Bio-energie is wereldwijd één van de grootste hernieuwbare energiebronnen en bovendien één van de belangrijkste energiepijlers in de toekomstige energiemix. Grondstoffen uit biomassa kunnen via verschillende chemische, biochemische, mechanische of thermochemische processen worden omgezet in verschillende energievormen, zoals koeling, verwarming, elektriciteitsproductie of de productie van biobrandstoffen.
- De koolstofneutraliteit en veelzijdigheid van bio-energie geven het een belangrijke rol en plaatsen het in het centrum van de energietransitie als een belangrijke bron van hernieuwbare energie
- Het veiligstellen van de aanvoer van duurzame biomassa en de afweging tussen het gebruik van beschikbare bronnen voor voedsel- versus brandstofdoeleinden zijn belangrijke uitdagingen bij de ontwikkeling van bio-energie
- In Nederland is er geen rol weggelegd voor bio-elektriciteit omdat hier de aanvoer van biomassa prioriteit geeft aan chemicaliën en materialen, gevolgd door biobrandstoffen voor transport
Introductie
Bio-energie is één van de grootste hernieuwbare energiebronnen ter wereld en één van de belangrijkste energiebronnen in de toekomstige energiemix. Bio-energie is uniek omdat het alternatieve duurzame brandstoffen biedt die geen grote veranderingen in de bestaande infrastructuur vereisen. Het gebruik van biomassa voor energiedoeleinden bestond al lang voor het tijdperk van de fossiele brandstoffen, maar in traditioneel inefficiënte toepassingen zoals de directe verbranding van hout om vuur te maken of in open fornuizen. Moderne duurzame bio-energie is gebaseerd op het gebruik van verbeterde brandstoffen, zoals pellets, houtsnippers en andere in moderne apparatuur om warmte, elektriciteit of biobrandstoffen te produceren.
Deze analyse richt zich op verschillende bronnen van bio-energie, de rol ervan in de overgang naar een koolstofarme economie, de uitdagingen die gepaard gaan met de ontwikkeling van bio-energie en de huidige situatie op dit gebied in Europa. We eindigen deze analyse met het landschap van bio-energie in Nederland.
Van biomassa naar bio-energie
Bio-energie wordt meestal gewonnen uit biologisch materiaal dat afkomstig is van levende of recentelijk levende organismen, de zogenaamde biomassa. Biomassa levert dus de grondstoffen voor bio-energie. Voor energiedoeleinden wordt meestal plantaardige biomassa gebruikt. Tot de belangrijkste grondstoffen behoren residuen van boskap, residuen van landbouwprocessen (bijvoorbeeld houtafval, wilgenmaïs en maïsstro, kleine dennenbomen, mest, bosresten, suikerrietriet, macroalgen, gebruikte plantaardige oliën), energiegewassen en afval, vooral gemeentelijk vast hernieuwbaar afval.
Grondstoffen uit biomassa kunnen via verschillende chemische (verestering, hydrogenering, stoomreforming en andere), biochemische (fermentatie en anaerobe vergisting), mechanische (extractie, vezelscheiding, persen, opwaardering en andere) of thermochemische (verbranding, vergassing, pyrolyse en hydrothermische opwaardering) processen worden omgezet in verschillende energievormen zoals koeling, verwarming, elektriciteitsproductie of de productie van biobrandstoffen zoals biogas, biojetbrandstoffen en maritieme biobrandstoffen (zie hier voor meer informatie). De onderstaande grafiek vat de kanalen van biogebaseerde grondstoffen naar verschillende producten samen.
Voordelen van bio-energie
Bio-energie heeft veel voordelen. Allereerst is er het hernieuwbare en circulaire karakter van bio-energie, waarbij alle koolstof die vrijkomt al op natuurlijke wijze is vastgelegd tijdens de groei van planten. Bio-energie is dus koolstofneutraal. Bio-energie kan dus fungeren als vervanging voor fossiele brandstoffen en voorkomt dat er koolstofemissies in de atmosfeer terechtkomen. Bovendien is biomassa, in tegenstelling tot fossiele brandstoffen, gelijkmatiger verdeeld over de wereld, waardoor de productie van bio-energie kan worden gespreid over verschillende geografische gebieden, wat de kwetsbaarheid voor schokken in de energievoorziening vermindert. Daarnaast is bio-energie een veelzijdige energiebron die kan worden gebruikt om brandstof, warmte of elektriciteit te produceren. Ook vereist het gebruik van bio-energie geen grote veranderingen in de bestaande infrastructuur. Ten slotte zijn biobrandstoffen voor sommige sectoren met weinig haalbare schone alternatieven, zoals de luchtvaart en de maritieme sector, de belangrijkste alternatieve energiebron tijdens de overgangsperiode. Bovendien kan de ontwikkeling van bio-energie een stimulans zijn voor plattelandsontwikkeling. Door al deze voordelen staat bio-energie centraal in de energietransitie als een belangrijke bron van hernieuwbare energie, zoals we hierna zullen zien.
De rol van bio-energie in de energietransitie
De wereldwijde capaciteit voor bio-elektriciteit is snel gegroeid met een toename van 127% tussen 2010 en 2022. Het grootste deel van deze toename vond plaats in Azië, met name in China. In 2022 had China 34 GW aan geïnstalleerde biokrachtcapaciteit, de grootste ter wereld, gevolgd door 17 GW in Brazilië en 11 GW in de Verenigde Staten. De opwekking van bio-energie in China bedroeg 137 TWh in 2022, met gemeentelijk vast afval en bos- en landbouwbiomassa als belangrijkste grondstof.
Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) zal het traditionele gebruik van bio-energie in het NZE-scenario (Net Zero Emissions) rond 2030 afnemen, terwijl in 2050 meer dan 60% van het aanbod afkomstig zal zijn van duurzame afvalstromen (zie de linker grafiek hieronder). Bovendien zal de wereldwijde elektriciteitsproductie uit bio-energie in het NZE-scenario naar verwachting meer dan vervijfvoudigen, zoals geïllustreerd in de onderstaande grafiek (rechts).
De veelzijdigheid van bio-energie geeft het een belangrijke rol in de energietransitie, omdat het door veel sectoren kan worden gebruikt. Het aandeel biogebaseerde elektriciteit in de mondiale energiemix zal naar verwachting toenemen tot 4,5% (momenteel 2,3%) in het aangekondigde beleidsscenario (APS) van het IEA in 2050. Voor de Europese Unie wordt verwacht dat de capaciteit voor bio-elektriciteit in 2050 met respectievelijk 25% en 175% zal toenemen in de STEPS- en ASP-scenario’s, waardoor het aandeel van bio-elektriciteit in de energiemix in 2050 dicht bij het huidige niveau van ongeveer 6% in deze scenario’s zal blijven. Bovendien is het gebruik van synthetische en biobrandstoffen voor internationale mobiliteit, met name voor de luchtvaart (met behulp van Sustainable Aviation Fuel (SAF)) en de zeevaart (met behulp van biomethanol), onmisbaar om de uitstoot in deze sectoren te verminderen (zie hier voor meer informatie). Ook biogas en biowarmte zijn essentieel voor de transitie van de gebouwde omgeving en sommige industriële processen naar klimaatneutraal. Om verder te lezen over de verschillende soorten bio- en synthetische brandstoffen, zie de eerdere analyse op de site van ABN-AMRO.
De Europese Unie ondersteunt het gebruik van bio-energie voor elektriciteit en verwarming door middel van de herziene richtlijn hernieuwbare energie (RED-II). Dienovereenkomstig is de totale Europese energievoorziening uit moderne bio-energie in 2022 met ongeveer 33% gestegen ten opzichte van 2010.
Duurzaamheidsuitdagingen voor bio-energie
Net als elke andere energiebron zijn er nog een aantal uitdagingen verbonden aan bio-energie. Om te beginnen is het veiligstellen van de aanvoer van duurzame biomassa de belangrijkste bepalende factor voor de ontwikkeling van bio-energie in de toekomst. In Europa verschilt het technisch potentieel van biomassa (d.i. de beschikbare bouwland voor specifieke bio-energiegewassen gedeeld door het totale land) sterk per land, met het hoogste potentieel in Oost-Europese landen, zoals Oekraïne, Slowakije en Polen. Nederland is één van de landen met een laag potentieel, zoals te zien is in onderstaande grafiek (links). De grafiek geeft het technische potentieel binnen Europa weer, maar waar we naar moeten kijken is of dit potentieel technisch en duurzaam ook mogelijk is.
Eén van de grootste uitdagingen voor een duurzame aanvoer van biomassa voor energiedoeleinden is de afweging tussen het gebruik van beschikbare bronnen voor voedsel- versus brandstofdoeleinden, gezien de bestaande capaciteitsgrenzen (landelijk gezien). In dit verband zal de omschakeling van bepaalde voedselgrondstoffen naar de productie van biobrandstoffen een opwaarts effect hebben op de voedselprijzen. Een andere uitdaging is de mogelijkheid van verandering van landgebruik, wat directe en indirecte gevolgen kan hebben, zoals verlies van biodiversiteit, ontbossing en het omzetten van regenwouden voor de productie van biobrandstoffen op basis van voedselgewassen, wat zou leiden tot een hogere totale koolstofuitstoot. Dat wil zeggen dat emissiereducties van de energiesector worden gecompenseerd door lagere natuurlijke absorpties. Bovendien is er een intertemporele kwestie met biopower: het duurt tientallen jaren voordat de CO2 die vrijkomt bij houtverbranding weer uit de lucht is opgenomen. Hierbij moet worden bedacht dat toekomstige regelgeving in de EU zich zal richten op de levenscyclusemissies van CO2eq in plaats van alleen CO2. Daarnaast zal ook rekening worden gehouden met het feit dat stikstof en andere schadelijke stoffen ook vrijkomen bij de verbranding van biomassa.
Om een aantal van deze uitdagingen aan te pakken, heeft de Europese Commissie haar duurzaamheidscriteria uiteengezet in haar RED-II richtlijn, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen criteria voor landgebruik en eindgebruik, zoals geïllustreerd in voorgaande figuur (rechts). Deze criteria vormen een aanvulling op ander relevant beleid, zoals EU-ETS, LULUCF regelgeving, wetgeving voor luchtkwaliteit, gemeenschappelijk landbouwbeleid en Ecodesign regelgeving. Bovendien benadrukt de Europese Commissie in haar meest recente herziene versie van de RED in 2023 de noodzaak om beleid af te stemmen op het principe van cascadegebruik voor bio-energie. Dit principe geeft prioriteit aan het materiële gebruik van biomassa boven het energiegebruik, wat op zijn beurt een eerlijke toegang tot de markt voor biomassagrondstoffen garandeert voor nieuwe innovatieve oplossingen voor een duurzame bio-economie (zie hier voor meer informatie).
Een extra uitdaging voor bio-energie is de correlatie tussen de prijzen van biobrandstoffen en de kosten van grondstoffen, waardoor de kosten van bio-energie van land tot land verschillen. De tabel hieronder toont de Levelized Cost of Energy (LCOE) voor bio-elektriciteit in verschillende regio’s (links). De tabel toont de laagste LCOE in regio’s met een overvloed aan biomassabronnen zoals India en China, terwijl Europa gemiddeld een hogere LCOE heeft in vergelijking met andere G20-landen. Tegelijkertijd zullen, zoals te zien is in de grafiek rechtsonder, de investerings- (linker kolom) en operationele kosten (rechter kolom) van verschillende bio-energietechnologieën in de EU tijdens de overgangsperiode dalen. Het tempo van de daling ten opzichte van hernieuwbare energiebronnen is echter laag, vooral tussen 2040 en 2050.
Het landschap van bio-energie in Nederland
Nederland is een zeer dichtbevolkt land met beperkte bronnen voor biomassa, waardoor het grootste deel van de biomassa afkomstig is van import, residuen en afval. Tot 2012 had bio-elektriciteit het leeuwendeel van de hernieuwbare energie in het land, dat nu wordt gedomineerd door zonne-energie en windenergie op zee. De uitdaging bij het opschalen van bio-energie in het land is de beperkte beschikbaarheid van grondstoffen, waardoor de potentiële capaciteit van elektriciteitscentrales in het land beperkt is. Nederland streeft naar een totaal aandeel hernieuwbare energie van 27% van de finale energievraag in 2030, wat hoger is dan het Europese verplichte aandeel van 14% dat in RED-II staat. Hernieuwbare energiebronnen hebben volgens het CBS een aandeel van 15% van het eindverbruik in 2022. Ongeveer 40% van het aanbod van hernieuwbare energie komt uit biomassa (109 PJ), gevolgd door windenergie (77 PJ) en zonne-energie (63 PJ).
Het Nederlandse landgebruik voor verschillende doeleinden wordt geïllustreerd in de volgende grafiek (links). De grootste bronnen van Nederlandse biopower zijn bijstook, gevolgd door hernieuwbaar huishoudelijk afval (zie volgende grafiek (rechts)). Over het algemeen is er een negatieve houding ten opzichte van de verbranding van biomassa in Nederland, wat tot uiting komt in de vermindering van de financiële steun voor biomassa-energie en -verwarming. Er wordt dan ook geen verdere groei verwacht in de komende jaren, tenzij het beleid verandert. Dit werd weerspiegeld in het klimaatakkoord dat in 2019 werd ondertekend en dat vooral gericht was op het versterken en uitbouwen van de zonne- en windenergiecapaciteit en het uitfaseren van de kolenproductie tegen 2030, wat ook het einde zal betekenen van het gebruik van biomassa in grootschalige elektriciteitscentrales.
Wat de regelgeving betreft, heeft Nederland in 2020 het biomassabeleid aangepast, waarbij het cascadeprincipe voor het gebruik van biomassabronnen centraal staat. Dienovereenkomstig geeft de Nederlandse biomassagroei prioriteit aan het gebruik van biomassa voor chemicaliën en materialen, gevolgd door transportbiobrandstoffen (zware weg-, lucht- en scheepvaart), terwijl wordt aanbevolen het gebruik van biomassa voor verwarming en elektriciteitsopwekking de komende jaren te verminderen. Verder richt de Nederlandse bio-energieaanpak zich op het efficiënt benutten van de waarde van bioresources via bioraffinaderijen.
Auteur: Moutaz Altaghlibi, Econoom Energiemarkten & Energietransitie ABN AMRO.
Dit artikel verscheen 21 mei 2024 op de site van ABN-AMRO.
