Duurzame brandstoffen onmisbaar voor energietransitie

Twee groepen: biobrandstoffen en e-fuels

Duurzame brandstoffen bestaan in hoofdzaak uit twee groepen: biobrandstoffen en e-fuels. Biobrandstoffen worden gemaakt van overtollige reststromen uit land- en bosbouw of speciaal gekweekt op grond die niet concurreert met voedsel. De tweede groep wordt gevormd door e-fuels, oftewel elektrobrandstoffen, een categorie synthetische brandstoffen vooral geproduceerd uit afgevangen CO2 gecombineerd met duurzame waterstof. Ze worden ook wel renewable fuels from non-biological origin (RFNBO) genoemd.

Onmisbaar in de luchtvaart, scheepvaart, zwaar wegtransport, chemische industrie en off-grid sector

In de genoemde sectoren van transport en chemie is het nog altijd moeilijk op een andere manier energie te leveren dan met de huidige koolstofhoudende brandstoffen. Zo is intercontinentaal vliegen op elektriciteit of waterstof voorlopig onmogelijk. Hier is duurzame kerosine op de lange termijn de enige oplossing. Ook voor de scheepvaart is varen over lange afstanden op elektriciteit of waterstof nog ver weg. In de chemische industrie zijn duurzame en circulaire koolstofbronnen nodig om in de toekomst producten te kunnen blijven maken. Duurzame brandstoffen zijn dan ook onmisbaar in de energietransitie. Biomassa speelt daarin een essentiële rol. Onderzoek wijst uit dat zo’n 30% van het primaire energieverbruik wereldwijd is af te dekken met biogene bronnen.

Duurzame koolstofbronnen

Voor brandstoffen maar ook staal, plastic, textiel en tal van andere producten die we dagelijks gebruiken zal altijd koolstof nodig zijn. De koolstof is nu vooral op fossiel gebaseerd. Het komt er dan ook op aan duurzame en circulaire koolstofbronnen te vinden om in de toekomst producten te kunnen blijven maken. Tussen 2020 en 2050 zal de hoeveelheid benodigde koolstof voor het maken van producten groeien van 550 naar 1.150 megaton. Nu is maar liefst 88 procent van de koolstof afkomstig uit fossiele bron. Dat moet in dertig jaar naar nul. In die periode moet de op CO2 gebaseerde koolstof van 0,03 naar 25 procent, biobased van 8 naar 20 en recycling van 4 naar 50 procent.

Proeffabrieken

Om reststromen als afvalhout en agrarische residuen te kunnen omzetten in biobrandstoffen en waardevolle chemicaliën ontwikkelt TNO uiteenlopende technologieën. Die zijn er tevens op gericht de duurzame brandstoffen op grote schaal en betaalbaar te kunnen produceren. In verschillende demonstratieprojecten laten we zien welke technologieën op relevante schaal inzetbaar zijn. Anders dan bij de ontwikkeling van zon- en windenergie zijn hier grote investeringen nodig in nieuwe proeffabrieken om duurzame brandstoffen op een hoog TRL-niveau te produceren als laatste stap voordat het op grote schaal commercieel is te produceren. We onderzoeken ook hoe het Nederlandse bedrijfsleven een aantrekkelijke businesscase kan maken van de productie van duurzame brandstoffen.

Vervanging voor diesel en LPG

Met de door ons ontwikkelde technologie SEDMES (Sorption Enhanced DME Synthesis) zijn CO2 en (groene) waterstof in één stap om te zetten in DME, dat diesel en LPG kan vervangen als brandstof voor woningen en bedrijven die niet op het aardgasnet zijn aangesloten. De CO2 kan direct uit de buitenlucht of uit biogene reststromen van bedrijven ter plekke worden afgevangen, waarna het met hoge efficiëntie wordt  geconverteerd. In het project Butterfly gaan we deze technologie op hoog TRL-niveau testen en demonstreren om te laten zien dat hiermee nieuwe waardeketens zijn te creëren.

Luchtvaart verduurzamen

In het Europese project Take-Off werken we met universiteiten en bedrijven aan een nieuwe technologie om synthetische kerosine efficiënter te maken waardoor vliegen in de toekomst CO2-neutraal kan worden. Daarvoor gebruiken we afgevangen CO2. Duurzame vliegtuigbrandstof (sustainable aviation fuels, SAF) is momenteel de enige realistische optie voor het verduurzamen van de luchtvaart.

Om aan de grote vraag naar biobrandstoffen door de luchtvaart te kunnen voldoen onderzoeken we in het project Icarus nieuwe routes als aanvulling op HEFA (hydroprocessed esters and fatty acids). Het gaat om stromen van suikerhoudende grondstoffen of oliën die je via alcohol-to-jet opwerkt tot SAF en we kijken naar syngas platformen om door vergassing van reststromen luchtvaartbrandstof te maken. In Icarus werken we naast de Europese partners ook nauw samen met partners in de VS, Canada, India en Brazilië.

Geïntegreerd laboratorium

In ons innovatieve biobrandstoffen laboratorium hebben we flexibele faciliteiten die ons in staat stellen elke denkbare stap in het proces uit te voeren, van biomassa en CO2-bronnen tot duurzame brandstoffen. Zo werken we bijvoorbeeld aan thermochemische opties zoals vergassing om groene brandstoffen voor de transportsector te maken. We zetten biomassa om in hernieuwbare brandstoffen zoals methaan, methanol, DME en Fischer-Tropsch producten – een schoon alternatief voor aardgas, benzine en diesel. Door middel van vergassing zetten we biomassa en plastic afval om in zowel duurzame brandstoffen als hoogwaardige chemicaliën.

In ons lab kunnen we de processen apart of samen uitvoeren: vergassing, gasreiniging, ontzwaveling, CO2-afvang, synthese gas omzetting en product scheiding. We kunnen experimenteren met alle gassen, inclusief methaan, CO, CO2 en waterstof. Ons lab is wereldwijd het enige in zijn soort op dit gebied. Het uiteindelijke doel is om grondstoffen zo efficiënt en betaalbaar mogelijk om te zetten in hernieuwbare brandstoffen.