemiddelde ethanolopbrengst (L/ton) voor 3 reststromen *op droge stof basis

10 Conversie factoren (vrije) Suikers 0.47 g ethanol per g suiker Zetmeel 0.52 g ethanol per g zetmeel Cellulose 0.42 g ethanol per g cellulose

11 Invloed samenstelling grondstof Ethanol opbrengst (L/ton d.s.) zetmeel gehalte (% d.s.) L/ton Invloed van zetmeelgehalte op ethanolopbrengst (L/ton)

12 Hoeveel ethanol wordt er geproduceerd? Productie voor gebruik als biobrandstoffen: Brazilie (10 Mt) en V.S. (6.0 Mt) aan kop EU: Spanje, Frankrijk, Zweden (0.32 Mt totaal) China, Thailand, Pakistan World Bioethanol production 2002 EU 2% China 1% Canada 1% Australia 1% USA 36% Brazil 59% 1 Mt ethanol = 12.5 M hl

13 Ethanol in Brazilië (suikerriet) Lange ervaring (vanaf 1975) Grondstof met hoge biomassa productie/ha Niet-gesubsidieerde landbouw Learning curve leidt tot daling productiekosten Geïntegreerde productie suiker en ethanol Flexible fuel auto s Consument kiest type brandstof Hoge bijmenging: 85% ethanol in benzine Flexible fuel auto

14 Learning curve Brazilië Bron: Goldemberg,J. et al Biomass and Bioenergy March 2004 vol26(3) pp

15 Ethanol in de V.S. (korrelmaïs) Productie vanaf 1978 Veel staten stellen inmenging verplicht Productiekosten gedaald met 67% in 20 jaar dankzij verbeteringen in o.a. rassen, bemesting fermentatie procestechnologie bijproduct afzet Maïsoogst in de V.S.

16 Wat zijn redenen voor gebruik ethanol als brandstof? Afhankelijkheid olie import Brazilie, China Milieuvervuiling V.S. (smog) Kyoto-CO 2 uitstoot Zweden Economische ontwikkeling landbouw, industrie Frankrijk, V.S. Verwaarding bijproducten

17 China: snelle ontwikkeling 900,000 Anhui Heilongjiang 800,000 Henan 700,000 Jilin 600, , , , , ,000 0 Current ethanol production Huidig: 0.92 Mt 900, , , , , , , , ,000 0 Guangzhou Henan Jilin Shandong Planned ethanol production Fueling the dragon Gepland: 2.0 Mt Bron: F.O Licht, 2005

18 Ethanol in de EU Spanje Productie uit tarwe, gerst 2003: 180 kton (2005: kton) Frankrijk Productie uit suikerbiet, tarwe 2003: 77 kton Zweden 2003: 52 kton Duitsland: 2005: 200 kton Nederland: Geen huidige ethanol productie Germany 28% Poland 14% Sweden 7% France 11% Spain 40% Anticipated production 2005 (kton) Bron: EUR Observer, 2004

19 EU: Drivers voor groeiende vraag ethanol Europa: EU renewable energy richtlijn 12 % in 2020 EU biobrandstoffen richtlijn 5.75 % in 2010 EU energie detaxatie richtlijn Normering voor biobrandstoffen Nationaal: Accijnsvrijstelling Ethanol auto en -pomp in Zweden

20 EU biobrandstoffen besluit Gasoline Diesel Total Germany Netherlands Belgium Transportation fuel use in 1998 (*1000 ton oil equiv) Europa 5.75% (2010)= 19 Milioen ton olie equivalent -> Nederland: 360 kton ethanol, 300 kton biodiesel 1 t.o.e. = 1.5 ton ethanol

21 Status EU (maart 05) Accijnsvrijstelling: 6 landen met volledige accijnsvrijstelling 2 landen met partïele vrijstelling andere landen: discussie over invoering Carbon credit: 45 /ha energiegewassen Import uit Pakistan, Brazilie onderhandelingen Mercosur over tariefstelling (Z-Amerika) Verwachting: 11 Mtoe in 2010

22 Mogelijkheden in Nederland Suiker c.q. zetmeelrijke reststromen Bijproducten uit aardappel- en graanverwerking Omzetting meest kansrijke stromen: 200 kton ethanol* Cellulose-houdende stromen Volledige omzetting 1.5 à 2 Mton** Veel technologische kennis aanwezig in NL agrotechnologie, koolhydraatchemie, fermentatie, brandstofgebruik Veel relevante industrie aanwezig -> Goede ontwikkelingsmogelijkheden voor productie van ethanol, maar implementatie afhankelijk van incentives overheid! *Bron: Rabobank, 2002 ** Bron: de Jong et al, 2003

23 Wat kost het produceren van ethanol? Brazil (sugar cane) Thailand (tapioca) Australia (molasse 29.4 Eur/t) Australia (wheat) China (corn) Total capital Labour Insurance,fees, repairs Raw material Other operating costs USA (corn)* Germany (wheat) Gross production costs (Eur/L) exclusive of sales byproducts Bron: F.O. Licht, 2005 * exclusief Eur subsidie

24 Conventionele ethanol-cellulose ethanol Grondstof= zetmeel, suikers hoge grondstofkosten beperkte milieuwinst homogene grondstoffen makkelijk ontsluitbare grondstoffen veevoer als bijproduct Grondstof = cellulose: lage grondstofkosten hogere milieuwinst heterogene grondstoffen moeilijk ontsluitbare grondstoffen diverse bijproducten: electriciteit, warmte

25 Wat is cellulose-ethanol? Ethanol geproduceerd uit vezel-rijk plantenmateriaal hout, gras, stro, reststromen Lignocellulose bron van fermenteerbare suikers, en energie: cellulose: polymeer van glucose hemi-cellulose: polymeren van xylose en andere suikers lignine: warmte, electriciteit materiaal ondergaat chemische en/of enzymatische behandeling om suikers vrij te maken voor fermentatie

26 Ontwikkelingen cellulose-ethanol Brazilie: bagasse Verenigde Staten: maisloof Zweden: naaldhout Japan: hout Canada, Nederland, Spanje: tarwestro Kostenprognose ( /L) Pilot scale fermentatie bij A&F Ethanol uit zetmeel (mais; USA) 0.34 Cellulose Ethanol (2003) 0.80 Cellulose Ethanol (lange termijn) 0,18-0,26 Benzine (2002) 0.24

27 Meer informatie: Marktinformatie ethanol: F.O. Licht World Ethanol Report Ontwikkelingen in de EU Ontwikkelingen in Nederland Wageningen UR