Biomassa
Biomassa is in de biologie de totale massa van alle organismen in een gegeven ecosysteem, zowel de bovengronds als ondergronds levende, gerekend als drooggewicht. In de economie verwijst de term biomassa specifieker naar een deel van de plantaardige en dierlijke biomassa, namelijk het deel dat wordt gebruikt als grondstof voor de energieopwekking of direct als biobrandstof.
Biomassa is het stoffelijke biologische resultaat van fotosynthese door producenten. Deze biologische primaire productie ligt ten grondslag aan de koolstofkringloop in de levensgemeenschappen en varieert sterk per bioom. De producenten op het land zijn vooral planten, in de oceanen zijn het vooral algen. Onder de biomassa van een levensgemeenschap valt zowel de fytomassa (plantaardig materiaal) als de zoömassa (dierlijk materiaal). Vergeleken met de fytomassa levert de zoömassa slechts een fractie van de totale biomassa. De consumenten in de levensgemeenschappen zijn vooral dieren. Door de lage temperaturen is de biomassa relatief het kleinst in arctische gebieden en in woestijnen (door de lage neerslaghoeveelheden) en het grootst in de tropen. Naarmate het milieu minder verstoord is en het klimaat minder extreem, is de biomassa van een ecosysteem groter.
Energieopwekking met biomassa
In de 'Europese richtlijn betreffende de bevordering van elektriciteitsopwekking uit hernieuwbare energiebronnen op de interne elektriciteitsmarkt' (Richtlijn 2001/77/EG) wordt de volgende definitie voor biomassa gehanteerd:
| "De biologisch afbreekbare fractie van producten, afvalstoffen en residuen van de landbouw (met inbegrip van plantaardige en dierlijke stoffen), de bosbouw en aanverwante bedrijfstakken, alsmede de biologisch afbreekbare fractie van industrieel en huishoudelijk afval." |
Voorbeelden van biomassa ten behoeve van energieopwekking zijn suikerriet, mais, koolzaadolie, palmolie en dierlijke vetten.
Soorten biomassa
Er zijn uiteenlopende soorten biomassa met ieder eigen componenten en toepassingen. In Nederland wordt biomassa ingedeeld in de volgende vier hoofdcategorieën:[1]
- Hout en houtige biomassa
- Deze vorm van biomassa is meestal niet geschikt voor menselijke consumptie. De hoge hoeveelheid van aanwezige lignocellulose (cellulose, hemicellulose en lignine) maakt dit soort biomassa met name geschikt als grondstof en brandstof. Voorbeelden zijn boomstronken en takken of stro.[1]
- Akkerbouwgewassen
- Biomassa met een vrucht, knol of wortel valt meestal onder deze categorie. Deze gewassen worden hoofdzakelijk verbouwd voor consumptie maar de suikers, zetmeel, oliën en eiwitten die met bioraffinage uit de gewassen gewonnen kunnen worden kunnen ook ingezet worden in de bio-chemie.[1]
- Groene biomassa
- Onder groene biomassa vallen onder meer vers gras, bladeren, stengels en bietenloof. Naast de huidige inzet als veevoer en bodemverbeteraar kan er ook eiwit, cellulose, hemicellulose en lignine uit deze biomassa worden gehaald voor uiteenlopende toepassingen.[1]
- Algen en zeewier
- Aquatische biomassa zoals algen en wieren bevatten een groot aantal waardevolle componenten zoals oliën, vetzuren, eiwitten en suiker. Hiermee kunnen onder meer biobrandstoffen, veevoer en chemicaliën vervaardigd worden.[1]
Gebruik van biomassa
Hoogwaardige toepassingen
Biomassa wordt gebruikt als voeding (gewassen in de akkerbouw) of als grondstof voor meubels of de constructie van gebouwen en verder ook als grondstof voor papier. Het kan ook gebruikt worden als grondstof in de petrochemie (als vervanging van olie), om chemische intermediairen aan te maken. Deze kunnen dan op zijn beurt gebruikt worden om bio-plastics, plantenbeschermingsmiddelen, additieven voor veevoeding en cosmetica te maken.
Energieopwekking
Biomassa is vooral een begrip geworden omdat er op hernieuwbare basis elektriciteit mee kan worden opgewekt.
Verbranden voor warmte
Dood plantenmateriaal kan als biomassa verbrand worden.
Biomassa in de vorm van brandhout wordt over de hele wereld en vooral in ontwikkelingslanden gebruikt om vuur te maken waarop bijvoorbeeld gekookt kan worden. Daarbij komt de door de plant vastgelegde CO2 weer vrij in de atmosfeer. In sommige landen, zoals de landen van de Sahel is het kappen van hout een probleem omdat dit leidt tot verwoestijning.
In Nederland wordt het op kleine schaal toegepast in de opwekking van groene stroom. In Cuijk staat een kleine centrale waar houtsnippers verbrand worden.
Ook wordt in afvalverbrandingsinstallaties niet gescheiden ingezameld papier en karton verbrand. Gft-afval, dat een vorm van natte biomassa is, heeft bij verbranding een laag energierendement.
Brandstof in elektriciteitscentrales
Verschillende Nederlandse kolencentrales voegen een deel biomassa toe in hun brandstof, bijvoorbeeld door houtkorrels aan de kolen toe te voegen. Deze biomassa is voor het grootste deel afkomstig uit het buitenland. Dankzij het bijstoken van biomassa wordt het gebruik van kolen teruggedrongen en geldt de elektriciteitsproductie deels als CO2-neutraal.[2] Sinds 2003 kan er subsidie worden aangevraagd voor biomassa bijstook[3], na 2024 vervalt deze mogelijkheid.[4] In het Energieakkoord uit 2013 werd een belangrijke rol toegedicht aan het meestoken van biomassa voor het behalen van de in dit akkoord gestelde doelen voor het aandeel hernieuwbaar opgewekte energie (14% in 2020, 16% in 2023).[5] Hier staat tegenover dat de gebruikte biomassa aan de strengste duurzaamheidseisen moet voldoen.[6] Over het bijmengen bestaat maatschappelijke discussie, omdat de subsidies kolencentrales open zouden houden en er twijfels bestaan over de duurzaamheid. Met de Wet verbod op kolen bij elektriciteitsproductie spoort de overheid energieproducenten aan om de kolencentrales volledig om te bouwen tot biomassacentrales, zoals RWE van plan is met haar Amercentrale.[7] Een voorbeeld van een biomassacentrale in Nederland is Biomassa Energiecentrale Sittard.
Naast de biomassa bijstook zijn er enkele kleinere biomassa centrales die alleen op lokaal gewonnen biomassa gestookt worden.
Brandstof voor transport
Er wordt wel gesproken van biobrandstof van de tweede of derde generatie. Dat komt door de problemen die biobrandstof van de eerste generatie oplevert, zoals schade aan het oerwoud, lokaal verlies aan biodiversiteit, of zeer omvangrijk grondgebruik en waterverbruik. 1 kg droge stof vergt gemiddeld 2000 tot 5000 liter water. De nieuwe veerboot naar Texel moest op biodiesel varen. Om dat lokaal te produceren zou het halve eiland Texel altijd koolzaadakker moeten worden.
- Eerste generatie: hout, suikerriet, mais, palmolie, koolzaadolie, rechtstreeks uit gewas afgeleide biomassa
- Tweede generatie: geraffineerde biodiesel of alcohol, met een chemisch proces uit biomassa geproduceerde stoffen, gebruikt frituurvet, dierlijk vet
- Derde generatie: biomassa die door speciaal geprepareerde organismen wordt voortgebracht, zoals algen die voor meer dan 30% uit olie kunnen bestaan.
Alhoewel algen volgens velen (een deel van) de oplossing kunnen zijn voor de wereldwijde vraag naar biomassa en energie, is er nog jaren onderzoek nodig om algen rendabel en duurzaam te telen op grote schaal. Doorgaans worden algen als bron voor biobrandstof niet op de markt verwacht voor 2020.
Omzetting
Er worden diverse omzettingsprocessen gebruikt om biomassa makkelijker bruikbaar te maken. Voorbeelden zijn:
Milieu-effecten
Luchtvervuiling
Bij de verbranding van biomassa komen verschillende schadelijke stoffen vrij: stikstofoxiden, vluchtige organische stoffen, fijnstof, koolmonoxide, polycyclische aromatische koolwaterstoffen, zware metalen, dioxines...[8] Voor miljarden mensen stelt biomassarook in huis een enorm gezondheidsprobleem.[9] Maar ook moderne hout- en pelletkachels stoten op al deze punten een pak meer uit dan aardgasketels. In de EU is verwarming met biomassa voor meer dan 40% van het totale fijnstof (PM2,5).[10] Op het vlak van elektriciteitsproductie lozen biomassacentrales ettelijke keren meer van deze vervuilende stoffen dan andere thermaal aangedreven centrales (nucleair, aardgas en zelfs kolen).[11] De uitlaat van voertuigen op biobrandstoffen is niet schoner dan op benzine of diesel.
Klimaatverandering
De koolstofkringloop
Bij de verbranding van biomassa komt CO2 vrij. Daarbij gaat het om CO2 die relatief recent door planten aan de atmosfeer is onttrokken. Afgezien van de energie die is gemoeid met het transport van het materiaal en het bouwen van de verbrandingsovens, is dit een vrijwel CO2-neutraal proces. Dat is een groot verschil ten opzichte van de verbranding van fossiele brandstoffen, waarbij CO2 vrijkomt die zo lang was opgeslagen dat ze in praktische zin geen deel meer uitmaakte van de CO2-kringloop op deze wereld. In combinatie met de nog niet commercieel toegepaste CO2-afvang en -opslag zouden zelfs negatieve emissies gerealiseerd kunnen worden (BECCS). Wel is het zo dat het gebruik van biomassa voor verbranding enkel duurzaam is als het hout uit duurzaam beheerd bos komt, en niet uit ontbossing. Er is te weinig (duurzaam beheerd) bos aanwezig op Aarde om alle fossiele brandstoffen te vervangen door biomassa. Biomassa gebruiken als grondstof in de petrochemie of voor meubels en gebouwen houdt CO2 langer vast dan verbranding. Biomassa kan dus beter prioritair gebruikt worden voor deze toepassingen, dit noemt men het principe van cascadering.
Roet
Bij het verbranden van biomassa komt roet vrij onder de vorm van black carbon en brown carbon. Deze deeltjes absorberen licht en zorgen voor een opwarmend effect dat recent op gelijke voet is gesteld met dat van de antropogene koolstofuitstoot.[12]
Voedselverdrukking
De mate waarin het grootschalige gebruik van biomassa de voedselproductie in het gedrang brengt, is het voorwerp van intens onderzoek. Er bestaat bezorgdheid dat de concurrentie tussen food en fuel de voedselprijzen al heeft doen stijgen.[13]
Biodiversiteit
Het toenemend gebruik van biomassa kan de biodiversiteit schaden. Er is onder meer sprake van ontbossing en verwoestijning. Het modelleren van deze effecten is complex.[14]
Overheidsbeleid
Vlaanderen
Beleidsmatig en financieel wordt het verbranden van biomassa op diverse manieren aangemoedigd in het Vlaams gewest. Als verantwoording wordt aangehaald dat biomassa een goedkope manier is om de klimaatdoelstellingen te halen. Hoe de expansie van biomassa kadert met het behalen van de Europese grenswaarden voor schone lucht, die structureel overtreden worden in Vlaanderen, is niet expliciet aangegeven.
Verbranden van biomassa krijgt ondersteuning en subsidies voor zowel warmte, elektriciteit als transport:
- Groenewarmtetenders
- Investeringen in "groene warmte" kunnen tot 65% of 1 miljoen euro worden gesubsidieerd. Om de zes maanden is er een ronde waar investeerders hun project kunnen indienen.
- Groenestroomcertificaten
- Biomassacentrales zien hun inkomsten uit elektriciteitsverkoop tien jaar lang aangevuld met certificaten (minimale waarde: 90 euro/MWh).[15] De marktprijs van de certificaten kan nog hoger liggen dan deze minimumsteun. Ook bijstook in kolencentrales komt in aanmerking.
- Warmtekrachtcertificaten
- Een deel van de installaties voor kwalitatieve warmtekrachtkoppeling werkt op biomassa. Sinds 2006 krijgen ze hiervoor certificaten. De minimumprijs bedraagt 31 euro/MWh, is cumuleerbaar met groenestroomcertificaten en geldt gedurende tien jaar.[16]
- Biobrandstof
- Biodiesel en bio-ethanol genieten sedert 2009 van verplichte bijmenging aan de pomp (eerst 4% en sinds 2010 5,75%).[17] Er zijn ook accijnsvrije productiequota die door aanbesteding zijn toegewezen (nog zeker tot 2019).[18]
Centrales
Nederland telt 42 grotere biomassa-installaties en -centrales. Anno 2019 zijn nog eens twintig centrales gepland.[19]
In België is NPG Energy de grootste energieproducent middels biomassaverbranding.
Primaire productie van biomassa
De biomassa in een levensgemeenschap van een ecosysteem is het totale drooggewicht van de planten (fytomassa) en dieren (zoömassa).[20][21]:p. 150-155. Die primäre Produktion. De biomassa wordt geproduceerd door de producenten, op het land voornamelijk bestaande uit planten, in het water uit algen.[22]
De primaire productie is de snelheid van de vorming van fytomassa, de massa die in een bepaalde tijd in een ecosysteem door middel van fotosynthese geproduceerd wordt door producenten, met name planten, algen en bacteriën. Ook chemosynthese draagt bij aan de primaire productie. Een deel van de bij de chemo- en fotosynthese gevormde assimilaten worden weer door de producenten gebruikt voor de ademhaling door de niet groene delen van de plant.
Om de primaire productie op het land te bepalen wordt op een representatieve, niet te kleine oppervlakte van de levensgemeenschap de jaarlijkse boven- en ondergrondse toename bepaald, inclusief het jaarlijkse geproduceerde afval, zoals strooisel en afstervende wortels. Een relatief hoog aandeel van de energie van de plant wordt in oliehoudende en eiwithoudende weefsels opgeslagen. Een belangrijk deel van de primaire productie bij climaxvegetaties wordt weer gemineraliseerd, zodat de totale fytomassa in een levensgemeenschap over de jaren ongeveer gelijk blijft. Een toename van de fytomassa treedt meestal op in de vroege stadia van successie, totdat er met de climaxvegetatie een min of meer stabiele situatie is bereikt. Als er meer wordt geproduceerd dan wordt afgebroken, krijgt men 'biologische slakken', waarvan de hoogvenen, steenkool, aardgas goede voorbeelden vormen. Deze 'biologische slakken' werden en worden veelal gebruikt, onder andere als fossiele brandstof.
De hoogte van de primaire productie van stabiele plantengemeenschappen hangt af van het klimaat. De groeivormen van de dominante soorten is daarbij doorslaggevend. Bij de kruidachtige vegetaties van de steppen wordt jaarlijks een belangrijk deel van de primaire productie als strooisel afgeworpen, maar bij houtige planten wordt juist een belangrijk deel van de primaire productie in de vorm van hout opgenomen in de totale fytomassa.
| Biomassa en primaire productie | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Klimaatzone | subzone | Oppervlak 106 km2 |
Fytomassa | Primaire productie/jaar | %/jaar = Prim.prod./ Fytomassa |
Zoömassa Gt | ||
| totaal Gt[23] |
gem. t/ha[24] |
totaal Gt |
gemiddeld t/ha | |||||
| polair | 8,05 | 13,8 | 17,1 | 1,33 | 1,60 | 9,6% | ||
| boreaal | 23,2 | 439 | 189 | 15,2 | 6,5 | 3,4% | ||
| gematigd | humide | 7,39 | 254 | 342 | 9,34 | 12,6 | 3,7% | |
| semiaride | 8,10 | 16,8 | 20,8 | 6,64 | 8,2 | 39% | ||
| aride | 7,04 | 8,24 | 11,7 | 1,99 | 2,80 | 24% | ||
| subtropisch | humide | 6,24 | 228 | 366 | 15,9 | 25,5 | 7,0% | |
| semiaride | 8,29 | 81,9 | 98,7 | 11,5 | 13,8 | 14% | ||
| aride | 9,73 | 13,6 | 13,9 | 7,14 | 7,3 | 53% | ||
| tropisch | humide | 26,5 | 1166 | 440 | 77,3 | 29,2 | 6,6% | |
| semiaride | 16,0 | 172 | 107 | 22,6 | 14,1 | 13% | ||
| aride | 12,8 | 9,01 | 7,00 | 2,62 | 2,0 | 29% | ||
| land | landmassa | 133 | 2400 | 180 | 172 | 12,8 | 7,2% | 20 |
| meren en rivieren | 2,00 | 0,04 | 0,2 | 1,0 | 5,0 | 2.500% | ||
| oceanen | 361 | 0,17 | 0,05 | 60 | 1,7 | 35.000% | 3,0 | |
| Biosfeer | 510 | 2400 | 47 | 233 | 4,6 | 9,7% | 23 | |
Bossen vormen de zonale vegetatie ("climaxvegetatie") in de humide subzones en in de boreale zone. Door de aanwezigheid van bomen wordt de naar verhouding hoge waarden voor de fytomassa verklaard, die daarbij door de gunstigere temperaturen van de boreale zone (ongeveer 190 t/ha) naar de tropische zone (440 t/ha) toeneemt.
De primaire productie in de humide en semiaride subzones is in dezelfde orde van grootte, waarbij deze naar de tropen toeneemt met eerst een verdubbeling van de gematigde zone naar de subtropen, maar een relatief kleiner verschil tussen subtropen en tropen. In de aride gebieden van de tropen is de productie het laagste door een combinatie van droogte en hoge temperaturen.
De jaarlijkse primaire productie op het land (172 Gt) is ongeveer 7% van de totale fytomassa (2400 Gt), de producenten). In oceanen is deze echter 350 maal hoger dan de totale fytomassa. De fytomassa in oceanen bestaat voornamelijk uit planktonische algen, die zich voortdurend delen en daardoor een zeer hoge productie hebben in vergelijking met een lage fytomassa. Ook in meren en rivieren is de relatieve jaarlijkse primaire productie veel groter dan op het land; daar is ze 25 maal groter dan de fytomassa.
De totale potentiële primaire productie van de biosfeer wordt geschat op 233 Gt. De hoogste van de productie hangt af van de milieufactoren. De voor de plantengroei en de primaire productie bepalende abiotische factoren worden gezamenlijk standplaats of oecotoop genoemd. Bij de meetbare primaire standplaatsfactoren denkt men aan temperatuur, water, licht, chemische en mechanische factoren. De samengestelde (complexe) factorgroepen zijn klimaat, bodem, reliëf en biotische factoren, die uiteengerafeld kunnen worden in de primaire factoren. De organismen hebben weer invloed op de primaire factoren.
Over grotere gebieden gerekend is de fytomassa in climaxvegetaties betrekkelijk constant, omdat de primaire productie gewoonlijk volledig wordt gemineraliseerd door de reducenten (of destruenten). Een toename van de fytomassa kan optreden in verschillende stadia van successie. Bij de door de mens gebruikte levensgemeenschappen wordt een deel aan de primaire productie onttrokken.
Op het land vormt de zoömassa (consumenten) ongeveer 1% van de fytomassa, waar in oceanen de zoömassa 15 tot 20 maal groter is dan de fytomassa. De zoömassa bestaat in oceanen voor een belangrijk deel uit grote dieren, met daaronder de walvissen.
In de humide subzones wordt de hoge fytomassa (op het land) verklaard door de aanwezigheid van bomen. Omdat de fytomassa afhankelijk is van de overheersende levensvorm, is er geen directe relatie tussen de primaire productie en de fytomassa van de diverse vegetatiezones, omdat de fytomassa afhangt van de levensvorm van de dominante soorten. Bij kruidachtige soorten, de dominante levensvorm van de steppen, wordt vrijwel de gehele primaire productie afgestoten in de vorm van strooisel die langzaam weer verteert. Bij houtige planten, zoals struiken en vooral bomen, wordt het grootste deel van de primaire productie als hout opgeslagen in de stammen. Na het afsterven wordt de boomstam weer opgenomen in de fytomassa. Hoe groter het aandeel bomen in een gemeenschap, hoe groter dan ook de fytomassa is.
Zie ook
Bronnen, noten en/of referenties
Externe links
Literatuur
|
| Hernieuwbare energie |
|---|
|
aardwarmte · biomassa · biobrandstof · getijdenenergie · golfenergie · windenergie · waterkracht · zonne-energie |