De Duitse start-up Susteen Technologies GmbH komt naar Nederland met zijn thermokatalytische reforming proces (TCR®), een veredelde pyrolysetechnologie. Met relatief kleine installaties kunnen klanten straks op decentrale locaties diverse soorten biomassa omzetten in synthesegas, houtskool en olie van dieselkwaliteit, die ze vervolgens als brandstof of grondstof voor wat anders kunnen inzetten. Langs deze weg is het mogelijk meer dan zeventig procent van de energie uit biomassa te benutten. ‘Het mooie van deze TCR®-technologie is, dat je er allerlei reststromen mee kunt verwerken tot verschillende producten naar keuze. ‘Multi-input en multi-output’, daar komt het kort gezegd op neer,’ zegt Hennie Zirkzee, technisch directeur van Susteen Technologies.
Snelle en langzame pyrolyse
Pyrolyse is op zichzelf niet nieuw. In Nederland en elders staan al installaties waarin snelle pyrolyse-processen (fast pyrolysis) plaatsvinden. Hierbij wordt de biomassa in een reactor omgezet bij temperaturen van 500 graden Celsius of hoger, onder uitsluiting van zuurstof. Dan gaat de biomassa binnen enkele seconden over in een gas, dat bij afkoeling deels condenseert tot olie. Deze olie bevat vrij veel organische zuren, en nog zo’n tien procent water, en kan alleen gebruikt worden in installaties met dure materialen die zuurbestendig zijn. De verbrandingswaarde van de olie is ruwweg de helft van die van diesel. Zirkzee: ‘Je kunt de bio-olie van snelle pyrolyse opwaarderen door deze katalytisch na te behandelen. Daar wordt wereldwijd onderzoek aan gedaan. Nadeel is dat de operationele kosten oplopen.’
Naast snelle pyrolyse bestaat er ook langzame pyrolyse (slow pyrolysis). De Duitse firma Pyreg levert installaties, die biomassa grotendeels omzetten in ‘plantenkool’. De gemiddelde verblijftijd van de biomassa in de reactor varieert van enkele minuten tot enkele uren. Dit levert kool op die geschikt is als bodemverbeteraar, als filtermateriaal vergelijkbaar met actieve kool en als brandstof om warmte en elektriciteit mee op te wekken.
Thermokatalytische reforming
De nieuwste vorm van pyrolyse is thermokatalytische reforming, ontwikkeld door professor Andreas Hornung, directeur van Fraunhofer Umsicht. In 2014 heeft Fraunhofer Umsicht de spin-off Susteen Technologies opricht om deze technologie in de markt te zetten. Het jonge bedrijf krijgt begeleiding van Fraunhofer Ventures, dat in totaal ongeveer 200 spin-offs onder zijn hoede heeft. Het bedrijfje telt slechts vier mensen, maar kan bij de verdere ontwikkeling en opschaling rekenen op ondersteuning van Fraunhofer Umsicht in Sulzbach-Rosenberg.
Voorgedroogde en gecompacteerde biomassa met 70 à 90 procent aan droge stof gaat de TCR®-reactor in; bij temperaturen van 400 tot 500 graden Celsius onder uitsluiting van zuurstof wordt de biomassa omgezet in katalytisch actieve biokool (biochar) en vluchtige organische bestanddelen, waaronder veel zuren. Vervolgens gaan kool en de gevormde gassen het tweede gedeelte van de TCR®-reactor in, de zogeheten post reformer. Bij temperaturen van 600 tot 750 graden laat men de gassen door het bed van katalystisch actieve kool stromen, waarbij deze gekraakt worden tot verbindingen met kortere ketens. Door de reactie van koolstof met waterdamp vormt zich extra synthesegas, dat dankzij de hoge temperatuur voor ongeveer de helft uit waterstof bestaat. Deze waterstof reduceert de zuurstofhoudende organische verbindingen, zodat olieproducten overblijven met een resterend zuurstofgehalte van 7 à 9 procent, die daardoor een relatief hoge verbrandingswarmte hebben. Ook zorgt de waterstof ervoor dat zure componenten verdwijnen. Bij afkoeling van de gassen uit de TCR®-reactor condenseren water en olie.
Olie voldoet aan de norm
Oliën uit thermokatalytische reforming zijn destilleerbaar en leveren daarbij fracties op die geschikt zijn voor verbrandingsmotoren, ketelinstallaties en energiecentrales. Duitse automobielfabrikanten onderzoeken momenteel in hoeverre deze oliefracties perspectief bieden als biobrandstof voor grootschalig verbruik. Daarnaast levert dit proces synthesegas op, dat behalve waterstof, koolmonoxide en kooldioxide ook methaan en andere alkaanverbindingen bevat. Het is mogelijk de procesparameters zo te kiezen dat het synthesegas voor meer dan de helft uit waterstof bestaat. Dit gas is vrij van teer, stof en aerosolen en gaat voor een deel naar de branders die de TCR®-reactor verhitten. Ten slotte levert het proces ook biokool op, dat vrijwel geen organische componenten meer bevat en qua porositeit te vergelijken is met actieve kool. Bij een bepaalde voeding van de TCR® kan de verbrandingswarmte van deze biokool vergelijkbaar zijn met die van antraciet kolen. Volgens Zirkzee is een grote Duitse partij in deze “bio-antraciet” geïnteresseerd.
Zirkzee: ‘Susteen werkt aan het ontwikkelen en commercialiseren van TCR®-systemen van verschillende capaciteiten. De TCR 30 is een kleine installatie voor het verwerken van maximaal 30 kilogram biomassa per uur. Zo’n kleine installatie is bijvoorbeeld geschikt voor boeren die groene stroom willen opwekken. Je kunt er allerlei energiehoudende reststromen mee verwerken. Inmiddels heeft zo’n TCR 30 al twee jaar zonder problemen 3000 uur gedraaid.’ Daarnaast is er de TCR 300, geschikt voor 300 kilogram voeding per uur. Het ontwerp en de engineering van deze installatie, die in een container op een skid zal passen, zijn klaar. Deze wordt nu gebouwd. Eind 2016 zal de eerste installatie ergens in Duitsland rioolslib gaan verwerken. Ten slotte is Susteen van plan 2018 een TCR 3000 op de markt te brengen, die 3000 kg biomassa per uur kan verwerken. Bij biomassa valt te denken aan agrarische reststromen, huishoudelijk afval, papierresten, dierlijke mest, digestaat van vergisters, dierlijke oliën en vetten en plastic afval. Er zijn inmiddels 80 soorten voedingsstromen met goed gevolg getest. Een TCR® bespaart niet alleen de gate fee voor afval, maar levert ook gas, olie en biokool op, waarmee bedrijven grotendeels in hun eigen energiebehoefte kunnen voorzien.
Vaak wordt gesteld dat het zonde is om biomassa alleen voor het opwekken van energie te gebruiken. Dat het beter is om eerst met cascaderen de meest waardevolle componenten uit biomassa te halen. Gebeurt dat in voldoende mate bij thermokatalytische reforming? Zirkzee: ‘Ja, wij halen er waardevolle componenten uit, die vervolgens weer voor verschillende doeleinden kunnen worden ingezet, waaronder ook de productie van chemicaliën. Het gaat erom dat je uit biomassa zoveel mogelijk waarde haalt.’
Dit is een verkorte versie van een artikel dat verscheen in Solids Processing, 2016-2.