Schoon bio-gas is perfect voor trucks

In Nederland rijden momenteel vierhonderd trucks op vloeibaar aardgas (liquid natural gas, LNG) en zeven binnenvaartschepen gebruiken deze relatief schone brandstof. Vergeleken met diesel – en ook biodiesel – produceert een motor op LNG ruim de helft minder stikstofoxiden en 95 procent minder roet en fijnstof. Ook het geluid van een motor op LNG is 75 procent minder. En het milieuplaatje wordt nóg mooier als je aardgas vervangt door biogas als grondstof, waarvan je dan bio-LNG maakt. „Dan wordt ook de CO₂-uitstoot met 95 procent gereduceerd”, zegt Jolon van der Schuit, directeur van het bedrijf Rolande, dat zowel LNG als bio-LNG produceert.

Bio-LNG lijkt daarmee een interessant alternatief voor de transportsector, met name voor het zware vrachtvervoer. Elektrische aandrijving is hier bijvoorbeeld geen optie. Gezien het grote gewicht van truck of schip, en de lange af te leggen afstanden, zou je zoveel batterijen moeten meeslepen dat er weinig ruimte overblijft voor de lading. Maar kan bio-LNG een substantiële bijdrage leveren aan de verduurzaming van het wegtransport?

Vooralsnog zet Rolande maar een betrekkelijk kleine hoeveelheid bio-LNG af. Jaarlijks gaat het, gemeten in gewicht, om zo’n anderhalf miljoen kilo. Dat is net genoeg om het Nederlandse vrachtwagenpark – 100.000 trucks - een uurtje van brandstof te voorzien. De brandstof wordt in dit geval gemaakt van biogas, afkomstig uit de stortplaats van afvalverwerker Attero in Wijster. Die transporteert het naar een plaatselijke, kleinschalige installatie, die Rolande exploiteert. Het biogas ontstaat door spontane vergisting van organisch materiaal en bestaat voor ongeveer 60 procent uit methaan en voor 40 procent uit kooldioxide, en het bevat ook sporen stikstof en waterstofsulfide (rotte eierenlucht).

Omdat afval niet meer gestort mag worden in Nederland is de productie van stortgas een aflopende zaak. Maar biogas kun je ook uit andere bronnen betrekken: via de vergisting van dierlijke mest, zuiveringsslib, GFT, bermgras en het organisch materiaal uit restafval. Dat gebeurt in Nederland in circa 250 vergisters, onder andere in Wijster. Samen produceren ze zo’n 150 miljoen kubieke meter biogas. Dat volume zou tot 2020 verder kunnen oplopen tot 1,2 miljard kubieke meter gas, volgens de Routekaart Hernieuwbaar Gas uit 2014, die is opgesteld door adviesbureau ECN in het kader van een ‘green deal’ tussen overheid en transportsector. En tot 2030 zou het nog eens kunnen verdrievoudigen, door verbetering van het gebruik van bestaande bronnen, maar ook door zeewier te gaan vergisten. Wordt dat verwachte volume omgezet in bio-LNG dan zou dat voldoende zijn voor de helft tot tweederde van de Nederlandse vrachtwagenkilometers.

Vuil biogas

Voor het omzetten van ‘vuil’ biogas in nagenoeg zuiver (99 procent) en vloeibaar methaan van -162 graden Celsius zijn verschillende technieken beschikbaar die met elkaar gemeen hebben dat ze hoge drukken en lage temperaturen gebruiken om gassen van elkaar te scheiden en vloeibaar te maken. De installatie op de stortplaats in Wijster is ontwikkeld door Gastreatment Services en maakt gebruik van stapsgewijze koeling, vertelt directeur Mathieu de Bas. Eerst worden water en waterstofsulfide verwijderd. Via een warmtewisselaar – of beter koudewisselaar – wordt de gasstroom gekoeld. De koude wordt geleverd door een gesloten koelsysteem waarin – net als in de koelkast thuis - een koelmiddel afwisselend verdampt en condenseert. Bij -55 graden en een druk van 26 bar wordt kooldioxide vloeibaar en bezinkt het. Het overgebleven methaangas wordt verder gekoeld tot -140 graden Celsius. Als de druk vervolgens wordt verlaagd van 26 naar 3 bar zorgt de snelle uitzetting van het gas voor een sterke afkoeling. Het fenomeen afkoeling door uitzetten (adiabatische expansie) ontstaat doordat het volume van het gas minder snel toeneemt dan de druk afneemt. Volgens de algemene gaswet (druk maal volume gedeeld door temperatuur is constant) neemt dan de temperatuur af. Dat geeft het laatste zetje om het methaan, bij -162 graden Celsius, vloeibaar te maken.

Een andere techniek voor het maken van bio-LNG gebruikt een membraan, een moleculaire zeef, om de bestanddelen van het vuile gas van elkaar te scheiden. In Lelystad staat een experimentele installatie van Osomo Projects uit Heteren die hiervoor biogas uit een vergister gebruikt. De resterende gasstroom bestaat, volgens Jerom van Roosmalen van Osomo, voor het overgrote deel uit methaan, dat via een koelsysteem onder relatief hoge druk en temperatuur vloeibaar wordt gemaakt. Dan bevat het nog wel onzuiverheden zoals sporen waterstofsulfide en kooldioxide. Om die te verwijderen wordt het vloeibare methaan via een nauwe opening - een smoorventiel ofwel Joule-Thomsonklep - naar een speciaal expansievat geleid. Door snelle uitzetting wordt een deel van het vloeibare methaan omgezet in gas – flash gas – terwijl tegelijkertijd de ongerechtigheden uitvriezen. De snelle uitzetting van het flash gas zorgt voor verdere afkoeling van het bio-LNG, zodat het ook bij atmosferische druk vloeibaar is. Het koude flash gas wordt vervolgens gebruikt aan het begin van de cyclus om het vuile biogas door het membraan te drukken.

Centrifugetechniek

Ruw aardgas uit de ondergrond bevat soms tot wel 70 procent kooldioxide, dat meestal ter plekke wordt afgescheiden en teruggepompt in het gasveld. Bert Brouwers, emeritus hoogleraar aan de TU Eindhoven, ontwikkelde een centrifugetechniek om methaan en kooldioxide op de boorlocatie efficiënt van elkaar te scheiden. Diezelfde techniek zou volgens hem ook geschikt zijn om van biogas schone bio-LNG te maken.

Het komt erop neer dat het gasmengsel snel wordt afgekoeld door het te laten expanderen via de al eerder genoemde Joule-Thomsonklep. Rond de – 55 graden Celsius wordt kooldioxide vloeibaar en verdeelt zich als een fijne mist in de gasstroom. Vervolgens worden het methaangas en de druppeltjes kooldioxide van elkaar gescheiden in een snel draaiende cilinder. De centrifugale kracht duwt de mistdruppeltjes tegen de wand waar ze een vloeistoffilm vormen die in grote druppels de cilinder uit stroomt. Het dan vrijwel pure methaangas wordt verder afgekoeld tot vloeibaar door het nog een keer snel te laten uitzetten via een Joule-Thomsonklep.

In China is er veel belangstelling voor zijn scheidingstechniek, zegt Brouwers. Hij heeft net een installatie verkocht die over twee maanden geleverd moet worden. Niet voor de productie van bio-LNG, maar voor het scheiden van ammoniak – grondstof voor kunstmest - en het bijproduct methanol. Hij is onder de indruk van de snelheid waarmee Chinezen nieuwe technologie omarmen. „Als we niet oppassen kunnen we over een paar jaar kant-en-klare installaties kopen voor de productie van bio-LNG op basis van technologie die hier ontwikkeld is.”

Subsidieregelingen

Brouwers raakt hiermee een gevoelig punt. Van al het biogas dat in Nederland wordt geproduceerd, wordt nog maar een klein deel omgezet in bio-LNG. Volgens Van der Schuit van Rolande komt dat vooral door de subsidieregeling voor duurzame energie. Als je biogas uit de vergister gebruikt voor het produceren van elektriciteit en warmte kan de subsidie (Stimulering Duurzame Energie, ofwel SDE+) oplopen tot boven 60 cent per kubieke meter – ruim boven de prijs die je als consument betaalt. En die prijsgarantie geldt voor twaalf tot achttien jaar.

Zet je dat biogas om in bio-LNG dan geldt de Europese regeling voor transportbrandstoffen. Bio-LNG kan dan alleen als hernieuwbare brandstofeenheid (HBE) worden verkocht. De prijs daarvan wordt op de markt bepaald en fluctueert nogal. Met andere woorden: de subsidieregeling zorgt ervoor dat het meeste biogas wordt omgezet in elektriciteit en warmte en niet in bio-LNG. „Daarom gebruiken we alleen stortgas”, zegt Van der Schuit. „Daar zit vrijwel geen subsidie op. Voor alle andere soorten biogas moet ik opbieden tegen de subsidie en dat kan ik niet betalen als ik een betaalbare brandstof op de markt wil zetten.”

Om de ontwikkeling van bio-LNG te stimuleren zou de overheid de accijns op bio-LNG (22 cent) kunnen afschaffen, suggereert Van der Schuit. Daarmee zou het prijsverschil met fossiele LNG (nu 1.10 euro aan de pomp) kleiner worden en dat zou zowel de producenten van biogas als de transporteurs over de streep kunnen trekken. Van der Schuit: „Bio-LNG blijft dan nog wel duurder dan fossiel LNG, maar een aantal verladers is best bereid om dat extra te betalen.”