Bio-energetische karakterisering van inheemse houtsoorten

Meer energie uit hout!
Bio-energiewinning uit inheemse houtsoorten

De laatste decennia wint houtige biomassa terug aan belang als gevolg van de stijgende vraag naar energie, de slinkende fossiele brandstofreserves en de stijgende broeikasgasconcentraties in de atmosfeer. Om de efficiëntie van de energiewinning te verbeteren is het noodzakelijk de mogelijk verkrijgbare energie uit een hoeveelheid hout te kennen. Met behulp van een combinatie van nabij-infrarood hyperspectrale beeldvorming en technieken voor de bepaling van energetische en structurele eigenschappen van het hout is de potentieel te winnen energie zeer snel in te schatten.

Hout als energiebron

Hout is al eeuwenlang een belangrijke grondstof voor energie en zal in de toekomst een nog prominentere plaats innemen. Bovendien wordt het gebruik van hout gestimuleerd door het huidige Europees energiebeleid, met name de 2020 doelstellingen. Die vereisen dat tegen 2020 20% van het Europees energieverbruik uit hernieuwbare energiebronnen moet komen.

De verbranding van hout wordt bovendien als CO2-neutraal beschouwd, nu de uitgestoten CO2 tijdens de fotosynthese terug opgenomen wordt. Dat geldt echter enkel voor de verbranding en niet voor de verwerking, het transport en de exploitatie. Daarnaast moet de totale hoeveelheid koolstof in opgeslagen in de planten behouden blijven.

Houtige biomassa kan verbrand worden voor warmte of kan gebruikt worden voor elektriciteitsopwekking. Daarnaast kan het dienst doen als grondstof voor biobrandstoffen. De biobrandstoffen gevormd uit hout worden tweede generatie biobrandstoffen genoemd. Deze biobrandstoffen zijn energie-efficiënter en ecologischer dan eerste generatie biobrandstoffen, die geproduceerd worden uit voedselgewassen zoals maïs, suikerbiet, etc. Daarnaast kan hout gewonnen worden op marginale gronden en zal er zo geen competitie optreden met voedselproductie.

De voorraad houtige biomassa in Europa was in 2010 973 miljoen m³ hout, waarvan 686 miljoen  afkomstig was van duurzame exploitatie van bossen. De nodige hoeveelheid hout voor energie bedroeg in 2010 346 miljoen m³. Tegen 2030 is de nodige hoeveelheid hout voor energie geschat op 1372 miljoen m³ en de beschikbare hoeveelheid is geschat op 1056 miljoen m³. Met het oog op dit deficit aan hout is het noodzakelijk om de efficiëntie van de energiewinning uit deze grondstof te verhogen. De energie-efficiëntie kan verhoogd worden door op voorhand de energie-inhoud van het hout te voorspellen.  

Energievoorspelling

In dit onderzoek is de hoeveelheid energie verkrijgbaar uit een hoeveelheid hout bepaald aan de hand van nabij-infrarood hyperspectrale beeldvorming in combinatie met technieken voor de bepaling van structurele en energetische eigenschappen. Daarnaast is ook de chemische samenstelling, die sterk gecorreleerd is met de energie-inhoud, bepaald met deze techniek.  Houtstalen worden belicht met nabij-infrarood licht. De houtmoleculen zullen een hoeveelheid licht reflecteren. Die hoeveelheid kan gerelateerd worden met de energetische inhoud of de chemische samenstelling van het hout.

Voor de inheemse houtsoorten leveren snelgroeiende soorten zoals wilg, populier en naaldhout een hogere verbrandingsenergie op dan traaggroeiende soorten zoals eik en es. Een kanttekening hierbij is dat deze assumptie geen rekening houdt met de warmteoverdracht. Traaggroeiende soorten zullen bij verbranding hun warmte trager afgeven en zijn daarom belangrijker als brandhout voor bijvoorbeeld verwarming met houtkachels. Voor energieopwekking zijn de snelgroeiende soorten echter belangrijker omwille van hun hoge energie-inhoud en snelle biomassaproductie.  

De chemische samenstelling van hout speelt een grote rol in de energie-inhoud. Hout bestaat uit drie hoofdbestanddelen: cellulose, hemicellulose en lignine. De verbrandingswaarde van lignine is hoger dan bij cellulose en hemicellulose. Hout met een hogere lignine-inhoud zal dus meer energie opleveren. Om die reden is eveneens de chemische samenstelling van het hout voorspeld aan de hand van de bovenvermelde nabij-infrarood hyperspectrale beeldvorming.

De voorspellingen bieden grootse perspectieven voor de toekomst. Zo kan de conventionele, trage methode voor de bepaling van de chemische samenstelling van hout op termijn vervangen worden. Daarnaast kan ook de energiewinning uit houtige biomassa op voorhand geschat worden wat de efficiëntie van energiewinning verhoogd. Ten slotte kunnen de technieken ook aangewend worden voor soortselectie en veredeling bij de zoektocht naar boomsoorten met een hogere energieopbrengst.