HET POTENTIEEL VAN BIOBRANDSTOFFEN VAN DE TWEEDE GENERATIE

UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT ECONOMIE EN BEDRIJFSKUNDE ACADEMIEJAAR 2008 – 2009

HET POTENTIEEL VAN BIOBRANDSTOFFEN VAN DE TWEEDE GENERATIE

Masterproef voorgedragen tot het bekomen van de graad van Master in de bedrijfseconomie

Tom Rommens Eline Suetens onder leiding van Prof. J. Albrecht

VERTROUWELIJKHEIDSCLAUSULE

PERMISSION Ondergetekenden verklaren dat de inhoud van deze masterproef mag geraadpleegd en/of gereproduceerd worden, mits bronvermelding.

Tom Rommens

Eline Suetens

WOORD VOORAF Graag willen wij de mensen bedanken die mee instonden voor het mogelijk maken van deze studie. Eerst en vooral bedanken we prof. Johan Albrecht voor het aanbieden van het interessante onderwerp en de professionele begeleiding. Ook assistente Elien Vuslteke willen we langs deze weg bedanken voor het aanreiken van informatie en het grondig nalezen van dit werk.

I

INHOUDSOPGAVE 1.

Doelstelling .................................................................................................... 1

2.

Biobrandstoffen van de eerste generatie ............................................................ 2

2.1

Inleiding ....................................................................................................................... 2

2.2

Beleidsmaatregelen die de productie van biobrandstoffen stimuleren ................. 4

2.2.1 Verenigde Staten ................................................................................................. 4 2.2.2 Brazilië .................................................................................................................. 5 2.2.3 EU ......................................................................................................................... 5 2.2.4 China .................................................................................................................... 6 2.3 Beperkingen en bemerkingen .................................................................................... 6 3. Biobrandstoffen van de tweede generatie........................................................... 7 3.1 Inleiding ....................................................................................................................... 7 3.2

Lignocellulose producten ............................................................................................ 8

3.2.1 Olifantengras Miscanthus ...................................................................................... 10 3.2.2 Switchgrass / prairiegras .................................................................................. 11 3.2.3 Korte omloophout .............................................................................................. 13 3.3 Algen .......................................................................................................................... 14 4. Kritische factoren bij het bepalen van het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie ..................................................................................................16 Beschikbare oppervlakte .......................................................................................... 16 4.1 4.1.1 Klimaatcondities ................................................................................................ 16 4.1.2 Conflict voedsel-biogewas .................................................................................... 17 4.2 Opbrengsthoeveelheid en –efficiëntie ..................................................................... 18 4.3

Investering- en productiekosten

............................................................................. 18

5. Investering- en productiekosten van biobrandstoffen van de tweede generatie ......19 5.1 Investering- en productiekosten van biobrandstoffen uit lignocellulose biomassa

19 5.1.1 Planten en oogsten ............................................................................................ 19 5.1.2 Productie van ethanol en FT diesel .................................................................. 20 5.1.3 Kosten ethanol productie .................................................................................. 21 5.1.4 Kosten FT diesel productie................................................................................ 23 5.2 Investering- en productiekosten van biobrandstoffen uit algen ................................... 25 6. Potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie .....................................27 6.1 Globale energieconsumptie ...................................................................................... 27 6.2

7.

Scenario’s: biobrandstofproductie, -consumptie en –potentieel in de toekomst 28 6.2.1 Scenario 1: Totale olie- en biobrandstofproductie.......................................... 28 6.2.2 Scenario 2: Potentieel van biobrandstoffen uit lignocellulose biogewassen . 31 6.2.3 Scenario 3: Potentieel van biobrandstoffen uit algen .................................... 35 Conclusie ......................................................................................................38

II

GEBRUIKTE AFKORTINGEN BP

Beyond petroleum

BPF

Belgische petroleum federatie

BTL

Biomass to liquid

BTU

Britisch Thermal Unit

DS

Droge stof

EIA

Energy Information administration

EISA

Energy Independence and Security Act

EJ

Exajoule of 1E18 joule

FT

Fischer-Tropsch

GJ

Gigajoule of 1E9 joule

IEA

International Energy Agency

OECD

Organisation for economic Co-operation and Development

SNG

Synthetisch aardgas

WTI

West-Texas Intermediate

³

III

LIJST VAN TABELLEN EN FIGUREN

Figuur 1 Globale biobrandstofproductie (IEA, 2009) ................................................... 3 Figuur 2 Oogstproces olifantengras (Wervel, 2007) ...................................................10 Figuur 3 Oogstproces bij korte omloophout (Landbouwleven, 2009) ............................13 Figuur 4 Links: Open algenkweeksystemen Rechts: Photobioreactors .........................14 Figuur 5 Voorstelling van het productieproces van biodiesel en –ethanol (Doornbosch, 2007)..................................................................................................................21 Figuur 6 Vroegere en voorziene toekomstige kosten voor de productie van ethanol vergeleken met de (pre-taks) benzineprijs (IEA, 2006) .............................................22 Figuur 7 Vroegere en voorziene toekomstige kosten voor de productie van biodiesel vergeleken met de (pre-taks) dieselprijs (IEA, 2006) ................................................24

Tabel 1: Vijf scenario's totale olie- en biobrandstofproductie ......................................29 Tabel 2: Samenvatting procentueel potentieel van biobrandstofproductie in olieproductie tegen 2050 ..........................................................................................................30 Tabel 3: Drie scenario's omtrent de olie- en totale energieconsumptie ........................31 Tabel 4: Geproduceerde bio-energie in 2050 uit lignocellulose in functie van oppervlakte en technologiefactor .............................................................................................34 Tabel 5: Potentiële energieopbrengst uit algen in 2050, indien de opbrengst 5000 gallon/acre/jaar is ................................................................................................36 Tabel 6: Potentiële energieopbrengst uit algen in 2050, indien de opbrengst 10000 gallon/acre/jaar is ................................................................................................36

IV

1. Doelstelling Biobrandstoffen kennen een grote opmars over de hele wereld, dit door sterk fluctuerende olieprijzen, een stijgende vraag naar olie en uitputting van de fossiele grondstoffen in de toekomst. Biobrandstofproductie is ook veel milieuvriendelijker dan huidige de brandstofproductie. Ze zijn dan ook het beste alternatief om de steeds stijgende vraag naar fossiele brandstoffen op te vangen.

Hoewel eerste generatie biobrandstoffen zoals bvb maïs, graan, koolzaad en suikerriet tegemoet komen aan deze stijgende vraag naar brandstoffen, zijn er ook grote nadelen aan verbonden. Zo resulteert de productie van eerste generatie biobrandstoffen in hogere voedselprijzen, als gevolg van concurrentie met de voedingsgewassen industrie. Ook zijn de productiekosten relatief hoog en de potentiële energieopbrengsten eerder laag. Hierdoor is de interesse in het ontwikkelen van biobrandstoffen die niet geproduceerd worden uit voedingsgewassen, sterk gegroeid.

Uit tweede generatie biobrandstoffen zijn hogere energieopbrengsten mogelijk en ze hebben het grote voordeel dat ze geteeld kunnen worden op marginale en minder vruchtbare grond. Deze tweede generatie biobrandstoffen omvatten cellulosegewassen zoals grassen en houtafval. Ook de brandstofproductie uit algen wordt tot deze groep gerekend. Verder in dit werk worden algen en enkele gewassen zoals olifantengras, prairiegras en korte omloophout uitvoerig besproken.

De productie van deze biobrandstoffen zit echter nog in een onderzoeksfase en is dus tot op

heden

nog

niet

gecommercialiseerd.

Het

aandeel

van

tweede

generatie

biobrandstoffen in de toekomst zal beïnvloed worden door een aantal factoren zoals de economische groei, de vraag naar olie en de olieprijs. Verder in dit werk worden dan ook verschillende scenario’s gehanteerd die een beeld geven van het mogelijks te behalen energiepotentieel in de toekomst. Tenslotte wordt nagegaan hoe groot het percentage geproduceerde tweede generatie bio-energie zou kunnen zijn ten opzichte van de globale olie- en/of energieconsumptie in het jaar 2050.

Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

1|

2. Biobrandstoffen van de eerste generatie 2.1 Inleiding Biobrandstoffen van de eerste generatie worden geproduceerd vanuit voedingsgewassen die traditioneel geteeld werden voor de voedingsindustrie. De productie van eerste generatie biobrandstoffen, zoals ethanol uit suikerriet in Brazilië, maïs ethanol in de VS, raapzaad biodiesel in Duitsland en palmolie in Maleisië wordt gekenmerkt door goed op punt gezette technologieën. De globale vraag naar biobrandstoffen is meer dan verdrievoudigd tussen 2000 en 2007 en er wordt een sterke groei verwacht in de nabije toekomst (IEA, 2009). Biobrandstoffen worden ingezet ter vervanging en aanvulling van de meer vervuilende fossiele brandstoffen. De meest voorkomende biobrandstoffen die vandaag de dag op de markt zijn, zijn de volgende:

•

Bioethanol: bioethanol wordt geproduceerd uit suiker bevattende planten of uit graangewassen en wordt voornamelijk gebruikt als alternatief voor benzine (mengsels in ontsteking motoren). Deze biobrandstof levert 2% van het totale benzinegebruik (IEA, 2009).

•

Biodiesel: biodiesel wordt geproduceerd uit plantaardige oliën of uit dierlijke vetten, meestal na omzetting in een reeks van vetzuur-methylesters. Soms wordt ook de onbewerkte ruwe olie gebruikt die, als substituut van minerale diesel in compressie-ontstekingsmotoren, zorgt voor 0,2% van het totale dieselverbruik (IEA, 2009).

•

Biomethaan (biogas): biomethaangas wordt geproduceerd door de anaerobe fermentatie van organisch afval, zoals slib, mest of gestort huisafval. Het ruwe gas wordt gewassen (gereinigd en gezuiverd) om zo een biogas te produceren, gelijkaardig aan het commerciële aardgas, dat gebruikt kan worden als autobrandstof. Omdat hiervoor de voertuigmotoren moeten worden aangepast, zijn de gasvormige biobrandstoffen minder populair dan hun vloeibare variant (IEA, 2009).

Alles

samen

zorgen

biobrandstoffen

momenteel

voor

1,5%

van

de

globale

transportbrandstoffen. De VS is de grootste producent van biobrandstoffen geworden, gevolgd door Brazilië. Daar de VS ook enorme hoeveelheden importeert, voornamelijk ethanol uit Brazilië, is het wereldwijd ook de grootste verbruiker. Europa is de derde grootste producent, hoewel de consumptie recent gedaald is vanwege een lagere vraag Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

2|

naar biodiesel na verandering van het beleid van een aantal Europese regeringen. Tenslotte volgt China als vierde grootste producent in biobrandstoffen (IEA, 2009).

Figuur 1: Globale biobrandstofproductie (IEA, 2009) De vraag naar autobrandstof zorgt voor het meeste olieverbruik in vele landen, en is sneller gestegen dan de totale energievraag tijdens de afgelopen decennia. Het ziet er ook niet naar uit dat deze vraag gaat dalen, hoewel de recente hoge olieprijzen wel een effect kunnen hebben. Biobrandstoffen zijn heel belangrijk omdat, wanneer de vraag naar olie stijgt en de grondstoffen steeds schaarser worden, er weinig andere alternatieven bestaan die transport brandstoffen kunnen leveren op korte- en middellange termijn. Elektrische wagens werden ontwikkeld, en auto’s die rijden op waterstof is ook een milieuvriendelijke optie, maar het zal nog jaren duren vooraleer beide technologieën op grote schaal gecommercialiseerd worden (IEA, 2009).

Zoals eerder vermeld is de vraag naar eerste generatie biobrandstoffen de voorbije jaren significant gestegen. De voornaamste redenen dat de OECD landen deze groei aanmoedigen zijn de volgende:

•

Verzekerde energievoorziening

•

Steun aan de agrarische sector en landelijke gemeenschappen

•

Vermindering van de olie import

•

Beperking van de broeikasgasemissie


3|

Fluctuerende olieprijzen en uitputting van fossiele brandstoffen in de toekomst, benadrukt de nood aan niet-petroleum alternatieven. Verschillende niet-OECD landen hebben eigen biobrandstof industrieën ontwikkeld voor zowel eigen gebruik als voor export om de ontwikkeling van de economie te ondersteunen (Nylund, 2008).

2.2 Beleidsmaatregelen die de productie van biobrandstoffen stimuleren Bepaalde landen hebben een steunbeleid op punt gezet dat de industrie stimuleert meer biobrandstoffen te produceren. De genomen maatregelen verschillen van land tot land. Hieronder wordt het beleid van de VS, Brazilië, de EU en China kort besproken.

2.2.1 Verenigde Staten De bioethanol industrie in de VS gebruikt voornamelijk maïs, en in mindere mate tarwe, die door vochtige- en droge maalprocessen worden omgezet. Er werden verschillende beleidsmaatregelen getroffen om de industrie te helpen. Zo werd er directe steun gegeven

door

de

overheden

via

publiek-private

samenwerkingsverbanden

en

onderzoekssteun, belastingsaansporingen en verschillende brandstofmandaten. Het middenwesten concentreert bijna alle bioethanol productie, dit te wijten aan een overvloed aan maïs en de juiste federale overheidssteun die de industrie aantrekkelijk maakt. Ook nieuwe alternatieven worden hier bestudeerd zoals bioethanol afgeleid van cellulosebiomassa. Uit onderzoek in de VS zou in de toekomst ongeveer 1,24 miljard droge ton cellulosebiomassa per jaar kunnen worden geproduceerd, waarvan 910 miljoen uit landbouw en 330 uit bosbouw. Via een efficiënte omzetting betekent dit tussen 110 en 250 miljard L/jaar. Het huidige benzinegebruik in de VS bedraagt rond de 500 miljard L/jaar. Indien de traditionele brioraffinaderijen, die op basis van zetmeel werken, succesvol kunnen worden omgeschakeld naar raffinaderijen op basis van cellulose, kan deze laatste makkelijk een dominante biobrandstof in de VS worden. De Energy Independence and Security Act EISA wil in de toekomst dat een progressieve stijging

van

hernieuwbare

brandstoffen

vooral

van

zogenaamde

geavanceerde

biobrandstoffen komt. Vooral de biobrandstoffen op basis van lignocellulose kunnen hierin een belangrijke rol spelen. In 2008 werden volgens de EISA slechts 0,5 miljoen vaten geavanceerde biobrandstof geproduceerd op een totaal van 9 miljoen vaten hernieuwbare brandstof of 5,5%. In 2020 zou dit aandeel 50% moeten zijn op een totaal Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

4|

van 30 miljoen geproduceerde vaten hernieuwbare brandstof per jaar. Van die 50% of zo’n

15

miljoen

vaten

voorspellen

ze

dat

10,5

miljoen

vaten

van

lignocellulosegrondstoffen afkomstig zijn.

2.2.2 Brazilië In Brazilië is er sprake van een wijdverspreide biobrandstofontwikkeling. Men produceert bioethanol voornamelijk vanuit suikerriet en bagasse (vezelachtige afval na persing van het suikerriet). Door het gunstige klimaat kan men in Brazilië twee maal per jaar suikerriet oogsten, waardoor de potentiële productie van zowel suiker als bioethanol sterk stijgt. Door verscheidene subsidies en steun van de overheden was er een grote expansie van suikerrietvelden en bijhorende destillatie-installaties. Ze bezitten vandaag de dag een eenvoudig bioraffinaderijmodel, zodat de productie van een combinatie van producten zoals suiker, bioethanol, en hitte en kracht uit de verbranding van bagasse zowel de economische als de milieuprestaties verbetert (IEA, 2009). Brazilië bezit meer dan 75% van de wereldwijde ethanolexportmarkt. Hun voornaamste importlanden zijn de VS, Europa, Korea, en Japan. Verschillende landen die ontwikkeling van significante biomassabronnen links laten liggen, zoals Japan, hebben Braziliaanse bioethanol deel laten uitmaken van hun hernieuwbare brandstofstrategie. De stijgende vraag naar bioethanol doet een impuls van hogere productiecapaciteiten ontstaan. Zo zou UNICA, de sectororganisatie die de suikerindustrie vertegenwoordigt, tegen 2013 opnieuw 77 nieuwe bioethanolinstallaties laten plaatsen.

2.2.3 EU Voor de lidstaten van de EU is het voornaamste beleidshulpmiddel voor de ontwikkeling van de biobrandstofindustrie, een richtlijn betreffende de bevordering van het gebruik van biobrandstoffen voor vervoer. Deze 20/20 doelstelling of het Europese klimaatplan legt vier ambitieuze doelstellingen op (Verhagen B., 2008). De Europese Unie moet tegen 2020

de

uitstoot

van

schadelijke

broeikasgassen

met

20%

terugdringen,

het

energieverbruik met 20% doen dalen en het aandeel hernieuwbare energie tot 20% optrekken. Ten laatste moet 10% van de brandstof van de transportsector uit biobrandstof bestaan. De achterliggende motivaties houden de verbetering van de veiligheid van leveringen en de vermindering van milieu-impact door de transportsector in. Verschillende lidstaten hebben deze richtlijn in hun nationale wet opgenomen, inclusief België, Tsjechië, Frankrijk, Nederland, Zweden, Griekenland, Letland en


5|

Litouwen. Andere landen zoals Spanje, Italië, Polen en

Hongarije hebben hun

doelstellingen lager gelegd dan deze richtlijn omtrent biobrandstoffen. De Europese Commissie heeft de ontwikkeling van tweede generatie biobrandstoffen en verbetering van de productiemethodes als een prioriteit gesteld. Duitsland is één van de weinige landen met accijnsvoorrechten voor tweede generatie biobrandstoffen. Vooral omtrent korte omloophout en olifantengras is veel onderzoek bezig. Ook proefinstallaties met algen worden volop uitgetest (IEA, 2009).

2.2.4 China China

bezit

werelds

grootste

op

maïs

gebaseerde

bioethanolinstallaties.

Hun

bioethanolproductie is sinds 2000 enorm gegroeid. De biobrandstofindustrie werd sterk gesubsidieerd, vooral door steun aan constructies van biobrandstofinstallaties. Onlangs werd door de National Development and Reform Comission aangekondigd dat China zich meer zal toeleggen naar niet-graan grondstoffen, zoals sorghum en olifantengras, voor de productie van bioethanol.

Andere landen met biobrandstofvriendelijk beleid zijn onder andere Australië, Canada, Thailand en Latijns-Amerika (IEA, 2009) en (EISA, 2007).

2.3 Beperkingen en bemerkingen Hoewel de meeste studies uitwijzen dat biobrandstoffen van de eerste generatie zorgen voor een serieuze emissiereductie van broeikasgassen, hebben ze ook verschillende negatieve punten:

• Productie van eerste generatie biobrandstoffen resulteert in hogere voedselprijzen, als gevolg aan concurrentie met de voedingsgewassen industrie. •

De productiekosten zijn tamelijk hoog. Enkel door het toekennen van subsidies kunnen biobrandstoffen concurreren met fossiele brandstoffen.

•

Hoewel

de biobrandstoffen

milieuvriendelijker zijn

dan

de fossiele

brandstoffen, is hun productie dat niet altijd. •

Productie van deze biobrandstoffen doet ontbossing stijgen en heeft mogelijk een negatieve impact op de biodiversiteit.

•

Productie kan resulteren in concurrentie met schaarse watervoorraden in sommige gebieden. Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

6|

Omwille van

deze negatieve

effecten

is de interesse, in

het

ontwikkelen

van

biobrandstoffen die niet geproduceerd zijn uit voedingsgewassen, sterk gegroeid. Voorbeelden hiervan zijn brandstoffen gemaakt uit lignocellulose materiaal zoals stro van graangewassen, houtafval, energiegewassen zoals vegetatieve grassen en korteomloophout en tenslotte algen (IEA, 2009). Deze tweede generatie biobrandstoffen kunnen veel van de problemen van de eerste generatie vermijden, en mogelijks zorgen voor een kostenbesparing op lange termijn.

3. Biobrandstoffen van de tweede generatie 3.1 Inleiding Veel van de problemen geassocieerd met eerste generatie biobrandstoffen vindt men ook terug bij de productie van biobrandstoffen afkomstig van agrarisch- en bosafval of uit niet-voedselgewassen.

Als

men

lignocellulose

grondstoffen

haalt

uit

speciale

energiegewassen die groeien op landbouwgrond, worden bepaalde bedenkingen omtrent concurrerend grondgebruik behouden. Doch zijn de energieopbrengsten hier hoger dan indien men op hetzelfde land gewassen voor eerste generatie biobrandstoffen laat groeien. Zo kan ook marginaal en minder voedingsrijke landbouwgrond worden gebruikt voor de tweede generatie gewassen. De gewassen van de tweede generatie zitten qua onderzoek en technologie nog in een ontwikkelingsstadium, zodat er potentieel is voor kostenreductie en verhoging van productie-efficiëntie naarmate meer ervaring wordt opgedaan. In de komende jaren zou de productie van deze biobrandstoffen volledig gecommercialiseerd kunnen worden, met behulp van investeringen die leiden tot verbeteringen in technologieën. Een IEA-studie verwacht dat de biobrandstofindustrie in de komende jaren op regelmatige basis zal groeien en technologieën voor de productie van zowel biobrandstoffen van de eerste als de tweede generatie zal bevatten die tegemoetkomen aan milieu, duurzaamheid en economische voorwaarden. De productie van eerste generatie biobrandstoffen, vooral suikerriet ethanol, zal verder verbeteren en zo ook een rol blijven spelen in de toekomstige biobrandstofvraag. Een geïntegreerd landschap van zowel eerste- als tweede generatie biobrandstoffen is dan ook wat men verwacht in de komende één à twee decennia. De infrastructuur en ervaring opgedaan uit het gebruik van eerste generatie biobrandstoffen kan dan overgedragen worden naar de tweede generatie. Wanneer de technologie van de tweede generatie biobrandstoffen optimaal is, zal deze naar

alle

waarschijnlijkheid

de

voorkeur

genieten

boven

vele


eerste

generatie 7|

biobrandstoftechnologieën. Dit kan zich op middellange tot lange termijn vertalen in een daling van investeringen in de eerste generatie productie-installaties (IEA, 2009).

3.2 Lignocellulose producten Als lignocellulose grondstoffen kunnen goedkope gewassen, houtafval en de organische fractie van huishoudelijk afval worden gebruikt. Waar deze grondsoorten reeds aanwezig zijn, zou het moeten mogelijk zijn biobrandstoffen te produceren met bijna geen extra landbouwgrondvereiste. Aangezien in vele gebieden deze residu’s en afvalgrondstoffen in beperkte hoeveelheid aanwezig zijn, is het groeien van vegetatieve grassen of korte omloophout

noodzakelijk

als

bijkomende

grondstof.

Doordat

deze

potentiële

energiegewassen echter op minderwaardige en marginale grond kunnen groeien, zal dit niet rechtstreeks met de voeding- en vezelgewassen concurreren. In vergelijking met verscheidene traditionele voedingsgewassen, kunnen relatief hoge energieopbrengsten uit deze meerjarige energiegewassen gehaald worden. Zo hebben ze een energie-efficiëntie die 10 tot 20 keer hoger is dan voor maïs en tarwe. (Ridge National Labaratory, 1998) De opbrengsten kunnen in de toekomst zelfs nog beduidend verhogen, aangezien het kweekonderzoek –inclusief genetische modificatie– nog in zijn kinderschoenen staat. Eerste generatiegewassen hebben ondertussen ook al tot 50% verhoogde

opbrengsten

ten

opzichte

van

hun

beginjaren.

Nieuwe

soorten

energiegewassen kunnen zo verhoogde opbrengsten met een lagere waterbehoefte opleveren.

Ze

hebben

ten

opzichte

van

maïs,

soja

en

andere

eerste

generatiebiobrandstoffen ook een klimaatvoordeel, dit komt omdat de netto uitstoot van broeikasgassen kleiner is. Oogsten,

behandelen,

biomassagrondstof

aan

vervoeren, een

opslaan

gewenste

en

leveren

kwaliteit,

het

van hele

grote jaar

hoeveelheden door,

bij

een

biobrandstofinstallatie, vereist een goede logistieke analyse vooraleer men investeert in installaties. De voorraden moeten gecontracteerd en gegarandeerd worden door de landbouwers gedurende een lange periode om zo de investeringsrisico’s tegen te gaan. Er moet worden getracht om de productie- , oogsten transportkosten te minimaliseren om zo de economische haalbaarheid van projecten te verzekeren. Wanneer er vooruitgang wordt

geboekt

en

er

competitie

ontstaat

voor

de

biomassagrondstoffen

wordt

leveringslogistiek zeer belangrijk. De kosten van grondstoflevering en opslag moeten zo laag mogelijk worden gehouden aangezien deze een grote component vormen van de totale biobrandstofkost (IEA,2009). De productie van biobrandstoffen uit lignocellulose grondstoffen kan via hoofdzakelijk twee verschillende procesroutes gedaan worden. Een eerste manier is biochemisch, waar


8|

enzymen en andere micro-organismen gebruikt worden om cellulose en hemicellulose om te zetten

naar suikers en

deze via

fermentatie ethanol laten

produceren. De

thermochemische route maakt gebruik van een pyrolysetechniek die een synthetisch gas oplevert. Hieruit kunnen verschillende biobrandstoffen gehaald worden zoals synthetische diesel of kerosine. Beide processen kunnen potentieel 1 ton droge biomassa (komt overeen met 20 GJ/t) omzetten in ongeveer 6,5 GJ/t biobrandstofenergie. Dit betekent een omzettingefficiëntie van ongeveer 35%. Er bestaan echter nog verschillende alternatieven voor deze twee manieren waarvan sommige zelfs nog worden onderzocht in laboratoria en pilootinstallaties. De eerste biobrandstofinstallatie die tweede generatie biobrandstoffen op volledig commerciële schaal zal verwerken kan, gebaseerd op verschillende plannen van bedrijven, tegen 2012 operationeel zijn. Doch moet er eerst nog meer doorbraak komen in de omzettingsefficiëntie van de grondstoffen naar biobrandstof. Aangezien de complexiteit van de technische en economische uitdagingen hiermee gepaard, kan er worden geargumenteerd dat zo’n operationele biobrandstofinstallatie er pas tegen 20152020 zal komen. Een significante invloed van tweede generatie biobrandstoffen op globale schaal is dan tegen 2030 haalbaar (IEA, 2009). Enkele van de meest efficiënte en meest gebruikte gewassen die een bron zijn van lignocellulose worden nu besproken. Olifantengras Miscanthus, prairegras of switchgrass en als laatste korte omloophout komen aan beurt. Gewassen met een C4-cyclus zoals olifantengras en prairiegras hebben veel potentieel om de gewassen met een C3-cyclus qua opbrengst te overtreffen. Onder optimale groeicondities bezitten ze namelijk een maximum conversie efficiëntie om zonlicht om te zetten in biomassa die 40% hoger ligt dan bij C3-planten (Heaton et al, 2004). Het zijn meerjarige gewassen die gedurende 10 tot 20 jaar kunnen worden geteeld. Ze hebben nog tal van voordelen ten opzichte van maïs en graangewassen die nu worden geteeld voor biobrandstofproductie. Zo is de impact op de omgeving minder dan van jaarlijkse gewassen doordat onder andere een gedeelte van de bemesting gerecycleerd wordt door de planten van het ene jaar naar het andere via hun rhizomateus systeem. De gewassen gaan ook erosie van landbouwgrond tegen, door hun lange diepe wortelsysteem waardoor ze niet alleen financieel en energetisch beter, maar ook milieuvriendelijker zijn (Rowe et al, 2007).


9|

3.2.1 Olifantengras Miscanthus Deze plant komt uit Azië en kan geteeld worden op marginale gebieden en grond die niet wordt gebruikt voor gewone akkergewassen. Zo blijft de plant, met behulp van hun wortels

die

tot

twee

meter

diep

gaan,

ook

goed

groeien

op

percelen

in

overstromingsgebieden en op droge zandgronden. Er zijn reeds diverse onderzoeken gebeurd naar hun groei, opbrengst en kwaliteit. Zo zijn al verschillende hybriden ontwikkeld die bruikbaar zijn op verschillende plaatsen met andere klimatologische voorwaarden. In Europa zijn er bijvoorbeeld, proefvelden getest waarbij duidelijk werd dat Miscanthus giganteus en M. sacchariflorus niet tegen extreme koude kunnen in de winter en hierdoor afsterven. M. sinensis echter is bestand tegen vriestemperaturen <4,5°C (Clifton-Brown et al, 2000). De opbrengst kan schommelen van 10 tot 25 ton drogestof per hectare per jaar en bereikt na 3-5 jaar een maximale hoeveelheid. Dit komt overeen met respectievelijk 4400 tot 11000 L stookolie. Ter vergelijking, een normaal gezin verbruikt ongeveer 3000 L stookolie/jaar. In koudere klimaten zoals Noord-Amerika, Zuid-Canada en NoordEuropa is de opbrengst door foto-inhibitie bij lagere temperaturen immers lager dan in warmere gebieden. Ook de lokale bodem kan de opbrengst sterk beïnvloeden. De meeste kosten worden in het jaar van aanplanting gemaakt, de volgende jaren zijn er nog weinig kosten behalve het oogsten en de bemesting (Heaton et al, 2004).

Figuur 2: Oogstproces olifantengras (Wervel, 2007) De oogst kan gebeuren op verschillende tijdstippen met een conventionele veldhakselaar. Ofwel oogst men in de late herfst, nadat de groei van de plant is stopgezet. Een andere optie is in de vroege lente oogsten zodat de plant de tijd heeft gehad om op het veld te drogen (Landbouwleven, 2009). Beide hebben voor- en nadelen. In de late herfst bezitten de gewassen nog een hoog percentage vochtgehalte zodat er nog extra kosten Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

10 |

zijn om deze machinaal te drogen alvorens ze te verbranden. Oogsten in de winter of vroege lente doet de opbrengst van het gewas dalen met 35%. Toch is het aangewezen om voor de tweede optie te kiezen aangezien de oogsten droogkosten dalen met een verminderde vochtinhoud en het zo economisch meer verantwoord is dan te oogsten in de herfst. Een goede verbranding van de biomassa hangt af van een zo laag mogelijke vochtinhoud

en

gehalte

aan

K,

Cl,

N

en

S.

Aangezien

er

tijdens

de

winter

nutriëntentransport plaatsvindt van de bladeren naar de wortelrhizomen is het dus ook beter dat de verbranding gebeurt na de oogst in de lente (Lewandowski et al, 2003). De aanwezigheid van bodemwater is een limiterende voorwaarde met betrekking tot de gewasproductie, aangezien irrigatie een input van energie zou betekenen. Andere voorwaarden zijn dat de planten met reguliere conventionele machines moeten worden geplant en geoogst, de planten na verloop van tijd makkelijk kunnen worden uitgeroeid zodat de landeigenaar het landgebruik terug kan verwisselen, en dat men na een relatief korte periode reeds kan oogsten (Heaton et al, 2004). Er zijn verschillende gebruiksmogelijkheden en verwerkingswijzen. Meestal maakt men gebruikt van verbrandingsovens. Het geoogst product wordt dan als gehakseld of gepelettiseerd materiaal verbrand. Verbrandingsovens voor hout en houtafval kunnen hiervoor worden gebruikt. Het geoogste gewas zou echter best zo droog mogelijk zijn om verdere waterreducties te vermijden. Verbrandingsprocessen werden al succesvol uitgevoerd in onder andere Denemarken door middel van een circulerende fluidised-bed verbrander en een aangedreven brandstofverbrander (Heaton et al, 2004). Men kan de biomassa ook gebruiken voor een reeks biogebaseerde industriële processen zoals papierproductie,

biocomposieten

verbrandingsproduct

en

op

een

en

fermentatie.

volledig

ander

Het

kan

gebied

dienst als

doen

als

mulchmateriaal

coof

bouwmateriaal (Landbouwleven, 2009). Deze energiegewassen hebben nog veel vooruitgang te boeken in de genetische manipulatie van de gewassen, de oogst en het transport, en het uiteindelijk gebruik van het product in verschillende verwerkingsinstallaties. Ook het proces om de biomassa om te zetten in brandstof bezit veel potentieel om aan efficiëntie te winnen.

3.2.2 Switchgrass / prairiegras Dit gewas, afkomstig uit de VS, kan ook dienen als grondstof voor de productie van bioethanol. Over dit gewas is minder bekend aangezien er, tot op heden,

minder

grootschalige studies zijn uitgevoerd. Prairiegras is een snelgroeiende plant die, zoals Miscanthus, veel zonne-energie kan capteren en dit omzet in chemische energie lignocellulose. (Ridge National Labaratory, 1998) Deze teelt hoeft ook niet te concurreren


11 |

met de voedselproductie, aangezien prairiegras op laagwaardige bodems kan worden gecultiveerd. Prairiegras, beter bekend als switchgrass, moet maar één keer gezaaid worden en groeit daarna na iedere oogst weer aan. Het eerste groei-jaar zijn herbiciden, fossiele brandstoffen en het graszaad de grootste kost, in de daaropvolgende jaren dalen deze kosten (Schmer et al, 2007). Ieder jaar sterft het prairiegras op het einde van het jaar lichtjes af, met verlies van biomassa tot gevolg. Om dit tegen te gaan wordt het gewas wel reeds geoogst in de herfst (Heaton et al, 2004). Het gras kan dan gemaaid en in grote balen verwerkt worden met behulp van conventionele machines (Schmer et al, 2007). Opbrengsten gaan van 10 tot 15 ton droge stof per hectare per jaar, wat gemiddeld neerkomt op een 60 gigajoule energie per ha (Pimentel D. en Patzek TD, 2005). Dit is ruim zes keer meer dan nodig is om het gewas te telen en te verwerken tot brandstof. De opbrengsten waren in bepaalde studies sterk afhankelijk van de neerslag en ook hier werden hogere opbrengsten bekomen in de meer zonnige gebieden. Opbrengsten van switchgrass blijken ook iets lager te liggen dan opbrengsten uit olifantengras. Dit komt vooral doordat olifantengras grotere bladeren hebben, meer zonlicht per bladoppervlakte kunnen capteren en omzetten in energie, en een langer groeiseizoen hebben dan switchgrass. Wetenschappers zoeken nog steeds naar betaalbare omzettingsmethoden. Voorlopig zijn er dus nog geen fabrieken die op grote schaal brandstof maken uit prairiegras maar verwacht wordt dat de technologie over enkele jaren op commerciële schaal beschikbaar is. Het gewas kan door zijn goed aanpassingsvermogen op vele plaatsen en verschillende omgevingen worden gecultiveerd. Verscheidene bruikbare brandstoffen kunnen uit switchgrass worden verkregen. Zo wordt synthetische brandstof, methanol, methaangas en zelfs waterstofgas geproduceerd. De chemische bijproducten worden gebruikt als bemesters, solventen en plastics, of om elektriciteit mee te produceren. Gepelletiseerd kan prairiegras dienst doen als brandstof in ovens. Het gewas zelf kan ondertussen worden gebruikt als grondbedekker om de grond vast te houden met hun diepe wortels, en zo erosie tegen te gaan (Ridge National Labaratory, 1998). Switchgrass en Miscanthus kunnen ook samen worden gecultiveerd. Deze tandem zou dan een jaar rond energie kunnen leveren. Tijdens de zomer-herfst wordt het prairiegras geoogst, Miscanthus kan dan weer na de winter worden geoogst (Heaton et al, 2004).


12 |

3.2.3 Korte omloophout Als derde mogelijke lignocellulose bron wordt korte omloophout genoemd. Voornamelijk populier en wilg worden gebruikt om deze percelen aan te leggen. Korte omloophout is op de meeste vlakken echter verschillend van de vorige twee gewassen. Slechts om de drie jaar kan hier worden geoogst, aangezien de bomen de tijd moeten hebben om terug te groeien na een oogstjaar. De oogst gebeurt tijdens de winter, omdat de grond hard genoeg bevroren moet zijn zodat machines de bodem niet teveel kunnen beschadigen. Ook hier gebruikt men conventionele machines die met enige aanpassing perfect kunnen worden gebruikt. Uit studies blijkt dat men zo gemiddeld 10 tot 15 ton drogestof productie per hectare kan bekomen – om de drie jaar 30 tot 45 ton. Eén ton verse houtsnippers komt na drogen overeen met 500 kg droge stof, die in 200 liter stookolie wordt omgezet. Zo komt men aan een jaarlijkse productie van 4000 à 6000 liter stookolie per hectare. In Vlaanderen alleen zou 30000 ha oppervlakte in aanmerking kunnen komen voor aanplanting van korte omloophout. Dit betreft braakliggende gronden uit landbouw, minder rendabele of vervuilde gronden waar voedselproductie niet mogelijk is, wegbermen, e.g. (Landbouwleven, 2009). Korte omloophout heeft echter enkele nadelen ten opzichte van de vorige twee besproken biobrandstofgrondstoffen. Ten eerste bezitten bomen niet de zeer efficiënte C4-cyclus. Het geoogste hout kan ook nog enorme hoeveelheden water bevatten waardoor extra droogkosten hoog kunnen oplopen. Aangezien meerdere jaren nodig zijn tussen het aanplanten en de oogst, is er geen jaarlijkse productie zoals bij de vorige gewassen. Als laatste kan de grond die aangeplant is met korte omloophout niet zo makkelijk terug veranderd worden naar landbouwgrond (Heaton et al, 2004). Meerjarige planten als switchgrass en Miscanthus kunnen wel relatief makkelijk worden verwijderd om het land terug te verbouwen voor ander gebruik.

Figuur 3 Oogstproces bij korte omloophout (Landbouwleven, 2009) Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

13 |

3.3 Algen Algen zijn de snelste groeiers van het plantenrijk die zowel kunnen groeien in zee- als zoetwater. Terwijl ze aan fotosynthese doen kunnen sommige soorten grote hoeveelheden carbonhydraten en tot 60% van hun gewicht aan olie, onder de vorm van triglyceriden, produceren en opslaan binnenin de cel. De omzetting van de door algen geproduceerde olie in biodiesel gebeurt door interestificatie. Dit houdt in dat triglyceriden worden gescheiden in vetzuren en glycerol gevolgd door recombinatie (IEA, 2008). De kost voor het produceren van algen olie is momenteel nog relatief hoog. Het potentieel van algenolie als biobrandstof is al lang bekend en werd reeds in de jaren zeventig al grondig onderzocht. Vandaag de dag wordt de interesse in de algen wereldwijd hernieuwd (Sheenan et al, 1998).

Figuur 4: Links: Open algenkweeksystemen

Algen

kunnen

continu

gekweekt

worden

Rechts: Photobioreactors

in

gesloten

fotobioreactoren,

maar

de

geproduceerde olie concentratie is relatief laag en de investeringskosten zijn hoog. Om het biodiesel proces goedkoper te maken, moeten grote hoeveelheden algen in grote installaties worden gekweekt tegen lage kosten. Hierdoor groeit de belangstelling om de algen in

grote open

vijvers, zoals vijvers voor slibzuivering, te kweken

waar

voedingsstoffen in overvloed aanwezig zijn en het slib al gedeeltelijk behandeld is. Er bestaan verschillende open systemen voor de kweek van algen die variëren in grootte, vorm, en materiaal gebruik. Open vijvers hebben als probleem dat er contaminatie door andere organismen kan optreden waardoor de algen gelimiteerd worden in hun groei (Moheimanie, 2005).


14 |

Een combinatie van een open en gesloten systeem kan een oplossing bieden. De algen worden dan eerst gekweekt, onder gecontroleerde omstandigheden,

in

gesloten fotobioreactoren waardoor de groei wordt bevorderd en contaminatie wordt voorkomen. Dagelijks wordt dan een deel van de algen cultuur overgebracht naar een open vijver waar ze onderworpen worden aan stress en nutriënten ontbering. De algen worden dus ‘uitgehongerd’, hierdoor wordt de olie-productie gestimuleerd, vooraleer de cultuur gecontamineerd kan worden (Peer et al, 2008). Onderzoekers van verschillende universiteiten gaan na hoe algen het best gekweekt en hoe de olie het meest efficiënt geëxtraheerd kan worden.

Belangrijk om te weten is dat er een aantal factoren limiterend werken op de groei van algen culturen (Moheimanie, 2005). Een hoge dichtheid van algencellen is dan ook moeilijk te bereiken, dit is voornamelijk te wijten aan een aantal fysische, chemische en biologische factoren zoals temperatuur, O2 graad, licht, aanwezigheid van pathogenen enz. die een remmend effect kunnen hebben op de algengroei.

Onderzoek wijst uit dat de opbrengst van algen olie (yield/ha) 16 keer hoger ligt dan deze van palmolie en zelfs 100 keer hoger dan de opbrengst van plantaardige olie teelten. Algen hebben ook 99% minder water nodig. Hiernaast is er nog het voordeel dat fotobioreactoren aangesloten kunnen worden op grote stationaire emissiepunten, waardoor de emissies van deze bronnen gereduceerd kunnen worden door ze vast te leggen in algen (Sheenan et al, 1998).

Het nadeel is dan weer dat, om grote hoeveelheden algen olie te produceren er nood is aan vijvers met een groot oppervlak, waardoor de investeringkosten wel zeer hoog liggen (Peer et al, 2008). De investering- operationele en onderhoudskosten van de productie van biobrandstoffen uit algenolie worden in hoofdstuk 5 van dit werk uitvoerig besproken.


15 |

4. Kritische factoren bij het bepalen van het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie De hoeveelheid beschikbare oppervlakte voor biogewassen, hun opbrengsthoeveelheid en –efficiëntie, en investeringen productiekosten zijn cruciaal in het bepalen van het potentieel van tweede generatie biobrandstoffen. Het grootste potentieel aan beschikbare grond voor de biobrandstofproductie bevindt zich in Zuid-Amerika en Afrika, gevolgd door Zuidoost-Azië en Australië. Tegenwoordig is de productie in Noord-Amerika en Europa nog relevant in de huidige markt, maar deze heeft op lange termijn weinig potentieel. Om dit fenomeen weg te werken zou handel en invoer van de meest efficiënte gebieden naar minder efficiënte gebieden moeten gebeuren. De biobrandstofmarkt liberaliseren zal echter niet gemakkelijk zijn aangezien verschillende Europese landen hun eigen –minder efficiënte- markt beschermen door onder andere landbouwsubsidies, hoge importtarieven en exportsubsidies (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007).

4.1 Beschikbare oppervlakte De hoeveelheid beschikbare oppervlakte die kan en mag gebruikt worden voor de teelt van tweede generatie biogewassen is zowel afhankelijk van klimaatcondities als van de vruchtbaarheid van de gebruikte grond. Ook het conflict voedsel-biogewas dient in rekening te worden gebracht.

4.1.1 Klimaatcondities Klimaatcondities omvatten de hoeveelheid neerslag en/of bodemwater in een bepaald gebied en de lokale temperatuur. Zo is groei van korte omloophout enkel geschikt op plaatsen met een jaarlijkse neerslag rond de 500 mm. In gematigd droge gebieden teelt men dus bij voorkeur Miscanthus of andere energiegrassen zoals prairiegras (Hall, 2003). Testen met Miscanthus op waterstress toonden aan dat vooral M. giganteus en M. sacchariflorus op een watertekort reageerden door sterfte en een kleiner bladoppervlak. M. sinensis had veel minder last van het watertekort en bleef groen (Karp A. en Shield I., 2008). Miscanthus heeft dan weer temperaturen van minimum 6°C nodig om te blijven groeien, anders stopt zijn fotosynthese. Te extreme vriestemperaturen zoals -3°C en lager kunnen in de lente nieuw opgeschoten scheuten definitief kapotvriezen.


16 |

4.1.2 Conflict voedsel-biogewas Met

het

voedsel-biogewas

conflict

refereren

we

specifiek

naar

de

verhoogde

voedselprijzen te wijten aan het gebruiken van eerste generatie biogewassen voor energieproductie. Wat de toepassing van bio-energie voor de voedselprijzen kan betekenen, bleek in Mexico. Maïs voor de productie van biobrandstof levert meer op dan maïs als ingrediënt voor volksvoedsel nummer één, de tortilla’s, waardoor die onbetaalbaar dreigden te worden.

Om

maximumprijs

een voor

volksopstand maïs

in.

te Een

voorkomen, analyse

stelde

toont

dat

president vooral

Calderón een

een

verhoogde

bioethanolproductie uit maïs in de VS en een verhoogde vraag naar palmolie voor biodiesel uit Indonesië en Maleisië aan de basis ligt van de recente stijging van de voedselprijzen. In 2006 produceerden de VS 55 miljoen ton ethanol. Met de mais die daarvoor nodig was, hadden 100 miljoen mensen een jaar lang gevoed kunnen worden. In Brazilië gaat zelfs de helft van de suikerrietoogst naar de ethanolproductie (Biofuelwatch, 2009). Ook een tegenvallende graanoogst door grote droogtes, heeft bijgedragen tot een verhoogde graanprijs. Dit zijn echter onvoorziene factoren die meestal niet in rekening worden gebracht. Biomassaproductie zou enkel op landoverschotten of marginale gronden geteeld mogen worden. De hoeveelheid marginale grond en landoverschotten worden verder besproken in paragraaf 6.2.2. Indien de voedingsgewassen via genetische modificatie eventueel resistent zouden worden tegen droogtes, ziektes en dergelijke kunnen landoverschotten groter worden en zonder vrees gebruikt worden voor de productie van biomassa. Hierover is echter nog meer onderzoek en doorbraak nodig om te kijken hoe dit in de praktijk kan worden gedaan zonder verdere prijsstijgingen teweeg te brengen (Hoogwijk, 2003).


17 |

4.2 Opbrengsthoeveelheid en –efficiëntie De opbrengsthoeveelheid en –efficiëntie is gewas- en gebiedspecifiek en in mindere mate afhankelijk van het type grond. Verschillende hybriden van Miscanthus zijn reeds getest en geëvalueerd op hun groei en opbrengst. Zo is M. giganteus één van de soorten met de grootste opbrengst, terwijl M. sinensis

beter

bestand

is

tegen

vriestemperaturen

maar

een

lagere

opbrengst

produceert. (Clifton-Brown et al, 2000) Ook de hoeveelheid zonnelicht en –energie spelen een belangrijke rol. Een studie (Schmer et al, 2007) over prairiegras toonde aan dat in het zuiden van Illinois de proefvelden grotere hoeveelheden biomassa produceerden dan de proefvelden in het westen en het noorden. Uit een ander onderzoek blijkt dat ook de efficiëntie van omzetting van de opgevangen zonne-energie naar biomassa geografisch verschilt van gebied tot gebied. Hieromtrent dient er nog meer onderzoek gedaan en duidelijkheid worden gecreëerd. Als laatste kan één van de grootste problemen bij de meerjarige biogewassen, ziekte en pest zijn. Zowel wilgen, populieren, olifantengras en prairegras hebben specifieke ziekten en insectenbedreigingen. Een ziekte in het gewas kan de oogst en opbrengst tot 40% verlagen (Karp A. en Shield I., 2008). Genetische modificatie met ziekteresistentie als gevolg kan hierin een grote rol spelen, en zo de kans op verminderde opbrengst tegengaan.

4.3 Investering- en productiekosten Ten slotte zijn de investeringen productiekosten van de productie van biobrandstoffen heel belangrijk. Ook met de distributiekosten en de te behalen groene stroom certificaten dient, bij de kostencalculatie, rekening gehouden worden. Het kostenplaatje wordt verder in de werk (zie hoofdstuk 5) uitvoerig besproken.


18 |

5. Investering- en productiekosten van biobrandstoffen van de tweede generatie 5.1 Investering- en productiekosten van biobrandstoffen uit lignocellulose biomassa 5.1.1 Planten en oogsten Investeringkosten voor het planten en oogsten van olifantengras en prairiegras zijn er nagenoeg niet. Zo kunnen deze gewassen geplant worden met aardappelplantmachines. De oogst gebeurt met machines waar de dag van vandaag respectievelijk maïs en tarwe mee worden gecultiveerd. Hiervoor kunnen pikdorsers en maïshakselaars worden gebruikt, eventueel gevolgd door het persen van de grondstof in balen (Landbouwleven, 2009). Voor korteomloophout zijn de investeringkosten ook gering. Het planten gebeurt met een aangepaste preiplantmachine, de oogst door maïshakselaars met aangepaste kop. Zo een aangepast voorzetstuk waarmee bomen worden afgezaagd kan echter 75 000 tot 100 000 euro kosten (Landbouwleven, 2009). Indien men de aanplanting en oogst door een loonwerker laat uitvoeren, kunnen hoge investeringkosten voor deze machines vermeden worden. Een loonwerker kan een speciaal houtoogstbek aanschaffen en zo een bijkomend voordeel creëren doordat een veldhakselaar naast de oogst van maïs en gras in de zomer en de herfst, ook kan ingezet worden voor de oogst van korteomloophout tijdens de winter. Gezien de grote aankoopprijs van een oogstmachine zal een loonwerker echter heel wat hectares moeten kunnen oogsten om zo financieel rendabel te zijn. Huidige hectares aangeplant korteomloophout zijn hiervoor nog niet voldoende (Landbouwleven, 2009).

Andere kosten bij deze lignocelluloseleveranciers zijn het bewerken van het land, bemesting,

onkruidbestrijding,

vervoer,

ed.

De

bewerking,

bemesting

en

onkruidbestrijding kan gebeuren met conventionele machines. In het eerste jaar is vooral het aanplanten en de onkruidbestrijding een grote kost. Kan men het onkruid (grassen, netels, ed) niet de baas, dan leidt dat tot grote sterfte onder de planten of bomen (Landbouwleven, 2009).

De verwerking van de lignocellulose grondstof tot brandstof houdt voorlopig nog een hoge proceskost in. Deze processen zijn immers ingewikkelder dan de processen gebruikt voor de eerste generatie biobrandstoffen (Antizar-Ladislao B. en Turrion-Gomez, 2008).


19 |

De uitdaging bestaat er dan ook in om betere technologieën te ontwikkelen voor afbraakprocessen van lignocellulose.

De enige grote investering die voornamelijk moet worden gemaakt, betreft de biobrandstofinstallaties zelf. Aangezien een installatie slechts rendabel is bij een voldoende en continue aanvoer van grondstoffen moet men ervoor zorgen dat er een goede

logistiek

voorzien

is

en

de

installatie

niet

te

ver

van

de

beschikbare

landbouwgrond opgesteld wordt. Deze logistieke uitdaging om de biomassagrondstof te vervoeren naar grote bijzijnde biomassa-installaties zal er waarschijnlijk voor zorgen dat productiekosten niet lager dan een bepaalde drempel kunnen zakken.

5.1.2 Productie van ethanol en FT diesel De productie van tweede generatie biobrandstoffen is voornamelijk gebaseerd op de omzetting van lignocellulose biomassa. De hiervoor toegepaste conversietechnieken zijn wereldwijd in volle ontwikkeling en hebben het voordeel dat delen die voorheen niet bruikbaar waren, nu ook volledig kunnen worden omgezet. Het commercialiseren van deze technieken wordt algemeen pas na 2015 verwacht (VITO, 2006).

Momenteel zijn de meest gebruikte vloeibare biobrandstoffen ethanol en biodiesel. Een veel kleinere hoeveelheid biobrandstof komt uit de omzetting van biomassa tot biomethaan, synthetisch aardgas (SNG) en biowaterstof (VITO, 2006).

Uit lignocellulose biomassa kan ethanol worden geproduceerd. Lignocellulose is een complexe structuur van de suikerpolymeren cellulose, hemi-cellulose en lignine. Door een mechanische en fysische (stoom) behandeling wordt de biomassa eerst gereinigd en verkleind.

Vervolgens

kunnen

de

cellulose

en

hemi-cellulose

fracties

worden

gehydrolyseerd tot suikers door middel van fysische/chemische en enzymatische technieken. Tenslotte volgt fermentatie waarin de aanwezige suikers worden omgezet in ethanol (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007)..

Diesel kan geproduceerd worden door het Fischer-Tropsch Proces. De lignocellulose biomassa wordt dan vergast tot syngas (CO + H2O) dat op zijn beurt, na zuivering en behandeling, wordt omgezet tot synthetische dieselbrandstof. De vloeibare brandstoffen die hieruit ontstaan noemt men ook BTL (Biomass-to-liquid) (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007).


20 |

Figuur 5: Voorstelling van het productieproces van biodiesel en –ethanol (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007).

5.1.3 Kosten ethanol productie De productiekosten van ethanol worden berekend door de totale jaarlijkse kosten te delen door de totale jaarlijkse geproduceerde hoeveelheid ethanol. De totale kosten bestaan uit jaarlijkse kapitaalkosten, exploitatie- en onderhoudskosten (met inbegrip van arbeid, hulpstoffen en afvalverwerking), grondstofkosten en elektriciteitkosten. Bij de meeste van deze kosten wordt aangenomen dat ze constant blijven in de tijd. Dit kan echter onrealistisch zijn daar het mogelijk is dat hulpstoffen duurder worden, er een nijpend tekort komt aan grondstoffen, energieprijzen kunnen stijgen en strengere milieumaatregelen kunnen worden opgelegd (Hamelinck et al, 2005).

Op korte tot middellange termijn (5 tot 15 jaar) zou de investeringskost voor de productie van ethanol 290 miljoen euro voor een capaciteit van ±100.000 ton/jaar bedragen. Op langere termijn (meer dan 20 jaar) zou dit kunnen dalen tot minder dan 200 miljoen euro (Hamelinck et al, 2005). Voor de berekening van de annuïteit werd rekening gehouden met een afschrijving op 15 jaar, een intrestvoet van 10% en een jaarlijkse productie van 100.000 ton brandstof. Dit komt neer op een afschrijfkost van 0,30 €/liter ethanol. Deze kost hangt wel sterk af van de grootte van de installatie.

Zoals eerder aangehaald is het al mogelijk om ethanol te produceren uit lignocellulose biomassa, maar de productiekosten zijn nog hoog, ongeveer 0,75 euro per liter. Zowel regeringen als de private industrie investeren miljoenen in onderzoek om deze kosten te doen dalen. Omwille van de snelle technologische vooruitgang en de onzekerheid van de grondstofkost in de toekomst lopen de prognoses van de productiekosten op lange termijn sterk uiteen (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007). Figuur 6 (IEA, 2006) toont dat de huidige productiekost van biobrandstoffen van zowel de eerste als de tweede generatie veel duurder is dan de gangbare benzine prijs. Enkel


21 |

ethanol

gemaakt

vanuit

suikerriet

kan

voorlopig

concurreren

met

de

fossiele

brandstoffen. Er zijn dan ook subsidies nodig om biobrandstoffen competitief te maken. Deze hoge kosten zijn voornamelijk te wijten aan de waardevolle landbouwgrond die nodig is om gewassen van de eerste generatie te planten en de relatief lage energie opbrengst van de meeste van deze gewassen (100-200 GJ/ha/jaar). De netto energie opbrengst van lignocellulose producten, zoals olifantengras en switchgras, ligt veel hoger (2260-260 GJ/ha/jaar) en deze grassen hebben het grote voordeel dat ze geplant kunnen worden op marginale grond. Omwille van een hogere energie conversie efficiëntie en het potentieel verkrijgbaar te zijn

in

grote

hoeveelheden

aan

relatief

lage

kosten,

kunnen

brandstoffen

uit

lignocellulose biomassa in de toekomst dan ook economisch gunstiger worden in vergelijking met biobrandstoffen van de eerste generatie. Zoals in onderstaande figuur te zien is schat het IEA dat de productiekost van ethanol uit lignocellulose in 2030 fiks kan dalen tot ongeveer €0,35 per liter.

Figuur 6: Vroegere en voorziene toekomstige kosten voor de productie van ethanol vergeleken met de (pre-taks) benzineprijs (IEA, 2006) De grondstofkosten zijn een zeer belangrijke parameter voor de berekening van de biobrandstofproductiekosten. Zo is er in de literatuur (VITO, 2006) te vinden dat op middellange termijn, biomassa pellets zouden kunnen verkregen worden voor een prijs tussen 80 en 140 euro per ton DS. Wanneer men rekent met een gemiddelde kost van 100 euro per ton DS, komt dit neer op een grondstofkost van 0,32 euro per liter ethanol.


22 |

Volgens (Libiofuels ,2005) kan er per ton biobrandstof, 1,05 MWh (groene) elektriciteit geproduceerd worden met de gassen die vrijkomen tijdens het proces (hier worden de elektriciteit en warmte die nodig zijn in het proces zelf, niet bijgerekend). De prijs voor grijze stroom is 40 €/MWh. Daarbij kan er nog een meeropbrengst van 110 €/MWh groene stroom certificaten worden gehaald. Dit geeft een credit van ongeveer 156 €/ton biobrandstof, of 0,12 €/liter.

Wanneer er vanuit wordt gegaan dat de distributie zal verlopen zoals deze van de fossiele diesel, kan een distributiekost van 0,16 euro per liter worden aangenomen. (Website BPF, 2008)

Tenslotte wordt de totale marktprijs van cellulose ethanol op middellange termijn geschat op €0,85 per liter zonder accijnzen en zonder BTW (VITO 2006). Hierbij zijn, behalve de investering- productie- en grondstofkosten ook de distributiekosten in rekening gebracht. Daar ethanol per liter slechts 2/3 van de energie inhoud van benzine heeft, zou de uiteindelijke prijs aan de pomp 1,25 euro per liter, zonder accijnzen en zonder BTW bedragen.

5.1.4 Kosten FT diesel productie De investeringskost voor de productie van FT diesel uit cellulose is ongeveer dezelfde als deze voor de productie van ethanol. Volgens Hamelinck komt deze investeringskost op korte tot middellange termijn op iets van 286 miljoen euro voor een capaciteit van ± 100.000 ton/jaar. Ook hier werd voor de berekening van de annuïteit rekening gehouden met een afschrijving op 15 jaar, een intrestvoet van 10% en een jaarlijkse productie van 100.000 ton FT brandstof. Dit komt neer op een afschrijfkost van 0,29 €/liter FT diesel. Deze afschrijfkost kan wel sterk variëren naargelang de grootte van de installatie.

De proceskosten voor de productie van synthetische diesel zijn, met ongeveer 0.70 euro per liter, nog zeer hoog in vergelijking met deze van gewone diesel (zie figuur 7). Er wordt getracht de kosten te laten dalen Zo wordt er veel onderzoek uitgevoerd om het Fischer–Tropsch

Proces,

waarmee

diesel

geproduceerd

kan

worden

uit

cellulose

biomassa, te optimaliseren. Wanneer het Fischer–Tropsch Proces wordt gebruikt kan er een hogere opbrengst per hectare worden behaald dan bij biodiesel uit oliehoudende gewassen het geval is. Het IEA schat dat de productiekosten voor grote biodiesel installaties in het jaar 2030 zullen dalen tot 0,55 – 0,60 euro per liter biodiesel. Een studie toont zelfs kostendalingen tot 0,45 euro per liter biodiesel (Jungmeier et al, 2005). Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

23 |

Figuur 7: Vroegere en voorziene toekomstige kosten voor de productie van biodiesel vergeleken met de (pre-taks) dieselprijs (IEA, 2006) De grondstofkosten zijn ook gelijkaardig aan deze voor de productie van ethanol. Op middellange termijn wordt de kost van biomassa pellets gemiddeld geschat op 100 euro per ton DS. Dit komt neer op een grondstofkost van 0,40 euro per liter FT diesel (VITO 2006).

Gelijk lopend met de productie van ethanol kan er 1,05 MWh per ton FT brandstof groene elektriciteit geproduceerd worden met de gassen die vrijkomen tijdens het proces (ook hier worden de elektriciteit en warmte die nodig zijn in het proces zelf, niet bijgerekend). De prijs voor grijze stroom is 40 €/MWh. Wanneer daarbij een meeropbrengst van 110 €/MWh groene stroom certificaten wordt gerekend, geeft dit een credit van rond de 156 €/ton FT brandstof, of 0,12 €/liter (Libiofuels ,2005).

Als de distributie zal verlopen zoals deze van de fossiele diesel, kan een distributiekost van ongeveer 0,16 euro per liter worden verondersteld. (Website BPF, 2008)

De totale marktprijs voor synthetische biodiesel wordt door het (VITO, 2006) op middellange termijn geschat op ongeveer 1 euro per liter, zonder accijnzen en zonder diesel. Synthetische diesel is qua energie inhoud gelijkaardig aan gewone diesel. De kwaliteit van deze biobrandstof ligt doorgaans wel hoger.


24 |

5.2 Investering- en productiekosten van biobrandstoffen uit algen Uit algen kunnen allerlei biobrandstoffen worden geproduceerd zoals o.a. plantaardige olie, bioethanol en biomethaan. Zoals eerder aangehaald heeft het gebruik van algen voor biobrandstofproductie een aantal voordelen. Zo doen algen geen afbreuk aan drinkbaar water, kunnen ze worden geproduceerd met behulp van oceaan- en afvalwater en zijn ze biologisch afbreekbaar en relatief onschadelijk voor het milieu. Daar deze micro-organismen groeien in waterige suspensie kunnen ze zeer efficiënt water, CO2 en nutriënten opnemen. Algen kunnen tot 60% van hun biomassa produceren in de vorm van olie, ze zijn dus in staat grote hoeveelheden biomassa en bruibare olie te produceren op relatief korte termijn (Schulz, 2006). Algen hebben ook een veel snellere groei dan plantaardige gewassen en hoewel de productie van algenolie nog in zijn kinderschoenen staat, wordt de opbrengst per oppervlakte-eenheid al geschat tussen 5000 tot 50.000 liter per hectare per jaar, wat tot 30 keer hoger ligt dan de opbrengst van zowel eerste als andere tweede generatie biobrandstoffen (SARDI, 2008).

De meeste studies naar algenolieproductie worden gedaan in de particuliere sector, waar voorspellingen van kleinschalige productie-experimenten uitwijzen dat het gebruik van algen voor de productie van biodiesel mogelijks de enige realistische methode is waarbij genoeg motorbrandstoffen kunnen worden geproduceerd om het huidige diesel verbruik te vervangen. Momenteel is dit echter economisch niet haalbaar, deze brandstoffen zijn nog altijd te duur om te kunnen concurreren met andere verkrijgbare brandstoffen. Diverse bedrijven en overheidsinstellingen investeren in onderzoek om de investeringen operationele en onderhoudskosten van algenolie productie drastisch te doen dalen (Sheenan et al, 1998). Toch zal de mogelijke commercialisering van biobrandstofproductie op basis van algen uiteindelijk afhangen van de economische realiteit. Ongeacht welke technologische en biologische doorbraken er in de toekomst komen, financiers zullen enkel blijven investeren als de risico-rendementsverhouding aanvaardbaar blijkt te zijn.

De investeringkosten bestaan ondermeer uit kosten die verband houden met de algen biomassagroei, de oogst (verwijdering van de biomassa uit de algencultuur), ontwatering en de olie extractieprocessen. Tot de operationele en onderhoudskosten worden meestal nutriëntenkosten, CO2distributiekosten, kosten voor de aanvulling van water vanwege verdampingsverliezen,


25 |

vervanging van onderdelen en arbeidskosten gerekend. Ook moet rekening gehouden worden met de aankoop of leasing van de nodige grond, infrastructuur en vergunningen. Er zijn al een aantal kostengegevens publiekelijk vrijgegeven maar deze tonen grote verschillen. Zo worden er investeringskosten gerapporteerd tussen $10k/acre (= €90767/ha) en $300k/acre (= €544743/ha). Deze grote verschillen tonen aan hoe onzeker deze schattingen nog zijn (Hassania, 2009). Deze onzekerheden zijn grotendeels te wijten aan het feit dat er nog geen grootschalige commercieel interessante algen biobrandstoffen productiesystemen bestaan, zodat deze gegevens nog niet onderbouwd kunnen worden. Ook zijn bedrijven die bezig zijn met het ontwikkelen

van

nieuwe

technologieën

zeer

beschermend

en

wordt

er

vaak

geheimhouding geëist. Tenslotte is er nog veel onzekerheid over hoe de markt zich in de toekomst gaat evolueren. Haalbaarheidsstudies variëren ook in welke paramaters ze juist hanteren zoals de gebruikte optimale bioreactor diepte, de grondstofkosten en het eventueel voorkomen van schaalvoordelen. Door bijvoorbeeld simpelweg de exploitatie van een installatie van 5 tot 10 jaar te vermeerderen,

verdubbelt

theoretisch

de

productie

tegen

minimale

extra

investeringuitgaven. Een theoretische analyse van (Benemann en Oswald, 1996) schat de kosten, voor de productie van algenolie op grote schaal, op 0,20 – 0,40 euro per liter. Deze raming werd gebaseerd op het gebruik van open vijvers met een totale oppervlakte van 400 hectare, een productiviteit van 30-60 g/m2.dag en een opbrengst van 50% algenolie. Dergelijke hoge opbrengsten zijn in theorie mogelijk, maar tot op heden nog niet aangetoond. Een meer recente analyse (Huntley M.E. en Redalje D.G., 2006) schat de algenolie productiekosten op 0,45 euro per liter. Dit scenario is gebaseerd op dezelfde infrastructurele kosten prognose die gemaakt werd door Benemann en Oswald, maar in plaats van open vijvers werd hier gebruik gemaakt van een hybride systeem met een productiviteit van 70 g/m2. dag en met een algenolie opbrengst van 35%. Dit zijn echter nog maar theoretische berekeningen, de assumpties van de auteurs konden nog niet worden getest aangezien er nog geen productiefaciliteiten op grote schaal bestaan. Toch benadert Seambiotic Ltd., een Israëlisch

bedrijf, deze voorafgaande resultaten

relatief dicht. Het bedrijf meldt dat gedroogde algen geproduceerd kunnen worden aan een kost van €0,26/kg. De productiviteit was 20 g/m2.dag en de totale olie inhoud varieerde van 8 tot 40%. Wanneer een gemiddelde olie opbrengst van 24% wordt aangenomen (en geen verdere extractie kosten) zou dit neerkomen op €0,95/l.


26 |

6. Potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie 6.1 Globale energieconsumptie In 2008 was de totale wereldwijde energieconsumptie 489 exajoule per jaar, met één exajoule gelijk aan 1018 joule. Dit omvat elektriciteit, kolen, gas, nucleaire energie en vloeibare brandstoffen zoals olie. 176 exajoule of zo’n 36% hiervan behoren tot vloeibare brandstoffen, waaronder ook de biobrandstoffen vallen. (IEA, 2009) Deze wereldwijde brandstofconsumptie komt overeen met 85,65 miljoen vaten per dag. Biobrandstoffen dragen slechts in kleine mate bij tot deze wereldwijde consumptie, met ongeveer 0,7 miljoen vaten per dag of 0,8%. (BP, 2008)

De afgelopen tien jaar is deze wereldwijde brandstofconsumptie telkens gestegen van 73,94 miljoen vaten per dag in 1998 tot 85,65 miljoen vaten per dag afgelopen jaar. Ook de prijs per vat ruwe olie steeg gelijkmatig met de consumptie tot deze in 2008 100 dollar per vat bedroeg met halverwege 2008 een recordbedrag van 123,95 dollar per vat, dit meldt de WTI (West Texas Intermediate). Verscheidene factoren veroorzaakten deze prijsstijgingen. Zo was er de afgelopen jaren een sterke groei in de vraag naar olie vanuit Azië en het Midden Oosten terwijl de olieproductie in de OPEC-landen sinds 2005 niet meer omhoog ging. Ook de kosten voor onderzoek en ontwikkeling van oliegebieden en dergelijke stegen stelselmatig. Tenslotte steeg de prijs van goederen over de ganse lijn en stond de dollar veel zwakker ten opzichte van vorige jaren. (IEA, 2008)

Door de wereldwijde economische crisis, die op het einde van 2008 begon, werd verwacht dat deze prijs zou dalen met meer dan de helft. Huidige prijzen van 45 à 50 dollar per vat ruwe olie bevestigen dit vermoeden. Door de instorting van de economie en hiermee de economische groei, is de consumptie namelijk gedaald waardoor de vraag naar olie ook daalt. De toekomstige olieconsumptie en –prijs zal op korte termijn afhankelijk zijn van de timing en snelheid van het herstel van de globale economie. Indien de economische groei zich sneller dan verwacht herstelt, kan de vraag naar olie veel vlugger stijgen, waardoor de prijzen opnieuw drastisch de hoogte in zullen gaan. Op langere termijn wordt verwacht dat de globale energieconsumptie opnieuw sterk zal stijgen,

als

gevolg

van

een

nieuwe

economische

groei

en

uitbreidende

bevolkingsgebieden in ontwikkelingslanden. Vooral China en India zullen in de toekomst hun sterke energievraag voortzetten (IEA, 2009).


27 |

Met een stijging van de olievraag dient dan ook rekening te worden genomen bij een potentiële berekening van het aandeel tweede generatie biobrandstoffen ten opzichte van de energie- en olieproductie.

6.2 Scenario’s: biobrandstofproductie, -consumptie en – potentieel in de toekomst De economische groei, de vraag naar olie en de olieprijs beïnvloeden in meerdere mate het onderzoek naar en de productie en consumptie van biobrandstoffen in de toekomst. Aldus worden ook verschillende scenario’s gehanteerd voor een benadering van de biobrandstofproductie en -consumptie in de toekomst. Alle scenario’s werden gemaakt met behulp van spreadsheets in Excell 2007 en de verschillende waarden worden steeds uitgedrukt in exajoule per jaar, dit om een optimale vergelijking te kunnen maken tussen de verschillende resultaten.

6.2.1 Scenario 1: Totale olie- en biobrandstofproductie In een eerste scenario bekijken we de globale stijging van de biobrandstofproductie en de olieproductie. We nemen een gemiddelde jaarlijkse groei als factor om het potentieel tot 2050 te berekenen. Deze gemiddelde jaarlijkse groei verandert in de verschillende scenariogevallen en is voor de biobrandstofproductie verschillend dan voor de globale olieproductie. De jaarlijkse groei wordt via excell en vanaf het jaar 2008 berekend en toegepast. De olie- en biobrandstofproductie van de afgelopen jaren werden ook bij de tabel en bijlagen gevoegd, deze werden uit verschillende bronnen gehaald (EIA, 2008; EIA, 2009; BP, 2008). Zo worden vijf subscenario’s opgesteld: referentie, lage en hoge olieprijs, en lage en hoge economische groei. Hiermee wordt het voorbeeld gevolgd van de EIA, die zo een toekomstvoorspelling tot 2030 doet (zie EIA, 2008). Er wordt in de subscenario’s van uitgegaan dat tegen 2050 alle biobrandstoffen uiteindelijk komen van tweede generatie biobrandstoffen. De groeipercentages die wij gebruiken zijn ook deels gebaseerd op deze studie, met een lichte aanpassing (zie EIA, 2008). Een eerder groot verschil met de studie die het EIA heeft uitgevoerd is het feit dat onze groei constant is, wat in werkelijkheid natuurlijk niet zo is. Doch aangezien enkel het potentieel tegen 2050 wordt berekend en bekeken, hebben we een variabele groei -zoals in de studie van het EIA- niet toegepast. Tabel 1 toont een overzicht van de verschillende scenario’s en hun percentage biobrandstof ten opzichte van de totale olieproductie tegen 2050. De groeipercentages zijn in bijlage I terug te vinden.


28 |

Tabel 1: Vijf scenario's totale olie- en biobrandstofproductie

REFERENTIE Totale biobrandstofproductie (EJ/jaar) 1,42 1,63 6,29 24,35

% 0,78 0,88 2,67 8,15

jaar 2008 2010 2030 2050

HOGE OLIEPRIJS Totale biobrandstofproductie Totale olieproductie (EJ/jaar) (EJ/jaar) 181,02 1,42 183,20 1,68 206,48 9,27 232,72 51,01

% 0,78 0,92 4,49 21,92

Jaar 2008 2010 2030 2050

LAGE OLIEPRIJS Totale biobrandstofproductie Totale olieproductie (EJ/jaar) (EJ/jaar) 181,02 1,42 187,60 1,55 268,03 3,82 382,94 9,39

% 0,78 0,83 1,43 2,45

Jaar 2008 2010 2030 2050

HOGE ECONOMISCHE GROEI Totale biobrandstofproductie Totale olieproductie (EJ/jaar) (EJ/jaar) 181,02 1,42 186,49 1,63 251,18 6,56 338,30 26,34

% 0,78 0,88 2,61 7,79

Jaar 2008 2010 2030 2050

LAGE ECONOMISCHE GROEI Totale biobrandstofproductie Totale olieproductie (EJ/jaar) (EJ/jaar) 181,02 1,42 183,56 1,57 211,04 4,16 242,64 11,03

% 0,78 0,85 1,97 4,54

jaar 2008 2010 2030 2050

Totale olieproductie (EJ/jaar) 181,02 185,39 235,34 298,75


29 |

Tabel 2: Samenvatting van het aandeel van de biobrandstofproductie in de totale olieproductie tegen 2050

% in 2050 8,15 21,92 2,45 7,79 4,54

SCENARIO Referentie hoge olieprijs lage olieprijs hoge economische groei lage economische groei

Zoals in tabel 2 te zien, zijn de verschillen groot tussen de onderlinge subscenario’s. Het referentiescenario toont een groei die het meest de werkelijkheid nastreeft, op basis van de voorbije jaren. De andere scenario’s houden rekening met factoren die in de toekomst het onderzoek naar en de productie van tweede generatie biobrandstoffen zal bevorderen of tegengaan. Zo zal een hoge olieprijs ervoor zorgen dat er meer onderzoek wordt verricht naar biobrandstoffen, ook als eventuele productiekosten nog vrij hoog zouden zijn. Indien de economie zich binnen enkele jaren herstelt en de vraag naar olie zich herneemt zoals in de voorbije jaren zal dit scenario meer de werkelijkheid nastreven. Ook indien productiekosten van tweede generatie biobrandstoffen tegen 2030 sterk zouden gedaald zijn en onder deze van de olieproductie komen te liggen, zal dit scenario het meest de realiteit benaderen. Anderzijds zal bij een traag economisch herstel en bij eventuele nieuwe recessies de prijs van olie vrij laag blijven. Hierdoor zullen productiekosten van tweede generatie biobrandstoffen naar alle waarschijnlijkheid boven deze van de olieproductie blijven. Een sterke stijging in de biobrandstofproductie lijkt dan uitgesloten. Bij een hoge economische groei enerzijds en een lage economische groei anderzijds zal de groei anders zijn. Zo zal de vraag naar brandstoffen enerzijds stijgen, waardoor er meer

biobrandstoffen

geconsumeerd.

en

Anderzijds

fossiele

brandstoffen

zal

een

bij

lage

zullen

worden

economische

geproduceerd

groei,

de

vraag

en naar

brandstoffen stabiel blijven en niet veel stijgen. Hierdoor zullen ook investeringkosten in tweede generatie biobrandstoffen relatief stabiel blijven.

Het gebruikte potentieel in de verschillende subscenario’s hangt uiteindelijk af van overheidsingrepen. Indien een streng of agressief beleid wordt toegepast door de lokale overheden, zoals subsidies en/of taksen met betrekking tot biobrandstofproductie, kan alle potentieel ook in werkelijkheid worden benut. Ook zouden overheden voor de meest efficiënte systemen moeten kiezen, en eventueel de biobrandstoffen invoeren uit meer kostenefficiënte gebieden. Dit in plaats van invoertaksen op ingevoerde biobrandstoffen om zo de eigen lokale – minder efficiënte – markt te beschermen.


30 |

6.2.2 Scenario 2: Potentieel van biobrandstoffen uit lignocellulose biogewassen Een tweede potentieel scenario betreft enkel de lignocellulose biogewassen. Het potentieel tegen 2050 wordt berekend met verschillende parameters en daarna vergeleken met de olieconsumptie enerzijds en met de globale energieconsumptie in 2050 anderzijds. De wereldwijde olie- en energieconsumptie werden opnieuw berekend in een Excell spreadsheet door middel van een jaarlijkse groei. Hier werden drie subscenario’s genomen. De referentie, een hoge en een lage groei. De subscenario’s zijn gebaseerd op verschillende bronnen, die onze groei in vraag naar energie bevestigen (EIA, 2009; EIA, 2008; BP, 2008). De scenario’s worden opnieuw uitgedrukt in EJ/jaar. De groeipercentages voor de globale energieconsumptie liggen bijna altijd iets hoger dan deze voor de olieconsumptie. Aangezien in de toekomst verwacht wordt dat de globale energieconsumptie in de toekomst meer andere fossiele brandstoffen dan olie en ook meer bio-energie zal omvatten is deze stelling correct. De groei van olieconsumptie daalt ten opzichte van de globale energieconsumptie reeds enkele jaren, en dit zal zich in de toekomst verder zetten. Bijlage II toont de verwachte groeipercentages.

Tabel 3: Drie scenario's omtrent de olie- en totale energieconsumptie

jaar 2008 2010 2030 2050

REFERENTIE energieconsumptie (EJ/j) olieconsumptie (EJ/j) 489,8 181,02 504,61 185,39 679,63 235,34 915,37 298,75

jaar 2008 2010 2030 2050

HOGE GROEI energieconsumptie (EJ/j) olieconsumptie (EJ/j) 489,8 181,02 509,59 186,49 757,22 251,18 1125,19 338,30


31 |

jaar 2008 2010 2030 2050

LAGE GROEI energieconsumptie (EJ/j) olieconsumptie (EJ/j) 489,8 181,02 497,67 183,56 583,54 211,04 684,48 242,64

Het potentieel van de lignocellulose biobrandstoffen wordt berekend op basis van verschillende factoren. De belangrijkste factor is het potentieel aan landbouwgrond die beschikbaar zou kunnen gemaakt worden voor biogewassen tegen 2050. Er worden verschillende oppervlakten genomen en vergeleken met elkaar. In andere studies en analyses worden ook verschillende resultaten bekomen en vooruitgeschoven. De meeste resultaten lijken echter te voorbarig en stroken niet met de werkelijkheid. Zo concludeert Wolf et al. (2003) dat van de 5 Gha landbouwgrond beschikbaar en momenteel gebruikt, er in de toekomst tot 84% vrijgemaakt kan worden voor de teelt van biogewassen (Wolf, 2003). Hier wordt echter de 0,58 à 0,76 Gha minderwaardige grond, die niet wordt gebruikt voor landbouw en dus niet tot die 5 Gha behoort, niet in rekening gebracht. Ook Hoogwijk besluit dat er tussen 70 en 80 % land beschikbaar kan worden gemaakt voor de productie van biogewassen. (Hoogwijk, 2004) Een andere studie bevestigd dit en gebruikt percentages van 39 tot 64%, of 1,9 à 3,2 Gha land (Smeets, 2006). Men stelt dat deze hoge oppervlakken kunnen bereikt worden door de productie-efficiëntie van voedingsgewassen te verhogen. Ook zouden de meest vruchtbare gebieden moeten genomen worden voor voedselproductie, het surplus aan landbouwgrond zou dan kunnen dienen voor biogewassen. Om dit te bereiken zijn vooral technologische doorbraken nodig en een herorganisatie van het geografisch gebruik van landbouwgrond. Deze veranderingen lijken er echter in de komende decennia nog niet onmiddellijk te komen. Ook zal de stijgende vraag naar voedsel zich blijven voortzetten zodat wellicht bijna alle beschikbare landbouwgrond nodig zal blijven voor de voedselproductie. Kritische factoren betreffende watergebruik en –schaarste in bepaalde landbouwgebieden bevestigen deze vaststelling. In 2004 werd ook nog maar 0,01 Gha gebruikt voor de teelt van biobrandstoffen (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007). De verschillende studies concluderen wel dat, indien er geen productiesystemen met hogere efficiëntie komen in 2050, het surplus aan beschikbare landbouwgrond zo goed als nihil zal zijn.

Een meer realistischere visie beschrijft een beschikbaar oppervlak in 2050 van 0,44 tot 0,7 Gha. Potentieel is er vooral in Afrika, Zuid- en Midden-Amerika (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007).


32 |

Een andere sleutelfactor die het potentieel aan tweede generatie biogewassen limiteert, is de veronderstelde opbrengst. In de literatuur worden meestal opbrengsthoeveelheden van 10 tot 25 ton DS per ha per jaar beschreven, zoals in paragrafen 3.2.1 to 3.2.3 reeds aangehaald. Dit ligt in de lijn met onze veronderstellingen. Zo zouden de besproken cellulosegrondstoffen tussen 10 en 25 ton DS per ha per jaar kunnen opbrengen. De hoogste opbrengsten zijn er bij Miscanthus. Andere studies hebben het echter over veel grotere opbrengsten in de komende decennia, zelfs tot 90 ton DS per ha per jaar. Dit kan enkel indien de energieopslag van biogewassen zou stijgen. Een huidige globale biomassaproductie van 10 ton DS per ha per jaar komt overeen met een energieopslag van 0,3%. De maximum efficiëntie van fotosynthese ligt echter hoger tot zo’n 3,3% voor C3- en 6,7% voor C4-planten. (Berndes et al, 2003) Genetische manipulatie kan er dus voor zorgen dat de energieopbrengst van toekomstige biogewassen veel hoger ligt. Zo werd onlangs een genetisch gemanipuleerd proefveld van

populieren

aangeplant

in

Gent.

Deze

populieren

zouden

een

veel

hogere

energieopbrengst genereren dan gewone populieren. Een praktische energie-efficiëntie van 3 tot 6% is echter onmogelijk, doch een 2% lijkt haalbaar. Bij de berekeningen wordt een haalbare opbrengst verondersteld van 20 ton DS/ha/jaar.

Een derde factor is de hoeveelheid biobrandstof en de energie-inhoud die één ton biomassa kan opleveren. Een gemiddelde van 400 liter per ton biomassa droge stof werd vooropgesteld. Literatuur toonde ook hier aan dat olifantengras het meest opleverde van de drie besproken gewassen (Pimentel D. en Patzek T.D., 2005; Landbouwleven, 2009). Een energie-inhoud van olie van 36 MJ/l leek ons te hoog. Daarom werd gebruikt gemaakt van een benzine-equivalent die gelijk is aan 32 MJ/l. Zo wordt uiteindelijk in de berekeningen met een energie-inhoud van 12 – 13 GJ/ton DS gerekend.

Om

nieuwe

technologische

vooruitgang

in

te

calculeren,

wordt

er

ook

een

technologiefactor in rekening gebracht. Deze technologiefactor heeft een waarde die de toekomstige verbetering van proces- en productie-efficiëntie moet duiden. Indien geen technologische verbeteringen zullen gebeuren, blijft de factor gelijk aan nul. Doch wordt bij de meeste scenario’s een factor van 0,5 gebruikt. Andere voorspellingen uit de literatuur maken onder meer gebruik van een ‘managementfactor’ die slaat op de landbouwkundige vooruitgang in opbrengst en technologie, en waarden heeft van 0,7 tot 1,5 (Hoogwijk, 2004) (Smeets et al, 2006). De uiteindelijke resultaten worden bekomen door verschillende beschikbare oppervlakten voorop te stellen en ook de technologiefactor telkens te laten variëren van 0 tot 0,5. In onderstaande tabel wordt het potentieel geproduceerde bio-energie in 2050 uit tweede


33 |

generatie biobrandstoffen voorgesteld voor de verschillende oppervlakten beschikbare landbouwgrond. Ook het aandeel bio-energie ten opzichte van de globale olieconsumptie, respectievelijk energieconsumptie werd berekend. In bijlage III worden de gebruikte parameters getoond.

Tabel 4: Geproduceerde bio-energie in 2050 uit lignocellulose in functie van oppervlakte en technologiefactor

Opp (Gha) factor 0,01 0,01 0,1 0,1 0,5 0,5 1 1

0 0,5 0 0,5 0 0,5 0 0,5

Bio-energie (EJ/jaar)

% bio-energie tov olieconsumptie

% bio-energie tov energieconsumptie

2,56 3,84 25,6 38,4 128 192 256 384

0,86 1,29 8,57 12,85 42,85 64,27 85,69 128,54

0,28 0,42 2,80 4,20 13,98 20,98 27,97 41,95

Uit de resultaten wordt opnieuw snel duidelijk dat het potentieel afhangt van de twee variërende factoren. Indien de huidig gebruikte oppervlakte voor biogewassen van 0,01 Gha tot in 2050 constant blijft en wordt ingenomen door de tweedegeneratie biobrandstoffen, zou slechts 0,86 tot 1,29% van de globale olieconsumptie door de geproduceerde

bio-energie

gedekt

kunnen

worden.

Indien

het

surplus

aan

landbouwgrond stijgt tot 0,1 Gha kan reeds tot 10% ingenomen worden door deze cellulosegewassen. Een gebruik van 1 Gha landbouwgrond zou zelfs bijna alle olieconsumptie – 85 tot meer dan 100% - kunnen vervangen. Ten opzichte van de totale energieconsumptie is dit zo’n 40%. Deze laatste veronderstelling is echter zeer onwaarschijnlijk, gezien de kritische punten in vorige paragrafen. Een – volgens ons – maximaal gebruik van 0,5 Gha, kan echter ook al 40 tot 60% van de globale olieproductie vervangen, of zo’n 14 tot 21 % van de totale energieconsumptie. Deze potentiële uitbreiding zou vooral in Afrika, Midden- en Zuid-Amerika moeten gebeuren, aangezien 80% van de beschikbare landbouwgrond in deze gebieden ligt (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007). De uiteindelijke energieopbrengsten uit biogewassen zouden in dit scenario van 3 tot meer dan 200 EJ/jaar kunnen oplopen in 2050. Deze verwachtingen liggen onder potentiële verwachtingen van 215 tot 1272 EJ/jaar die te vinden zijn in de literatuur. (Smeets et al, 2006). Voornaamste oorzaak hiervan is de verwachte beschikbare oppervlakte, die veel lager ligt in onze studie. Vergelijkingen van opbrengsten per hectare liggen in onze studie wel beduidend hoger dan de meeste studies die 7 tot Het potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie

34 |

maximum 20 ton DS/ha/jaar gebruiken in hun berekeningen (Smeets et al, 2006) (Hoogwijk, 2004; Wolf et al, 2003). Een andere studie bevestigt dan weer onze resultaten. Zo wordt in een studie berekend dat 0,44 Gha beschikbaar land, een energieopbrengst van 110 EJ/jaar kan opleveren (Doornbosch R. en Steenblik R., 2007).

6.2.3 Scenario 3: Potentieel van biobrandstoffen uit algen In een laatste scenario wordt ten slotte een ruwe schatting gemaakt van het potentieel van biobrandstoffen uit algen in 2050. Het potentieel wordt berekend aan de hand van verschillende parameters en vergeleken met zowel de globale olieconsumptie als de globale energieconsumptie in 2050. Om de resultaten gemakkelijk te kunnen vergelijken werden dezelfde parameters gehanteerd als deze voor de berekening van het cellulose biomassa potentieel.

De eerste factor is de mogelijk oppervlakte die, tegen 2050, beschikbaar zou kunnen zijn voor de algenolie productie. Algen kunnen ook op zee geteeld worden. Net als bij de cellulose biogewassen wordt het potentieel berekend voor beschikbare oppervlakten van 0,01 - 0,1 - 0,5 en 1 Gha om zo tot een duidelijke vergelijking te komen.

De volgende parameter is de opbrengsthoeveelheid die per jaar gehaald kan worden uit het kweken van algen. In de literatuur kunnen de gegevens nogal sterk verschillen, zo worden in een aantal studies opbrengsten van 5000 tot zelfs 15000 gallons per acre per jaar worden gemeldt. Ter vergelijking, bij palmolie zijn slecht opbrengsten van rond de 300 gallon/acre/jaar mogelijk (Greenfuel, 2006; Beasley, 2008, Schulz, 2006). Het biopotentieel in EJ/jaar wordt zowel voor een mogelijke opbrengst van 5000 als voor een opbrengst van 10000 gallons/acre/jaar berekend.

Tenslotte wordt er, net zoals bij scenario 2, nog een technologiefactor in rekening gebracht. Deze factor staat voor de toekomstige proces en productie-efficiëntie (Hoogwijk, 2004) (Smeets et al, 2006). Bijlage III toont de verschillende parameters.


35 |

Tabel 5: Potentiële energieopbrengst uit algen in 2050, indien de opbrengst 5000 gallon/acre/jaar is

Opbrengst: 5000 gallon/acre/jaar Opp (Gha) Factor 0,01

0

0,01 0,1




2,45

0,82

0,27

0,5

3,68

1,23

0,40

0

24,5

8,21

2,68

0,1

0,5

36,8

12,3

4,02

0,5

0

123

41,0

13,4

0,5

0,5

184

61,5

20,1

1

0

245

82,1

26,8

1

0,5

368

123

40,2

Tabel 6: Potentiële energieopbrengst uit algen in 2050, indien de opbrengst 10000 gallon/acre/jaar is

Opbrengst: 10000 gallon/acre/jaar Opp (Gha)

factor




0,01

0

4,90

1,64

0,54

0,01

0,5

7,36

2,46

0,80

0,1

0

49,0

16,4

5,36

0,1

0,5

73,6

24,6

8,03

0,5

0

245

82,1

26,8

0,5

0,5

368

123

40,2

1

0

490

164

53,6

1

0,5

736

246

80,3

Het behaalde potentieel hangt voornamelijk af van de hoeveelheid geschikte oppervlakte die kan gebruikt worden. Indien de huidig gebruikte oppervlakte voor biogewassen van 0,01 Gha in 2050 volledig wordt ingenomen door algenbiobrandstoffen en men gaat, bij een opbrengst van 5000 gallons/acre/jaar, uit van een technologiefactor van 0,5 dan zou slechts

0,27%

van

de

globale

energieconsumptie

en

0,82%

van

de

globale

olieconsumptie kunnen worden gedekt. Wanneer de beschikbare grond in 2050 echter zou stijgen tot 1 Gha zou zo’n 40% van de totale energieconsumptie en zelfs de gehele olieconsumptie vervangen kunnen worden. Als de opbrengst verdubbeld, van 5000 naar 10000 gallons/acre/jaar, bij een beschikbaar oppervlak van 0,5 Gha, stijgt het biopotentieel van 123 tot 245 EJ/jaar.


36 |

Als de resultaten vergeleken worden met het potentieel van de cellulose biogewassen valt op dat, bij een opbrengst van 5000 gallons/acre/jaar, het biopotentieel nagenoeg hetzelfde

is.

Bij

een

opbrengst

van

10000

gallons/acre/jaar

verdubbelt

het

algenpotentieel. Deze resultaten zijn echter zeer theoretisch daar de productie van algenbiobrandstoffen nog steeds in de onderzoeksfase zit en er tot op heden nog geen grootschalige algen productiesystemen bestaan.


37 |

7. Conclusie Biobrandstoffen van de eerste generatie zorgen voor controverse aangezien ze concurreren met de voedingsgewassen industrie en daardoor zorgen voor hogere voedselprijzen. Productiekosten zijn ook hoog voor een relatief lage energieopbrengst.

Deze studie omvat het mogelijke potentieel van biobrandstoffen van de tweede generatie. Daar ze een hogere energieopbrengst hebben en de teelt kan gebeuren op marginale gronden, wordt verwacht dat deze biobrandstoffen een zeer belangrijke rol zullen spelen in de toekomst. De productie ervan staat echter nog in zijn kinderschoenen en is tot op heden nog niet gecommercialiseerd. Dit is voornamelijk te wijten aan de, voorlopig nog, hoge investeringen productiekosten. Schaaleffecten en daling van productiekosten worden echter verwacht in de komende decennia. Overheidsinstellingen en diverse bedrijven besteden namelijk massaal in verder onderzoek om deze kosten te doen dalen.

In hoeverre tweede generatie biobrandstoffen in de toekomst aan de globale energie- en olievraag tegemoet kunnen komen, hangt af van enkele factoren zoals enerzijds de verwachte economische groei, de vraag naar olie en de olieprijs; en anderzijds de verwachte opbrengsthoeveelheid en beschikbare oppervlakte.

Om een beeld te kunnen krijgen van het potentieel in de toekomst, worden verschillende mogelijke situaties verondersteld. In een eerste scenario wordt gekeken naar de totale olie- en biobrandstofproductie tot 2050. Dit zowel voor een verwachte productie bij normale omstandigheden; als bij een lage

en

hoge

olieprijs,

en

een

lage

en

hoge

economische

groei.

Indien

het

referentiescenario wordt gevolgd zou het uiteindelijke aandeel van biobrandstoffen ten opzichte van de totale olieproductie, in 2050, 8,15% bedragen. Houden we echter rekening met een lage of hoge olieprijs, zou dit aandeel respectievelijk dalen tot 2,45% of stijgen tot 21,92%. Een hoge olieprijs zal er immers voor zorgen dat er meer onderzoek wordt verricht naar biobrandstoffen, ook als de productiekosten nog altijd vrij hoog zouden liggen. Terwijl bij een lage olieprijs, de noodzaak naar biobrandstoffen zo goed als verdwijnt. Bij een lage economische groei krijgen we een aandeel van 4,54%; een hoge economische groei zorgt dan weer voor een aandeel van 7,79%, dit omdat de vraag naar zowel fossiele als biobrandstoffen zal blijven stijgen.


38 |

Een tweede scenario betreft enkel de lignocellulose biogewassen. Het potentieel hiervan, in 2050, wordt berekend aan de hand van verschillende parameters zoals de mogelijk beschikbare landbouw- en marginale grond, de energieopbrengst van de gewassen en een factor die een eventuele technologische vooruitgang in rekening brengt. Uit de resultaten blijkt dat indien een oppervlakte van 0,01 Gha wordt verondersteld, een bioenergieopbrengst van 2,56 Ej/jaar kan worden gehaald. Hiermee zou slecht 0,86% van de totale olieconsumptie gedekt kunnen worden. Indien de beschikbare grond stijgt tot 0,5 Gha, bedraagt de totale bio-energieopbrengst reeds 128 Ej/jaar, waarmee 43% van de globale olieconsumptie en 14% van de globale energieconsumptie zou kunnen worden vervangen.

Ten slotte wordt er een schatting gemaakt van het toekomstig algenpotentieel in 2050. Hieruit blijkt dat als wordt gerekend met een beschikbaar oppervlak van 0,01 Gha in 2050 bij een opbrengst van 10000 gallons/acre, er een potentiële opbrengst van 5 Ej/jaar kan worden gehaald, wat het dubbele is van de opbrengst uit cellulosegewassen.

Deze resultaten zijn voornamelijk theoretisch, zowel de biobrandstofproductie uit cellulosegewassen als uit algen werd tot nog toe niet op grote schaal gerealiseerd. Hiervoor is bijkomend onderzoek nodig naar meer efficiënte productietechnieken, wat de kosten zal doen dalen. Op korte tot middellange termijn is de biobrandstofproductie uit cellulosegewassen een interessanter alternatief dan biobrandstofproductie uit de eerste generatie biogewassen. Op lange termijn zou de productie van algenolie een oplossing kunnen bieden.

Om te besluiten merken we nog op dat, hoewel dit werk handelt over de mogelijke vervanging van fossiele brandstoffen door biobrandstoffen van de tweede generatie, het waarschijnlijk nog belangrijker is om te zoeken naar methodes en technieken die het globale energieverbruik drastisch naar beneden kunnen brengen.


39 |

LITERATUURLIJST ANTIZAR-LADISLAO B., en TURRION-GOMEZ J.L, Second generation biofuels and local bioenergy systems, 2008. Biofuels, bioproducts and biorefining 2(5), p.455-469.

BENEMANN J. en OSWALD W., Systems and Economic Analysis of Microalgae Ponds for Conversion of CO2 to Biomass, 1996. US Department of Energy

BERNDES G., HOOGWIJK M., en VAN DEN BROEK R., The contribution of biomass in the future global energy supply: a review of 17 studies, 2003. Biomass and bioenergy 25, p.1-28

BP, BP Statistical Review of World Energy June 2008, 2008. London, UK, p.47.

CLIFTON-BROWN J., LEWANDOWSKI I., ANDERSSON B., BASCH G.,. CHRISTIAN D.G., BONDERUP KJELDSEN J., JØRGENSEN U., MORTENSEN J.V, RICHE A.B., SCHWARZ K.U., TAYEBI C., en TEIXEIRA F., Performance of 15 Miscanthus Genotypes at Five Sites in Europe, 2001. Agronomy journal 93, 1013-1019.

DOORNBOSCH R., en STEENBLIK R., Biofuels: is the cure worse than the disease?, 2007. OECD, 11, 18-23, 57p.

EIA, International Energy Outlook 2008, 2008. Energy Information Administration

EIA, Short term energy outlook, 2009. Energy Information Administration

EISA, One hundred tenth congress of the United States of America, 2007. Washington, U.S. G.P.O.

HALL R.L., Short rotation coppice for energy production hydrological guidelines, 2003. Centre for ecology and hydrology.

HAMELINCK C.N, FAAIJ A.PC., Outlook for advanced biofuels. Energy policy, 2004. Energy

Policy 34, p. 3268-3283.

HAMELINCK C.N., HOOIJDONK G., FAAIJ A.PC., Ethanol from lignocellulosic biomass: techno-economic performance in short-, middle- and long-term, 2005. Biomass and bioenergy 28 (4), p. 384-410.

HASSANNIA J.H., Business Development, A Project-Based Perspective: Algae Biofuels Economic Viability, 2009, (www.greencarcongress.com, site geraadpleegd op 23/04/2009)

HEATON E., CLIFTON-BROWN J., VOIGT T., JONES M.B., en LONG S., Biomass Crops as a Source of Renewable Energy: European Experience with Miscanthus and Projections for Illinois, 2004. Mitigation and adaption strategies for global change 9 (4), p.433-451.

HOOGWIJK M., FAAIJ, A., VAN DEN BROEK R., BERNDES G., GIELEN D., TURKENBURG W., Exploration of the ranges of the global potential of biomass for energy. Biomass and Bioenergy, 2003. Biomass and Bioenergy 25(2), p.119-133.

HOOGWIJK M., On the global and regional potential of renewable energy sources, 2004. Universiteit Utrecht.

HOOGWIJK M., FAAIJ, A., EICKHOUT B., DE VRIES H.J.M. en TURKENBURG W.C., Potential of biomass energy out to 2100 for four IPPCC SRES land use scenarios, 2005. Biomass & Bioenergy 29, p.225-257.

HUNTLEY ME. en REDALJE DG.,

CO2 mitigation and renewable oil from photosynthetic

microbes: a new appraisal, 2006. Mitigation and Adaption Strategies for Global Change 12 (4)

IEA; From 1st- to 2nd- generation biofuels Technologies; an overview of current industry and RD&D activities, 2008, International Energy Agency, IEA/OECD, Parijs, p. 14-119.

JUNGMEIER G., KÖNIGHOFER K., VARELA M en LAGO C., VIEWLS: What is the environmental and economic performance of biofuels?, 2005, p.99-108, 125-140.

KARP A., en SHIELD I., Bioenergy from plants and the sustainable yield challenge, 2008. New Phytologist 179 (1), p.15-32.

LEWANDOWSKI I., CLIFTON-BROWN J., ANDERSSON B., BASCH G., CHRISTIAN D.G., JØRGENSEN U., JONES M.B., RICHE A.B., SCHWARZ K.U., TAYEBI K. EN TEIXEIRA F., Environment and

Harvest

Time Affects the Combustion

Genotypes, 2003. Agronomy Journal 95 (5), p.1274-1280.

Qualities of Miscanthus

LIBIOFUELS, DE RUYCK J., LAVRIC D., BRAM S., NOVAK A., JOSSART J.M., REMACLE M.S., PALMERS G., DOOMS G. , VAN DEN BROEK R. en HAMELINCK C. Liquid Biofuels in a Belgian Context, 2006.

MOHEIMANIE

N.R.,

The

culture

of

coccolithophorid

algae

for

carbondioxide

bioremediation, 2005, p30-52.

NYLUND N.O., AAKKO-SAKSA P., en SIPILÄ K., Status and outlook for biofuels,other alternative fuels and new vehicles, 2008. Espoo, VTT Tiendotteita, p.161.

PEER M., SCHENK, SKYE R., THOMAS-HALL, STEPHENS E., MARX C., MUSSGNUG J.H., POSTEN C., KRUSE O., en HANKAMER B., Second Generation Biofuels: High-Efficiency Microalgae for Biodiesel Production, 2008, p.27-34.

PIMENTEL D., en PATZEK T.D, Ethanol Production Using Corn, Switchgrass, and Wood; Biodiesel Production Using Soybean and Sunflower, 2005. Natural Resources Research 14 (1).

Bioenergy Feedstock Development Program (Ridge National Labaratory), Biofuels from Switchgrass:

Greener

Energy

Pastures,

1998.

The

National

Renewable

Energy

Laboratory.

ROWE R.L., STREET N.R., en TAYLOR G., Identifying potential environmental impacts of large-scale deployment of dedicated bioenergy crops in the UK, 2007. Renewable and sustainable energy pastures.

SARDI

AQUATIC

SCIENCES,

Microalgal

production,

2008,

(www.sardi.sa.gov.au,

geraadpleegd op 21/04/2009).

SCHMER M.R., VOGEL K.P., MITCHELL R.B., en PERRIN R.K., Net energy of cellulosic ethanol from switchgrass, 2007. PNAS 105 (2), 464-469.

SCHULZ T., The economics of micro-algae production and processing into biofuel, 2006, p.1-7.

SHEEHAN J., DUNAHAY T., BENEMANN J., en ROESSLER P., A Look Back at the U.S. Department of Energy’s Aquatic Species Program—Biodiesel from Algae, 1998, p.255261.

SMEETS E.M.W., FAAIJ A.P.C., LEWANDOWSKY I.M., TURKENBURG W.C., A bottom-up assessment and review of global bio-energy potentials to 2050, 2007. Progress in energy and combustion science 33, 56-106.

VITO, PELKMANS L., 2e generatie biobrandstoffen, 2006, p1-12.

Verhagen B., Ritter B., van Thuijl E., Neeft J., Hoogma R., 20% biobrandstoffen in 2020: Een

verkenning

van

beleidsalternatieven

voor

de

invoering

van

20-20,

2008.

SenterNovem

WERVEL VZW, Dossier energiegewassen, 2007

WOLF J., BINDRABAN PS., LUIJTEN JC., en VLEESHOUWERS LM., Exploratory study on the land area required for global food supply and the potential global production of bioenergy, 2003. Agricultural systems 76 (3), 841-861.

Magazine:

LANDBOUWLEVEN, 59e jaargang, Nr 2698, pg 38-41, 2009.

Websites:

http://www.biofuelwatch.org.uk (geraadpleegd op 15/05/2009) http://www.greencarcongress.com (geraadpleegd op 23/04/2009). http://www.greenfuelonline.com (geraadpleegd op 03/05/2009) http://www.sardi.sa.gov.au (geraadpleegd op 21/04/2009) http://www.newshoggers.com (geraadpleegd op 03/05/2009) http://www.petrolfed.be/dutch/cijfers/maximumprijs_voornaamste_petrole umproducten (geraadpleegd op 12/05/2008)

BIJLAGEN

BIJLAGE I:

Jaar

Olieproductie (EJ/jaar)

2005 2006 2007 2008 2010 2030 2050

Jaar

Gemiddelde jaarlijkse groeipercentage = 1,2 174,65 175,87 177,10 181,02 183,56 211,04 242,64


2005 2006 2007 2008 2010 2030 2050

Jaar



2005 2006 2007 2008 2010 2030 2050


REFERENTIE Biobrandstofproductie (EJ/jaar) Gemiddeld jaarlijkse groeipercentage = 7,0 1,04 1,25 1,32 1,42 1,57 4,16 11,03 HOGE OLIEPRIJS Biobrandstofproductie (EJ/jaar) Gemiddeld jaarlijkse groeipercentage = 8,9 1,04 1,25 1,37 1,42 1,68 9,27 51,01 LAGE OLIEPRIJS Biobrandstofproductie (EJ/jaar) Gemiddeld jaarlijkse groeipercentage = 4,6 1,04 1,25 1,31 1,42 1,55 3,82 9,39

percentage biobrandstof in totale productie (%) 0,60 0,71 0,74 0,78 0,85 1,97 4,54



Jaar


2005 2006 2007 2008 2010 2030 2050

Jaar



2005 2006 2007 2008 2010 2030 2050


HOGE ECONOMISCHE GROEI Biobrandstofproductie (EJ/jaar) Gemiddeld jaarlijkse groeipercentage = 7,2 1,04 1,25 1,34 1,42 1,63 6,56 26,34 LAGE ECONOMISCHE GROEI Biobrandstofproductie (EJ/jaar) Gemiddeld jaarlijkse groeipercentage = 5 1,04 1,25 1,32 1,42 1,57 4,16 11,03



BIJLAGE II

REFERENTIE Jaar 2005 2006 2007 2008 2010 2030 2050

Wereldwijde olieconsumptie (ExaJoule/jaar) LAGE GROEI HOGE GROEI




Wereldwijde energieconsumptie (EJ/jaar) REFERENTIE LAGE GROEI HOGE GROEI Gemiddelde jaarlijkse Jaar groeipercentage = 1,5 2005 459,00 2006 471,43 2007 482,57 2008 489,80 2010 504,60 2015 543,60 2020 585,61 2025 630,87 2030 679,63 2035 732,15 2040 788,74 2045 849,69 2050 915,36

Gemiddelde jaarlijkse Gemiddelde jaarlijkse groeipercentage = 0,7 groeipercentage = 2 459,00 459,00 471,43 471,43 482,57 482,57 489,80 489,80 496,68 509,59 514,31 562,63 532,56 621,18 551,47 685,84 571,04 757,22 591,31 836,03 612,30 923,05 634,03 1019,12 656,53 1125,19

BIJLAGE III Rekenblad lignocelluloses opbrengst

Aantal beschikbare Gha land energieinhoud 1 liter olie opbrengst biogewas hoeveelheid brandstof uit 1 ton biomassa technologiefactor tegen 2050

% landbouwgrond 0,2

0,1 32 20 400 0,5

Gha MJ/l ton/ha/jaar l/ton (440 olifantengras, 400 voor switchgrass en korteomloophout)

Energieopbrengst biomassa

Rekenblad algenopbrengst

Opmerking Opbrengst 5000 gallon->liter 3,7854 energieinhoud 1 liter olie 32 Oppervlakte 4,05E+07 technologiefactor 0,5 Energieopbrengst algen

gallon/acre/jaar liter/gallon MJ/l acre = 0,1 Gha

36,78 EJ/jaar

Opmerking 13Gha landoppervlakte -> ongeveer 5Gha voor landbouw 32 voor benzine/36 voor olie

38,4 EJ/jaar

HET POTENTIEEL VAN BIOBRANDSTOFFEN VAN DE TWEEDE GENERATIE

Recommend Documents