Transcript Factsheet bioraffinage plantaardige zijstromen

Factsheet bioraffinage plantaardige zijstromen
De tuinbouwsector in Zuid-Holland behoort tot de meest intensieve ter wereld. Van de ruim 280.000 ha die deze
provincie meet, wordt 8% gebruikt voor de glastuinbouw, de bloembollenteelt en -broei en de open grond
tuinbouw. Deze sector produceert jaarlijks enkele honderdduizenden tonnen restmaterialen, in de vorm van
gewasresten bij het periodiek ruimen van kassen, afgekeurde producten, uitgebroeide
Plantenresten
bollen, afval van de bollenverwerking, veilingafval, etc.. Deze restmaterialen worden nu
grotendeels gecomposteerd.
uit de glastuinbouw,
sierteelt en bollenteelt bestaan voor een groot gedeelte uit cellulose,
hemicellulose, lignine, eiwitten en mineralen. Cellulose en hemicellulose bestaan uit lange
restmaterialen hebben
wellicht
potentie
voor
grondstoffen
de zijn
chemische
ketensDeze
van suikermoleculen,
lignine uit
lange ketens
van
aromaten.
Al dezevoor
stoffen
industrie.
Nagegaan
is
of
en
hoe
de
restmaterialen
van
de
belangrijkste
Zuid-Hollandse
geld waard omdat ze kunnen dienen als grondstof voor de chemische industrie, papier- en
teelten verwerkt zouden kunnen worden tot suikers, wat de businesscase daarvan zou
kartonindustrie, veevoeder, kunstmest of brandstof voor energie opwekking.
zijn en waar potentiële verwerkingslocaties uit logistiek oogpunt gesitueerd zouden
Royal HaskoningDHV heeft in opdracht van het Kenniscentrum Plantenstoffen en Bio Base
kunnen worden. De focus ligt daarbij op productie van C5- en C6-suikers uit
Westland nagegaan of het technisch en financieel haalbaar is cellulose, suikers en eiwitten
lignocellulose van gewasresten van:
te winnen
deze plantenresten.
a. uit
Glasgroenten:
tomaten, paprika’s en komkommers (samen ca 80% van het totaal).
Naast deze gewasresten wordt er jaarlijks 50.000-100.000 ton gras langs weg- en slootbermen gemaaid. Voor de
b. Sierteelt: chrysanten, gerbera’s en rozen (samen ca 45% van het totaal).
verdere analyse zijn daarom de volgende hoeveelheden en samenstellingen beschouwd.
c. Broei: Tulp, Fresia, lelies en Narcis (samen ca 99% van het totaal).
Zuid-Holland
Naast
dezeNarcis
gewasresten
wordt
er jaarlijks
50.000-100.000
ton gras langs
Bollenteelt:
Tulp,
en Hyacint
(samen
ca
vanDoor
het totaal).
is een d.
van de
meeste
intensieve
(glas)tuinbouw
regio’s
ter70%
wereld.
de intensieve
teelt weg- en slootbermen gemaaid. Voor de
Tabel 1analyse
Uitgangspunten
voor
de
analysehoeveelheden en samenstellingen beschouwd.
verdere
zijn
daarom
de
volgende
en hoge concentratie van
glastuinbouw %Cellulose
(8% van het oppervlak)
komen er veel %Lignine
plantenresten
Materiaal
%Hemicellulose (ds)
(ds)
%Vocht
% eiwit (ds)
Ton
1 voor
2
Suikers
zijn
een
goede
bouwsteen
de
productie
van
biobrandstoffen
en
(ds) te zien in onderstaande grafiek waarin
(ns)
vrij, in totaal circa 235.000 ton/jaar. Dit is terug
biochemicaliën.
Diverse
chemische29,1%
industrieën,
waaronder
en Du Pont, 87,8%
Glasgroenten
10,0%DSM, Corbion 12,4%
13,0%
185.200
Tabel
1 Uitgangspunten
voor
de analyse
plantenresten uit de
glastuinbouw
de grootste
bron
zijn:
passen dergelijke
processen toe.
Om te concurreren
met de(ds)
wereld%Lignine
suikermarktprijs,
Materiaal
%Cellulose
%Hemicellulose
(ds)
%Vocht
% eiwit (ds)
Ton
1
2
Bollenbroei
25,0%
6,0%
10,0%
88,0%
0,0%
21.594
(ds)
(ns)
zal suiker voor biobased toepassingen
uit secondaire materialen onder de ca. € 250, Glasgroenten
29,1%
10,0%
12,4%
87,8%
13,0%
185.200
Wat is lignocellulose
Bollenteelt
25,0%
6,0%
10,0%
88,0%
0,0%
12.481
per ton geproduceerd
moeten worden.
Lignocellulose is de structuur van de
Bollenbroei
Sierteelt
25,0%
25,0%
6,0%
6,0%
10,0%
10,0%
88,0%
89,0%
Bollenteelt
25,0%
6,0%
10,0%
35,3%
88,0%
0,0%
12.481
27,3%
3,0%
742
volgende hoofdcomponenten:
cellulose,
Vaste planten
16,0%
Eigenschappen van de 38,3%
restmaterialen 0,0%
3,4%
21.594
15.625
plantencellen en is opgebouwd uit de
hemicellulose3,4%
en lignine. De
cellulose is
Sierteelt
25,0%
10,0%
15.625
Samen produceren
de telers, tuinders,
broeibedrijven 6,0%
en
handelsbedrijven
jaarlijks ca. 89,0%
Gras
38,8%
28,2%
10,7%
80,0%
16,1%
50.000
de
basis.
De
hemicellulose
en lignine
235.000 tonVaste
gewasresten
in
Zuid-Holland.
De
productie
verschilt
sterk
per
gemeente
planten
38,3% 2
16,0%
35,3%
27,3%
3,0%
742
1
droge stof
natte stof
zorgen
er
voor
dat
het
bij
elkaar
blijft. De
en per teelt (figuur 3.1). De glastuinbouw produceert ca 200.000 ton, waarvan resten
Gras
38,8%
28,2%
10,7%
80,0%
16,1%
50.000
cellulose
en
hemicellulose
zijn
van de teelten van tomaten en paprika’s samen ca 170.000 ton per jaar bedragen. De
Al deze materialen komen
in pieken vrij. Het zwaartepunt ligt in oktober-december
(leeghalen
kassen met
1
2
opgebouwd
uit
koolhydraten,
de
lignine
gemeenten in
hetstof
West- en Oostland, met
droge
natteveel
stof teelt van glasgroenten, vallen daardoor
tomaten en paprika’s).
bestaat uit fenolische delen.
duidelijk op. Rekening houdend met volume én samenstelling, vertegenwoordigen de
Figuur 2 Wassen van gras (Bron: Grassa!)
Al deze
materialen
komen
pieken vrij. weer
Het zwaartepunt
ligt de
in oktober-december
(leeghalen kassen met
restmaterialen
uit de
glastuinbouw.
Enindaarbinnen
de resten van
tomaten- en
paprikateelt,
veruit de
hoeveelheid lignocellulose.
tomaten
engrootste
paprika’s).
Technologie Figuur 2 Wassen van gras (Bron: Grassa!)
Een aaneenschakeling van 4 processtappen is nodig om de suikers te winnen uit de plantenresten.
Technologie 1. Feedstock handling,
Figuur 1 Top 10 gemeentes o.b.v tonnage totale gewasresten (glas)tuinbouw
waarin grote verontreinigingen worden
Een aaneenschakeling van 4 processtappen is nodig om de suikers te winnen uit de plantenresten.
verwijderd (wassen), de biomassa wordt verkleind (hakselen)
en wordt gesplitst in een vaste en vloeibare fractie (persen).
Het bioraffinageproces
1. Feedstock handling, waarin grote verontreinigingen worden
De vaste fase bevat voornamelijk lignocellulose, de vloeibare
verwijderd
de biomassa
(hakselen)
voor het winnen van de
suikers en(wassen),
eiwitten bestaat
uit eenwordt
aantalverkleind
deelprocessen:
voornamelijk suikers, eiwitten en mineralen. De eiwitten
en
wordt
gesplitst
in
een
vaste
en
vloeibare
fractie
(persen).
1.Feedstock handling, waarin de plantenresten worden ontdaan van grond e.d.
kunnen via verwarming of zuurstremming worden verwijderd
De
vaste
fase
bevat
voornamelijk
lignocellulose,
de
vloeibare
(wassen), verkleind (hakselen)
gescheiden
in vasteworden
stof en vloeistof
en, indienendaarvoor
geschikt,
gebruikt (persen)
als veevoer.
voornamelijk
suikers,
eiwitten
en
mineralen.
De eiwitten
2.Pretreatment, waarin vaste
vloeistofhebben
(mineralen,
Voor stof
de (lignocellulose)
business case en
analyse
we eiwitten,
3 methoden
kunnen via verwarming of zuurstremming worden verwijderd
suikers) verder wordenbeschouwd:
gesplitst
en, indien daarvoor geschikt, worden gebruikt als veevoer.
(washing,
milling en homogenizing)
3.Hydrolyse, waarin de cellulose a.
wordtNREL
gesplitst
in suikermoleculen
Voor de business
case (wassen,
analyse zeven
hebben enzymatisch
we 3 methoden
b.
NewFoss
voorbehandeling)
4.Fermentatie, waarin de suikermoleculen worden omgezet in bvenethanol
of melkzuur
beschouwd:c. Grassa (wassen, persen, eiwitverwijdering)
a. NREL (washing, milling en homogenizing)
2. Pretreatment, waarin de lignocellulose wordt gesplitst in
De eerste 2 stappen kunnen decentraal
op kleine
schaalzeven
worden
b. NewFoss
(wassen,
en uitgevoerd,
enzymatischsoms
voorbehandeling)
lignine, cellulose en hemicellulose. Het is de duurste
c.
Grassa
(wassen,
persen,
eiwitverwijdering)
zelfs samen in één procesgang. Dat scheelt veel transport van restmaterialen.
processtap in de keten. Van de ca 10 thans bekende
1
2. vragen
Pretreatment,
waarin
de lignocellulose
wordt gesplitst
in
De andere stappen
in ieder geval
een
bijvoorbeeld
als
technologieën
zijn grotere
er schaal,
3
geschikt
(autohydrolyse,
lignine, fabriek.
cellulose en hemicellulose. Het is de duurste
onderdeel van een chemische
3 - Stoomexplosie
processtap inFiguur
de keten.
Van de ca(Bron:Metso)
10 thans bekende
technologieën
zijn
er
3
geschikt
(autohydrolyse,
stoomexplosie en verdunde zuurhydrolyse). Autohydrolyse
Figuur
3 - Stoomexplosie
(Bron:Metso) als beste naar
komt gezien
de relatief
lage investeringskosten
voren, gevolgd door stoomexplosie. In de pretreatment wordt
stoomexplosie en verdunde zuurhydrolyse). Autohydrolyse
hemicellulose al omgezet naar C5 suikers.
komt gezien de relatief lage investeringskosten als beste naar
3. Hydrolyse, waarin de cellulose en hemicellulose gesplitst enzymatisch gesplitst worden in kleinere
oleculen.
rmentatie, waarin deze kleinere moleculen enzymatisch worden omgezet naar C6-suikers. Vaak wordt de
drolyse en de fermentatie in één reactor uitgevoerd.
De business case
In de business case hebben we de stappen 1, 2 en 3 geanalyseerd
voor de productie van suikers en eiwitten uit de gewasresten. De
suikers worden dan geleverd aan een bedrijf die deze verder verness cases werkt. Nagegaan is of en onder welke omstandigheden installaties
de analyse zijn deze processen, massastromen en
geschikt en rendabel kunnen zijn. Daarbij is naast de geschiktheid
dsprijzen
samengevat in figuur 4. De vloeistoffractie met
van procesinstallaties ook gekeken naar de ontwikkeling van prijzen
van grondstoffen waarmee geconcurreerd moet worden en naar
die van compostering. Dit laatste is de methode waar al vele jaren
2
plantenresten mee worden omgezet in compost.
Figuur 4 Blokdiagram bioraffinage gewasresten
Uit de analyse kan worden geconcludeerd dat het thans financieel
niet haalbaar is een 3-staps bioraffinaderij op te richten. De reden
is de relatief dure hydrolyse van cellulose tot suikers, waardoor een
investering nauwelijks rendabel is. Daarbij spelen enkele onzekerheden een rol:
➼ De Europese Commissie wil in 2015 de quotering van de suikerbietenteelt beëindigen,
waardoor de suikerprijzen vermoedelijk dalen;
➼ De tarieven voor compostering van groen afval dalen de laatste jaren hard.
Wat nu?
Het is wel rendabel één of meerdere 2-stapsraffinaderijen op te richten. De business case daarvan is als volgt:
CAPEX
OPEX+10% afschrijving+5% rente
Inkomsten
winst/ton(ns)
€ 11.300.000
€ 4.400.000
€ 10.000.000
€ 20
In dit geval worden, in vergelijking met het 3-traps proces, minder suikers, maar dezelfde hoeveelheden eiwitten en (schone)
lignocellulose geproduceerd. Zowel nu als in de toekomst is er een markt voor deze producten. De suikers kunnen in de chemische
industrie verwerkt worden en de lignocellulose in de papier- en kartonindustrie. De investeringen en exploitatiekosten zijn dan
beperkt, terwijl toch alle deelproducten gebruikt kunnen worden. De terugverdientijd van de investering is dan ca 3 jaar.
Meer informatie
is te vinden in de uitgebreide samenvatting en de rapportage van dit onderzoek.
U kunt deze verkrijgen bij het Kenniscentrum Plantenstoffen of Bio Base Westland.
Leiden/Westland, 2 juni 2014
Kenniscentrum Plantenstoffen
Bio Base Westland
Leon Mur - [email protected]
Jan Smits - [email protected]
www.plantenstoffen.nl
www.gemeentewestland.nl/nl/wonen-en-leven/
duurzaamheid-en-milieu/bio-base/