Systeemhubs

Door bedrijven die verschillende bestanddelen van biomassa nodig hebben te clusteren samen met een energiebron die gebruik maakt van biomassa-afval, kan een circulair netwerk ontstaan waarin biomassa zo duurzaam en efficiënt mogelijk wordt benut en waarin fossiele brandstoffen niet langer nodig zijn. Tegelijkertijd kan de energiebron in een dergelijk cluster flexibel de benodigde energie leveren aan het landelijke net op het moment dat er weinig wind of zonlicht is, om de leveringszekerheid te bewaken. Zo kunnen ‘systeemhubs’ gebaseerd op biomassa meerdere belangrijke rollen tegelijk vervullen tijdens de energietransitie. Op deze pagina wordt uiteengezet waarom systeemhubs belangrijk zijn voor zowel de energietransitie als voor een optimale inzet van biomassa.

1. Energie en elektriciteit in Nederland

Bron: Nationale Energieverkenning 2017

Om verschillende redenen (praktisch, milieutechnisch en politiek) streeft Nederland naar het vervangen van fossiele brandstoffen door duurzame alternatieven. Doelstellingen en cijfers over het verloop van deze energietransitie komen regelmatig voorbij in het nieuws. Daarbij worden verschillende termen nog wel eens door elkaar gehaald. De meest voorkomende verwarring is het onderscheid tussen ‘energie’ en ‘elektriciteit’. Elektriciteit is slechts een vorm van energie, die kan worden ingezet om verschillende soorten elektrische apparatuur te laten werken. Lang niet alle energieverbruikers werken echter op elektriciteit, denk bijvoorbeeld aan (huishoudelijke) warmte opgewekt met gas. Ook bewegen vliegtuigen, schepen en auto’s zich voor het grootste deel niet voort met elektriciteit als energiebron, en wordt er in verschillende industrieën gebruik gemaakt van niet-elektrisch opgewekte warmte. Zo omvat het totale energieverbruik veel meer dan alleen elektriciteit. Wanneer het CBS meldt dat ‘60% van de hernieuwbare elektriciteit in Nederland in 2017 met windmolens werd opgewekt’, moeten er dus nog een aantal stappen worden genomen om het daadwerkelijke aandeel van windmolens in de totale Nederlandse energievoorziening te doorgronden. Volgens de laatste officiële cijfers (over 2015) maakte elektriciteit slechts 18% uit van alle in Nederland gebruikte energie. Van deze elektriciteit werd slechts 13,8% duurzaam opgewekt met onder meer windmolens, zonnepanelen en biomassa. Hoewel er kleine verschillen kunnen bestaan tussen de energieverdeling van 2015 en 2017, kan hier ter illustratie het percentage van 60% opwekte duurzame elektriciteit met windmolens worden toegepast. Van alle opgewekte energie in Nederland bestond dus 18% uit elektriciteit, 2,48% (13,8% van 18%) uit hernieuwbare elektriciteit en tot slot 1,49% (60% van 2,48%) uit elektriciteit van windmolens.

Bron: CBS

Uit het bovenstaande zijn twee punten te herleiden: ten eerste zijn windmolens (en zonnepanelen, die een nog kleiner aandeel hebben) nog lang niet klaar om de volledige Nederlandse elektriciteitsbehoefte te dragen, laat staan de totale Nederlandse energiebehoefte. Ten tweede levert elektriciteit, de enige energievorm die direct met windmolens en zonnepanelen wordt opgewekt, slechts een klein deel van alle soorten benodigde energie in Nederland.

Dit betekent dat er voor een succesvolle energietransitie, waarbij afscheid wordt genomen van fossiele brandstoffen, andere duurzame alternatieve energiebronnen nodig zijn naast de windmolens en zonnepanelen. In 2016 was het aandeel hernieuwbare energie in Nederland 5,9%. Meer dan de helft hiervan (60%) werd opgewekt met biomassa. Dit heeft voor een groot deel te maken met de verschillende toepassingen van biomassa, naast het opwekken van elektriciteit. In tegenstelling tot energie uit wind en zon, is biomassa veel efficiënter in te zetten voor het opwekken van warmte. Ook kunnen met biomassa verschillende biobrandstoffen voor in het transport gemaakt worden. Tot slot bevat biomassa veel grondstoffen die door middel van bio-raffinage kunnen worden ingezet om fossiele grondstoffen ook buiten de energiesector te vervangen. Deze veelzijdigheid betekent niet dat er uitsluitend voordelen zitten aan het gebruik van biomassa. Voordat biomassa echt als duurzaam bestempeld kan worden moet er aan alle daarvoor benodigde voorwaarden zijn voldaan.

Bron: CBS

Onzorgvuldig gebruik van biomassa kan juist schade aan het milieu toebrengen. Het buiten beschouwing laten van biomassa in de toekomst van de Nederlandse energievoorziening is volgens het Energie Onderzoekcentrum Nederland (ECN) echter niet mogelijk. Uit scenario’s van het ECN blijkt dat zelfs wanneer veel energieverbruikers overstappen, voor bijvoorbeeld hun auto, fornuis of kachel, op elektriciteit in plaats van andere energiebronnen, elektriciteit ten hoogste de helft van de totale energievraag beslaat. Om naast de elektriciteitsvoorziening ook de andere helft zo veel mogelijk te verduurzamen, biedt biomassa volgens het ECN vooralsnog het meeste perspectief.

2. Optimale benutting biomassa

Biobased Economy
De eerste associatie die men meestal heeft bij fossiele grondstoffen, is het opwekken van energie. Er zijn echter nog meer toepassingen waarin fossiele grondstoffen een belangrijke rol spelen, zoals het vervaardigen van plastics of het winnen van chemische stoffen. Daarmee is een belangrijk deel van onze economie momenteel ‘fossilbased’. Met het streven naar een biobased economy wil men een omslag hierin maken, waarin biomassa fossiele grondstoffen niet alleen voor energieopwekking, maar ook op andere gebieden vervangt.

Veel industrieën zijn nu niet alleen afhankelijk van fossiele brandstoffen voor energie, maar ook voor de chemische bestanddelen die nodig zijn tijdens hun productieproces. Denk aan waterstof dat uit aardgas wordt gewonnen, of de olie die nodig is voor het vervaardigen van kunststof. Naast het gebruik als brandstof, voedsel of bouwmateriaal, kunnen er ook veel waardevolle chemische grondstoffen gewonnen worden uit biomassa. Zo kan biomassa ook op veel van die gebieden de fossiele brandstoffen vervangen. Men spreekt daarom wel eens van het streven naar een biobased economy, een economie waarin biomassa de belangrijkste grondstof is, in plaats van de huidige fossiele brandstoffen.

Indirect Land Use Change (ILUC)
Indirect Land Use Change (ILUC) is de internationale term voor de potentiële impact van een toenemend gebruik van biomassa als brandstof op het grondgebruik. Wanneer voedselgewassen wijken voor energiegewassen, stijgt de prijs voor voedsel en worden natuurgebieden omgebouwd tot nieuwe landbouwgronden. Dit is schadelijk voor de biodiversiteit, het milieu en het klimaat. Om die reden streeft men in Nederland naar het gebruik van biomassa-afval of andere biomassa waar geen extra landbouwgrond voor nodig is. Goede cascadering van biomassa voorkomt dat verschillende toepassingen van biomassa met elkaar concurreren.

De veelzijdigheid van biomassa heeft ook een keerzijde, er moeten namelijk keuzes gemaakt worden. Dit resulteert bijvoorbeeld in food vs. fuel conflicten, waarbij gewassen of landbouwgronden met elkaar concurreren voor het gebruik voor voedsel of biobrandstof. Hout dat als bouwmateriaal kan dienen, kan ook verbrand of vergast worden voor energie. Om dergelijke conflicten zoveel mogelijk te voorkomen is het van belang dat dezelfde biomassa voor meerdere doeleinden tegelijk ingezet kan worden, waarbij telkens de bestanddelen met de grootste toegevoegde waarde als eerste worden benut. Deze benadering wordt cascadering genoemd. Bij een juiste cascadering kan dezelfde hoeveelheid biomassa bijvoorbeeld zowel als voedsel, als brandstof en als bron van chemische bestanddelen dienen. Zo wordt bijvoorbeeld het eetbare gedeelte apart genomen voor voedsel, het niet-eetbare gedeelte wordt gebruikt om waardevolle stoffen uit te halen en wat overblijft wordt ingezet als brandstof. Het gebruik van de biomassa als brandstof wordt meestal als de laatste stap beschouwd, omdat het hierna vrijwel geen andere doelen meer kan dienen. Desondanks zijn er zelfs na verbranding of vergassing nog toepassingen te bedenken, zoals het afvangen en gebruiken van de vrijgekomen CO₂ in bijvoorbeeld plantenkassen of de inzet van verkoolde resten als bodemverbeteraar (biochar).

3. Co-siting

Voor een circulair gebruik van biomassa, waarin de grondstof trapsgewijs wordt benut en toepassingen niet met elkaar concurreren maar elkaar aanvullen, moeten industrieën en sectoren elkaar goed kunnen bereiken. Goede infrastructurele verbindingen spelen hierbij een rol, om die reden zijn havens altijd belangrijke vestigingslocaties geweest voor de industrie. Maar om zowel de duurzaamheid als efficiëntie nog verder te verhogen kunnen bedrijven zich in hetzelfde gebied vestigen om zo elkaars producten en restproducten direct aan elkaar te leveren en gebruik te maken van een gedeelde infrastructuur. Hiervoor bestaan verschillende benamingen: co-siting, clusters, hubs, etc. Dankzij elkaars nabijheid worden zowel transportkosten als de uitstoot die hierbij vrijkomt beperkt. Bovendien is het (economisch) aantrekkelijk voor bedrijven om zich te vestigen in een gebied waar zowel de benodigde grondstoffen al aangeleverd worden, als waar de (rest)producten onmiddellijk afgenomen kunnen worden. Dankzij de gedeelde infrastructuur zijn ook de initiële vestigingskosten veel lager.

Omdat vrijwel alle industrieën en bedrijven gebruik maken van een bepaalde vorm van energie, is een energiecentrale een ideaal middelpunt van een dergelijk cluster. In een zo circulair mogelijk systeem gebruikt de energiecentrale de restproducten van de omliggende bedrijven als brandstof, en levert het warmte en elektriciteit hiervoor terug. Met het oog op biomassa en de cascadering hiervan, kan een biomassacentrale zo de ruggengraat vormen van een biomassa-cluster. De biomassacentrale creëert een vraag naar biomassa, waarna de aanwezigheid van deze biomassa-aanvoer evenals de opgewekte energie andere bedrijven die biomassa gebruiken in het productieproces aantrekken. Bovendien houden deze bedrijven dikwijls biomassa over als restproduct, wat door de aanwezigheid van de biomassacentrale een waarde krijgt. Uiteindelijk kan er een keten ontstaan waarbij verschillende soorten bedrijven en industrieën uit de aangeleverde biomassa halen wat ze nodig hebben, alvorens het restproduct door te geven aan het volgende bedrijf, totdat de laatst overgebleven resten als brandstof kunnen worden in gebruikt in de biomassacentrale. De hiermee opgewekte warmte en elektriciteit wordt weer terug geleverd aan de bedrijven.

4. Systeemhubs

Dunkelflaute
Met weersafhankelijke energiebronnen wordt het lastiger om vraag en aanbod van energie met elkaar in balans te houden. Een periode met dusdanig weinig zonlicht en wind dat er nagenoeg geen energie uit deze bronnen komt wordt in Duitsland een ‘Dunkelflaute’ genoemd. Zolang er geen adequate opslagmethoden bestaan voor grote hoeveelheden energie, is men aangewezen op reservevermogen dat onafhankelijk van het weer kan bijspringen in de energieproductie. Bij voorkeur worden hiervoor geen fossiele brandstoffen gebruikt, maar hernieuwbare weersonafhankelijke bronnen zoals biomassa.

Tijdens de energietransitie wordt volop ingezet op windmolens en zonnepanelen voor het opwekken van elektriciteit. Hoewel duurzaam, is de geleverde stroom bij deze bronnen afhankelijk van de weersomstandigheden. Vraag en aanbod zijn daardoor lastiger op elkaar af te stemmen, wat het stroomnet uit balans kan brengen. Om de leveringszekerheid te waarborgen moet er voldoende back-up vermogen beschikbaar zijn om tijdelijke tekorten aan wind of zonlicht op te kunnen vangen. Dit back-up vermogen (‘systeemcentrales’) moet op ieder moment ingeschakeld kunnen worden, maar maakt bij voorkeur geen gebruik van fossiele brandstoffen. Biomassa als brandstof voldoet aan deze voorwaarden. Naast elektriciteit moet er bovendien ook voldoende warmte worden geleverd. Een veel groter aandeel van de Nederlandse energievraag bestaat uit warmte dan uit elektriciteit, maar warmte wordt niet direct met windmolens en zonnepanelen opgewekt. Een biomassacentrale kan zowel warmte als elektriciteit leveren.

Een hub van bedrijven die gebruik maken van biomassa als grondstof, geconcentreerd rondom een biomassacentrale die warmte en elektriciteit levert, kan fungeren als ‘systeemhub’. Een systeemhub draagt zorg voor de leveringszekerheid van elektriciteit op het net, levert de benodigde warmte aan omliggende bedrijven, en maakt gebruik van de restproducten van deze bedrijven als brandstof.

Er zijn verschillende obstakels voor de realisatie van systeemhubs. Biomassa is voor veel bedrijven nu nog te kostbaar om als bron voor grondstoffen te gebruiken, wanneer deze goedkoper uit bijvoorbeeld fossiele grondstoffen gehaald kunnen worden. Ook zijn veel technieken voor het winnen van de verschillende chemische bestanddelen uit biomassa nog niet voldoende uitgewerkt om commerciële toepassingen aantrekkelijk of mogelijk te maken. Door het ontbreken van een goede markt, is ook het aanbod van veel soorten biomassa nog te beperkt. Tot slot staat de duurzaamheid van biomassa regelmatig ter discussie, omdat dit alleen onder de juiste omstandigheden het geval is. Om een biobased economie te realiseren moet er eerst een bredere markt voor biomassa ontstaan. Het probleem van de leveringszekerheid van energie in een systeem met voornamelijk weersafhankelijke energiebronnen biedt een opening voor reserve-energiecentrales (systeemcentrales) die draaien op biomassa. Dankzij de creatie van een vraag naar biomassa door dergelijke systeemcentrales kunnen zich hier omheen bio-clusters vormen van andere bedrijven die de biomassa gebruiken, zodat deze systeemhubs aanjagers kunnen zijn van een economie waarin biomassa de rol van fossiele grondstoffen overneemt.

5. Samenvatting

  • Elektriciteit maakt slechts een klein deel uit van de totale energievraag in Nederland, waar ook onder meer warmte of transportbrandstoffen onder vallen. Biomassa kan in tegenstelling tot de meeste andere duurzame energiebronnen ook op die gebieden energie leveren. Ook buiten de energiesector is biomassa breed inzetbaar, als voedsel, materiaal of bron van chemische bestanddelen. Door de brede inzetbaarheid van biomassa en de potentie om fossiele brandstoffen in veel verschillende sectoren te vervangen, beschouwt men biomassa als een centrale grondstof voor een nieuwe biobased economy.
  • De verschillende toepassingen van biomassa kunnen met elkaar concurreren, waardoor het gebruik als brandstof bijvoorbeeld de voedselvoorziening kan bedreigen. Om die reden moet biomassa zoveel mogelijk trapsgewijs worden ingezet (cascadering), waarbij bedrijven telkens de bestanddelen met de hoogste waarde uit de biomassa halen alvorens het restproduct als brandstof wordt ingezet.
  • Om cascadering zo goed mogelijk te faciliteren, kunnen bedrijven en industrieën in elkaars omgeving geclusterd worden. Dit levert verschillende voordelen op, zoals lagere kosten door een gedeelde infrastructuur, een nabije afzetmarkt voor restproducten, minder uitstoot en kosten door transport, etc. Omdat vrijwel alle bedrijven en industrieën gebruik maken van energie, kan een energiecentrale een belangrijk middelpunt vormen van een dergelijk cluster. In het geval van een biomassacentrale kan deze centrale tegelijk de benodigde warmte en energie leveren én de overgebleven restproducten van omliggende bedrijven als brandstof verwerken.
  • Omdat biomassa onafhankelijk van de weersomstandigheden beschikbaar is als energiebron, en het behalve voor elektriciteit ook voor warmte ingezet kan worden, kan een biomassacentrale tegelijkertijd een bio-cluster voorzien van de nodige energie, verwerking van afvalstoffen verzorgen én de leveringszekerheid van het landelijke stroomnet bewaken. Een dergelijke systeemhub vervult daarmee meerdere belangrijke taken tegelijk op een flexibele en duurzame wijze.
  • Het belang van reservecapaciteit tijdens de energietransitie biedt een mogelijkheid voor biomassa-systeemcentrales, welke op hun beurt de overgang naar een biobased economy kunnen aanjagen door de vorming van systeemhubs.