Milieuadviesbureau P Tieleman ontwikkeld locaties ten behoeve van bio-ethanol productie. Hierbij wordt totaal meegenomen het financieren, bouwen en exploiteren, waarbij er bio-energie installaties worden gerealiseerd.

Hernieuwde interesse

De productie van biobrandstoffen is geen nieuwe technologie. Er zijn echter momenteel wel enkele belangrijke redenen die de productie en het gebruik van biobrandstoffen actueel maakt:

• het is een mogelijkheid om iets te doen aan de toenemende uitstoot van broeikasgassen ten gevolge van energieproductie. Door het gebruik van fossiele brandstoffen deels te vervangen door biobrandstoffen ontstaat er een betere balans. Er komen relatief minder broeikasgassen vrij en deze worden weer opgenomen in het plantaardige productieproces. Hierdoor ontstaat er een sluitende kringloop. Deze brandstoffen bezitten in dat opzicht een positieve energiebalans.
• het biedt de Nederlandse landbouw de kans om op basis van het huidige aanbod aan agrarische grondstoffen een nieuw product (energie) te leveren. Op deze manier kan de landbouw een nieuwe afzetmarkt ontwikkelen en daarmee haar continuïteit verbeteren. Daarbij bestaat tevens de mogelijkheid om een tijdelijk overtollig aanbod van landbouwproducten van de markt te halen zodat er een betere prijsstabiliteit ontstaat.
• door een verschuiving van fossiele naar duurzaam-plantaardige bronnen, ontstaat er een verspreidere energievoorziening en een betere risicospreiding. Tevens ontstaat er een afnemende afhankelijkheid van petrochemische producten in een tijd van sterk stijgende marktprijzen voor aardolie en toenemende internationale spanningen.

Toepassingsmogelijkheden van ethanol als transportbrandstof

Bioethanol kan op verschillende manieren worden ingezet als brandstof. Het kan op de eerste plaats direct worden bijgemengd met benzine of samen met o.a. isobutyleen worden omgezet in ETBE. ETBE heeft het voordeel dat het via pijplijnen kan worden getransporteerd, in tegenstelling tot ethanol. Het bijmengen kan op de raffinagelocatie plaatsvinden. Dit is mogelijk tot een bepaalde mengverhouding. Daarboven veranderen de eigenschappen van het mengsel dusdanig dat het niet meer voldoet aan de Europese brandstofrichtlijnen. Percentages hoger dan 10 % zijn alleen mogelijk na aanpassing van de huidige standaard verbrandingsmotoren. Daarnaast bestaan er ook zgn flexmotoren die geschikt zijn voor benzine, pure bioethanol en andere biomotorbrandstoffen, maar deze zijn veel minder gebruikelijk.

Huidig beleid binnen de EU

De Europese overheden hebben in 2003 overeenstemming bereikt over wetgeving voor de ontwikkeling en stimulering van biobrandstoffen (Directive 2003/30/EC, OJ L 123 17 Mei 2003). Het gaat om het volgende:

• Invoering van richtlijnen ter bevordering van biobrandstoffen in het transport en
• wijziging van een bestaande richtlijn over accijnzen.

Duidelijk is geworden dat het indicatieve doelstellingen betreft (2% biobrandstoffen in transportbrandstof in 2006 en 5.75% vanaf 2011) met mogelijkheid van accijnsverlaging (maximaal 6 jaar). Deze bijmenging kan gerealiseerd worden door gebruik van ethanol, biodiesel of een combinatie van beiden. Bijmenging van biodiesel aan diesel is reeds succesvol gedemonstreerd in enkele lidstaten en ethanol is tot dusverre gebruikt in de vorm van ETBE voor bijmenging bij benzine. Accijnsdifferentiatie of -vrijstelling (bv Spanje, Frankrijk, Zweden en Duitsland) ten gunste van biobrandstoffen heeft hierbij enorm geholpen omdat de productiekosten van biobrandstoffen aanmerkelijk hoger uitvallen als van benzine en diesel.

In verschillende Europese landen wordt op kleine schaal geëxperimenteerd met het bijmengen van ethanol in benzine, zoals in Spanje, Frankrijk en Zweden. Onderstaande tabel geeft een overzicht van de productie van biobrandstoffen in de Europese transportsector voor de belangrijkste producerende landen in 2001/2002. Europa is de belangrijkste producent op de wereldmarkt voor biodiesel. Echter, op de wereldmarkt voor bioethanol speelt Europa een kleine rol ten opzichte van grote producenten zoals Brazilië uit suikerriet en de Verenigde Staten. Beide landen hebben een aanzienlijke capaciteitsverhoging gepland. Van de 15 miljoen Braziliaanse auto’s rijden er 9 miljoen op benzine, die verrijkt is met 22 tot 24 procent ethanol. Door overheidssubsidies is de aankoop van ethanolauto’s bovendien goedkoper dan auto’s die enkel op benzine rijden.

Tabel 3 Biobrandstofproductie in EU en Amerika in de periode 2001/2002

Huidige situatie in Nederland

Gezien het EU-beleid en de korte termijn waarop Nederland aan de richtlijn moet gaan voldoen staat de overheid voor de opgave om snel met beleid te komen inzake productie en toepassing van biobrandstoffen. Hierbij kan de Nederlandse agrarische industrie de Europese wetgeving op dit gebied als belangrijke kans zien om het Nederlandse beleid vorm te geven met behulp van eigen productie- en verwerkingscapaciteit. Dit kan plaats vinden op basis van bestaande agrarische (rest)stromen als suiker- en zetmeelhoudende producten als zetmeelaardappelen, bieten en graan en op termijn mogelijk ook cellulosegrondstoffen, zoals hout. Recent onderzoek heeft aangetoond dat er voor de 2% doelstelling voldoende co-product stromen aanwezig zijn (FactBook Biobrandstoffen, 2004 en ).

Tabel 4 Nederlandse behoefte aan biobrandstoffen ( biodiesel en bioethanol) conform de EU-richtlijn.

Bron: Factbook Biobrandstoffen, 2004 pp. 29

* Hiervan is ca 0,17 miljoen m3 ethanol (1,34 kton) tbv de benzinemarkt.

**De dichtheid van bioethanol is ca. 789 kg/m³.

**De dichtheid van biodiesel is ca. 876 kg/m³.

Markt en Ketenstructuur

Nederland herbergt een grote verwerkende industrie op het gebied van suiker, aardappelen en graan. Rest- en bijproducten die vrijkomen bij het productieproces (bijvoorbeeld C-zetmeel, aardappelstoomschillen, melasse etc) en overtollige producten (doorgedraaid) kunnen door de dalende veestapel en de stringentere wetgeving op het gebied van diervoeding moeilijker worden afgezet. Alternatieven voor deze agrostromen (C-zetmeel, melasse, aardappel stoomschillen) kunnen gevonden worden in het produceren van brandstoffen in de vorm van biogas en bioethanol. Uit berekeningen blijkt dat uit de verwerking van alle huidige reststromen 1-1,5 miljoen hectoliter ethanol geproduceerd kan worden (Factbook Biobrandstoffen, 2004). Hiermee kan de streefwaarde van 2% aan de benzinekant nagenoeg worden bereikt.

Naast een sterke primaire sector zijn er in Nederland ook diverse grote oliemaatschappijen gevestigd met een omvangrijke raffinagecapaciteit. In samenwerking kunnen beide sectoren genoemde EU-doelstellingen realiseren en mogelijk zelfs een exportrol vervullen. Een overzicht van de structuur van productieketen staat hieronder weergegeven.

Energiegewassen

Mogelijk kan de Europese braakregeling bijspringen in het tot stand komen van een nationale biobrandstofketen. Deze regeling staat de teelt van zogenaamde non food/non feed gewassen op braakgelegde grond uitdrukkelijk toe. De gewassen die geteeld worden, zijn dan niet bestemd zijn voor verwerking tot menselijk of dierlijk voedsel, maar kunnen bijvoorbeeld als bio-brandstof gebruikt worden. Hiermee krijgen akkerbouwers de mogelijkheid om de braakgelegde gronden productief te benutten.

Een beschrijving van het productieproces

De meest gebruikte grondstoffen voor de productie van bio-ethanol zijn suikerriet (denk aan Brazilië), maïs (Verenigde Staten), tarwe en suikerbiet. Ook andere granen (bijvoorbeeld gerst) en bijproducten uit verwerkende industrieën (bijvoorbeeld melasse) worden veelvuldig gebruikt als grondstof. De bewerkingsstappen om fermenteerbare suikers uit deze grondstoffen te verkrijgen zijn al jaren in gebruik. In het geval van de zetmeelhoudende gewassen als aardappelen, maïs en granen wordt het zetmeel door middel van enzymen omgezet in glucose. Deze suikers worden vervolgens gefermenteerd tot ethanol.

Hiertoe wordt de biomassa mechanisch verkleind, vermengd met proceswater, verwarmd en enzymatisch ontsloten (veelal alfa-amylase) en door middel van gist omgezet in ethanol. Het proces zal uiteindelijk stoppen omdat de gist maximaal 10-12% ethanol kan verdragen. Het is van belang om in de voorbereiding hiermee rekening mee te houden, zodat geen onvergiste suikers verloren gaan en maximale suiker-ethanol conversie kan worden bereikt. Na afloop van de vergisting wordt de vloeibare van de vaste massa gescheiden middels een decantercentrifuge. De vloeibare stroom wordt opgewerkt tot zuivere ethanol via destillatie/rectificatie en aansluitend pervaporatie. Deze laatste stap is van belang om de azeotroop tussen water en ethanol op een efficiënte en economische manier te breken. De proceswaterstroom wordt hergebruikt bij de enzymatische ontsluiting en verdere vergisting. De vaste massa stroom tenslotte wordt als co-substraat in de co-vergister omgezet tot extra biogas voor groene stroom.

Het productieproces bestaat globaal uit de volgende stappen:

1. mechanische voorbewerking van agrogrondstoffen door hamermolen en/of extrusie

2. ontsluiting van aanwezige koolhydraten tot fermenteerbare suikers (enzymatische hydrolyse)

3. fermentatie van suikers in alcohol met behulp van gisten

4. scheiding op basis van destillatie/rectificatie waarbij de productstroom geconcentreerd wordt tot 90% alcohol,

5. opwerking van 90% alcohol tot 99% alcohol op basis van pervaporatie (membraanscheiding onder vacuüm)

6. transport van ingedikte restbiomassastroom naar co-vergistingsinstallatie en omzetting naar biogas

7. transport van afvalwaterstroom voor hergebruik naar hydrolysetanks en vergistingsinstallatie.

Figuur 4 Processchema mbt het voorbewerkings-, fermentatie en opwerkingsproces voor ethanol. De route vanuit restafval landbouw (evt doorgedraaide voorraden) en hout is in dit stadium optioneel.

Voordelen van Bioethanol

Concreet kunnen de volgende voordelen voor bioethanol worden aangemerkt:

1. Gunstiger milieubalans

2. Nieuwe en potentiële rol van de Nederlandse landbouw als producent van biobrandstoffen

3. Afnemende afhankelijkheid van de invoer van fossiele brandstoffen

4. Ontwikkeling van een energievorm die van duurzame vorm is

Gunstiger milieubalans (Verdrag van Kyoto):

Bioethanol zorgt voor 30 à 40% minder CO2 uitstoot dan benzine en geen zwaveluitstoot en roetuitstoot (Regeling Luchtkwaliteit)

Onlangs is in een uitgebreide studie (Industriële Biotechnologie Duurzaam Getoetst: 2004) de toepassing van bioethanol in motorbrandstoffen als casestudie tegen het licht gehouden. In enkele zogeheten "well-to-wheel" (bron tot wiel) studies is de emissie van NOx, CO, koolwaterstoffen en fijn stof van fossiele brandstoffen vergeleken met die van biobrandstoffen. Dit is gebaseerd op eenzelfde functionele eenheid: de hoeveelheid brandstof die nodig is om een model middenklasse auto in de EU 1 km te laten rijden. Vergelijking is echter niet eenvoudig omdat de broeikasgasemissie sterk verschilt per gebruikt gewas. De productie van suikerbieten vergt meer energie dan de productie van tarwe, waarmee deze verschillen voor een deel kunnen worden verklaard. Maar ook de opbouw van de broeikasgasemissies voor de verschillende gewassen loopt uiteen.

Figuur6   De relatieve uitstoot voor elk van deze vier typen emissies: NOX, CO, koolwaterstoffen (HC) en fijn stof (PM) voor bioethanol en biodiesel ten opzichte van benzine en diesel

Uit deze gegevens valt op te maken dat een verlaging van de uitstoot voor broeikasgassen (CO, HC) verwacht wordt indien bioethanol wordt bijgemengd aan benzine voor voertuigen, als gekeken wordt naar de ‘bron-tot-wiel’ emissies. Echter de NOx-emissie kan voor bijmenging met bioethanol tot een factor twee hoger liggen. Ook de uitstoot van fijn stof ligt bij toevoeging van ethanol hoger. Ten aanzien van deze twee laatste emissies dient nog verdere optimalisatie plaats te vinden.

Nieuwe en potentiële rol van de Nederlandse landbouw als producent van biobrandstoffen

 Door de realisatie van de bioethanolproductie installatie ontstaat een uitbreiding van de lokale werkgelegenheid en een extra inkomstenbron. Het extra aantal arbeidsplaatsen en inkomen hangt af van het aantal installaties dat gerealiseerd gaat worden.

 In onderstaande tabel is een globaal overzicht gegeven van het aantal arbeidsplaatsen dat nodig is voor de operationele taken van de ethanolproductiefaciliteit in relatie tot de bezettingsgraad.

 Tabel 6 Globaal overzicht van het aantal arbeidsplaatsen

* Ivm weekenddiensten zijn hier 5 ploegen nodig.

Globaal kan in deze situatie gerekend worden met 1 arbeidsplaats per 550 ton ethanolproductie. Er wordt uitgegaan van een scenario dat Nederland momenteel (2006) nagenoeg geen productiefaciliteiten heeft en dus ca. 90% moet importeren. Echter op termijn (ca. 2010) zal naar verwachting slechts 50% worden geïmporteerd en ca. 25% worden afgenomen van grootschalige producenten als Nedalco-Cerestar en 25% van kleinschalige lokale productiefaciliteiten. Dit vooruitzicht betekent voor de primaire sector een geweldige groeikans. Hieronder is het scenario verder uitgewerkt naar extra arbeidsplaatsen en omzet ten behoeve van de bioethanolproducerende sector.

Tabel 7a Uitwerking van het biobrandstof scenario naar benodigde capaciteit

Tabel 7b Uitwerking van het biobrandstof scenario naar arbeid en omzet

NB: er is gerekend met maximale inkomsten van 0,70 €/l ethanol (geen accijnsheffing op bioethanol) en minimale inkomsten van 0,50 €/l (gedeeltelijke accijnsvrijstelling op bioethanol).

 Naar schatting zal de participatie van de kleinschalige ethanolproductiefaciliteiten op termijn sterk kunnen bijdragen aan extra werkgelegenheid en omzet. 

Afnemende afhankelijkheid van de invoer van fossiele brandstoffen

Ontwikkeling van een energievorm die van duurzame vorm is

 Het ontwikkelen van biobrandstoffen heeft positieve effecten zowel op het gebied van:

• natuur & milieu: het sluitend maken van de kringloop: productie – verbruik – opwekking en het verminderen van de CO2-uitstoot

• nationale economie: door minder afhankelijk te worden van brandstofimport

• ruraal niveau: door het stimuleren van meer kleinschalige bedrijvigheid, extra werkgelegenheid en inkomsten, nieuwe perspectieven voor producten en diensten van de Nederlandse landbouw

• op lokaal niveau door te demonstreren dat kleinschalige productiefaciliteiten bestaansrecht hebben en op zero waste’’basis kunnen worden geexploiteerd. Het betreft hierbij zowel de waterkringloop, via hergebruik als proceswater, via warmtehergebruik en extra biogasproductie als de nutrientenkringloop via co-vergisting en terugvoer op het land.

Nadelen van bioethanol:

 Concreet kunnen de volgende voordelen voor bioethanol worden aangemerkt:

1. beslag op gebruik beschikbare landbouwgronden

2. Morele bezwaren om overtollige of (rest)voedingsmiddelen als brandstof te gebruiken

3. Hogere kostprijs dan fossiele brandstoffen

Aanzienlijk beslag op gebruik beschikbare landbouwgronden

Bij grootschalige omschakeling op biobrandstoffen zou er concurrentie kunnen ontstaan tussen landgebruik voor voedsel-, biobrandstof-, biomaterialen en diervoederproductie. Naar verwachting zal dit zich op globale schaal voordoen. Het is dus niet zinvol om alleen naar Nederland te kijken, aangezien het landgebruik in Nederland bepaald niet representatief is voor de rest van de wereld. Afhankelijk van locatie en type gewas, zouden in dat geval ook waterschaarsteproblemen kunnen toenemen, aangezien de landbouw een van de belangrijkste waterverbruikers is. Verder gaat de landbouwketen gepaard met emissies gerelateerd aan het gebruik van kunstmest, energie en gewasbeschermingsmiddelen. De omvang van deze emissies hangen af van de specifieke landbouwpraktijk ter plaatse.

Via de omzetting van gewassen in ethanol, kan worden teruggerekend wat het noodzakelijke landgebruik is voor bijmenging van bioethanol aan benzine zie onderstaande tabel.

Tabel 8. Schatting van benodigde landbouwgrondstoffen en landgebruik voor de productie van 1 ton ethanol uit suikerbieten en graan

Tabel 9. Globale schatting van de opbrengsten bioethanol per gewas

Tabel 10. Benodigd areaal per gewas om aan bijmengingsnorm te kunnen voldoen

Nb. Het totale Nederlandse landoppervlak beslaat 4,1 Mha. Dit oppervlak bestaat voor ca. 58% dus 2 Mha uit cultuurgrond voor agrarische toepassingen. Hier zit de braaklegging bij inbegrepen. 42% wordt benut voor de teelt van akkerbouwgewassen en dit komt neer op 800.000 ha (=100%) waarvan 200.000 ha snijmais, 6% tuinbouw dit is 110.000 ha (excl glastuinbouw). 11.000 ha ligt braak.

Tabel 10 laat zien dat bij bijmenging tot 2% op basis van één enkel gewas een substantieel areaal moet worden gebruikt, wat vergelijkbaar is met 2-7% van het Nederlandse landbouwareaal. Een dergelijke omschakeling heeft waarschijnlijk geen directe gevolgen voor de Nederlandse sector. Aanzienlijker wordt het als ca. 5,75% bijmenging verplicht wordt en 10-20% van de beschikbare arealen moeten worden ingezet voor productie. In de praktijk zal het waarschijnlijk anders verlopen. Naar schatting zal 50% van de benodigde hoeveelheid bioethanol op termijn worden geïmporteerd, 25% worden geproduceerd via grote ondernemingen voornamelijk vanuit geïmporteerde grondstoffen en ca 25% via kleinschalige bedrijven (bv combinatie co-vergisting-ethanolproductie). Daarnaast kunnen andere beschikbare biomassa-stromen, bijvoorbeeld afvalstromen uit land- en tuinbouw en levensmiddelen- en diervoederindustrie, volgens schattingen een ethanolproductie opleveren in de ordegrootte van ca. 1,5-2%.

Tabel 11 Schatting van het volume aan bijproducten uit de levensmiddelenindustrie en bioethanol na vergisting (Bron: Rabobank, Ethanol from biomass: a Dutch case study, 2003) 

Hieruit blijkt dat bij effectieve verzameling en verwerking van bovengenoemde reststromen alleen al de gewenste ca 2-3% bijmenging realiseerbaar is. Opgemerkt dient te worden dat deze stromen nu grotendeels door de veevoedersector en andere kanalen worden afgenomen en er hiervoor een oplossing gevonden dient te worden.

Tenslotte is het zinvol te vermelden dat de EU braakpremie regeling nog steeds van kracht is. Met behulp van deze steun kan het aantrekkelijk worden om bepaalde arealen in productie te nemen voor aardappelen, graan of bieten. Het is zo geregeld dat indien een akkerbouwer gebruik maakt van de beschikbare braaklegpremie vanuit de EU het verbouwen van agrificatiegewassen is toegestaan (Mac Sharry-regeling). Indien de akkerbouwers die energiegewassen telen een afname contract kunnen laten zien dan kunnen zij de braakpremie behouden als zij op braakgrond energiegewassen (non food/ non feed gewassen) verbouwen. Het blijft echter onduidelijk of de EU-premies ook voor een gehele teeltperiode (5-25 jaar) worden gegarandeerd. Ondersteuning voor energieteelt op basis van een ha toeslag, gegarandeerd voor een periode van bijvoorbeeld 15 jaar, zou de introductie van dit type activiteit enorm kunnen stimuleren.

Morele bezwaren om overtollige of (rest)voedingsmiddelen als brandstof te gebruiken

Bezwaren om voeding aan te wenden voor laagwaardigere toepassingen als bv brandstofproductie richt zich met name op partijen die door kwaliteit of marktomstandigheden onverhandelbaar blijken. Het is echter onrealistisch om dergelijke partijen af te leveren in hulpbehoevende landen. Dit vergt enorme logistieke inspanningen en brengt enorme kosten met zich mee. Het product loopt daarnaast een aanzienlijke kans op kwaliteitsafname dan wel op bederf voordat het de plaats van bestemming bereikt heeft.

Hogere kostprijs dan fossiele brandstoffen

Onlangs ook heeft EU-Commissaris Mariann Fischer Boel van Landbouw opgeroepen dat een forse verlaging van belastingen op biobrandstoffen wellicht onvermijdelijk zal zijn. Anders komt het doel van 5,75 procent in 2010 dat de lidstaten willen bereiken in gevaar. De EU streeft naar een aandeel van biobrandstoffen in de biotransportbrandstoffenmarkt oplopend van 2 procent in 2005 naar 5,75 procent in 2010. In 2020 zou zelfs een marktaandeel van 20 procent moeten zijn bereikt.

Fischer Boel vreest evenwel dat het huidige beleid tekortschiet, zelfs voor genoemde 5,75 procent (de 2% in 2005 is ook al niet gehaald). Zij meent dat de lidstaten door de hoge olieprijzen en daarmee samenhangende hogere accijnsopbrengsten meer mogelijkheden hebben om biobrandstoffen tegemoet te komen en dat zij dat ook zouden moeten doen. De Europese Commissie heeft onlangs een speciale werkgroep opgezet die de mogelijkheden van speciale stimuleringsmaatregelen gaan bestuderen (www.energiemanagement.nl).

Van groot belang hierbij is dus om faciliteiten voor biobrandstoffen te scheppen, bijvoorbeeld in de vorm van accijnsdifferentiatie over een langere periode, bv meer dan 5 jaar. Hierbij wordt gestreefd naar een eenduidig internationaal beleid om voor het bedrijfsleven gelijke ontwikkelingscondities te scheppen. Onlangs zei Staatssecretaris Wijn van Financiën na afloop van een debat dat er per 2006 steun zal komen. Of dat gebeurt via accijnsverlaging of door middel van subsidie is echter nog niet duidelijk (www.agriholland.nl). Het huidige accijnstarief op diesel bedraagt ca. € 0,37 per liter en op benzine ca. € 0,67. Biodiesel is in Nederland vrijgesteld van accijns, maar bioethanol (nog) niet. Dit in tegenstelling tot sommige andere landen, zie onderstaande tabel.

Tabel 12 Situatie accijnsreducties in EU per 1-1-2004