2 e generatie biobrandstoffen Luc Pelkmans, VITO WERVEL Studiedag Landbouw en energiegewassen Gent, 9 juni 2007 1
Inhoud Productieprocessen en grondstoffen Fischer-Tropsch diesel Productieproces Kosten Wereldwijde actoren Implicaties op voertuigen Ethanol uit ligno-cellulose Productieproces Kosten Wereldwijde actoren Implicaties op voertuigen Conclusies 2
Biobrandstoffen & grondstoffen Biobrandstoffen Bron: VIEWLS Grondstoffen bio-ethanol & bio-etbe biodiesel bio-dme biomethanol & bio-mtbe FT- Diesel synthetisch aardgas (SNG) biowaterstof pure plantaardige biogas olie Energie Ligno-cellulose gewassen + + + + + + Oliezaden + + gewassen Suikergewassen + Zetmeelgewassen + + Residu s Uit bosbouw + + + + + + Mest Vloeibare mest + Afval Ander organisch afval + + 3
Productieprocessen 1 e -generatiebiobrandstoffen puur plantaardige olie biodiesel van oliezaden verzamelnaam PPO Biodiesel Productieproces Koude persing / chemische extractie, raffinering Verestering van PPO biodiesel van afval (olie/vet) Biodiesel Zuivering, verestering ethanol uit suikerh. gewassen Bio-ethanol Fermentatie, distillatie ethanol uit zetmeelh. gewassen ETBE Bio-ethanol Bio-ETBE Hydrolyse, fermentatie, distillatie Synthese van ethanol en iso-butyleen SNG van biogas Biogas Anaerobe vergisting, CO 2 / H 2 O verwijdering 4
2 e -generatiebiobrandstoffen Fischer-Tropsch (FT) diesel methanol MTBE DME ethanol uit cellulose HTU-diesel van natte biomassa pyrolyse diesel SNG uit syngas SNG van natte biomassa waterstof uit biogas waterstof uit syngas waterstof van natte biomassa waterstof van natte biomass verzamelnaam Synth. biobrandstof Bio-methanol Bio-MTBE Bio-DME Bio-ethanol Synth. biobrandstof Synth. biobrandstof Biogas Biogas Bio-waterstof Bio-waterstof Bio-waterstof Bio-waterstof Productieproces Vergassing, water-gas-shift, FT-synthese, hydrocracking Vergassing, water-gas-shift, methanolsynthese Synthese methanol + isobutyleen Vergassing, water-gas-shift, DME-synthese Geavanceerde hydrolyse, fermentatie, distillatie HTU, HDO, raffinage Pyrolyse, HDO, raffinage Vergassing, water-gas-shift, methaansynthese, H 2 O/CO 2 verwijdering Super/subkritische vergassing, methaansynthese, H 2 O/CO 2 verwijdering Anaerobe vergisting, steam reforming /watergas-shift, CO 2 verwijdering Vergassing, water-gas-shift, CO 2 verwijdering Superkritische vergassing, steam reforming, CO 2 verwijdering Biologische fermentatie 5
Grondstoffen 2e gen. biobrandstoffen Energiegewassen: korte-omloophout (wilg, populier), snelgroeiende grassen (miscanthus, bamboe, riet, hennep), energiemaïs, residuen van landbouwgewassen (stro en loof van graan, koolzaad, bieten, of maïsstengels van korrelmaïs) Organisch-biologische reststromen: houtafval van bosbouw en bosbeheer of van de houtverwerkende nijverheid, groenafval van particulieren, bedrijven of overheden (gemeente, provincie of gewest, o.a. bermgras), opgehaald afval, zoals GFT, organische fractie van huishoudelijk afval en organisch-biologisch bedrijfsafval (excl. slib). 6
Toepassingen 2e gen. biobrandstoffen Dieselvoertuigen => Fischer-Tropsch diesel Benzinevoertuigen => Ethanol van ligno-cellulose Aardgasvoertuigen => SNG (biogas) Brandstofcelvoertuigen => Bio-H2 7
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Productieproces Bron: ECN 8
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Kostinschatting Bron: RENEW uitgaande van 85.000 ton/jr (250MW houtinput), Afschrijving over 20jr / 10%: Eigen berekening (na 2015, 2005 ): Biomassa-input: 0,40 /liter (100 /ton pellets) Afschrijving: 0,30 /liter (voor 100.000ton/jr, afschrijving over 15jr, 10%) Proceskosten: 0,25 /liter Opbrengst bijproducten (elektr): -0,12 /liter Totaal: 0,82 /liter Distributie & marge: 0,14 /liter Prijs aan de pomp: 0,96 /liter (zonder BTW of accijnzen) 0,55 /liter max prijs voor diesel (status 01/06/2007) * 1 liter FT diesel = 0,96 liter dieselequivalent 9
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Wereldwijde actoren (1/2) GTL - FT diesel op basis van aardgas Commerciële GTL plants tegen 2010 10
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Wereldwijde actoren (2/2) CHOREN (Freiburg, Duitsland) i.s.m. VW, DaimlerChrysler, Shell Productie 13000 ton/jr SunDiesel vanaf 2008. EC-FP6 RENEW project Volkswagen (coordinator), DaimlerChrysler, Renault, Volvo, Choren, Cutec, Chemrec, Abengoa, EC-BREC, Total, BP BTL-Informatieplatform, Duitsland Onderzoek en pilooteenheden: TUWien, CUTEC, ECN, IFP, VTT, 11
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Voertuigimplicaties (1/2) Brandstofkarakteristieken zeer goede ontbrandingseigenschappen, met cetaangetal van 75 of hoger, geen of zeer laag zwavelgehalte, zeer weinig aromaten en poly-aromaten, kleurloos en zo goed als reukloos, energie-inhoud vergelijkbaar met petroleumdiesel, verlaging emissies (zie verder). lage lubriciteit (smerende eigenschappen) => toevoeging biodiesel? additieven nodig voor koude eigenschappen (~fossiele diesel).. 12
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Voertuigimplicaties (2/2) Emissie- Voordeel (%) Personenwagens Euro 1 Euro 2 Euro 3 Zwaar vervoer Euro 1 Euro 2 Euro 3 CO 40 53 75 22 5 16 HC 45 63 62 13 23 <9 PM 42 39 41 18 18 34...10 NO x 10 5 5 16 15 5...19 Bron: Shell, 2002. GTL brandstof in vergelijking met standaard diesel (CEN96). Broeikasgasemissies voor GTL vergelijkbaar met fossiele diesel, voor BTL 85 tot 90% verlaging GHG 13
Ethanol uit ligno-cellulose Productieproces (1/2) Bron: WUR Bron: ECN 14
Ethanol uit ligno-cellulose Productieproces (2/2) Biomassa ondergaat chemische en enzymatische behandeling om suikers vrij te maken voor fermentatie Sleuteltechnologieën: Voorbehandeling van lignocellulose Beschikbaar maken van cellulose + hemicellulose voor enzymatische hydrolyse Enzymatische hydrolyse Effectieve inzet van enzymen voor productie van suikers Fermentatie Omzetting van alle suikers (C5 & C6) uit (hemi)cellulose tot ethanol Systeemintegratie Gebruik lignine voor elektriciteits- en warmte opwekking; integratie van procesonderdelen 15
Ethanol uit ligno-cellulose Kostinschatting Eigen berekening (na 2015, 2005 ): Biomassa-input: 0,32 /liter (100 /ton pellets) Afschrijving: 0,30 /liter (voor 100.000ton/jr, afschrijving over 15jr, 10%) Proceskosten: 0,35 /liter Opbrengst bijproducten (elektr): -0,30 /liter Totaal: 0,67 /liter Distributie & marge: 0,14 /liter Prijs aan de pomp: 0,81 /liter (zonder BTW of accijnzen) 0,57 /liter max prijs voor benzine (status 01/06/2007) * 1 liter ethanol = 0,66 liter benzine-equivalent => kost ~ 1,0 /liter benzine-equivalent pompprijs ~ 1,21 /liter benzine-eq. (zonder BTW of accijns) 16
Ethanol uit ligno-cellulose Wereldwijde actoren (1/2) IOGEN (Canada): 1 e pre-commerciële productiefaciliteit voor cellulose-ethanol, in productie vanaf april 2004 i.s.m. VW & Shell: studie naar de economische haalbaarheid van cellulose-ethanol productie in Duitsland 17
Ethanol uit ligno-cellulose Wereldwijde actoren (2/2) ETEK (Zweden): Pilootinstallatie voor cellulose-ethanol, in gebruik vanaf mei 2004 capaciteit 400-500 liter/dag Samenwerking met Novozymes (DK) & NREL (US) EC-FP6 NILE project (New Improvements for Lignocellulosic Ethanol ): Industry Research Universities Associations ETEK (SE) IFP (FR) ETH (CH) EUREC Agency (BE) ENITecnologie (IT) CRFiat (IT) University Francfort (DE) BAFF (SE) ROAL (FI) INRA (FR) Imperial College (UK) SAF-ISIS (FR) VTT (FI) University Lisbon (PT) SEKAB (SE) IWC (LV) University Lund (SE) Direvo (DE) CNRS (FR) Weizmann Institute (IL) GRANIT (CH) 18
Ethanol uit ligno-cellulose Zie: 1e generatie ethanol Mengbaar met benzine Voertuigimplicaties geen aanpassingen motor tot 10 à 20% Gebruikt als oxygenate (mogelijk omgezet naar ETBE) 5% bijmenging officieel toegestaan in EU Hogere concentraties: Lagere energie-inhoud ethanol (2/3 van benzine per liter) Agressief voor bepaalde materialen => FFV voertuigen ( flexible fuel ) voor E85 of benzine Vooral succes in Brazilië (E100, E25), Noord-Amerika (E85, E10) en recent ook in Zweden 19
Conclusies 2 e gen biobrandstoffen vooralsnog duurder dan fossiele brandstoffen en 1 e gen biobrandstoffen, Belangrijk potentieel biomassa (ligno-cellulose), Eerste 10 jr vooral in onderzoeks- en demonstratiefase, FT diesel (BTL) zeer interessant voor West-Europa door dieselmarkt, Ethanol uit lignocellulose bouwt voort op introductie 1 e generatie ethanol. 20