Acaciaproject: van woekergewas naar biobrandstof

Tik ‘acacia’ en ‘Namibië’ in als zoektermen op Google en je vindt postkoloniale nostalgie: luxe resorts, safari’s, zandduinen in de avondzon, giraffen die aan een boom knabbelen. Foto’s tonen verwaaide solitaire acaciabomen in een woestijnachtig landschap. Mooi hout ook: rood, sterk en zwaar. Maar de werkelijkheid is anders: acaciabomen zijn prachtig, maar acaciastruiken zijn een groot probleem.

^{Bijna de helft van het land is begroeid geraakt met acaciastruiken. (Foto: Elisabeth van Rechteren)}

Het is namelijk een beetje uit de hand gelopen met de acacia in Namibië en trouwens ook in de aangrenzende landen Zuid-Afrika, Botswana en Angola. Naast toenemende droogte door klimaatverandering speelt overbegrazing een rol, evenals dat boeren minder dan vroeger bosschages in brand steken als beheersmaatregel.
Het gevolg is dat een derde van het immense land bedekt is met acaciastruiken. Weidegronden worden erdoor ingesloten en het toch al lage grondwaterpeil zakt steeds verder weg. Onderzoekers hebben het over 45 miljoen hectare bedekt met acaciastruiken: ruim tien keer de oppervlakte van Nederland.

^{Acaciahout wordt omgezet in houtskool door het met een tekort aan lucht te verbranden. (Foto: Susan van der Veen)}

De Namibia Biomass industry Group (N-BiG) heeft krachten uit publieke, private en de academische wereld gebundeld om de overlastgevende plant aan te pakken. Maar het ruimen van de acacia kost geld en dat lukt alleen als daar inkomsten tegenover staan. Tot nu toe betekent dat vooral: het hout verbranden met weinig zuurstof om er houtskool van te maken voor de export. Daarbij komen enorme hoeveelheden fijnstof in de lucht, vertelt promovendus Susan van der Veen (faculteit Technische Natuurwetenschappen, TNW) en de arbeidsomstandigheden zijn slecht. “Daar valt veel te verbeteren.”

Daarom bracht dr. Lotte Asveld, onderzoeker biotechnologie en samenleving aan de faculteit TNW, eerder dit jaar een bezoek aan Namibië met een aantal promovendi in haar kielzog. Naast Susan van der Veen (sociale en duurzame ontwikkeling) waren dat Sivaramakrishnan Chandrasekaran (duurzame en inclusieve waardeketens voor maritieme biobrandstof) en Elisabeth van Rechteren (masterstudent life science and technology).
Het bezoek maakte deel uit van het NWO Clean Shipping Project, een samenwerkingsproject van Delftse onderzoeksgroepen met industriële en sociale partners om acacia om te zetten in een duurzame scheepsbrandstof. De koopvaardijsector heeft namelijk nogal een uitdaging: 50 procent CO₂-emissiereductie in 2050, terwijl er een groei verwacht wordt binnen de sector van 50-250 procent. Ook de uitstoot aan zwavel- en stikstofoxiden moet worden beteugeld. Biobrandstof zou een welkom alternatief zijn voor de zware stookolie.

^{Workshop van de TU-onderzoekers met betrokkenen. (Foto: Julian Nakanyala)}

Het acaciaproject heeft als doel om te onderzoeken of het mogelijk is om acaciastruiken op een lokale, duurzame en schone manier om te zetten in een biobrandstof voor de scheepvaart. Lokaal moet die activiteit het leven van boeren verbeteren en betaalde werkgelegenheid creëren. Daar zijn boeren bij betrokken, maar ook lokale gemeenschappen, producenten van biobrandstoffen, raffinaderijen, overheden, hulporganisaties (ngo’s) en afnemers.

^{Nikos Bias zet op laboratoriumschaal houtsnippers om in onder meer olie en gas. (Foto: Jos Wassink)}

Terug in Nederland werkt de Griekse student Nikos Bias in het laboratorium van de afdeling proces en energie (faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen, 3mE) aan de omzetting van acaciasnippers in biobrandstof. Fijne houtsnippers zijn met water en een katalysator in een reactor ter grootte van een theepot verhit tot ver boven het kookpunt. Bij temperaturen tussen de 250 en 340 graden Celsius loopt de druk op tot tussen de 50 en 150 bar.

Bij die temperatuur en druk (hydrothermale liquefactie) vallen de acaciasnippers in 5 tot 60 minuten uiteen in vier producten: bio-olie, biochar (een koolstofrijk materiaal), gas en water met daarin opgeloste organische stoffen en zouten. Bij de laatste experimenten was de opbrengst uit 100 gram acaciasnippers 28 gram bio-olie.

^{Dr. Luis Cutz bewaart en onderzoekt diverse monsters acaciaolie. (Foto: Jos Wassink)}

De conversie waar Bias aan werkt is bedacht en ontworpen door prof.dr.ir. Wiebren de Jong (proces en energie bij de faculteit 3mE) en dr. Luis Cutz (specialist in thermochemische omzetting van afvalplastic en biomassa. ook 3mE). Met vlotte hand trekt Cutz twee assen op een whiteboard. Horizontaal de temperatuur, verticaal de druk. Bij lage druk vinden droge omzettingen plaats zoals torrefactie, pyrolyse of vergassing. Natte omzettingen verlopen doorgaans bij lagere temperaturen maar bij veel hogere drukken tot wel 200 bar.
Cutz laat verschillende technieken op de acaciasnippers uittesten met diverse katalysatoren. Daarbij zoekt hij naar een maximale omzetting in combinatie met een maximale energie-inhoud. Voorlopige chemische analyses laten zien dat acaciaolie een schone brandstof is die nauwelijks zwavel of stikstof bevat, zegt Cutz.

^{Het acaciaproject is een legpuzzel van partijen en belangen. (Foto: Susan van der Veen)}

Hoe nu verder? Susan van der Veen gaat de interviews uitwerken die ze met diverse betrokken partijen heeft gehad. Op basis daarvan gaat ze voorstellen en voorwaarden formuleren zodat alle betrokkenen baat bij hebben bij de omzetting van acacia naar scheepsbrandstof. Chandrasekaran is met zijn achtergrond in de chemie alvast aan het rekenen geslagen en schat dat de jaarlijkse bijgroei van acacia (2 tot 3 procent per jaar) voldoende brandstof op kan leveren voor het hele binnenlands gebruik én voor de export. Ook ziet hij mogelijkheden voor raffinage van de acaciaolie in nabije olieraffinaderijen in bijvoorbeeld Zuid-Afrika. Die kunnen er brandstof van maken voor weg- en luchttransport. De verwerking van acaciaolie biedt oliebedrijven een mogelijkheid hun activiteiten te vergroenen, merkt Chandrasekaran op.

^{Delftse onderzoekers trekken het veld in om direct-betrokken te interviewen. (Foto: Sivaramakrishnan Chandrasekaran)}

De hele onderneming is een legpuzzel van partijen en belangen, maar met een helder doel: duurzame scheepsbrandstof uit acaciastruiken. Desgevraagd schat Chandrasekaran dat er binnen vijf jaar een proeffabriek in Namibië kan draaien – als alles goed gaat. Van der Veen ziet dat er veel partijen belangstelling voor hebben. “Ze zouden het verwelkomen.”

Lotte Asveld werkt voor dit project op twee sporen tegelijk. Ze zoekt Europese financiering voor verder onderzoek en ze is ook in gesprek met niet nader genoemde geïnteresseerde bedrijven. “Voor de volgende stap, een proeffabriek, zoeken we een partners die erin willen investeren. Omdat het project er zo veelbelovend uitziet, heb ik er vertrouwen in dat we die gaan vinden.”