R&D plan ECN Biomassa 2015
Context
ECN Biomassa onderzoek en ontwikkeling binnen de topsector Energie Externe ontwikkelingen
Highlights ECN Biomassa onderzoek en ontwikkeling 2014
•
Van Bioenergie naar Bio-based economy: Bij de inzet van biomassa verschuift de focus in toenemende mate van alleen bioenergie naar een bredere biobased economy benadering, waarbij wordt gestreefd naar een maximale verwaarding van biomassastromen door de productie een weloverwogen combinatie van chemicaliën/materialen, biobrandstoffen, elektriciteit en warmte, met een optimale benutting van het “moleculair kapitaal” in de biomassa.
•
•
Bioenergie blijft wel belangrijk: Wel moet worden bedacht dat de omvang van de energiemarkt tenminste een orde groter is dan de chemiemarkt en dat een deel van de biomassastromen zich niet leent voor hoogwaardige toepassing. Directe biomassa-naar-energie waardeketens blijven dus van belang.
Na succesvolle demonstratie in Denemarken is de ECN-Andritz torrefactietechnologie voor houtachtige biomassa nu rijp voor commerciële marktintroductie. In de eerste helft van 2014 zijn enkele succesvolle meestooktests uitgevoerd. Het onderzoek richt zich nu in toenemende mate op productoptimalisatie en inzet van laagwaardiger biomassa (o.a. agroresiduen). Voor de opwerking van natte biomassastromen wordt natte torrefactie (TORWASH) ontwikkeld. Verschillende natte, alkali- en chloorrijke biomassastromen blijken via TORWASH te kunnen opgewerkt tot houtpelletkwaliteit.
•
De unieke MILENA vergassingstechnologie is beter geschikt gemaakt voor de vergassing van RDF (= Refuse Derived Fuel). Er zijn gerichte methoden ontwikkeld ter onderdrukking van teervorming en om fouling (en corrosie) in nageschakelde equipment te voorkomen. Verder zijn de mogelijkheden van (MILENA-)vergassing met co-productie van chemicaliën verder verkend. Aromatisch verbindingen (BTX) blijken met een hoge verwijderingsgraad (>95%) en selectiviteit te kunnen worden afgevangen. Een dergelijke coproductie van chemicaliën kan sterk bijdragen aan een overall verlaging van de kosten van E+W en groen gas productie uit biomassa.
•
Bij de ontwikkeling van Organosolv fractionering van lignocellulose biomassa tot hoogwaardige fracties cellulose, hemicellulose en lignine, heeft het onderzoek tot verschillende innovaties geleid (o.a. verlaging hoeveelheid benodigd oplosmiddel, verbeterde lignine kwaliteit), waarmee de kennis- en patent-positie is versterkt. Daarnaast zijn successen geboekt m.b.t. de directe toepassing van lignine als fenol-vervanger in watervast multiplex en als zachte component (polyol) in polyurethaan coatings en bekabelingsmantels. Ook is uit lignine via pyrolyse op kg-schaal vloeibare fenolische olie geproduceerd en is dit met succes gescheiden in verschillende aromatische fracties.
•
Van lineaire naar circulaire economie: Er is toenemende aandacht voor de ontwikkeling van een circulaire economie. In plaats van lineaire ketens komt de nadruk steeds meer op kringloopprocessen te liggen. Residuen moeten zoveel mogelijk (vroeg) in de waardeketen worden teruggebracht (upcycling).
•
Zeewier belangrijke toekomstige bioenergiebron: Biomassa is en blijft schaars en legt een groot beslag op landgebruik. Er is daarom toenemende interesse voor ‘nieuwe’ biomassastromen, die dit nadeel niet of veel minder kennen. Met name zeewier heeft voor de langere termijn grote potentie, voor de productie van (hoogwaardige) voedingsstoffen en chemicaliën, maar zeker ook voor biobrandstoffen (en elektriciteit en warmte).
Context
ECN Biomassa binnen TKI-BBE en TKI-GAS Algemeen doel ECN-Biomassa programma
Aansluiting ECN-Biomassa programma op TKI actieplannen
• Het ECN-Biomassa R&D programma is gericht op de ontwikkeling en toepassing van thermo-chemische conversietechnologie in combinatie met katalyse en scheidingstechnologie voor de omzetting van biomassa in chemicaliën/materialen, brandstoffen, elektriciteit en warmte.
• Het onderzoekprogramma van ECN Biomassa sluit volledig aan bij de Actieplannen van TKI-BBE en TKI-GAS (onderdeel Groen Gas) en is daarmee volledig vraaggestuurd. Er is een directe relatie tussen de zes ECN-Biomassa programmalijnen en de programmalijnen van de beide TKI’s, zoals weergegeven in de onderstaande tabel.
• Uitgangspunt is dat moet worden gestreefd naar de productie van een weloverwogen combinatie van producten op basis van toegevoegde waarde creatie met duurzaamheid als randvoorwaarde. In een dergelijke biobased economy spelen cascadering en bioraffinage een grote rol. • Het R&D programma omvat bureaustudies (bijv. technologiescans, technischeconomische evaluaties, LCA), eigen technologieontwikkeling, ondersteuning van industriële technologieontwikkeling en ondersteuning van marktimplementatie en commerciële toepassing van biomassaconversietechnologie met hoogwaardige R&D diensten. Het programma bestrijkt de hele waardeketen van biomassa grondstof (excl. teelt en oogst) tot eindproduct en omvat de volgende zes programmalijnen: – Biomassa voorbewerking – Lignocellulose bioraffinage – Zeewier bioraffinage – Biomassa vergassing (en gasreiniging en gas processing) – Biomassa verbranding – Resource-efficient gebruik van residuen
TKI
TKI programmalijn
ECN Biomassa programmalijn*
BBE
Hoogwaardige energiedragers
Biomassa voorbewerking
Hoge percentages mee-/bijstook
Biomassa vergassing, biomassa verbranding
Bioraffinage
Lignocellulose bioraffinage
Chemische and biotechnologische
Alle ECN-Biomassa programmalijnen
conversietechnologie
GAS
Aquatische biomassa
Zeewier bioraffinage
Energie, beleid en duurzaamheid
Alle ECN-Biomassa programmalijnen
Groen Gas
Biomassa vergassing (en gas reiniging en processing)
* Afhankelijk van de conversieroute valt het onderzoek van de programmalijn Resource-efficient gebruik van residuen binnen verschillende TKI-programmalijnen
R&D plan 2015
ECN Biomassa – Biomassa voorbewerking Belangrijkste doelen corresponderende programmalijn TKI
R&D doelen 2015
•
•
R&D ondersteuning van de eerste commerciële marktintroductie van de ECNAndritz technologie voor droge torrefactie
•
Ontwikkeling van (verbeterde) receptuur voor de productie van hoogwaardige bioenergiedragers op basis van torrefactie en pelleteren/briketteren voor houtachtige en niet-houtachtige biomassa (bijv. agroresiduen)
TKI-BBE Hoogwaardige energiedragers: Voorbewerking van biomassa, om deze geschikt te maken voor verdere raffinage / vergassing en/of de productie van elektriciteit, warmte en/of groen gas
ECN bijdrage TKI programmalijnen •
Droge torrefactie: Verdere ontwikkeling van torrefactietechnologie en ondersteuning van de marktintroductie, o.a. via productoptimalisatie en standaardisatie, in nauwe samenwerking met marktpartijen (o.a. ontwikkelaars torrefactietechnologie, biomassagrondstoffen verwerkers, logistieke bedrijven en eindgebruikers)
•
R&D ondersteuning aan marktpartijen (technologieontwikkelaars, eindgebruikers) t.b.v. de marktintroductie van droge torrefactietechnologie en torrefactieproducten, o.a. via uitgebreide productkarakterisering (o.a. stofvorming, explosiviteit, wateropname, sterkte, biologische afbreekbaarheid) en –optimalisatie
•
Natte torrefactie (TORWASH): Technologieontwikkeling in samenwerking met marktpartijen en ondersteuning van industriële initiatieven
•
Pilot-schaal ontwikkeling van TORWASH en daarmee verbonden flankerend labschaal onderzoek
Torrefactie sectie van de AndritzECN 1 ton/h demoplant
Torrefactie pellets voor een meestookproef in de AMER-9 centrale van Essent
Belangrijkste projecten •
SECTOR (EU-FP7): Production of Solid Sustainable Energy Carriers from Biomass by Means of Torrefaction (www.sector-project.eu)
•
LogistEC (EU-FP7): Logistics for Energy Crops’ Biomass (www.logistecproject.eu)
•
Voorbewerking (TKI-BBE): Nationaal project gericht op verdere ontwikkeling van droge torrefactie
•
TORIPO (RVO-EOSLT): TORWASH Rioolwaterzuivering Pilot Ontwerp; nationaal project gericht op verdere ontwikkeling van natte torrefactie
•
Partners: Andritz, Topell, Torr-Coal, Biolake, RWE/Essent, NUON/Vattenfall, Van de Vecht, TUD, UT, e.a.
R&D plan 2015
ECN Biomassa – Lignocellulose bioraffinage Belangrijkste doelen corresponderende programmalijn TKI
R&D doelen 2015
•
TKI-BBE Bioraffinage: Levering building blocks en halffabricaten voor vergroening, valorisatie proces- en afvalstromen en kringloopsluiting
•
Verdere ontwikkeling van Organosolv fractionering via piloting en labschaal onderzoek. Doel is een proeffabriek in 2018 (TRL 7).
•
TKI-BBE Chemische en biotechnologische conversietechnologie: Ontwikkeling van nieuwe geavanceerde technologieën voor de omzetting van –al dan niet voorbewerkte- biomassa naar groene materialen, chemicaliën en brandstoffen
•
Verdere ontwikkeling van lignine pyrolyse. Doel is om in 2016 een op pyrolyse gebaseerde technologie gereed te hebben voor industriële doorontwikkeling (TRL 5-6).
•
Ontwikkeling van directe lignine-toepassingen in nauwe samenwerking met marktpartijen. R&D ondersteuning aan marktpartijen op bioraffinage-gebied.
ECN bijdrage TKI programmalijnen •
Organosolv: Ontwikkeling (Organosolv) fractioneringstechnologie
•
•
Opwerking fracties: Opwerking biomassa fracties (cellulose, hemicellulose, lignine) tot platform chemicaliën en halffabrikaten, o.a. via pyrolyse
Belangrijkste projecten
Lignocellulose bioraffinage met de belangrijkste ECN R&D onderwerpen in blauw en rood
•
BIOCORE (EU-FP7): A biorefinery concept for the transformation of biomass into 2nd generation fuels and polymers (www.biocore-europe.org)
•
YXY Fuels (TKI-BBE): Het gebruik van lignocellulose en papierresiduen als grondstof voor de productie van Avantium YXY bouwstenen
•
IsoButanol Platform Rotterdam (EFRO): Ontwikkeling van een bioraffinageconcept op basis van iso-butanol als platformchemicalie voor de regio Rotterdam
•
LigniFAME (TKI-BBE): Lignin biorefinery to fuel additives, materials and energy
•
Catchbio-projecten met focus op bioraffinage (Biobased bulk chemicals from carbohydrates, catalytic pyrolysis, lignin valorization) (www.catchbio.com)
•
Partners: Avantium, Progression Industry, WUR, e.a.
R&D plan 2015
ECN Biomassa – Zeewier bioraffinage Belangrijkste doelen corresponderende programmalijn TKI
R&D doelen 2015
•
TKI-BBE Bioraffinage: Levering building blocks en halffabricaten voor vergroening, valorisatie proces- en afvalstromen en kringloopsluiting
•
•
TKI-BBE Chemische en biotechnologische conversietechnologie: Ontwikkeling van nieuwe geavanceerde technologieën voor de omzetting van –al dan niet voorbewerkte- biomassa naar groene materialen, chemicaliën en brandstoffen
Verdere ontwikkeling via lab/bench-schaal onderzoek van fractioneringstechnologie, die zeewier op een duurzame wijze economisch rendabel omzet in suikers, eiwitten en mineralen als uitgangsmaterialen voor energiedragers en chemische bouwstenen
•
Ontwikkeling van thermo-chemische technologieconcepten voor de opwerking van zeewierfracties tot energiedragers, platform chemicaliën en halffabrikaten
•
TKI-BBE Aquatische biomassa: Ontwikkeling van technologieën om algen en wieren te raffineren
Belangrijkste projecten ECN bijdrage TKI programmalijnen •
Ontwikkeling (zeewier) fractioneringstechnologie
•
Opwerking zeewierfracties tot energiedragers, platform chemicaliën en halffabrikaten
•
Mermaid (EU-FP7): Development of concepts for next generation of offshore platforms for multi-use of ocean space for energy extraction, seaweed cultivation and platform related transport
•
AT SEA (EU-FP7): Development of novel textile materials for seaweed cultivation farms
•
Partners: Feyecon, Rodenburg, WUR, Hortimare, NIOZ, DTU, e.a.
Zeewiersoorten, die van nature voorkomen in de Noordzee (vlnr.: Saccharina latissima, Laminaria digitata, Ulva)
Labschaal ontwikkeling van technologie voor zeewierprocessing
R&D plan 2015
ECN Biomassa – Biomassa vergassing, gasreiniging en gas processing Belangrijkste doelen corresponderende programmalijn TKI
R&D doelen 2015
•
TKI-GAS Groen gas via vergassing: Onderzoek naar kostprijsverlaging of het verbeteren van de performance in meest brede zin. Denk hierbij aan onderzoek naar toepassing van goedkopere biomassa of mengstromen, verbeteren van de efficiency, bedrijfsprestaties zoals de beschikbaarheid, betere reiniging/opwerking van het (synthese)gas
•
•
TKI-BBE Hoge percentages mee- en bijstook: Ontwikkeling van innovatieve technologie en logistiek/infrastructuur voor het meestoken van biomassa op de schaal die noodzakelijk is om de nationale emissie- en duurzame energiedoelstellingen te bereiken.
Groen gas: Voortzetting onderzoek naar de productie van groen gas via vergassing op basis waarvan een demonstratie-fabriek in Alkmaar wordt gebouwd door een consortium van Nederlandse industriële partijen. De groen gas demonstratie-fabriek is de sleutel naar efficiënte en grootschalige productie van groen gas met Nederlandse technologie. Concreet: ECN bedrijft de bestaande lab-schaal opstellingen en genereert de gegevens die nodig zijn voor de demonstratie-fabriek.
•
RDF, SRF: Verdere ontwikkeling van kennis en methoden, die nodig zijn bij de vergassing van afval (RDF, SRF) in wervelbed-installaties. De focus ligt op het ontwikkelen van methoden om bedagglomeratie, verdamping van vluchtige metalen, emissies en vervuiling in de downstream onderdelen (leidingen, boiler, compressor, …) te vermijden.
•
Co-productie chemicaliën: Voortgezette ontwikkeling van concepten en technologie voor de productie van chemische verbindingen (met name olefines en aromaten) op basis van (wervelbed)vergassing. De chemische industrie wordt voorzien van een methode voor de productie van een groen product (polymeer). Concreet: het bedrijven van labschaal opstellingen voor de productie van groen gas met etheen en benzeen als waardevolle co-producten.
•
TKI-BBE Chemische en biotechnologische conversietechnologie: Ontwikkeling van nieuwe geavanceerde technologieën voor de omzetting van –al dan niet voorbewerkte- biomassa naar groene materialen, chemicaliën en brandstoffen.
ECN bijdrage TKI programmalijnen •
Ontwikkeling groen gas productie op basis van MILENA-vergassing, OLGAteerverwijdering en ECN SNG-productie technologie
•
Vergassing laagwaardige biomassa (biomassa bijstook)
•
Stand-alone 100% biomassa inzet voor E+W productie
•
Productie van biobrandstoffen via vergassing
•
Co-productie van chemicaliën bij vergassing
4 MW groen gas demo in Alkmaar
Belangrijkste projecten •
Projecten EDGaR – Energy Delta Gas Research (www.edgar-program.com)
•
Dahlman (TKI-GAS): Royal Dahlman als investeerder in vergassing en groen gas onderzoek van ECN
•
Fastcard (EU-FP7): FAST industrialisation by Catalyst Research and Development; development of reforming downstream fluidized bed gasification
•
Green Birds (TKI-BBE): Thermochemical biomass conversion for co-production of bio-energy and green chemicals
•
Partners: Royal Dahlman, Thermax, POSCO, Gasunie, TAQA, Essent, HoSt, NEM, Avantium, e.a.
R&D plan 2015
ECN Biomassa – Biomassa verbranding Belangrijkste doelen corresponderende programmalijn TKI
R&D doelen 2015
•
TKI-BBE Hoge percentages mee- en bijstook: Ontwikkeling van innovatieve technologie en logistiek/infrastructuur voor het meestoken van biomassa op de schaal die noodzakelijk is om de nationale emissie- en duurzame energiedoelstellingen te bereiken.
•
•
TKI-BBE Bioraffinage: Levering building blocks en halffabricaten voor vergroening, valorisatie proces- en afvalstromen en kringloopsluiting.
TKI hoge % meestoken, o.a.: – Karakterisering productkwaliteit van getorreficeerde biomassa, m.b.t. inhuis ontwikkelde lab-schaal analyses (o.a. maalbaarheid, stof explosiviteit en pneumatisch transport gedrag) – Bepaling van verbrandingseigenschappen door dynamische karakterisering van div. biomassastromen op labschaal (LCS, WOB) en verificatie van emissies en in-boiler performance door on-site assistentie bij volschaal stookproeven
•
Verdere ontwikkeling van “implementation support tools” (o.a. karakterisering van pneumatisch transport eigenschappen van biomassa en biologische degradatie, de NISTFLOM non-intrusive steam flow meter en in-situ bepaling van procestemperaturen (suction pyrometer geïntegreerd met de bestaande mobile diagnostic probe)
•
Vergroten omvang (internationale) industriële contract R&D
ECN bijdrage TKI programmalijnen •
R&D ondersteuning biomassa meestook initiatieven
•
R&D ondersteuning stand-alone 100% biomassa inzet voor E+W productie
•
R&D ondersteuning on-site WKK op basis van residuen bij chemische opwerking van biomassa fracties en productie van biochemicaliën
•
+ ondersteuning andere programmalijnen TKI-BBE en TKI-Gas (groen gas) via ondersteunende diensten aan andere programmalijnen ECN Biomassa Screenshot of ECN Co-firing Advisory Tool CAT 2.0
Belangrijkste projecten •
Industriële contract R&D (nadere informatie op verzoek)
•
CERUBIS (RFCS): Demonstratie van NISTFLOM steam flow sensing and inboiler diagnostics tbv PF boiler performance optimalisering
•
BBE park Cuijk (TKI-BBE): Inzet van laagwaardige biomassa voor de BioBased Economy door hoogwaardige asafzet en wegnemen procestechnologische problemen
•
Partners: Andritz, Shell, Essent, Corbion, Hukseflux, IEn, PGKiE Belchatow, IFK/USTUTT, e.a. Prototype of the NISTFLOM nonintrusive steam-flow meter mounted on a cut out of an evaporator wall
R&D plan 2015
ECN Biomassa – Resource-efficient gebruik van residuen Belangrijkste doelen corresponderende programmalijn TKI
R&D doelen 2015
•
TKI-BBE Bioraffinage: Levering building blocks en halffabricaten voor vergroening, valorisatie proces- en afvalstromen en kringloopsluiting.
•
Brede verkenning van potentiële business cases voor biobased koolstofhoudende producten
•
TKI-GAS Groen gas via vergassing: Onderzoek naar kostprijsverlaging of het verbeteren van de performance in meest brede zin. Denk hierbij aan onderzoek naar toepassing van goedkopere biomassa of mengstromen, verbeteren van de efficiency, bedrijfsprestaties zoals de beschikbaarheid, betere reiniging/opwerking van het (synthese)gas
•
Ontwikkeling van technologieconcepten voor de co-productie van energie en enkele meest veelbelovende koolstofhoudende producten
•
Brede verkenning van mogelijkheden voor de verwaarding van proces- en afvalstromen, met name via kringloopsluiting
•
Verdere ontwikkeling van LCA technieken
•
TKI-BBE Chemische en biotechnologische conversietechnologie: Ontwikkeling van nieuwe geavanceerde technologieën voor de omzetting van –al dan niet voorbewerkte- biomassa naar groene materialen, chemicaliën en brandstoffen.
Belangrijkste projecten •
Fertiplus (EU-FP7): Biochar as an improved fertilizer producing and testing (www.fertiplus.eu)
•
BBE park Cuijk (TKI-BBE): Inzet van laagwaardige biomassa voor de BioBased Economy door hoogwaardige asafzet en wegnemen procestechnologische problemen
•
BMC Moerdijk: Meestook van laagwaardige biomassastromen
•
Partners: Essent, BMC Moerdijk, WUR, UK Biochar Research Centre, e.a.
ECN bijdrage TKI programmalijnen •
Ontwikkeling van lage-temperatuur vergassing van biomassaresiduen voor coproductie van energie en C-based products
•
Ontwikkeling van verwaardingsopties gebaseerd op activering van koolstofhoudende reststromen (char), o.a. biochar
•
Ontwikkeling van concepten voor de verwaarding van proces- en afvalstromen, met name via kringloopsluiting
Biochar, geproduceerd van paprika residue via pyrolysis (links, beperkte porositeit) en via lage-temperatuur vergassing (rechts, goed ontwikkelde poriestructuur)
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met: Jaap Kiel Programma Manager Biomassa tel.: 088-515 4626 e-mail:
[email protected] ECN-F--14-020
