Nieuwe project moet groene kerosine opleveren

Een internationaal consortium onder leiding van chemisch ingenieur Erik Heeres van de RUG heeft een Europese subsidie van 4 miljoen euro ontvangen. Dit geld uit het Horizon2020 programma van de EU is bedoeld om een nieuwe, efficiëntere manier te ontwikkelen voor de productie van vloeibare brandstof uit biomassa. De onderzoekers willen biomassa oplossen in vloeibare zouten om de efficiëntie van pyrolyse te vergroten. Over vier jaar moet het nieuwe proces op laboratoriumschaal werken.

Het duurt duizenden tot miljoenen jaren voordat organisch materiaal via natuurlijke processen is omgezet in olie. Maar het is mogelijk dit materiaal binnen enkele minuten af te breken tot olie via pyrolyse, een behandeling bij hoge temperatuur. De eerste commerciële fabriek die via pyrolyse olie maakt is onlangs geopend in Enschede en verandert per uur vijf ton biomassa in drie ton olie. Via verdere raffinage is hier vloeibare brandstof zoals benzine of diesel van te maken.

Vloeibare zouten

‘Maar er zitten nadelen aan deze omzetting van organisch materiaal in brandstof’, vertelt Erik Heeres, hoogleraar Green Chemical Reaction Engineering aan de RUG. Het zou efficiënter kunnen, nu verdwijnt een deel van de koolstof uit de biomassa in onbruikbaar teer en gasvormige componenten. ‘Bovendien is het proces niet goed geschikt voor de conversie van lignine, de op één na meest voorkomende polymeer in biomassa. De lignine smelt als het de reactiekamer voor pyrolyse in gaat, waardoor het systeem dat de reactor voedt verstopt raakt.’

Samen met negen partners van universiteiten, industrie in onderzoeksinstituten ontwikkelde Heeres een manier waarmee hij de hele conversie van biomassa hoopt te verbeteren. ‘De eerste stap is om het organische materiaal op te lossen in vloeibare zouten. Dan kun je het gemakkelijk in de reactiekamer pompen.’ Ook is een vloeistof gemakkelijker te verhitten dan vaste stof, wat voor een betere pyrolyse zorgt. ‘We verwachten hierdoor een verbeterde koolstof-opbrengst. En mogelijk hebben de zouten katalytische eigenschappen wat ook de efficiëntie vergroot en voor een beter product zorgt, mogelijk al bij een lagere temperatuur.’

Olie ontstaat tijdens pyrolyse in de vorm van damp die daarna wordt gecondenseerd tot een vloeistof voor de volgende stap in het proces: een waterstofbehandeling die zuurstof verwijdert en de koolwaterstoffen tot kortere ketens afbreekt. ‘In ons voorstel voegen we de waterstof al toe tijdens de pyrolyse, dus die behandeling vindt plaats in de gasfase. We verwachten dat dit ook efficiënter is.’ De waterstofbehandeling vindt plaats bij hoge druk, wat geen probleem is wanneer de reactor wordt gevoed met een vloeistof. ‘Maar met vaste stof zou dat erg lastig zijn.’

Kerosine

Wanneer al deze verbeteringen naar verwachting werken zal het proces efficiënter verlopen en een hoge kwaliteit koolwaterstof opleveren, met ketens van tien tot zestien koolstofatomen. ‘Die kan je verder raffineren in standaard apparatuur tot benzine, diesel of zelfs kerosine.’ Dat laatste is nogal een uitdaging, legt Heeres uit: ‘De vliegtuigindustrie hanteert strikte richtlijnen voor de kwaliteit van kerosine, je wilt ten slotte geen motorstoring in de lucht. Met de gebruikelijke pyrolysetechnologie is het lastig daaraan te voldoen. Maar wij denken met onze methode kerosine te kunnen maken uit biomassa.’

De vloeibaar zout technologie en alle andere aanpassing zouden zowel de opbrengst als de kwaliteit van de pyrolytische olie moeten verhogen. ‘Het ideaal is dat ieder koolstofatoom uit de biomassa wordt omgezet in vloeibare brandstof’, zegt Heers. Over vier jaar moet er een productiesysteem op laboratoriumschaal zijn gebouwd als bewijs dat de ideeën uit het plan werken. ‘We weten niet zeker of het haalbaar is, maar we hebben goede hoop dat het uiteindelijk een commercieel levensvatbaar systeem zal worden.’

Voedselgewassen

Om dat voor elkaar te krijgen heeft Heeres een promovendus en een postdoc aangesteld, die allebei in september beginnen. De RUG ontvangt een kwart van het totale budget van vier miljoen euro dat via het Europese Horizon2020 programma beschikbaar is gesteld. In het consortium zitten specialisten voor alle fasen van het proces, van het kiezen en hanteren van het vloeibare zout via het opschalen van de technologie tot aan de maatschappelijke vragen die het project kan oproepen. ‘Er is discussie over het gebruik van voedselgewassen en landbouwgrond voor de productie van biobrandstof. Wij spelen daar op in door biomassa van lage kwaliteit gebruiken zoals lignine, dat doorgaans wordt verbrand.’ En het project kan een doorbraak opleveren voor de vergroening van de luchtvaart. ‘Tot nu toe heeft die geen echt alternatief voor het gebruik van fossiele brandstof. Onze technologie kan dat alternatief bieden.’

Zie ook de website over Chemische Technologie aan de RUG