Eeuwige olie

Duurzaamheid en Chemie. Een bundel essays geschreven in opdracht van het interdepartementaal onderzoeksprogramma Duurzame Technologische Ontwikkeling. Meinema Drukkerij Delft. ISBN 90 5697 003 8.

DE AARDOLIE- en aardgasvelden zullen eind volgende eeuw uitgeput zijn. De steenkoolvoorraden zijn voldoende voor wat langere termijn, maar niet onuitputtelijk. Of tegen die tijd alternatieven als wind- en zonne-energie voldoende ontwikkeld zijn om bovengenoemde energieleveraars geheel te vervangen, is de vraag. En hoe zit het met alle producten die door de petrochemische industrie uit aardolie worden vervaardigd?

Een rampzalig scenario voor de toekomst is met deze gegevens niet moeilijk te bedenken. Voor alle doemdenkers is echter een opbeurend boekje op de markt gekomen, dat zelfs de meest pessimistische boerenzoon kan opkikkeren. Want de landbouw heeft de toekomst en is in staat de rol van de aardolie als grondstoffenleverancier over te nemen, zo is te lezen in het eerste van vijf essays in Duurzaamheid en Chemie. De essays zijn geschreven in opdracht van het interdeparte mentaal onderzoeksprogramma Duurzame Technologische Ontwikkeling (DTO). In de overige vier essays wordt beschreven hoe in de toekomst milieuvriendelijker en efficiënter producten kunnen worden gemaakt, hoe met lichte materialen dragende constructies kunnen worden gebouwd, hoe textiel zonder kleurstoffen kan worden gekleurd en welke rol brakke grond kan spelen bij het verkrijgen van landbouwproducten.

In het mooiste en meest hoopgevende essay 'Vernieuwbare grondstoffen voor de chemische industrie' laten dr.ir. C. Okkerse en prof.dr.ir. H. van Bekkum zien dat de nieuwe èn vernieuwbare grondstoffen niet langer onder de grond moeten worden gezocht, zoals de fossiele, maar erboven. De auteurs, respectievelijk voorzitter van de Koolhydraatstichting en hoogleraar in de organische chemie aan de Technische Universiteit Delft, tonen aan hoe de chemie in staat is of zal zijn om uitgaande van biomassa - alles wat groeit dank zij zonlicht, bodem, water, zaden en meststoffen - alle producten te leveren, die nu goeddeels worden verkregen uit aardolie.

De auteurs berekenden allereerst dat in 2040 voldoende biomassa geoogst en bewerkt kan worden om naast zijn functie als voedsel te voldoen aan de geschatte behoefte van één miljard ton organisch-chemische producten. Er is dan nog voldoende biomassa over om een bijdrage van meer dan 20 procent aan de energieproductie te leveren, bijvoorbeeld als motorbrandstof na omzetting in ethanol, zoals in Brazilië gebeurt uitgaande van suikerriet, of in methaangas. Voor de rest van de dan nodige energie hebben de auteurs het meeste vertrouwen in zonnecellen, zonnecollectoren en fotovoltaïsche cellen.

Een voordeel van biomassa als grondstof zou zijn dat het koolstofdioxide-gehalte in de lucht, dat een van de oorzaken is van het broeikaseffect op aarde, niet toeneemt. Want het koolstofdioxide wordt door de volgende generatie planten en bomen weer opgenomen. De auteurs voegen er de cryptische woorden 'onder bepaalde omstandigheden' aan toe, zonder uit te leggen welke die omstandigheden moeten zijn.

De chemie hoeft overigens lang niet voor elk product te worden ingeschakeld. Want als leverancier heeft de natuur van zichzelf altijd al veel te bieden gehad, met name aan koolhydraten, zoals zetmeel, cellulose, inuline en sucrose. En een aantal natuurproducten is zelfs met de opkomst van de kunststoffen uit de petrochemische industrie niet uit het veld geslagen. De (cellulose-)vezel katoen van de gelijknamige plant is het treffendste voorbeeld. De jaarproductie ervan is wereldwijd zo'n twintig miljoen ton, evenveel als alle synthetische vezels bij elkaar. Naast de genoemde koolhydraten levert de natuur andere, vrijwel kant en klare producten, zoals rubber, gelatine, reuk- en smaakstoffen en diverse geneesmiddelen. Maar als de chemie zich met de biomassa gaat bemoeien, is nog veel meer mogelijk. Alle heden ten dage gebruikte voorwerpen, van frietbakje tot wasmiddel, kunnen volgens Okkerse en Van Bekkum in principe uit natuurlijke grondstoffen worden vervaardigd.

Om tot de gewenste producten of tot energiewinning te komen moet de biomassa bewerkt worden. Het bekendst is wellicht de gisting ervan tot de alcohol ethanol. Brazilië is de grootste producent van bio-ethanol met 12 miljard liter, wat wordt gehaald uit suikerriet en voornamelijk wordt gebruikt als motorbrandstof. Ethanol is evenwel ook uitgangspunt voor de bereiding van veel chemicaliën. Andere methoden om biomassa te gebruiken zijn verbranding en omzetting in gas of olie. Via verbranding en vergassing kunnen warmte en elektriciteit worden opgewekt. Vergassing van biomassa met lucht bij 850 graden celsius levert een hoogcalorisch gasmengsel (6 megajoule per kubieke meter), waaruit naast warmte en elektriciteit methanol kan worden gehaald. Met deze alcohol heeft de chemicus een groot scala aan mogelijkheden.

Een veelbelovend proces, waarbij uit biomassa olie wordt gefabriceerd, komt op naam van Shell. In zijn Amsterdamse lab heeft men tien jaar gewerkt aan het zogenoemde HTU (Hydro Thermal Upgrading) proces. Hierbij wordt de biomassa in twee stappen omgezet in 'biocrude', een olie die kan worden opgewerkt tot een hoogwaardige nafta of dieselolie met een laag gehalte aan stikstof en zwavel. De olie-opbrengst ligt in de orde van 40 procent van de biomassa voeding. Als voeding zijn hout, plantaardige landbouwafvallen, huishoudelijk GFT-afval en rioolslib succesvol beproefd. Shell heeft berekend dat, uitgaande van hout, de bio-aardolie 40 dollar per barrel zal kosten. Uitgaande van kosteloze voeding (afval) kan die prijs zelfs dalen tot 20 dollar. Het HTU-proces is vooralsnog de goedkoopste route naar bio-brandstoffen. Het eerder genoemde bio-ethanol kost met de huidige gisttechnieken meer dan 100 dollar per barrel (maar zal naar verwachting al in 2010 concurrerend worden met benzine), bio-methanol uit vergassing van biomassa kost nu 65 dollar en bio-diesel uit raapolie ongeveer 90 dollar.

Andere stoffen als plastics lijken op het eerste gezicht moeilijker uit biomassa te halen, maar volgens Okkerse en Van Bekkum zijn ze binnen bereik. Als 'vingeroefening' werkten zij uit, hoe op groene basis de tien belangrijkste chemicaliën, waaronder (poly)etheen, (poly)propeen en polyvinylchloride, gemaakt zouden kunnen worden. Voordat alle bio-producten hun petro-broertjes zullen kunnen beconcurreren, moet er nog veel worden gedaan. Niet alleen aan rendementsverbetering van bovengenoemde en nieuw te ontwikkelen chemische processen, maar ook aan verbetering van gewassen, beschikbaarheid van voldoende bruikbaar water en aan optimalisering van bodemgebruik. De auteurs beschrijven overtuigend dat de bioproducten haalbaar zijn. Een voorbeeld is een onlangs in India opgestarte fabriek om polytheen te maken uit bioethanol, dat op zijn beurt verkregen wordt door vergisting van koolhydraatafval.