Biomassa

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Biomassa Energiecentrale Sittard staat in brand (2007)

Biomassa is in de biologie de totale massa van organismen in ecosystemen, zowel het bovengronds als het ondergronds vers- of drooggewicht. De term biomassa wordt ook gebruikt, als pars pro toto, om daarmee producten aan te duiden, die bruikbaar zijn ten behoeve van energieopwekking en/of als biobrandstof en die gewonnen zijn uit plantaardige grondstoffen en dierlijk (rest)materiaal.

De biomassa wordt over het algemeen door middel van fotosynthese opgebouwd door de producenten. Deze primaire productie is de drijvende kracht achter de koolstofkringloop in de levensgemeenschappen en varieert sterk in de verschillende biomen. Bij levensgemeenschappen op het land gaat het dan voornamelijk om planten, in de oceanen om algen. Onder de biomassa van een levensgemeenschap valt zowel de fytomassa (plantaardig materiaal) als de zoömassa (dierlijk materiaal). De zoömassa is slechts een fractie van de totale biomassa. De consumenten in de levensgemeenschappen bestaan grotendeels uit dieren. De biomassa is relatief het kleinst in arctische gebieden (door de lage temperaturen) en in woestijnen (door de lage neerslaghoeveelheden) en het grootst in de tropen. Naarmate het milieu minder verstoord is en het klimaat minder extreem is, is de biomassa van de ecosystemen groter.

Onder de biomassa ten behoeve van energieopwekking valt een deel van de totale biomassa, zoals suikerriet, mais, koolzaadolie, palmolie en dierlijke vetten. In de 'Europese richtlijn betreffende de bevordering van elektriciteitsopwekking uit hernieuwbare energiebronnen op de interne elektriciteitsmarkt' (Richtlijn 2001/77/EG) wordt de volgende definitie voor biomassa gehanteerd:

"De biologisch afbreekbare fractie van producten, afvalstoffen en residuen van de landbouw (met inbegrip van plantaardige en dierlijke stoffen), de bosbouw en aanverwante bedrijfstakken, alsmede de biologisch afbreekbare fractie van industrieel en huishoudelijk afval."

Ecosystemen[bewerken]

De biomassa in een levensgemeenschap van de een oecosysteem is het totale drooggewicht van de planten (fytomassa) en dieren (zoömassa).[1][2]:p. 150-155. Die primäre Produktion. De biomassa wordt geproduceerd door de producenten, op het land voornamelijk bestaande uit planten, in het water door algen. De primaire productie is de snelheid van de vorming van fytomassa door de producenten. De biomassa kan worden uitgedrukt in t, Gt of in t/ha, de primaire productie in t/jaar of in t/ha/jaar. Ook kan de primaire productie vergeleken worden met de fytomassa (bijvoorbeeld % per jaar).

Primaire productie is de massa die in een bepaalde tijd in een ecosysteem door middel van fotosynthese geproduceerd wordt door producenten, met name planten, algen en bacteriën. Ook chemosynthese draagt bij aan de primaire productie. Een deel van de bij de chemo- en fotosynthese gevormde assimilaten worden weer door de producenten gebruikt voor de ademhaling door de niet groene delen van de plant.

primaire productie = netto assimilatie - verlies door ademhaling van de planten

Om de primaire productie op het land te bepalen wordt op een representatieve, niet te kleine oppervlakte van de levensgemeenschap de jaarlijkse boven- en ondergrondse toename bepaald, inclusief het jaarlijkse geproduceerde afval, zoals strooisel en afstervende wortels. In oliehoudende en eiwithoudende weefsels wordt relatief hoog aandeel van de energie van de plant opgeslagen. Een belangrijk deel van de primaire productie bij climaxvegetaties wordt weer gemineraliseerd, zodat de totale fytomassa in een levensgemeenschap ongeveer gelijk blijft. Een toename van de fytomassa treedt meestal op in de vroege stadia van successie, totdat er met de climaxvegetatie een min of meer stabiele situatie is bereikt.

De hoogte van de primaire productie van stabiele plantengemeenschappen hangt af van het klimaat. De groeivormen van de dominante soorten is daarbij doorslaggevend. Bij de kruidachtige vegetaties van de steppen wordt jaarlijks een belangrijk deel van de primaire productie als strooisel afgeworpen, maar bij houtige planten wordt juist een belangrijk deel van de primaire productie in de vorm van hout opgenomen in de totale fytomassa.

Biomassa en primaire productie
Klimaatzone subzone Oppervlak
106 km2
Fytomassa Primaire productie/jaar %/jaar =
Prim.prod./
Fytomassa
Zoömassa
Gt
totaal
Gt[3]
gem.
t/ha[4]
totaal
Gt
gemiddeld
t/ha
polair 8,05 13,8 17,1 1,33 1,60 9,6%
boreaal 23,2 439 189 15,2 6,5 3,4%
gematigd humide 7,39 254 342 9,34 12,6 3,7%
semiaride 8,10 16,8 20,8 6,64 8,2 39%
aride 7,04 8,24 11,7 1,99 2,80 24%
subtropisch humide 6,24 228 366 15,9 25,5 7,0%
semiaride 8,29 81,9 98,7 11,5 13,8 14%
aride 9,73 13,6 13,9 7,14 7,3 53%
tropisch humide 26,5 1166 440 77,3 29,2 6,6%
semiaride 16,0 172 107 22,6 14,1 13%
aride 12,8 9,01 7,00 2,62 2,0 29%
land landmassa 133 2400 180 172 12,8 7,2% 20
meren en rivieren 2,00 0,04 0,2 1,0 5,0 2.500%
oceanen 361 0,17 0,05 60 1,7 35.000% 3,0
Biosfeer 510 2400 47 233 4,6 9,7% 23

Bossen vormen de zonale vegetatie ("climaxvegetatie") in de humide subzones en in de boreale zone. Door de aanwezigheid van bomen wordt de naar verhouding hoge waarden voor de fytomassa verklaard, die daarbij door de gunstigere temperaturen van de boreale zone (ongeveer 190 t/ha) naar de tropische zone (440 t/ha) toeneemt.

De primaire productie in de humide en semiaride subzones is in dezelfde orde van grootte, waarbij deze naar de tropen toeneemt met eerst een verdubbeling van de gematigde zone naar de subtropen, maar een relatief kleiner verschil tussen subtropen en tropen. In de aride gebieden van de tropen is de productie het laagste door een combinatie van droogte en hoge temperaturen.

De jaarlijkse primaire productie op het land (172 Gt) is ongeveer 7% van de totale fytomassa (2400 Gt), de producenten). In oceanen is deze echter 350 maal hoger dan de totale fytomassa. De fytomassa in oceanen bestaat voornamelijk uit planktonische algen, die zich voortdurend delen en daardoor een zeer hoge productie hebben in vergelijking met een lage fytomassa. Ook in meren en rivieren is de relatieve jaarlijkse primaire productie veel groter dan op het land; daar is ze 25 maal groter dan de fytomassa.

De totale potentiële primaire productie van de biosfeer wordt geschat op 233 Gt. De hoogste van de productie hangt af van de milieufactoren. De voor de plantengroei en de primaire productie bepalende abiotische factoren worden gezamenlijk standplaats of oecotoop genoemd. Bij de meetbare primaire standplaatsfactoren denkt men aan temperatuur, water, licht, chemische en mechanische factoren. De samengestelde (complexe) factorgroepen zijn klimaat, bodem, reliëf en biotische factoren, die uiteengerafeld kunnen worden in de primaire factoren. De organismen hebben weer invloed op de primaire factoren.

Over grotere gebieden gerekend is de fytomassa in climax-gemeenschappen betrekkelijk constant, omdat de primaire productie gewoonlijk volledig wordt gemineraliseerd door de reducenten (of destruenten). Een toename van de fytomassa kan optreden in verschillende stadia van successie. Bij de door de mens gebruikte levensgemeenschappen wordt een deel aan de primaire productie onttrokken.

Op het land vormt de zoömassa (consumenten) ongeveer 1% van de fytomassa, waar in oceanen de zoömassa 15 tot 20 maal groter is dan de fytomassa. De zoömassa bestaat in oceanen voor een belangrijk deel uit grote dieren, met daaronder de walvissen.

In de humide subzones wordt de hoge fytomassa (op het land) verklaard door de aanwezigheid van bomen. Omdat de fytomassa afhankelijk is van de overheersende levensvorm, is er geen directe relatie tussen de primaire productie en de fytomassa van de diverse vegetatiezones, omdat de fytomassa afhangt van de levensvorm van de dominante soorten. Bij kruidachtige soorten, de dominante levensvorm van de steppen, wordt vrijwel de gehele primaire productie afgestoten in de vorm van strooisel die langzaam weer verteert. Bij houtige planten, zoals struiken en vooral bomen, wordt het grootste deel van de primaire productie als hout opgeslagen in de stammen. Na het afsterven wordt de boomstam weer opgenomen in de fytomassa. Hoe groter het aandeel bomen in een gemeenschap, hoe groter dan ook de fytomassa is.

Gebruik van biomassa[bewerken]

Energieopwekking[bewerken]

Biomassa is vooral een begrip geworden omdat er op hernieuwbare basis elektriciteit mee kan worden opgewekt.

Verbranden voor warmte[bewerken]

Dood plantenmateriaal kan als biomassa verbrand worden.

Biomassa in de vorm van brandhout wordt over de hele wereld en vooral in ontwikkelingslanden gebruikt om vuur te maken waarop bijvoorbeeld gekookt kan worden. In sommige landen, zoals de landen van de Sahel is dit een probleem omdat het kappen van hout leidt tot verwoestijning.

In Nederland wordt het op kleine schaal toegepast in de opwekking van groene stroom. In Cuijk staat een kleine centrale waar houtsnippers verbrand worden.

Ook wordt in afvalverbrandingsinstallaties niet gescheiden ingezameld papier verbrand. gft-afval, dat als een vorm van natte biomassa beschouwd mag worden heeft bij verbranding een slecht energierendement.

Brandstof in elektriciteitscentrales[bewerken]

Verschillende Nederlandse elektriciteitscentrales voegen een deel biomassa toe in hun brandstof (meestal kolen). Daardoor mogen ze een deel van hun stroom als groene stroom verkopen. Dit bijmengen staat ter discussie, omdat de centrales de biomassa invoeren vanuit tropische landen. Daar wordt de lokale ecologie ontwricht door de productie van deze biomassa. Zo worden er grote stukken oerwoud gekapt voor palmolieplantages. Er zijn enkele kleine centrales die alleen op biomassa gestookt worden. Dit is altijd lokaal gewonnen biomassa.

Bij het voormalige ministerie van VROM werd vanaf 2007 aan een toetsingskader voor duurzame biobrandstoffen gewerkt.

Brandstof voor transport[bewerken]

1rightarrow blue.svg Zie biobrandstof voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

Er wordt wel gesproken van biobrandstof van de tweede of derde generatie. Dat komt door de problemen die biobrandstof van de eerste generatie oplevert, zoals schade aan het oerwoud, lokaal verlies aan biodiversiteit, of zeer omvangrijk grondgebruik en waterverbruik. 1 kg droge stof vergt gemiddeld 2000 tot 5000 liter water. De nieuwe veerboot naar Texel moest op biodiesel varen. Om dat lokaal te produceren zou het halve eiland Texel altijd koolzaadakker moeten worden.

  • Eerste generatie: hout, suikerriet, mais, palmolie, koolzaadolie, rechtstreeks uit gewas afgeleide biomassa
  • Tweede generatie: geraffineerde biodiesel of alcohol, met een chemisch proces uit biomassa geproduceerde stoffen, gebruikt frituurvet, dierlijk vet
  • Derde generatie: biomassa die door speciaal geprepareerde organismen wordt voortgebracht, zoals algen die voor meer dan 30% uit olie kunnen bestaan.

Alhoewel algen volgens velen (een deel van) de oplossing kunnen zijn voor de wereldwijde vraag naar biomassa en energie, is er nog jaren onderzoek nodig om algen rendabel en duurzaam te telen op grote schaal. Doorgaans worden algen als bron voor biobrandstof niet op de markt verwacht voor 2020.

Omzetting[bewerken]

Er worden diverse omzettingsprocessen gebruikt om biomassa makkelijker bruikbaar te maken. Voorbeelden zijn:

Impact[bewerken]

Luchtvervuiling[bewerken]

Bij de verbranding van biomassa komen verschillende schadelijke stoffen vrij: stikstofoxiden, vluchtige organische stoffen, fijnstof, koolmonoxide, polycyclische aromatische koolwaterstoffen, zware metalen, dioxines...[5] Voor miljarden mensen stelt biomassarook in huis een enorm gezondheidsprobleem.[6] Maar ook moderne hout- en pelletkachels stoten op al deze punten een pak meer uit dan aardgasketels. In de EU is verwarming met biomassa voor meer dan 40% van het totale fijnstof (PM2,5).[7] Op het vlak van elektriciteitsproductie lozen biomassacentrales ettelijke keren meer van deze vervuilende stoffen dan andere thermaal aangedreven centrales (nucleair, aardgas en zelfs kolen).[8] De uitlaat van voertuigen op biobrandstoffen is niet schoner dan op benzine of diesel.

Klimaat[bewerken]

De koolstofkringloop[bewerken]

Bij de verbranding van biomassa komt CO2 vrij. Daarbij gaat het om CO2 die relatief recent door planten aan de atmosfeer is onttrokken. Afgezien van de energie die is gemoeid met het transport van het materiaal en het bouwen van de verbrandingsovens, is dit een vrijwel CO2-neutraal proces. Dat is een groot verschil ten opzichte van de verbranding van fossiele brandstoffen, waarbij CO2 vrijkomt die zo lang was opgeslagen dat ze in praktische zin geen deel meer uitmaakte van de CO2-kringloop op deze wereld.

Roet[bewerken]

Bij het verbranden van biomassa komt roet vrij onder de vorm van black carbon en brown carbon. Deze deeltjes absorberen licht en zorgen voor een opwarmend effect dat recent op gelijke voet is gesteld met dat van de antropogene koolstofuitstoot.[9]

Voedselverdrukking[bewerken]

De mate waarin het grootschalige gebruik van biomassa de voedselproductie in het gedrang brengt, is het voorwerp van intens onderzoek. Er bestaat bezorgdheid dat de concurrentie tussen food en fuel de voedselprijzen al heeft doen stijgen.[10]

Biodiversiteit[bewerken]

Het toenemend gebruik van biomassa kan de biodiversiteit schaden. Er is onder meer sprake van ontbossing en verwoestijning. Het modelleren van deze effecten is complex.[11]

Overheidsbeleid[bewerken]

Vlaanderen[bewerken]

Beleidsmatig en financieel wordt het verbranden van biomassa op diverse manieren aangemoedigd in het Vlaams gewest. Als verantwoording wordt aangehaald dat biomassa een goedkope manier is om de klimaatdoelstellingen te halen. Hoe de expansie van biomassa kadert met het behalen van de Europese grenswaarden voor schone lucht, die structureel overtreden worden in Vlaanderen, is niet expliciet aangegeven.

Verbranden van biomassa krijgt ondersteuning en subsidies voor zowel warmte, elektriciteit als transport:

  • Groenewarmtetenders: Investeringen in "groene warmte" kunnen tot 65% of 1 miljoen euro worden gesubsidieerd. Om de zes maanden is er een ronde waar investeerders hun project kunnen indienen.
  • Groenestroomcertificaten: Biomassacentrales zien hun inkomsten uit elektriciteitsverkoop tien jaar lang aangevuld met certificaten (minimale waarde: 90 euro/MWh).[12] De marktprijs van de certificaten kan nog hoger liggen dan deze minimumsteun. Ook bijstook in kolencentrales komt in aanmerking.
  • Warmtekrachtcertificaten: Een deel van de installaties voor kwalitatieve warmtekrachtkoppeling werkt op biomassa. Sinds 2006 krijgen ze hiervoor certificaten. De minimumprijs bedraagt 31 euro/MWh, is cumuleerbaar met groenestroomcertificaten en geldt gedurende tien jaar.[13]
  • Biobrandstof: Biodiesel en bio-ethanol genieten sedert 2009 van verplichte bijmenging aan de pomp (eerst 4% en sinds 2010 5,75%).[14] Er zijn ook accijnsvrije productiequota die door aanbesteding zijn toegewezen (nog zeker tot 2019).[15]