Sectoren die zich moeilijk laten elektrificeren, zoals de luchtvaart, de scheepvaart en de chemie, blijven aangewezen op vloeibare brandstoffen met een hoge energiedichtheid. Voor het verduurzamen daarvan worden doorgaans drie routes overwogen: geavanceerde biobrandstoffen uit reststromen, synthetische e-fuels uit waterstof en afgevangen CO2, en voortgezet gebruik van fossiele brandstoffen in combinatie met negatieve emissies elders in het systeem. Een vierde route blijft in onderzoek en beleid grotendeels buiten beeld. Dat stellen onderzoekers in een recente preprint die het Europese energiesysteem doorrekent. Die route, het toevoegen van waterstof aan de omzetting van biomassa om de aanwezige koolstof beter te benutten, wordt aangeduid als e-biobrandstof.
De aanleiding is een rekenkundig probleem in bestaande biobrandstofroutes. Bij thermochemische processen zoals Fischer-Tropsch eindigt slechts ongeveer 30 procent van de koolstof uit biomassa in de uiteindelijke vloeibare brandstof. De rest wordt als CO2 afgescheiden uit het syngas. Door extra hernieuwbare waterstof toe te voegen kan die overtollige koolstof direct worden ingezet, zonder dat afvang en transport naar een aparte conversie-installatie nodig zijn. Volgens de studie laat dit principe zich toepassen op meerdere ketens, waaronder biomassa-naar-vloeibaar, biomethanol, synthetisch aardgas en methanol uit biogas.
Kostenvoordeel bij schaarse biomassa
Voor de berekeningen gebruikten de auteurs het openbronmodel PyPSA-Eur, dat de Europese elektriciteits-, transport-, warmte- en industriesector samen optimaliseert op laagste systeemkosten. De kernbevinding: e-biobrandstof wordt kosteneffectief zodra biomassa schaars is en fossiele brandstoffen wegvallen, bijvoorbeeld door beperkte capaciteit voor koolstofopslag of door strenge bijmengverplichtingen. In die situaties verlaagt het toevoegen van e-biobrandstof de totale systeemkosten met maximaal 2,7 procent, ofwel zo’n 23 miljard euro per jaar. De kosten van het vloeibare-brandstofsysteem zelf dalen met ruim 10 procent.
Achter die besparing zit een verschuiving in de benodigde infrastructuur. Het model laat zien dat de investering in brandstofconversie met tot 27 procent kan dalen en de benodigde afvangcapaciteit voor CO2 met 28 procent. Ook de CO2-prijs in het systeem daalt met maximaal 16 procent. Daarnaast neemt de vraag naar biomassa af met tot 221 terawattuur, omgerekend bijna 19 procent van het veronderstelde Europese potentieel aan binnenlandse reststromen. De winst zit vooral in de koolstofefficiëntie: voor de biomassa-naar-vloeibaarroute stijgt het aandeel benutte koolstof in de berekeningen van 0,38 naar 0,91, en voor de andere ketens zijn de stappen vergelijkbaar.
De auteurs presenteren e-biobrandstof vooral als een manier om risico’s te spreiden. Omdat de techniek modulair op bestaande biobrandstofinstallaties kan voortbouwen, kan stapsgewijs worden geïnvesteerd naarmate meer duidelijkheid ontstaat over de beschikbaarheid van groene waterstof en koolstofopslag. Blijft waterstof schaars en groeit de opslagcapaciteit, dan kan overtollige koolstof alsnog worden opgeslagen. Schaalt waterstof juist sneller op, dan kan dezelfde installatie de overstap naar e-biobrandstof maken. Die flexibiliteit noemen de onderzoekers een afdekking tegen onzekerheid over biomassa, waterstof, koolstofopslag en het beleid zelf.
EU-regels benoemen de route nog niet
Juist op dat laatste punt signaleert de studie een knelpunt. De huidige EU-regelgeving benoemt e-biobrandstof niet expliciet en lijkt e-fuels te bevoordelen. De Renewable Energy Directive geeft volgens de auteurs onvoldoende houvast over de categorie hernieuwbare brandstoffen van niet-biologische oorsprong, terwijl in de luchtvaartverordening ReFuelEU de indruk wordt gewekt dat synthetische brandstoffen uitsluitend op afgevangen CO2 zijn gebaseerd. Het gevolg is dat de minder energie-efficiënte e-fuels volledig meetellen, terwijl bij e-biobrandstof slechts het waterstofdeel, ongeveer twee derde, in aanmerking zou komen. Daardoor dreigt een lock-in in een suboptimaal systeem, aldus de onderzoekers, die pleiten voor een meer technologieneutrale indeling van brandstoffen.
De resultaten komen uit een nog niet door vakgenoten beoordeelde preprint en berusten op modelberekeningen met bijbehorende aannames over kosten, vraag en beschikbare hulpbronnen. De auteurs wijzen zelf op beperkingen, waaronder de grove ruimtelijke resolutie van het model en de onzekerheid rond de toekomstige brandstofvraag in de luchtvaart.
Bron: Cornell University
Foto: Ross Parmly, Unsplash
