Pyrolyse-olie als alternatief voor aardolie en -gas

Thermochemisch omzettingsproces van biomassa door snelle, anaerobe verwarming

Pyrolyse-olie leent zich bij uitstek voor stoomproductie op industriële schaal, als vervanger van aardolie of aardgas. Ten opzichte van aardgas vermindert de inzet van pyrolyse-olie de uitstoot van broeikasgassen met 85 tot 90%. In een gestabiliseerde vorm kan het ruwe of plantaardige olie vervangen bij de productie van transportbrandstoffen. Doordat de olie wordt gemaakt uit onder meer zaagsel, snoeihout, oogstresiduen en bermgras, concurreert ze niet met de voedselketen. 

Natuurlijk proces

De natuur maakt onder druk en anaerobe omstandigheden olie aan, maar dat proces kan miljoenen jaren duren. Via de pyrolysetechniek gaat dat een stuk sneller: rond de 2 seconden. Pyrolyse is een essentieel onderdeel van het vergassingsproces, maar vindt ook plaats in zuurstofarme delen van een verbrandingsproces; de vorming van olie aan de binnenzijde van een kachel is daarvan een voorbeeld. Doorgaans spreekt men van pyrolyse bij temperaturen tussen de 400 en 800 °C, resulterend in gas, olie en een cokesachtig residu. De mate waarin dat gebeurt, hangt af van de grondstof zelf, de temperatuur en de snelheid.

Aangezien energie uit pyrolyse-olie 24/7 beschikbaar is, is het een belangrijke aanvulling op wind- en zonne-energie

Pyrolyse-olie is een roodbruine vloeistof met een karakteristieke, rokerige geur en verschilt op een aantal punten van fossiele oliën. Zo is de olie hydrofiel ‒ het watergehalte schommelt tussen de 15 en 35 gewichtsprocenten ‒ en is de pH-waarde circa 3 als gevolg van de aanwezigheid van organische zuren, afbraakproducten van de biomassabestanddelen. Het relatief hoge waterpercentage maakt de olie verpompbaar; boven de 23 procent treedt echter ontmenging op. De energie-inhoud is lager dan die van bijvoorbeeld dieselolie.

Flash pyrolyse

Pyrolyse-olie wordt gemaakt uit onder meer zaagsel, snoeihout, oogstresiduen en bermgras, en is dus niet concurrerend met de voedselketen. Uit droge houtige bestanddelen kan door middel van zeer snelle pyrolyse – de zogeheten flash pyrolyse − tot circa 75% olie worden geproduceerd. Noodzakelijke voorafgaande handelingen daarbij zijn het verkleinen van de biomassa tot de gewenste grootte, het zeven van de biomassa op ongewenste materialen en te grote delen, en het drogen van de biomassa tot de gewenste vochtigheidsgraad.

Flash pyrolyse is een thermochemisch omzettingsproces van biomassa door een snelle verwarming – tot 500 °C – in afwezigheid van zuurstof (anaeroob), zodat ontbranding niet mogelijk is. Het materiaal wordt in contact gebracht met heet zand. Als gevolg van de snelle opwarming ‘verdampt’ de biomassa, en ontstaat er een groot aantal lange koolstofketens. Na condensatie resteert de olie. Van de in de vaste biomassa aanwezige energie komt 60 tot 70 procent terecht in de olie. Deze is vrijwel direct geschikt voor gebruik. Door de waterige fracties af te scheiden, ontstaat ‘ingedikte’ pyrolyse-olie. De vrijkomende gassen en de kool kunnen op hun beurt als brandstof dienen om het pyrolyseproces in stand te houden. De resterende as zou met zijn hoge inhoud aan mineralen bruikbaar zijn als kunstmest, maar de wet laat dat vooralsnog niet toe.

Transport, opslag en veiligheid

Aangezien duurzame energie uit pyrolyse-olie gedurende het gehele jaar 24/7 beschikbaar is, is het een belangrijke aanvulling op wind- en zonne-energie. De hoge energiedichtheid en het vloeibare karakter van pyrolyse-olie zorgen ervoor dat het transport ervan kan plaatsvinden met gangbare pompen en tankwagens, en de opslag in conventionele tanks. Deze dienen vanwege de lage pH-waarde (circa 3) bestand te zijn tegen zuren (tanks van bijvoorbeeld rvs of HDPE). De olie ondergaat bij opslag geen noemenswaardige veranderingen, mits de temperatuur niet boven de 40 °C uitstijgt - bij temperaturen boven de 30 °C zijn goed afgesloten tanks en een goede ventilatie vereist. Mechanisch mengen is niet nodig; het rondpompen van de olie wordt wel aanbevolen. Onder extreem koude omstandigheden is het nodig om de opslagsilo te isoleren – anders maakt een té viskeuze olie het rondpompen tot een probleem. 

Voor het werken met pyrolyse-olie zijn, behoudens de gangbare persoonlijke beschermingsmiddelen, geen speciale veiligheidsmaatregelen nodig.

Toepassing

Pyrolyse-olie leent zich bij uitstek voor stoomproductie op industriële schaal, als vervanger van aardgas of aardolie. De olie kan dienen in gas- of oliegestookte ketels, bijvoorbeeld voor het produceren van stoom en warm water in de industrie en elektriciteitscentrales, maar ook voor de productie van warm water voor warmtenetten en blokverwarming. Bestaande gas- of oliegestookte ketels zijn vrij eenvoudig aan te passen voor het gebruik van pyrolyse-olie. Wel heeft de relatief lage pH enkele implicaties. Komen de leidingen in indirect contact met de pyrolyse-olie, dan dienen deze vervaardigd te zijn van rvs – iets wat in de procesindustrie echter sowieso al gebruikelijk is. Het ketelmateriaal mag gewoon koolstofstaal zijn.

De huidige focus voor pyrolyse-olietoepassing ligt op kleine of grootschalige (co)verbranding in aardgas-, kolen- of stookolie gestookte ketels, ovens en turbines. Ook wordt pyrolyse-olie toegepast bij fluid catalytic cracking (FCC) in raffinaderijen. Hierbij wordt een reeks lange koolwaterstofverbindingen (CHx) middels een katalysator omgezet in korte koolwaterstofverbindingen.

Voorbeelden van onderzoek naar nieuwe toepassingen zijn onder meer:

• de productie van biobased producten via onder meer de vergassing van pyrolyse-olie om zogeheten platformmoleculen te maken; deze kunnen worden gebruikt voor de productie van basischemicaliën en geraffineerde chemicaliën;
• de mogelijkheid om pyrolyse-olie via katalytische hydrogenering te converteren in duurzame diesel en kerosine, zodat het gestabiliseerde pyrolyse-olie ruwe of plantaardige olie kan vervangen bij de productie van transportbrandstoffen.

 

CO₂-footprint
De inzet van pyrolyse-olie vermindert de uitstoot van broeikasgassen met 85 tot 90% ten opzichte van die door het gebruik van aardgas. Dit maakt de olie bij uitstek geschikt voor bedrijven die hun CO₂-footprint willen terugdringen. Elk jaar bepaalt de Europese Commissie hoeveel CO₂ de zogeheten ETS-bedrijven bedrijven mogen uitstoten – doorgaans grote, energie-intensieve bedrijven uit de elektriciteits- en de metaalsector, de raffinage- en de chemische industrie. Deze hoeveelheid vermindert elk jaar, om zodoende de doelstelling voor 2030 te kunnen halen. ETS-bedrijven kunnen de vrijgekomen carbon credits verkopen. In Nederland wordt daaraan uitvoering gegeven door de Nederlandse Emissieautoriteit (NEa); in België is dat de Dienst Klimaat van de FOD Leefmilieu (op vraag van de gewesten).