2e generatie biobrandstoffen Luc Pelkmans, VITO WERVEL Studiedag ‘Landbouw en energiegewassen’ Gent, 9 juni 2007
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
1
Inhoud • Productieprocessen en grondstoffen • Fischer-Tropsch diesel – – – –
Productieproces Kosten Wereldwijde actoren Implicaties op voertuigen
• Ethanol uit ligno-cellulose – – – –
Productieproces Kosten Wereldwijde actoren Implicaties op voertuigen
• Conclusies 4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
2
Biobrandstoffen & grondstoffen Biobrandstoffen bio-ethanol & bio-ETBE
biodiesel bio-DME
biomethanol & bio-MTBE
FTDiesel
+
+
Grondstoffen Ligno-cellulose gewassen
+
Energie
Oliezaden gewassen Suikergewassen Zetmeelgewassen
Residu’s Mest Afval
4 juni 2007
Uit bosbouw
+
synthetisch bioaardgas waterstof (SNG)
+
pure plantaardige biogas olie
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
Vloeibare mest Ander organisch afval
Bron: VIEWLS
+
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
+
3
Productieprocessen
4 juni 2007
1e-generatiebiobrandstoffen
verzamelnaam
Productieproces
puur plantaardige olie
PPO
Koude persing / chemische extractie, raffinering
biodiesel van oliezaden
Biodiesel
Verestering van PPO
biodiesel van afval (olie/vet)
Biodiesel
Zuivering, verestering
ethanol uit suikerh. gewassen
Bio-ethanol
Fermentatie, distillatie
ethanol uit zetmeelh. gewassen
Bio-ethanol
Hydrolyse, fermentatie, distillatie
ETBE
Bio-ETBE
Synthese van ethanol en iso-butyleen
SNG van biogas
Biogas
Anaerobe vergisting, CO2/ H2O verwijdering
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
4
2e-generatiebiobrandstoffen
verzamelnaam
Productieproces
Fischer-Tropsch (FT) diesel
Synth. biobrandstof
Vergassing, water-gas-shift, FT-synthese, hydrocracking
methanol
Bio-methanol
Vergassing, water-gas-shift, methanolsynthese
MTBE
Bio-MTBE
Synthese methanol + isobutyleen
DME
Bio-DME
Vergassing, water-gas-shift, DME-synthese
ethanol uit cellulose
Bio-ethanol
Geavanceerde hydrolyse, fermentatie, distillatie
HTU-diesel van natte biomassa
Synth. biobrandstof
HTU, HDO, raffinage
pyrolyse diesel
Synth. biobrandstof
Pyrolyse, HDO, raffinage
SNG uit syngas
Biogas
Vergassing, water-gas-shift, methaansynthese, H2O/CO2 verwijdering
SNG van natte biomassa
Biogas
Super/subkritische vergassing, methaansynthese, H2O/CO2 verwijdering
waterstof uit biogas
Bio-waterstof
Anaerobe vergisting, steam reforming /watergas-shift, CO2 verwijdering
waterstof uit syngas
Bio-waterstof
Vergassing, water-gas-shift, CO2 verwijdering
waterstof van natte biomassa
Bio-waterstof
Superkritische vergassing, steam reforming, CO2 verwijdering
waterstof van natte biomass
Bio-waterstof
Biologische fermentatie
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
5
Grondstoffen 2e gen. biobrandstoffen Energiegewassen: • • • •
korte-omloophout (wilg, populier), snelgroeiende grassen (miscanthus, bamboe, riet, hennep), energiemaïs, residuen van landbouwgewassen (stro en loof van graan, koolzaad, bieten, of maïsstengels van korrelmaïs)
Organisch-biologische reststromen: • • •
4 juni 2007
houtafval van bosbouw en bosbeheer of van de houtverwerkende nijverheid, groenafval van particulieren, bedrijven of overheden (gemeente, provincie of gewest, o.a. bermgras), opgehaald afval, zoals GFT, organische fractie van huishoudelijk afval en organisch-biologisch bedrijfsafval (excl. slib).
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
6
Toepassingen 2e gen. biobrandstoffen
4 juni 2007
Dieselvoertuigen
=> Fischer-Tropsch diesel
Benzinevoertuigen
=> Ethanol van ligno-cellulose
Aardgasvoertuigen
=> SNG (biogas)
Brandstofcelvoertuigen
=> Bio-H2
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
7
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Productieproces
Bron: ECN
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
8
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Kostinschatting Bron: RENEW uitgaande van 85.000 ton/jr (250MW houtinput), Afschrijving over 20jr / 10%:
Eigen berekening (na 2015, €2005): • Biomassa-input: 0,40 €/liter (100€/ton pellets) • Afschrijving: 0,30€/liter (voor 100.000ton/jr, afschrijving over 15jr, 10%) • Proceskosten: 0,25€/liter • Opbrengst bijproducten (elektr): -0,12€/liter Totaal: 0,82 €/liter • Distributie & marge: 0,14 €/liter ⇒ Prijs aan de pomp: 0,96€/liter (zonder BTW of accijnzen)
↔ 0,55€/liter max prijs voor diesel (status 01/06/2007)
* 1 liter FT diesel = 0,96 liter dieselequivalent
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
9
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Wereldwijde actoren GTL - FT diesel op basis van aardgas
4 juni 2007
(1/2)
Commerciële GTL plants tegen 2010
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
10
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Wereldwijde actoren
(2/2)
CHOREN (Freiburg, Duitsland) i.s.m. VW, DaimlerChrysler, Shell Productie 13000 ton/jr SunDiesel vanaf 2008.
EC-FP6 RENEW project •
Volkswagen (coordinator), DaimlerChrysler, Renault, Volvo, Choren, Cutec, Chemrec, Abengoa, EC-BREC, Total, BP
BTL-Informatieplatform, Duitsland Onderzoek en pilooteenheden: TUWien, CUTEC, ECN, IFP, VTT, …
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
11
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Voertuigimplicaties
(1/2)
Brandstofkarakteristieken • zeer goede ontbrandingseigenschappen, met cetaangetal van 75 of hoger, • geen of zeer laag zwavelgehalte, • zeer weinig aromaten en poly-aromaten, • kleurloos en zo goed als reukloos, • energie-inhoud vergelijkbaar met petroleumdiesel, • verlaging emissies (zie verder). • lage lubriciteit (smerende eigenschappen) => toevoeging biodiesel ? • additieven nodig voor koude eigenschappen (~fossiele diesel). . 4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
12
Fischer-Tropsch diesel (BTL) Voertuigimplicaties EmissieVoordeel (%)
Personenwagens
(2/2) Zwaar vervoer
Euro 1
Euro 2
Euro 3
Euro 1
Euro 2
Euro 3
CO
40
53
75
22
5
16
HC
45
63
62
13
23
<9
PM
42
39
41
18
18
34...10
NOx
10
5
5
16
15
5...19
Bron: Shell, 2002. GTL brandstof in vergelijking met standaard diesel (CEN96).
Broeikasgasemissies voor GTL vergelijkbaar met fossiele diesel, voor BTL 85 tot 90% verlaging GHG
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
13
Ethanol uit ligno-cellulose Productieproces
(1/2) Bron: WUR
Bron: ECN
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
14
Ethanol uit ligno-cellulose Productieproces
(2/2)
Biomassa ondergaat chemische en enzymatische behandeling om suikers vrij te maken voor fermentatie
Sleuteltechnologieën: • Voorbehandeling van lignocellulose Beschikbaar maken van cellulose + hemicellulose voor enzymatische hydrolyse
• Enzymatische hydrolyse Effectieve inzet van enzymen voor productie van suikers
• Fermentatie Omzetting van alle suikers (C5 & C6) uit (hemi)cellulose tot ethanol
• Systeemintegratie Gebruik lignine voor elektriciteits- en warmte opwekking; integratie van procesonderdelen
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
15
Ethanol uit ligno-cellulose Kostinschatting Eigen berekening (na 2015, €2005): • Biomassa-input: 0,32 €/liter (100€/ton pellets) • Afschrijving: 0,30€/liter (voor 100.000ton/jr, afschrijving over 15jr, 10%) • Proceskosten: 0,35€/liter • Opbrengst bijproducten (elektr): -0,30€/liter Totaal: 0,67 €/liter • Distributie & marge: 0,14 €/liter ⇒ Prijs aan de pomp: 0,81€/liter (zonder BTW of accijnzen) ↔ 0,57€/liter max prijs voor benzine (status 01/06/2007) * 1 liter ethanol = 0,66 liter benzine-equivalent => kost ~ 1,0 €/liter benzine-equivalent pompprijs ~ 1,21 €/liter benzine-eq. (zonder BTW of accijns)
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
16
Ethanol uit ligno-cellulose Wereldwijde actoren
(1/2)
IOGEN (Canada): 1e pre-commerciële productiefaciliteit voor cellulose-ethanol, in productie vanaf april 2004 i.s.m. VW & Shell: studie naar de economische haalbaarheid van cellulose-ethanol productie in Duitsland
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
17
Ethanol uit ligno-cellulose Wereldwijde actoren
(2/2)
ETEK (Zweden): Pilootinstallatie voor cellulose-ethanol, in gebruik vanaf mei 2004 capaciteit 400-500 liter/dag Samenwerking met Novozymes (DK) & NREL (US) EC-FP6 NILE project (New Improvements for Lignocellulosic Ethanol ): Industry
Research Universities
Associations
ETEK (SE)
IFP (FR)
ETH (CH)
EUREC Agency (BE)
ENITecnologie (IT)
CRFiat (IT)
University Francfort (DE)
BAFF (SE)
ROAL (FI)
INRA (FR)
Imperial College (UK)
SAF-ISIS (FR)
VTT (FI)
University Lisbon (PT)
SEKAB (SE)
IWC (LV)
University Lund (SE)
Direvo (DE)
CNRS (FR)
Weizmann Institute (IL)
GRANIT (CH)
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
18
Ethanol uit ligno-cellulose Voertuigimplicaties Zie: 1e generatie ethanol Mengbaar met benzine geen aanpassingen motor tot 10 à 20% Gebruikt als ‘oxygenate’ (mogelijk omgezet naar ETBE) 5% bijmenging officieel toegestaan in EU Hogere concentraties: Lagere energie-inhoud ethanol (2/3 van benzine per liter) Agressief voor bepaalde materialen => FFV voertuigen (“flexible fuel”) voor E85 of benzine Vooral succes in Brazilië (E100, E25), Noord-Amerika (E85, E10) en recent ook in Zweden
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
19
Conclusies • 2e gen biobrandstoffen vooralsnog duurder dan fossiele brandstoffen en 1e gen biobrandstoffen, • Belangrijk potentieel biomassa (ligno-cellulose), • Eerste 10 jr vooral in onderzoeks- en demonstratiefase, • FT diesel (BTL) zeer interessant voor West-Europa door dieselmarkt, • Ethanol uit lignocellulose bouwt voort op introductie 1e generatie ethanol.
4 juni 2007
vertrouwelijk – © 2007, VITO NV – alle rechten voorbehouden
20
