Rijden op gras

Biobrandstof uit gras of hout is gunstiger voor de CO2-uitstoot dan het winnen van brandstof uit maïs of koolzaad. Maar er zijn wel strenge milieuregels nodig.

Rotterdam. Tropische oerwouden maken plaats voor oliepalmplantages. Noord-Amerika en Europa raken bedekt met maïs- en koolzaadvelden. En de wereldvoedselvoorziening komt in de knel, omdat boeren vooral gewassen telen die in automotoren worden verstookt. Dat zijn de doembeelden nu steeds meer landen heil zien in grootschalige winning van biobrandstof uit landbouwproducten, ter vervanging van klimaat-verstorende fossiele brandstoffen.

Die doembeelden zijn onrealistisch, menen voorstanders van biobrandstoffen. Met nieuwe technologie is immers autobrandstof te winnen uit onverteerbare vezels of houtachtig materiaal. Suikers, zetmeel en vetten die nu biobrandstof leveren, maar die de mens ook zelf kan consumeren, zijn dan niet nodig. Het Duitse bedrijf Choren gaat vanaf dit jaar uit houtafval diesel produceren in Freiburg. Het Nederlandse Nedalco gaat in Sas van Gent alcohol fabriceren uit tarwestro.

Biobrandstoffen winnen uit vezels of houtachtig materiaal is relatief gunstig, omdat de meeste planten er voor 90 procent uit bestaan. Het is bovendien ruim aanwezig in bomen en grassen. Dat zijn niet alleen potentiële biobrandstoffabriekjes: ze kunnen ook water vasthouden en de grond waar ze in wortelen tegen erosie beschermen. André Faaij, universitair hoofddocent aan de Universiteit Utrecht, noemt als voorbeelden de energiewinning uit populieren die worden geteeld op arme gronden in de Oekraïne, of eucalyptusbomen die brandstof leveren en tegelijkertijd verzilte gronden in Australië opkalefateren. Biobrandstof uit afval en speciaal gekweekte bomen of grassen kan volgens Faaij genoeg energie opleveren om in de helft van de totale mondiale energiebehoefte te voorzien (zie kader rechts).

Bomen en grassen die biobrandstof leveren, kunnen zelfs in natuurgebieden kunnen worden geteeld, vindt de Amerikaanse ecoloog David Tilman (Universiteit van Minnesota). “Als je op een prairie slim grassen aanplant, dan kun je er ook interessante planten en vogels op handhaven”, zegt hij. “En zelfs grotere soorten als de wolf en de bizon”.

Kunnen bomen en grassen brandstof leveren terwijl ze hun ecologische waarde behouden? Het is een mooi concept, maar praktisch onuitvoerbaar, zeggen de tegenstanders. Zij waarschuwen dat milieu- en natuurvriendelijke biobrandstoffenteelt in de praktijk een illusie zal zijn. Zij wijzen op de enorme arealen die nodig zijn voor deze vorm van energiewinning. Ook als bomen en grassen worden geteeld in plaats van maïs of koolzaad. “Zonnepanelen of -spiegels kunnen 15 procent van het zonlicht dat op aarde valt omzetten in elektriciteit”, zegt Lucas Reijnders, hoogleraar milieuwetenschappen aan de Universiteit van Amsterdam. “Biobrandstoffen halen maar een paar tienden van een procent.”

Zijn de scenario’s van Faaij te optimistisch? Enig houvast geeft een studie van David Tilman naar de mogelijkheden voor de teelt van biobrandstoffen op verlaten en gedegradeerde landbouwgrond (Science, 8 december 2006). Tilman beplantte in 1994 152 stukjes zeer arme grond in Minnesota van circa één hectare groot met één of meerdere grassoorten die van nature voorkomen in deze Amerikaanse staat. Tien jaar later leverden arealen met 16 verschillende prairiegrassen drie keer zoveel ‘oogst’ op als plots waarop alleen het door de Amerikaanse president Bush als biobrandstof gepropageerde switchgrass (Panicum virgatum) groeide. Per vierkante meter leverde de grond van Tilman een hoeveelheid energie op die gelijk staat aan de verbrandingswaarde van 0,2 liter benzine.

“Dat is een conservatieve schatting”, zegt Tilman aan de telefoon, “want wij werkten op de armste grond. Ons studieterrein in Minnesota ligt op een laag zand die er lang geleden door een gletsjer is gedeponeerd.”

Het winnen, produceren en verstoken van biobrandstof genereert minder CO2 dan het winnen, produceren en verstoken van benzine en diesel. Biobrandstof verstoken kan in theorie zelfs ‘klimaatneutraal’: het genereert CO2-uitstoot, maar elke kilogram aan koolstof die in de automotor met zuurstof reageert is tijdens het groeien van deze planten door fotosynthese uit de atmosfeer gehaald. Fossiele brandstoffen zijn gemaakt van koolstof dat honderden miljoenen jaren in de aarde lag opgeslagen. Elke verstookte kilogram koolstof zorgt voor een toename van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer.

De productie van biobrandstoffen genereert toch ook CO2-uitstoot. Die ontstaat bijvoorbeeld bij de (kunst)mestfabricage en bij het machinaal zaaien en oogsten. Op dit vlak pakt de teelt van prairiegrassen veel gunstiger uit dan bijvoorbeeld de teelt van maïs, hét energiegewas van de Verenigde Staten. Tilman rekent in Science voor dat een vierkante meter met maïs aanzienlijk meer energie oplevert dan een vierkante meter met prairiegrassen. Maar dat is een bruto opbrengst. Netto blijft er van de energieopbrengst van maïs weinig over, omdat de bemesting en het telen van het gewas energie vreten. Dat beïnvloedt ook de CO2-balans van maïs: de mate waarin het gebruik van deze biobrandstof het gebruik van fossiele brandstoffen terugdringt. Het extra energieverbruik leidt in principe weer tot uitstoot van broeikasgassen. Energiewinning uit prairiegrassen die van nature groeien in een gebied levert netto meer energie op, want Tilman gebruikte nauwelijks mest.

In eigen land heeft Tilman kritiek gekregen op zijn zonnige prognoses voor de teelt van biobrandstoffen in (voormalige) Amerikaanse prairiegebieden. In een reactie wijst Michael Russelle, werkzaam bij het Amerikaanse ministerie van Landbouw, erop dat Tilman zijn prairiegrassen niet werkelijk oogstte, maar afbrandde na een schatting van de opbrengst. Bij dat afbranden worden volgens Russelle voedingsstoffen uit het gras in de grond worden opgenomen (Science, 15 juni). Dat zou betekenen dat Tilman in zijn energiebalans niet alle voor de grassen benodigde voedingsstoffen heeft meegeteld. Russelle deelt dus de scepsis van Rabbinge: als het in de praktijk al mogelijk blijft om biobrandstoffen te telen op arm of gedegradeerd land, dan blijft de vraag wat dat oplevert na aftrek van alle energie die voor de teelt geïnvesteerd moet worden.

Faaij erkent dat. “Toch zijn biobrandstoffen voorlopig het enige realistische alternatief voor de vervanging van de vraag naar fossiele brandstoffen voor transport”, zegt hij. Zonne-energie is nu vooral geschikt voor de opwekking van elektriciteit of warmte. Over de termijn waarop auto’s zullen gaan rijden op waterstof uit zonne-energie zijn de wetenschappers het niet eens. Volgens Faaij moeten we op toepassing van deze technologie voor 2050 niet rekenen. Rabbinge meent dat directe of indirecte brandstofproductie uit zonne-energie in 10 tot 15 jaar gerealiseerd kan worden. “Er worden bacteriën gezocht en gekweekt die zonlicht efficiënt omzetten in brandstof. Dat is ook biobrandstof, maar je hebt niet eerst een plant nodig die de energie vastlegt in organisch materiaal.”

De hoge verwachtingen van zonne-energie zijn van belang in de argumentatie tegen grootschalige invoering van biobrandstoffen. “Je stampt een enorme bedrijfstak uit de grond die overbodig is als we brandstof met zonne-energie gaan produceren”, zegt Rabbinge. Verdergaan met biobrandstoffen lijkt vooral de olie-industrie goed van pas te komen. “Die hoeven hun infrastructuur van tankstations voor biobrandstoffen niet al te zeer aan te passen”, zegt Rabbinge.

Niet alleen het rendement van een biobrandstof telt. Amerikaanse wetenschappers riepen politici onlangs op om bij regelgeving voor de teelt van biobrandstoffen ook rekening te houden met andere ‘ecologische diensten’ zoals recreatie, biodiversiteit, bescherming tegen erosie en het vasthouden van water (Science, 15 juni). Ook Europese landen willen duurzaamheidseisen opnemen in hun wetgeving voor biobrandstoffen, zegt biobrandstoffenspecialist Carlo Hamelinck van adviesbureau Ecofys. Maar zijn deze aspecten te combineren?

Volgens Faaij kijkt Reijnders ten onrechte alleen naar de problemen. “Als je de zaken goed regelt, dan kan palmolie een belangrijke bijdrage leveren aan de oplossing van ons klimaatprobleem”, zegt hij. “In arme landen kunnen biobrandstoffen bovendien een extra bron van inkomsten zijn die boeren boven het bestaansminimum tilt.”

Een illusie, reageert Rabbinge: “Denk eraan dat het ook nog steeds niet lukt om in de tropen op grote schaal duurzaam hout te produceren. Je kunt wel eisen stellen, maar de vraag is hoe je die handhaaft. Als je de overheid gaat verplichten tot het gebruik van biobrandstoffen, dan worden er kunstmatig hoge prijzen gecreëerd. De markt zal die biobrandstoffen gaan produceren, op welke manier dan ook.”

De vrees bestaat dat de biobrandstoffenteelt ten koste gaat van voedselgewassen. André Faaij van het Copernicus Instituut in Utrecht heeft echter uitgerekend wat de teelt van grassen en bomen aan biobrandstoffen kan opleveren als conventionele landbouwarealen worden ontzien. Faaij schat dat bomen en grassen zonder irrigatie geteeld kunnen worden op 9,5% procent van de niet door ijs bedekte landmassa op de hele de wereld (12,5 miljoen km2). Bij een gemiddelde opbrengst van 8 Megajoule (8 miljoen joule, Mj) aan energie per vierkante meter levert dat 100 Exajoule (1018 joule) op. Acht Megajoule komt overeen met de verbrandingswaarde van een kwart liter benzine (32 Mj/ltr). Faaij rekent met een opbrengst van 0,4 kg ‘droge stof’/m2 en een verbrandingswaarde van 20 Mj/kg voor deze vochtloze massa. Uit bestaande resten en afval zou volgens Faaij nog eens 100 Ej te halen zijn. Alles bij elkaar is het voldoende om te voorzien in bijna de helft van de mondiale energiebehoefte (420 Ej in 2001) – zonder dat er landbouwgrond aan te pas komt. De Amerikaanse ecoloog David Tilman komt in een concreet experiment 20 procent lager uit dan Faaij. Hij haalt op de prairies van Minnesota een opbrengst van 0,37 kg/m2 met een stookwaarde van 18,5 Mj/kg (= 6,8 Mj/m2 ofwel 6,4 Mj/m2 na aftrek van een geringe hoeveelheid energie voor de teelt). Biobrandstoffen gebruiken zonne-energie inefficiënt. Een vierkante meter aardoppervlak vangt gemiddeld per seconde 240 joule aan zonne-energie (240 watt/m2) = 7,6 Gigajoule per jaar. Een Gigajoule is een miljard joule. De door Faaij geschatte opbrengst van 8 Mj/m2 impliceert dus een rendement van 0,1%. Zonnecellen halen 15%. Bij het omzetten van gewassen in autobrandstof gaat nog meer rendement verloren. Mede op basis van publicaties van Faaij en Carlo Hamelinck schat David Tilman dat met behulp van enzymen 28 procent van de energie die ligt opgeslagen in prairiegras kan worden vrijgemaakt in ethanol. De omzetting door vergassing van prairiegrassen naar biodiesel zou kunnen met een rendement van 47 procent. Faaij en Hamelinck verwachten dat de rendementen van beide processen nog fors hoger kunnen, in grotere fabrieken bijvoorbeeld. Het Duitse Choren produceert vanaf dit jaar synthetische diesel met een rendement van bijna 44%: 68.000 ton houtafval (verbrandingswaarde 20 Mj/kg droge stof) levert 16 miljoen liter biodiesel (36 Mj/ltr). Faaij acht in de toekomst rendementen boven 60 procent haalbaar voor de omzetting van hout en vezels naar brandstoffen als diesel, ethanol of methanol (Energy Policy, november 2006). Hij wijst erop dat biobrandstoffen zoals het Duitse bedrijf Choren die gaat maken van hoge kwaliteit zijn. “Dat maakt efficiëntere en schonere motoren mogelijk. Volkswagen werkt al aan een nieuwe generatie dieselmotoren die 15 tot 20 procent efficiënter zal werken.”