Vergassing van biomassa tot waterstof en bio-SNG: processtappen, uitdagingen en reële TRL

Vergassing van biomassa is de thermochemische omzetting van organisch materiaal (hout, stro, bos- en landbouwresiduen) in synthesegas bij beperkte toevoer van oxidatiemiddel, bij een temperatuur van doorgaans 700 tot ruim 1000°C. Synthesegas bestaat voornamelijk uit CO, H₂, CO₂ en CH₄ en kan worden gebruikt voor de productie van waterstof (na CO-conversie en zuivering), synthetisch methaan (bio-SNG), vloeibare brandstoffen of energie. De technologie is al tientallen jaren bekend, maar de toepassing ervan voor waterstof uit biomassa heeft een demonstratiekarakter: de belangrijkste barrières zijn teer, as, schaal, kosten en betrouwbaarheid.

Processtappen

1. Voorbereiding van de biomassa: drogen, verkleinen, briketteren of pelletiseren. Het vochtgehalte beïnvloedt het rendement.
2. Vergassing: in een reactor met vast bed, wervelbed of meegevoerde stroom; het vergassingsmiddel is lucht, zuurstof, waterdamp of mengsels daarvan.
3. Gasreiniging: verwijdering van teer, stof, alkaliën, zwavel- en chloorverbindingen, ammoniak.
4. CO-conversie: CO + H₂O → CO₂ + H₂ verhoogt het aandeel waterstof.
5. Waterstofafscheiding: PSA of membranen, verwijdering van CO₂.
6. Alternatief – methanisering van CO en H₂ tot CH₄ (bio-SNG), oftewel synthetisch biomethaan.

Typen reactoren

Waterdampvergassing in tweetrapssystemen (bijv. gescheiden verbranding en vergassing) levert een gas met een hoger waterstofaandeel en zonder verdunning met stikstof.

Waterstofopbrengst

De theoretische waterstofopbrengst uit biomassa hangt af van de elementaire samenstelling en het omzettingsrendement. In de literatuur worden waarden in de orde van enkele tientallen tot ruim honderd gram H₂ per kilogram droge stof genoemd; in het onderstaande voorbeeld nemen wij 100 g H₂/kg droge stof aan als illustratieve veronderstelling. Uit 1 ton droge biomassa levert dit 100 kg H₂, en de energie van de waterstof (LHV 33,3 kWh/kg) bedraagt ca. 3,3 MWh, terwijl biomassa met een calorische waarde van 4,8 MWh/t droge stof 4,8 MWh bevat – een energetisch rendement van ca. 69% (onder ideale omstandigheden; in de praktijk lager na aftrek van het eigen energieverbruik). Voor een installatie van 100 t droge stof per etmaal is de productie ca. 10 t H₂ per dag. De cijfers zijn veronderstellingen.

Teer en reiniging

Teer (complexe aromatische koolwaterstoffen) condenseert bij lagere temperaturen en verstopt leidingen, warmtewisselaars en motoren. De verwijdering ervan gebeurt door thermisch of katalytisch kraken, oliewassers of filters. Dit is een van de duurste en moeilijkste onderdelen van het systeem. Daarnaast corroderen alkaliën en chloor, en vergiftigt zwavel de katalysatoren in de volgende stappen.

Voorbeeld uit de praktijk: GoBiGas

In Göteborg (Zweden) was de demonstratie-installatie GoBiGas in bedrijf, die bio-SNG produceerde uit bosresiduen met een vermogen in de orde van 20 MW in gas. De eerste fase werkte in de jaren 2014–2018, waarna het project werd stopgezet, vooral om economische redenen (lage gasprijs, hoge kosten en het ontbreken van steunmechanismen op commerciële schaal). Het voorbeeld toont aan dat technisch mogelijke productie uit biomassa niet voldoende hoeft te zijn om rendabiliteit te bereiken.

Waterstof uit vergassing en RED

Waterstof uit biomassa valt onder de regels voor brandstoffen uit biomassa, waaronder de duurzaamheidscriteria (grondstoffen, reductie van broeikasgasemissies). Als de biomassa residuen betreft, kan de CO₂-voetafdruk laag zijn, en bij afvang en opslag van CO₂ (BECCS) – negatief. Daarom wordt vergassing overwogen als technologie voor het verwijderen van CO₂, maar de kosten en regelgeving vereisen verder werk.

Technologische rijpheid

Vergassing voor de productie van elektriciteit en warmte is op vele schalen toegepast (warmtekrachtkoppeling). Vergassing voor brandstoffen (waterstof, SNG, vloeibare brandstoffen) bevindt zich op het niveau van demonstraties en eerste installaties, en de commerciële toepassing ervan hangt af van brandstofprijzen, steunbeleid en beschikbaarheid van biomassa. Waterstof uit biomassa op industriële schaal blijft een project voor de lange termijn.

Biomassa en concurrerende toepassingen

Landbouw- en bosresiduen hebben vele toepassingen: bemesting van de bodem, veevoer, energiesector, methaangisting. Bij het overwegen van vergassing moet de beschikbaarheid van grondstof binnen aanrijafstand en de concurrentie met andere gebruikers worden beoordeeld. Ook stro in Polen is een beperkte hulpbron vanwege het behoud van organische stof in de bodem.

Samenvatting

Vergassing van biomassa is een potentiële route naar waterstof en bio-SNG, maar is vandaag een demonstratietechnologie die afhankelijk is van steun en schaal. In vergelijking met methaangisting stelt zij hogere eisen aan gasreiniging en kent zij een groter technisch risico.