Verse biomassa is lastig te transporteren en op te slaan. Het is vaak niet direct geschikt als brandstof voor elektriciteitscentrales. Het is te nat, te grillig van vorm, slecht maalbaar en varieert te veel in stookwaarde. “Inkopers van elektriciteitscentrales willen best biobrandstof gebruiken, mits dit niet tot problemen leidt, “ stelt Jaap Kiel van Biomassa, Kolen & Milieuonderzoek. “Ons antwoord daarop is torrefactie. Met Vattenfall starten we nu de basic engineering van een demonstratieplant. Zij zien veel mogelijkheden om hiermee de internationale aanvoer van biomassa te garanderen en om het meestoken van biomassa in kolencentrales te vergemakkelijken.”
Biomassa wordt biobrandstof met ECN-technologie
Met torrefactie hebben de ECN-onderzoekers een technologie willen maken die voldoet aan twee belangrijke eisen: Biomassa omzetten in een standaard biobrandstof van constante, hoge kwaliteit en met minimaal energieverlies tijdens het productieproces. De kwaliteit heeft betrekking op transport, opslag en de inzet als brandstof voor de productie van elektriciteit en warmte of transportbrandstoffen. Kiel: “Managers van grote kolencentrales willen eenduidigheid, elke vracht biobrandstof moet van een hoge, vooraf bekende kwaliteit zijn. De kans op storingen is dan het geringst. Torrefactie laat de biomassa bovendien in veel opzichten op kolen lijken en daar zijn ze aan gewend. En de eis ‘minimaal energieverlies’ is natuurlijk logisch: zoveel mogelijk energie uit de schaarse, duurzame en dure biomassa benutten.”
Wat torrefactie doet met biomassa is enigszins vergelijkbaar met wat een raffinaderij doet met aardolie. De idee is om uit de ruwe grondstof een of meer handige producten maken die zeer voorspelbare en gestandaardiseerde eigenschappen hebben. Dat heeft bij biomassa alles te maken met het feit dat de grondstof op een andere plek wordt gewonnen – bijvoorbeeld midden in het bos – dan waar hij nodig is: de brandstofdepots van grote centrales en productie-eenheden voor transportbrandstoffen overal in de wereld. Kiel: “In april 2003 zijn we begonnen hierover na te denken. Franse onderzoekers hadden torrefactie, oorspronkelijk ontwikkeld voor het roosteren van koffiebonen, al toegepast op hout. Wij hebben aan het basisidee enkele essentiële randvoorwaarden gekoppeld en zijn aan het ontwikkelen gegaan. In 2008 konden we een pilot-installatie in gebruik nemen. Die maakt BO2-korrels (pellets) met een hogere stookwaarde dan ‘gewone’ houtpellets. Ze zijn bovendien waterafstotend en beter bestand tegen broei en rotting. En de pellets zijn zeer goed maalbaar.”
Stabiel proces
De groep onderzoekers van ECN stelde drie eisen: 1) Het proces moet simpel en goedkoop zijn; 2) Een hoog rendement hebben; 3) De milieubelasting moet zo laag mogelijk zijn. Alle drie logische eisen voor onderzoekers die werken bij een instituut dat werkt aan duurzame energietechnologie. “De pilot-plant heeft een capaciteit van 50 kg biomassa per uur en eigenlijk werd van meet af aan duidelijk dat ons basisidee dik in orde was,” glundert Jaap Kiel.
Is het bij sommige projecten ‘1 stap voorwaarts, 2 stappen achterwaarts’, bij de torrefactie ging de ontwikkeling uitzonderlijk voorspoedig. Al snel ging de onderzoeksgroep zich bezighouden met de vervolgvragen: blijft de installatie (langdurig) stabiel draaien en werkt de technologie ook op grote schaal? Voor het beantwoorden van de eerste vraag zijn in de pilot-installatie ‘lange-duur testen’ uitgevoerd. Kiel: “Vaak wordt de ontwikkeling van een nieuw proces gebaseerd op een bestaand reactortype. Wij zijn echter begonnen met een leeg vel en zijn gaan redeneren vanaf het gewenste eindproduct en de bovengenoemde drie eisen. Daardoor is onze torrefactiereactor uniek en hebben we er patent op aangevraagd. Maar omdat hij zo uniek is, wilden we hem zelf ook uitgebreid testen. Vandaar de duurtesten, waaronder onlangs een succesvolle duurtest van 100 uur.” Voor de werking op grote schaal wordt nu een demo-installatie ontwikkeld met een capaciteit van ca. 5 ton biomassa per uur.
Schema van de ECN-torrefactietechnologie.
Duurtest
Fred Verhoeff en Heiko Gerhauser waren erbij toen dit voorjaar de 100 uur duurtest met de pilot-installatie werd gehouden. Verhoef: “In 2009 hebben we een aantal details veranderd, waarvan we hoopten dat ze tot verbeteringen zouden leiden. Dus, ja, dan is iedereen toch een beetje gespannen.” Op zondag werd de installatie voorverwarmd, op maandagochtend draaiden de operators de thermostaat omhoog en werd de productie gestart. “De productie was vanaf het begin zeer stabiel; een beetje saai eigenlijk. Op vrijdagmiddag vonden we het welletjes, want in tweeploegendienst draaien is best vermoeiend voor de operators. Maar de test was een groot succes en de taart kon komen,” aldus Verhoeff
De pilot-plant hangt uiteraard vol met meetinstrumenten. Die houden de operators nauwlettend in de gaten, want daarmee sturen ze het proces. Gerhauser: “De instrumenten produceerden een zo goed als rechte lijn. Dat duidt op een stabiel proces en dat was de beloning voor de wijzigingen die we hebben doorgevoerd.”
De enige fout van de onderzoekers was dat ze er niet op gerekend hadden dat alles zo voorspoedig zou verlopen. Op dinsdag werd duidelijk dat er te weinig biomassa in voorraad was. Gelukkig kon tijdig een nieuwe partij biomassa worden besteld en geleverd. De biomassa voldeed niet helemaal aan de voorwaarden, want ze had 25 procent vocht terwijl de torrefactiereactor geoptimaliseerd is voor 10-20 procent. Verhoeff: “Dat extra vocht moet je verwijderen binnen je proces. Dat verstoort enigszins het energie-evenwicht. De grote vraag was of het proces zichzelf kon herstellen.”
De tevreden gezichten na het uitspreken van deze zin, spreken boekdelen. De torrefactiereactor gaf geen krimp, raakte niet uit balans en bleef braaf produceren.
Voorraad biomassa
Op termijn moet biomassa de tekorten aan fossiele brandstoffen aanvullen. Dat is goed te merken aan de houding van Vattenfall. Dit bedrijf zoekt leveringszekerheid bij biomassa. Met de torrefactietechnologie van ECN zijn de fysische en chemische condities gestandaardiseerd. Daarnaast moet ook de ecologische kant gewaarborgd zijn. Kiel: “Biomassa moet niet concurreren met voedselgewassen en voldoen aan een reeks andere duurzaamheidcriteria, dus zoek het vooral in reststromen. Het watergebruik moet je in de ketenanalyse opnemen, evenals het (in)directe landgebruik. De (internationale) politiek moet dit afdwingen. Duurzaamheid heeft bij ons vanaf de start van de ontwikkeling hoog in het vaandel gestaan. Mede om die reden wil Vattenfall nu de opschaling van de technologie ondersteunen. Dit bedrijf wil zo duurzaam en zo ‘groen’ mogelijk opereren. De torrefactie van ECN sluit daar naadloos bij aan.”
Contact
Jaap Kiel
ECN Biomassa, Kolen & Milieuonderzoek
Tel.: 022 456 4590
E-mail: Jaap Kiel
Info
Bekijk of download het rapport BO2-technology for biomass upgrading into solid fuel - pilot-scale testing and market implementation
Dit ECN-Nieuwsbrief-artikel mag zonder toestemming worden gebruikt voor publicatie, mits verwezen wordt naar de bron: www.ecn.nl/nl/nieuws/newsletter-nl/
