Management samenvatting
Biomassa WKK in de glastuinbouw Evaluatie van transitieroutes
Februari 2005
Auteurs
: Ir. Joep Coenen, Cogen Projects Ir. Stijn Schlatmann, Cogen Projects
Opdrachtgevers
: Productschap Tuinbouw (PT) Ministerie van Landbouw, Natuur en Voedselkwaliteit (LNV) Land- en Tuinbouw Organisatie Nederland (LTO)
Samenvatting De glastuinbouwsector (GTB) heeft de ambitie dat vanaf 2020 in alle nieuw te bouwen kassen CO2-neutrale teelt plaats vindt. Om deze ambitie werkelijkheid te laten worden heeft de sector een aantal transitiepaden gedefinieerd. Eén van deze paden is biomassa-WKK. Vanuit de ambitie voor 2020 en een gemiddelde levensduur van ca. 15 jaar voor een kassencomplex, zal dan in 2035 100% van de elektriciteit uit warmtekracht opgewekt worden met biomassa en/of afgeleide producten daarvan (b.v. biogas, bio-olie). Naar schatting zal dit in totaal circa 2000 MWe bedragen. Vanuit de ambitie voor 2020 is een streefbeeld gedefinieerd voor 2010, waarbij het aandeel ‘duurzaam’ minstens 4% van de elektriciteitproductie bedraagt. Dit komt neer op een bioWKK opwekcapaciteit van circa 65 MWe. Uitgaande van een geleidelijk groeiscenario zal de toepassing van bio-WKK in 2020 ongeveer 600 MWe bedragen. De berekeningen waarop bovenstaande ambities en streefbeelden zijn gebaseerd zijn weergegeven in onderstaande tabel. Voor een schatting van het aantal hectare belichte teelt in 2010 is uitgegaan van het gematigde groeiscenario van het LEI en KPMG. Er is de verwachting dat de intensiteit van de belichting per hectare en het percentage eigen opwekking zal toenemen.
Parameter
2004
Jaren 2010 2020
2035
Belicht oppervlak (ha) Elektriciteitsvermogen (MWe per ha) Totale elektriciteitsvermogensvraag (MWe) Percentage elektriciteit eigen opwekking (%) Elektriciteit inkoop voor belichting (MWe) WKK voor belichting (MWe) Percentage biomassa-WKK (%) Vermogen duurzaam met biomassa (MWe)
2300 0,50 1150 45 633 518 0,1 0,5
4200 0,75 3200 50 1600 1600 4 65
5000 0,80 4000 50 2000 2000 100 2000
5000 0,80 4000 50 2000 2000 30 600
Ter illustratie is de verwachting van het aantal hectare belichte areaal en het benodigde vermogen aan duurzame elektriciteit vanuit biomassa-WKK weergegeven in onderstaande figuur.
2000 1750
Belicht glasareaal (ha)
4500
1500 4000
1250 Glasareaal
3500
1000
600
3000
750 500
2500 65
250
Bio-WKK vermogen
2035
2030
2025
2020
2015
0 2010
2000
2000
2005
0.5
Vermogen bio-WKK belicht (MWe)
5000
Tijd (jaren)
De GTB sector is tot de volgende doelstellingen gekomen voor het aandeel elektriciteit uit warmtekracht opgewekt met biomassa en/of afgeleide producten daarvan (b.v. biogas, bioolie: • 65 MWe in 2010 • 600 MWe in 2020 • 2000 MWe in 2035 (alle WKK op basis van biobrandstoffen) Vooruitlopend op de conclusies is een realistisch streven om de 65 MWe in 2010 op de volgende wijze in te vullen: • circa 20% (~12 MWe) via vergassing • circa 75% (~50 MWe) via bio-olie • circa 5% (~ 3 MWe) via andere bio-WKK routes (b.v. vergisting) Het doel van het rapport is om uit het brede palet aan beschikbare biomassastromen en omzettingstechnieken uit een onderbouwde selectie een aantal voor de glastuinbouw (GTB) op dit moment aantrekkelijke transitieroutes te definiëren. De bevindingen zijn alsvolgt: Biomassa • Mogelijk geschikte binnenlandse biomassa is er vooral in de vorm van hout, bermgras, pluimveemest, slib, oliën en vetten. In mindere mate zijn mest en GFT geschikt, vanwege de lage stookwaarde en daarmee het relatief hoge aantal vervoersbewegingen. • Binnen de GTB is er te weinig biomassa, in de vorm van GFT, om daarmee de doelstelling voor 2010 te kunnen realiseren. Daarvoor is buiten de GTB in Nederland voldoende hout, oliën en vetten beschikbaar, indien niet teveel vraag uit andere sectoren ontstaat. • Gezien de vraag naar biomassa vanuit de elektriciteit- en transportsector is er in Nederland onvoldoende beschikbaar voor het realiseren van de doelstelling voor 2020. Er is daarvoor met name te weinig GFT, hout en koolzaad. Hoewel er misschien meer en meer energiegewassen in Nederland worden geteeld, zal dit alleen voor de GTB al onvoldoende zijn. • Grootschalige import van biomassa uit het buitenland zal noodzakelijk zijn. Hout, vetten en oliën vormen de meest aangewezen kandidaten voor import.
De mogelijke transitieroutes • Verbranding van biobrandstoffen met alleen warmteproductie vindt al plaats (peakshaving met bio-olie in ketels) en zal zeker een rol kunnen spelen bij de verduurzaming van de energievoorziening. Omdat dit echter geen wkk betreft en minder goed aansluit bij de trend van afnemende warmtevraag en toenemende elektriciteitsvraag, is deze optie buiten beschouwing gelaten. ‘Klassieke’ verbranding van biomassa in combinatie met elektriciteitsopwekking door middel van een stoomturbine is interessant om (passief) te blijven volgen, maar niet aantrekkelijk als biomassa-WKK route; vooral omdat er relatief grote volumestromen nodig zijn, het ketenrendement laag is en alleen toepassing op grote schaal concurrerend is. Mogelijk wordt deze route interessant voor een grootschalig cluster. • Vergisting is in de GTB niet interessant als stand-alone toepassing, omdat grote hoeveelheden biomassa nodig zijn per eenheid elektriciteit en zowel de installatie als de opslag van biomassa veel ruimte vragen. De drijfveer voor vergisting is vooral de verwerking van organische biomassa met een lage of negatieve stookwaarde (mest, GFT, slib) en niet zozeer de productie van elektriciteit. Deze technologie is behoorlijk ontwikkeld en wordt al op een redelijke schaal toegepast in de veeteelt binnen Nederland en daarbuiten. • De route van vergassing lijkt interessant, omdat met een acceptabel ketenrendement diverse biomassastromen kunnen worden omgezet in schoon synthesegas. Hiermee kunnen emissies beter beheerst worden (anders dan bij verbranding). De betrouwbaarheid en economische haalbaarheid moeten worden aangetoond, maar bieden zeker perspectief. De reststoffen die vrij komen kunnen nog een knelpunt vormen. • De route met bio-olie lijkt interessant, omdat met relatief weinig vervoersbewegingen en een acceptabel ketenrendement diverse plantaardige oliën en vetten kunnen worden aangewend. Tevens is de schaalgrootte aantrekkelijk en lijkt de economische haalbaarheid gunstig. Wanneer wordt uitgegaan van puur plantaardige oliën moet wel rekening worden gehouden met een relatief groot oppervlaktegebruik voor de koolzaadteelt, dan wel met hoge kosten voor inkoop van olie van elders. Voor de komende jaren is hiernaast vooral ook de toepassing met frituurvet interessant. • Pyrolyse is minder ver ontwikkeld dan de andere routes. Hierdoor en vanwege de hoge complexiteit zal deze route de komende vijf jaar nog niet in de praktijk toegepast kunnen worden. Wel verdient het aanbeveling om de ontwikkelingen hierin te blijven volgen.
Te selecteren routes De routes die het meest geschikt lijken voor grootschalige toepassing van bio-WKK in de GTB zijn: • Vergassing met WKK • Bio-olie direct in een WKK Bovenstaande routes zijn niet als één van de zes transitiepaden biomassa in het beleid van het Ministerie van EZ gedefinieerd.
Status van de vergassingsroute Deze technologie is nog sterk in ontwikkeling, maar biedt genoeg perspectieven voor de GTB. Binnen en buiten Nederland is vergassing op enkele locaties toegepast of gedemonstreerd. Het cruciale punt van vergassing is de reiniging van het gas voor toepassing in een WKK. Er zijn diverse technologieontwikkelaars die aangeven dat nu te kunnen. ECN geeft aan met vergassing van hout een synthese gas voor WKK te kunnen produceren tegen een kostprijs die kan concurreren met aardgas. De haalbaarheid (incl. betrouwbaarheid ) daarvan in de GTB moeten nog worden aangetoond.
Status van de bio-olie route Bio-olie zelf is nu al beschikbaar, maar de markt (vraag en aanbod) voor bio-olie als brandstof is nog slecht ontwikkeld. Toepassen van bio-olie in WKK is nog in ontwikkeling, maar heeft zeker perspectief binnen de GTB. Qlear, Cummins en Marge zijn de huidige marktontwikkelaars. Er draaien 3 proefprojecten in het buitenland.
CO2 -levering • Alle huidige technologieën voor toepassing van biomassa, inclusief verbranding in ketels, zijn nog niet geschikt voor het leveren van CO2. Daarmee vormt CO2 –levering nog een knelpunt. Het is voor grootschalige toepassing van bio-WKK in de GTB essentieel, dat er tegen acceptabele kosten CO2 geleverd kan worden, hetzij met de bio-WKK zelf, hetzij met externe CO2 leveringen. • Op termijn is de verwachting dat biomassa met een constante kwaliteit (b.v. palmolie) en biomassa geconverteerd naar gereinigd gas (b.v. uit vergisting/vergassing) de beste mogelijkheden bieden voor CO2 –levering in de toekomst. • Er zijn ontwikkelingen gaande om robuustere rookgasreinigers te ontwikkelen. De verwachte ontwikkeltijd is circa 3 tot 5 jaar.
Aanbevelingen • Voor een aantal biomassastromen (hout, bio-oliën) wordt aanbevolen om de beschikbaarheid en contracteerbaarheid voor de GTB sector nader te onderzoeken en voor te bereiden. • Met betrekking tot vergisting wordt aanbevolen om aansluiting te zoeken bij initiatieven in andere sectoren (veeteelt, RWZI, composteerbedrijven, akkerbouw) en niet zelf binnen de sector de toepassing actief te bevorderen. • Met betrekking tot vergassing wordt aanbevolen om het haalbaarheidsonderzoek van een project met vergassingstechnologie van ECN voor toepassing in Bergerden uit te voeren om meer duidelijkheid te verkrijgen over aspecten zoals de economische haalbaarheid, bedrijfszekerheid en de mogelijkheid voor CO2 levering aan de kas. De vraag is ook of vergassing zich meer leent voor een locale toepassing of een meer centrale applicatie. Verder zal de maatschappelijke acceptatie van een vergassingsproject in de GTB nader in kaart moeten worden gebracht door b.v. een workshop te organiseren met alle ‘stakeholders’. • Voor de verdere toepassing van bio-olie zal eerst het knelpunt van de accijns en energiebelasting moeten worden opgelost. Hieraan wordt inmiddels in samenwerking met verschillende partijen gewerkt. Vervolgens kunnen geïnteresseerde partijen worden gezocht voor demonstratieprojecten en kunnen projectvoorstellen worden uitgewerkt. Hierin kunnen onder andere de projectopzet, een globale haalbaarheid, de samenstelling van betrokken partijen en de financiering worden uitgewerkt. • Voorgesteld wordt om de ontwikkeling van de stirlingmotor te volgen. Op het moment dat er installaties van 50 tot 200 kWe op de markt komen kunnen deze mee worden genomen in het transitiepad. De stirlingmotor biedt de kans op een schonere verbranding en daarmee een betere kans op CO2-levering. De vermogensgrootte (in meerdere eenheden) past bij een warmtepomp van bijvoorbeeld een gesloten kas. • CO2 –levering vanuit bio-WKK zal nog de nodige ontwikkeling vergen. Het is daarom aan te bevelen om eerst bio-WKK voor een deel van de energievoorziening te ontwikkelen. Wanneer die ontwikkeling ver genoeg is, dienen de mogelijkheden voor CO2-levering nader onderzocht te worden om toepassing van bio-WKK op groter schaal mogelijk te maken.
