Dicht bij huis meer rendement halen uit gras, maïs en andere eiwitbronnen Heusden, 11 en 12 september 2014 Prof. Dr. J.P.M. (Johan) Sanders Biobased Commodity Chemicals (BCH)
De nieuwe uitdaging voor biomassa grondstoffen:
Voeding Gezond, veilig, voldoende,
€
Biobased Producten
biorefineries Omzettings processen
• materialen
€
• chemische bouwstenen •transportbrandstoffen • Electriciteit •warmte
Biomassa productie
€
Bestaande Non-Food: •Papier •timmerhout • katoen, wol • hout om te koken .
Vele drivers voor de Biobased Economy
Tekort aan goedkope olie Hoge energieprijzen Zekerheid energievoorziening Klimaatverandering door broeikasgassen Plattelandsontwikkeling Ontwikkelingslanden Geo-politieke condities
Gebruik van biomassa, huidig en in 2050
Mton/year Voedsel incl. diervoeding*
4 – 5000
hout, papier, katoen
2000
Hout om te koken
4000
30% of 1000EJ in 2050=
20 000
Alle bulkchemicalien in 2050 * excl. gras en visserij
600( = 2000 input)
Hoe krijgen we dit voor elkaar op duurzame wijze?
● Vergroot de veldopbrengst maar houd de componenten die nodig zijn voor de bodemvruchtbaarheid op het veld
● Gebruik alle biomassa componenten en kies de juiste grondstof
● Gebruik elk component op zijn hoogste waarde: (moleculaire) structuur is beter dan calorische
● Verminder de kapitaalskosten om de innovatie te versnellen en om te profiteren van kleine schaal zonder de nadelen
In energie uitgedrukt heeft ons dagelijks voedsel een 20 maal hogere input per output nodig! Biomass 635PJ
Fossil 575PJ
Net Import 160
Food Industry 150
Household 165
Dutch Agriculture 475
Transportion Food 100 Greenhouses/Food 100 2500 kcal/dag = 55 PJ
Biomassa input
Jaarbehoefte van gehele bevolking
Other Agriculture 60
Fossiel input
Halvering van grondstoffen gebruik leidt tot • Halveren van footprint van 6 miljoen ha tot 3 miljoen hectare • Vrijspelen van voldoende energie voor gehele wegtransport!
From: PBL, the Protein Puzzle, 2011
Biorefining
Nuttig gebruik van bijproduct maakt alkohol fabriek winstgevend
500 miljoen liter bioethanol (~ 400 kton) =200M€
360 kton DDGS (~130 € / ton) =46M€ 36 kton glutamic acid
COOH
OH
H2N O
23 kton NMP (~2500 € / ton) =58
M€/y
Tweede generatie grondstoffen vergen veel kosten in voorbehandeling en leveren weinig op! Valse Hoop!
Tarwe stro
Chemisch voorbehandeld
Bovendien enzymbehandeling
Bioraffinage van landbouwreststromen ..
Eiwitgehalte
0
5%
15 %
Voorbeelden
Tarwe stro
Cacaodoppe n suikerrietloof
Koffiepulp Bietenloof
50-80
50-110
100-140
marktprijs (€/ton)
35 %
50 %
raapschroo t
sojaschroot
150-180
300-350
Bioraffinage maakt electriciteitgrondstof beschikbaar voor 45€/ton
800 50
Eiwit
700 600
€/GJ
500 30 400 20
300
Amino zuren
€/ton
40
Diervoeding
2G Ferment. grondstof Lignocellulose papiervezels
200 10 100 3
0
0 Hout Stro verzameld Stro raapschroot chips op veld stro gewassen
Multiproduct bioraffinage
fosfaat Electriciteit grondstof
Het hoeft niet allemaal op grote schaal!
• Vermijd kostbare warmtewisselaars • Vermijd kosten voor retour van mineralen en koolstof naar veld • Vermijd waterverwijdering indien niet strikt nodig
Mobiele grasverwerking Grassa (Oenkerk)
Gras eiwit Wit product humane voeding
Eiwit
mengvoeder
Groen product diervoeding
vezels
Gras sap Gras sap concentraat Diervoeder
+ ..... Ethanol
rundvee
Isolatie/ karton/ biogas
Extrusie producten
Alleen eiwit is niet voldoende om de kosten te dekken bioraffinage
Drie producten baten
Acht producten kosten
baten
kosten
Gras kosten
60
60
Proces kosten
120
440
eiwit
120
120
vezels
30
30
sap
55
mineralen
75
Organ. zuren
60
aminozuren
75
suikers
12
suikerpolymeren
225
vetten
60
totaal
205
180
657
500
Eiwit/olie/ethanol/biogas van kleine schaal mais bioraffinage
Biogas fermentation
Electricity Biogas
biogas
CHP minerals
Stem
heat
Maize Grain
Pretreatment & Ethanol fermentation
Filtration
Distillation
60% ethanol
Protein
Minder investeringskosten/liter ethanol dan de Amerikaaanse ethanol productie die op een 200 x grotere schaal opereert.
Feed/food
Corn oil
Byosis/Zeafuels (Lelystad, Netherlands)
Integratie gras & mais bioraffinage voor rund en varken Import uit Brazilie
Materialen/Energie
import
vezels
Biorefinery
Eiwit
Mais
Gras Mest mest
Situatie sinds 1975
mest
akker
zakker Verhoging veld opbrengst grasland, Regionale werkgelegenheid, drastische verlaging mest probleem
Bioraffinage in de Achterhoek levert voldoende eiwit voor varken en rund/1 250000 hoog 15 ton gras/ha
Aanbod van hoog en laagwaardig eiwit
200000
hoog 10.5 ton gras/ha
Behoefte aan hoog en laagwaardig eiwit
hoog 6 ton gras/ha
1H=2 L rund, 1H=1.33L varken
180000 laag 6 ton gras/ha 160000 laag 10.5 ton gras/ha
150000
140000
hoge kwaliteit
120000
lage kwaliteit
laag 15 ton gras/ha Linear (hoog 15 ton gras/ha) 100000
100000
50000
0 0%
20%
40%
60%
80%
Linear (hoog 10.5 ton gras/ha)
80000
Linear (hoog 6 ton gras/ha)
60000
Linear (laag 6 ton gras/ha)
40000
Linear (laag 10.5 ton gras/ha)
20000
Linear (laag 15 ton 100% gras/ha) 120%
totaal Linear (hoge kwaliteit) Linear (lage kwaliteit) Linear (totaal)
0 0
50
100
150
Hoeveel van NL oogst moet worden geraffineerd om aan inlandse behoefte te voldoen? 1H=..L Vervangingsfactor Bij rund resp varken
% vervanging van H door L
6 Ton/ha
10.5 Ton/ha
15 Ton/ha
1.5
20
-
50
31
50
-
75
50
75
-
90
55
20
110*
45
30
50
-
70
40
75
-
80
52
20
105*
43
28
50
-
60
35
75
-
70
45
2
3
1.2
1.33
1.5
•bij 6 ton is er steeds onvoldoende gras etc voorhanden. het raffinage % zou bij hogere L/H nog steeds 110, 105% van de oogst moeten zijn.
conclusies •
De gecombineerde waarde van biomassa componenten maakt concurrentie mogelijk met fossiele grondstoffen en Braziliaanse grondstoffen
•
Door bioraffinage technieken kunnen we veel efficienter met onze (vee) voeding grondstoffen worden
•
Economy of scale verliest zijn concurrentiekracht en dicht bij het veld bioraffineren biedt nieuwe kansen voor de boer en de economy van het platteland
Earthscan, ISBN 978-1-84407-770-0
