Home

Achtergrond 626 x bekeken

Waardevolle chemicaliën uit biomassa halen

Biomassa is eigenlijk te mooi om op te stoken. Er zitten waardevolle chemicaliën in die de chemische industrie goed kan gebruiken. De kunst is om ze er uit te halen. Bioraffinage heet dat. Het ECN heeft een stap vooruit gezet.

Biomassa als alternatief voor aardolie. Wetenschappers en beleidsmakers dromen er al lang van. De olie wordt schaarser en duurder, biomassa is er altijd. En eigenlijk is biologisch materiaal veel interessanter dan olie, want er zitten meer waardevolle organische stoffen in. Zoveel dat gewoon opstoken, zoals veel gebeurt in energiecentrales, eigenlijk zonde is.

Zo komt het woord ‘bioraffinage’ in beeld. Het plantenmateriaal ontleden en de bruikbare materialen eruithalen, alvorens de rest te verbranden. Er zijn verschillende procedés voor. Onderzoek van ECN in Petten, in samenwerking met Rijksuniversiteit Groningen, legt hiervoor nieuwe mogelijkheden bloot. Het toverwoord is pyrolyse (zie kader).

Onderzoeker Paul de Wild promoveerde deze zomer aan de Rijksuniversiteit Groningen op een onderzoek naar de mogelijkheden van pyrolyse. Olieraffinaderijen ‘kraken’ de olie in verschillende basiscomponenten die weer als grondstof dienen voor de chemische industrie. Voor biomassa moet dat ook mogelijk zijn, aldus De Wild.

De Pettense onderzoeker wijkt hiermee af van een andere richting in de wereld van het biomassa-onderzoek. Die streeft ernaar om biomassa te veranderen in pyrolyse-olie. Dat is een soort ruwe olie van organisch materiaal, die zo in een olieraffinaderij kan. De Wild: “Biomassa-olie heeft nog een heel andere samenstelling dan aardolie, dat kun je niet zonder meer samenvoegen. Je moet het eerst opwaarderen. Dat kost energie en inspanning, terwijl je veel waardevolle componenten kwijtraakt.” Daarom kiest hij voor opsplitsing van biomassa, ofwel ‘fractioneren’.

Het ‘kraken’ van biomassa gebeurt in verschillende stappen. De eerste stap levert drie basisgrondstoffen op (zie kader). Eén daarvan is lignine, en daar ligt de belangrijkste uitdaging. Zuivere lignine is ‘thermoplastisch’, bij hoge temperaturen wordt het zacht en kleverig. Dat geeft problemen in verwerkingsinstallaties op basis van pyrolyse. Tot nu toe leidde dat ertoe dat de lignine zich omzet in grote blokken teerachtig materiaal (biochar) waarvoor maar één bestemming is: opstoken.

ECN heeft een proces ontwikkeld om dat probleem te omzeilen. Het werkt met speciale katalysatoren, ook weer naar voorbeeld van de aardolieverwerking, die de lignine hanteerbaar houden. Dit opent de weg naar meer hoogwaardige toepassing van lignine als grondstof in de chemische industrie. Er loopt nu een octrooi-aanvraag.

De toepassingsmogelijkheden zijn legio, van verwerking in lijmen en harsen tot in rubber en bitumen. En wat niet bruikbaar is, kan uiteindelijk als bodemverbeteraar dienen of alsnog worden meegestookt in energiecentrales.

De Wild ziet grote mogelijkheden voor zijn ontdekking. Er zijn wereldwijd grote stromen biomassa met lignine. Vooral vanuit de houtverwerkende industrie. “In het jaar 2000 kwam er wereldwijd uit de pulp- en papierindustrie 50 miljoen ton lignine vrij. Dat is sindsdien alleen maar meer geworden.” Graag ziet hij dat agrarische reststromen zoals stro en oogstafval op deze manier verwerkt worden. “Dat concurreert niet met voedselproductie.”

Zo grootschalig als de olie-industrie zal de biomassaraffinaderij niet worden, verwacht De Wild. Maar voor Nederland zijn er goede mogelijkheden vanwege de aanwezige infrastructuur.

Zo werkt bioraffinage


Planten groeien van zonlicht, water en nutriënten. Dat leggen ze vast in biomassa. Het schema hierboven laat zien wat de chemische samenstelling van die biomassa is, en hoe bioraffinage er in grote lijn uitziet.
Er zijn drie uitgangsmaterialen: loofbomen, grasachtigen en naaldbomen. De eerste stap bij de raffinage is fractionering, opsplitsing tot de drie basiscomponenten: cellulose, hemicellulose en lignine. Cellulose is een grondstof voor de papierindustrie, maar kan na bewerking ook glucose of ethanol opleveren. Ook met hemicellulose weet de chemie wel raad. Het is bijvoorbeeld grondstof voor nylon.
Bestaan cellulose en hemicellulose chemisch gezien uit lange strengen koolhydraten zoals glucose en xylose, lignine is te zien als een ingewikkeld netwerk van cyclische koolwaterstoffen op basis van fenol. Het heeft daardoor heel andere eigenschappen.
Aquathermolyse is een behandeling met heet water (200 graden) onder druk. Pyrolyse is verwerking zonder zuurstof bij hoge temperatuur (>350 graden).

Foto

Of registreer je om te kunnen reageren.