TNO ontwikkelt methode om biokoolstof te produceren

Thema:
Biobased brandstoffen en chemicaliën
24 januari 2024

TNO heeft een methode ontwikkeld om schone koolstof te maken. De “EnerChar”-methode maakt het mogelijk om op grote schaal biokoolstof te produceren met verschillende eigenschappen. Tegelijkertijd wordt tijdens dit proces warmte geproduceerd en kan CO2 worden afgevangen. De schaalbaarheid en de mogelijkheid om biokoolstof “op maat” te produceren maakt de technologie multi-inzetbaar. De schone koolstof wordt gemaakt door vergassing van biomassa (houtresten maar ook reststromen uit de voedingsindustrie). Veel hedendaagse producten bevatten koolstof uit fossiele bronnen. Het gebruik van biokoolstof kan een grote bijdrage leveren aan vermindering van fossiele koolstof en dus aan reductie van CO2-uitstoot.

Nieuwe koolstofbronnen nodig

Met de door TNO ontwikkelde technologie worden afvalresten uit de tuin- en bosbouw en voedingsindustrie vergast op een rooster zoals die ook in de afvalverbranding worden gebruikt. TNO onderzoeker Rian Visser: “Met deze methode maken we een schoon en duurzaam alternatief voor fossiele koolstof. Bij de productie van deze biokoolstof wordt tegelijkertijd ook warmte opgewekt en kan de CO2 uit de schoorsteen worden afgevangen en opgeslagen. We hebben hoe dan ook koolstof nodig, bijvoorbeeld voor staal, tuinbouw en batterijen. Door daarvoor schone biokoolstof te gebruiken kunnen we het aandeel koolstof uit fossiele bronnen afbouwen.”

rian_visser

“In potentie kan het gebruik ervan een flinke bijdrage leveren aan de klimaatdoelstellingen. We willen daarom graag onze Enerchar-methode opschalen, zodat straks op veel grotere schaal biokoolstof geproduceerd kan worden.”

Rian Visser

TNO-onderzoeker

Mogelijke toepassingen biokoolstof

Er zijn oneindig veel toepassingen denkbaar voor de biokoolstof omdat met de Enerchar-methode “biokoolstof op maat”, dus specifiek voor de gewenste toepassing, wordt gemaakt. Naast de directe toepassing als negatieve emissie-optie in de bodem zijn er ook mogelijke toepassingen voor de industrie. Enkele voorbeelden:

1. Staalproductie vergroenen

Om staal te maken uit ijzererts zijn grote hoeveelheden koolstof nodig want staal is een legering van ijzer en koolstof. Om dit proces te vergroenen is biokoolstof bij uitstek geschikt. Omdat er grote hoeveelheden nodig zijn, is schaalbaarheid van de technologie van belang. De  Enerchar-methode kan gemakkelijk opgeschaald worden. Op kleinere schaal heeft de technologie zich al bewezen. De volgende stap is om in een demonstratieproject aan te tonen dat het ook volcontinue en kosteneffectief kan.

2. Biokoolstof voor batterijen

Het grafiet dat in batterijen wordt gebruikt is ook een vorm van koolstof. De anode van batterijen wordt meestal gemaakt van natuurlijke grafiet uit mijnen, maar dat is beperkt beschikbaar. Het wordt ook met veel energie en chemicaliën geproduceerd uit fossiele olieresten. TNO is daarom recent begonnen met het maken van bio-grafiet, biokoolstof voor batterijen.

3. Alternatief voor veen in tuinbouw

Biokoolstof kan zelfs een rol spelen in de potgrond die de Nederlandse tuinbouw in grote hoeveelheden gebruikt. Hiervoor wordt nu grootschalig veen afgegraven. Omdat veen veel CO2 kan opslaan, zelfs meer dan het tropisch regenwoud, zal een alternatief voor het gebruik van veen, een flinke bijdrage leveren aan de CO2-huishouding.

Uit proeven die TNO de afgelopen jaren met Wageningen UR en de Vlaamse onderzoeksinstelling ILVO heeft gedaan, is gebleken dat de in de pilot geproduceerde biokoolstof tussen de dertig en vijftig procent van het veen in de potgrond kan vervangen. Na gebruik kan het met compost weer de bodem in en is het geschikt om in deze vorm CO2 uit de lucht op te slaan als vaste koolstof in de bodem. Daarmee is er sprake van negatieve emissie.

Picture1
Vergroting van een biochar deeltje dat de porie-structuur van het hout heeft bewaard. Foto: TNO

Uitleg productie biokoolstof

Bij het verhitten van hout of andere biomassa, zal het gaan ontgassen. Dat betekent dat eerst het water, in de vorm van waterdamp, het materiaal verlaat maar daarna ook allerlei omzettingsproducten in de vorm van koolwaterstoffen. Houtresidu bevat namelijk veel koolstof en waterstof. Koolwaterstoffen zijn brandbaar (denk aan olie, aardgas en kolen die ook bestaan ook uit koolwaterstoffen). Als er niet te veel water in zit, ontstaat een brandbaar gas uit de verhitte  houtresten en biomassa dat als vervanger van fossiele bronnen als olie of aardgas kan dienen.

Elektrische verhitting zonder zuurstof leidt tot een proces dat pyrolyse heet. Maar als er een kleine hoeveelheid zuurstof wordt gebruikt dan is sprake van vergassing. Het voordeel van vergassing is dat een klein deel van het eigen gas wordt gebruikt voor de verhitting van het proces zelf. Daarom is er geen externe energiebron nodig en blijft er bij een voldoende grote installatie zelfs nog veel energie over.

Afhankelijk van de duur van het proces en de gebruikte temperatuur bevat de  vaste stof die overblijft, na de ontgassing, steeds meer koolstof en steeds minder andere elementen zoals waterstof en zuurstof. Naarmate de houtresten op hogere temperaturen worden verhit neemt het aandeel koolstof in de overblijvende vaste stof toe tot wel 85%. De energie-inhoud van de biokoolstof neemt ook flink toe als de hoeveelheid koolstof in de vaste stof toeneemt. Deze vaste stof behoudt de oude structuur van de biomassa wat een groot oppervlak oplevert en poreus materiaal.

Het is lichtgewicht (fijn voor de tuinbouw), het kan water opslaan in de poriën (goed voor de bodem) en het kan ook materialen aan zich binden en werk doen zoals actief kool bij allerlei zuiveringsprocessen. Met de Enerchar-methode kan “biokoolstof op maat” worden gemaakt. Zo mogen in de tuinbouw geen koolwaterstoffen meer in het koolproduct achterblijven, maar is dat voor gebruik in de staalproductie minder kritisch omdat rest-koolwaterstoffen later in het proces worden omgezet.

Het Enerchar-proces is uniek omdat het een groot temperatuurbereik heeft (350-850 graden) en met verschillende gassen kan werken zoals lucht en stoom (maar ook rookgasrecirculatie en CO2). Door daarmee te variëren is het mogelijk om biokoolstof van verschillende kwaliteit te maken voor diverse toepassingen.

Laat je verder inspireren

48 resultaten, getoond 1 t/m 5

Nieuwe technologie combineert maken biokoolstof voor de industrie met negatieve emissies

Informatietype:
Artikel
Biokoolstof kan grote bijdrage leveren aan reductie CO2-uitstoot. De “EnerChar”-methode is een manier om biokoolstof te maken, gecombineerd met warmteproductie en opslag van CO2.

Tien wetenswaardigheden over CO2 afvang en opslag (CCS)

Informatietype:
Insight
18 oktober 2023

Voordelige productie van hernieuwbare DME met groene stroom en CO2

Informatietype:
Nieuws
7 september 2023

Nederland wereldwijde hub voor waterstofimport, transport en opslag

Informatietype:
Insight
7 augustus 2023

Waterstof ontwikkelingen in volle gang in de energie- en materialentransitie

Informatietype:
Insight
20 juli 2023

Hoe TNO Green Print helpt de industrie te verduurzamen

TNO biedt kennis, innovatie en concrete oplossingen voor bedrijven, overheid en toeleveranciers. Samengevat noemen wij dat TNO Green Prints: een blauwdruk voor radicale vergroening van de waardeketens in de industriesector.