Het klimaat discrimineert geen enkel CO2-molecuul

Hoe het stoken van biogrondstoffen het 1,5 graad klimaatbudget opsoupeert

“We hebben alles nodig” is een veelgehoorde verzuchting van de energie-experts wanneer voor de zoveelste keer de voorstanders van kernenergie het gebruik van windenergie verketteren, zonneparkhaters verwijzen naar daken of warmtepomp-believers hun neus ophalen voor isolatie. Ik ben onderhand wel zover dat ik het daar met één grote uitzondering mee eens ben.

Die uitzondering betreft biomassa. Ook gelijk de meest problematische omdat we daar op dit moment onze grootste hoeveelheid ‘duurzame’ energie uit halen zoals in bovenstaand plaatje is te zien. Biomassa wordt in EU-definities beschreven als een klimaatneutrale brandstof en telt daarom lekker mee in de CO₂-emissie rapportages. Omdat de oplossing het op papier zo goed doet is het voor de believers erg lastig om te erkennen dat deze oplossing niks bijdraagt aan het halen van de klimaatdoelen zoals afgesproken in Parijs (tussen 1,5 en 2 graden met een voorkeur om dicht mogelijk bij 1,5 te blijven).

WAAR HEBBEN WE HET OVER

Even een paar dingen op een rijtje zetten (alle data gebaseerd op de CBS-database 2020).

• Het totale gebruik van biomassa uit biotische oorsprong bedraagt 6% van het finale eindgebruik van ca. 2000 Peta Joules in 2020.
• Op dit moment betreft de ter discussie staande verbranding van biomassa in elektriciteitscentrales 2,4% van het finale eindverbruik.
• Daarnaast verstoken huishoudens ook nog eens 0,8% van het finale verbruik in haarden en houtkachels. Ook vuilverbrandingsinstallaties produceren energie waarbij biogene materialen worden verbrand, dat betreft zo’n 0,8% van het totale eindverbruik. Het resterende deel van zo’n 2% betreft biogas, biobenzine en biodiesel.
• Op dit moment wordt ca. 41% van de elektriciteit die we duurzaam noemen (31 miljard kWh) gemaakt uit biomassa (CBS 2021) met de productie van hernieuwbare elektriciteit).
• Ten opzichte van de totale elektriciteitsproductie van 111,2 miljard kWh is 8,3% geproduceerd met biomassa (CBS, 2021).
• De meeste biomassa (93,9%, CE-Delft 2021) die gebruikt worden voor bij- en meestook in centrales zijn pellets (geperste houtkorrels). Dit kunnen zowel pellets zijn van hout uit bossen (8% van die 93,9%) ( ook wel biomassacategorie 2 genoemd) als pellets van resten van de houtverwerkingsindustrie of houtafval (92% van die 93,9%) (biomassacategorie 5).
• Hout uit Categorie 2 komt uit bossen en valt grotendeels onder de categorie: bekritiseerd. Dat is echter slechts 0,6% van de elektriciteitsvoorziening in Nederland.
• De basismaterialen van de biomassa in categorie 5 (het meeste) is lastig te achterhalen. Het zou per definitie om afvalhout moeten gaan als schors en zaagsel (bosafval bij kap en preparatie van stammen is categorie 1 of 2). Het grootste deel van dat afvalhout komt uit een combinatie van Noord-Amerika en niet EU-landen (CE-Delft 2021) in totaal zo’n 5% van onze elektriciteitsvoorziening.
• De CO₂-emissie van biomassa verbanding is per opgewekte kWh zo’n 20% hoger dan van kolen en bedraagt ca. 980 g/kWh. De CO₂-emissie van de hoeveelheid houtige biomassa die jaarlijks wordt verstookt in energiecentrales is daardoor 9,1 Mton per jaar. De totale verbranding van houtige biomassa (inclusief de haarden en vuilverbranding ligt op 11,5Mton per jaar).

Om dat even in perspectief te plaatsen:

• Voor het verwarmen van huizen stoten we momenteel circa 17,9 Mton uit per jaar.
• De totale mobiliteitsvraag zit op dit moment rond de 35 Mton uitstoot per jaar.
• De gemiddelde CO₂-emissie factor voor het maken van elektriciteit is momenteel ca. 380 gram/kWh, de totale emissie komt daarmee op ca. 42 Mton. De emissie van biomassa voor elektriciteit wordt daarin nauwelijks meegerekend (70 gram per kWh om precies te zijn). Doen we dat wel volledig dan creëert biomassa 17,8% van de uitstoot en levert het daartegenover 8,3 % van de stroom.

De kwestie of de uit het buitenland geleverde afvalstromen nou een dubieuze oorsprong hebben en wellicht in categorie 1 of 2 moeten vallen (of misschien helemaal niet voldoet aan de criteria van duurzaam beheerde bossen) doet voor de probleemstelling in dit artikel niet zoveel ter zake maar blijft hoe dan ook een wicked issue voor de politiek.

PROBLEEMSTELLING

Het duurzaam beheerde bos

Mijn probleem zit ‘m niet in kaalkap van bossen, ongeoorloofd gebruik van biomassastromen of aantasting van biodiversiteit. Vooralsnog vertrouw ik even op de boswetenschappers van de WUR dat we het dan vooral hebben over incidenten. Duurzame bosbouw, dat wil zeggen zonder afname van areaal en natuurwaarden, is mogelijk. Dat het verbranden van houtige biomassa CO₂-neutraal is over een periode van enkele decennia geloof ik ook wel. De vraag is alleen of verbranding van hout bijdraagt aan het halen van de klimaatdoelen. Zelfs al zou het om afvalstromen gaan. De biomoleculen van die ‘restromen’ hebben er even lang over gedaan om onderdeel te worden van een boom als het deel dat ‘nuttig’ wordt ingezet.

Volgens diezelfde wetenschappers heeft een duurzaam beheerd bos een vrij stabiele CO₂-opname capaciteit. Er worden bomen tussenuit gehaald en nieuwe gepland waardoor er meer ruimte ontstaat voor omringende bomen om zonlicht op te nemen (is meer fotosynthese dus meer CO₂-opname en koolstof vastlegging), tegelijkertijd groeit er een nieuwe boom die ook begint met het opnemen van CO₂ (in het begin sneller dan de boom die gekapt werd). Oude bomen rotten dus niet weg zoals in een natuurlijk bos maar worden op tijd geoogst. De boom die is gerooid wordt deels gebruikt voor de papierproductie en deels voor de timmerindustrie. De zogenaamde oogstresiduen en houtresten bij verwerking naar planken, planken en platen verdwijnt (helaas nog vaak) in de oven.

Wanneer het hout en de afvalstromen zouden worden gebruikt voor bouwmaterialen dan is dat een prachtig principe. Er wordt continue hout uit het bos verwijderd en decennialang opgeslagen in gebouwen waardoor fossiele emissie wordt verwijderd uit de atmosfeer. Dat is bij een stabiel weerklimaat in principe eeuwig vol te houden. Bij verbranding gebeurt er echter heel wat anders.

Voordat we tot de kern van dat probleem doordringen moet ik eerst uitleggen wat het effect is van biomassaverbranding op de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer. Daarnaast moeten we stilstaan bij het principe van koolstofbudgetten.

De koolstofcyclus van uitstoot door biomassa-bijstook en gasverbranding

Stel dat we twintig jaar lang de eerder genoemde 9,1 Mton CO₂ zouden uitstoten met biomassa. En stel ook dat een duurzaam beheerd bos er 30 jaar over doet om die CO₂ weer op te nemen. In totaal wordt er dan 182 Mton CO₂ de atmosfeer in gebracht. Ieder jaar zal een deel daarvan opgenomen worden maar ieder jaar voegen we ook weer 9,1 Mton toe. Na 30 jaar is er 124 Mton opgenomen maar is er nog steeds 58 Mton in de atmosfeer.

Stel daartegenover dat we dat hout niet zouden verbranden en diezelfde hoeveelheid energie zouden opwekken met een gascentrale. Het gaat dan om 9,2 miljard kWh. De emissie daarvan is 3,7 Mton per jaar. Stel dat die de CO₂ ook opgenomen gaat worden door het duurzaam beheerde bos. In totaal wordt er dan 74 Mton uitgestoten wanneer we dat twintig jaar lang doen.

Je zou ook kunnen betogen dat het jaarlijkse opnamevermogen van een duurzaam beheerd bos zo continue is dat verbranding en opname met elkaar in evenwicht zijn. Maar dat draagt dan niet bij aan het reduceren van CO₂-emissie en zeker niet aan het afvangen en opslaan van CO₂ via de route van Construction Stored Carbon.

Om die reden moet er voor het afvangen van de CO₂-emissie door verbranding van houtige biomassa hoe dan ook bos bijgepland worden. Het opnamevermogen van dat bos is 2,5 keer groter voor de CO₂-moleculen uit gasverbranding omdat het oppervlak van het bos immers afgestemd moet zijn op die van biomassaverbranding (3,7 Mton versus 9,1 Mton CO₂).

Uiteraard komen er uit dat duurzaam beheerde bos continue hout voor de papier- en timmerindustrie gecombineerd met reststromen beschikbaar. In duurzaam beheerde bossen zal weinig biomassa op natuurlijke wijze vergaan wat in natuurlijke bossen gepaard gaat met CO₂ en CH₄-emissies.

Denken in koolstofbudgetten

Willen we het Parijse klimaatdoel halen (zo dicht mogelijk eindigen bij 1,5 graden) dan moet daarvoor de komende 10 jaar de grootste stap gezet worden. Het is belangrijk om daarvoor niet in CO₂-besparingsdoelen van overheden te denken. Die zijn namelijk niet afgeleid van de beschikbare klimaatbudgetten die gedefinieerd zijn rondom de verschillende IPCC-temperatuurstijgingscenario’s. Wanneer we uitgaan van CO₂-budgetten dan is voor het halen van de 1,5 graad doelen per 2030 al een reductie van 75% nodig. Het halen van het klimaatdoelen is dus geen rechte lijn naar 2050. Dat komt omdat we nu ver boven het beschikbare jaarlijkse koolstofbudget zitten. We moeten dus voor zorgen dat er zo min mogelijk CO₂ bijkomt uit wat voor bron dan ook.

De keuze is niet principieel of wetenschappelijk

Het betoog van de biomassa aanhangers is dat biomassa geen extra CO₂ in de atmosfeer brengt omdat die CO₂ immers de jaren daarvoor is opgenomen uit diezelfde atmosfeer en na verbranding weer opgenomen gaat worden. Bij fossiele bronnen ben je ongewilde CO₂ aan het toevoegen aan de atmosfeer. Dat is onmiskenbaar zo.

Je zou echter ook kunnen betogen dat de biomassa die we verbranden al eerder CO₂-moleculen opgenomen heeft uit fossiele verbranding en dat je die nu opnieuw de atmosfeer in brengt. Een legitieme redenatie vanaf ca. 1900 toen de verstoring van de koolstofcyclus zo’n beetje is begonnen.

Het CO₂-molucuul heeft ook geen ‘DNA’ waarmee we de afkomst kunnen bepalen. We weten alleen dat er op dit moment teveel CO₂ in de lucht zit en dat de toename daarvan zorgt voor meer opwarming. Alle moleculen die nu vrijkomen dragen evenveel bij aan klimaatopwarming, na verbranding doet de afkomst er niet meer toe. Vanuit de klimaatbudgetten geredeneerd hebben we alleen maar de opgave om de emissie fors te reduceren en zoveel mogelijk af te vangen en op te slaan van datgene dat we nu nog uitstoten ongeacht de bron.

We hebben domweg niet de luxe om te wachten tot de koolstofcyclus van biogene materialen is voltooid. Zeker niet als de productie van de energie daarvoor 2,5 keer meer CO₂-emissie tot gevolg heeft dan het, net zo ongewenste, fossiele alternatief.

Ik ben echter wel gevoelig voor het idee dat de CO₂ die uitgestoten wordt door biomassaverbranding eerder is opgenomen uit de atmosfeer en dus geen extra fossiele toevoeging is aan de atmosfeer. Het gaat echter wel kortsluiten in mijn hoofd als ik daar figuur 1 bij zie. We zouden toch beter gas kunnen verbranden en continue het hout uit het duurzaam beheerde bos halen (want continue opname) en dat materiaal diep begraven, in de zee gooien (beiden 1.000+ jaar langzame emissie) of (de allerbeste oplossing) verwerken in gebouwen.

WAT KUNNEN WE BETER DOEN

Perspectief

In juni 2020 kwam het rapport ‘Routekaart nationale biobrandstoffen’ uit. Een rapport dat een betere benutting en een groter aanbod van biogrondstoffen beoogd. De belangrijkste zin in dat rapport is wel deze: ‘Om optimaal bij te dragen aan broeikasgasreductie moeten biogrondstoffen zo hoogwaardig mogelijk ingezet worden, bij voorkeur in lang houdbare of recyclebare materialen waardoor CO₂ opgeslagen blijft’.

Het rapport ziet in vrijwel alle biogene grondstoffen (geteeld dan wel als reststroom) potentie voor een betere benutting dan verbranding. Met name de ontwikkeling van CO₂-opslag voor de zeer lange termijn (wat alleen kan in bouwmaterialen) staat nog in de kinderschoenen en is in het rapport wat zwaar onderbelicht. Vrijwel alle biogene grondstoffen, die per definitie bestaan uit vezels, cellulose en lignine, zijn op de één of andere manier geschikt te maken voor bouwmaterialen. Ook reststromen uit bossen en categorie 5 afvalstromen van andere aard. In plaats van plannen voor meer biomassa verbranding is een transitieplan biogrondstoffen voor de bouwindustrie nodig. Zo’n plan levert binnen verschillende sectoren dubbele winsten op.

De bouwsector als afnemer van Stored Carbon uit de akkerbouw.

De komende 20 jaar moet er flink gebouwd en verduurzaamd worden in de gebouwde omgeving. Daarvoor zijn veel bouwmaterialen nodig. Het produceren van die materialen heeft een flinke CO₂-emissie tot gevolg (11% van de totale emissie). Het halen van de CO₂-reductiedoelen staat al onder flinke druk. Zeker waar het industrie en gebouwde omgeving betreft.

SUBSTITUTIE-EFFECT Een meta-studie  (Substitution effects of wood-based products in climate change mitigation, Leskinen et-al, 2018) laat zien dat het verdringingseffect van hout 1,2 keer groter is dan de CO₂-opnamecapaciteit van hout. Dat betekent dat er bij iedere kg opgenomen CO₂ er ook 1,2 kg verdrongen wordt. Voor biobased materialen uit landbouwgewassen ligt die verhouding fors hoger.

Door een combinatie van koolstofvastlegging, substitutie-effecten en een aanmerkelijk simpeler actorencontext kan de materialentransitie veel sneller plaatsvinden dan de energietransitie in de gebouwde omgeving. Daarvoor dienen dan wel de juiste marktcondities gecreëerd te worden.

Een snelle transitie naar biobased bouwen kan alleen al voor de woningbouw een reductiepotentieel opleveren van rond de 7,5 Megaton CO₂ per jaar. In onderstaande tabel is te zien hoe dat potentieel is verdeeld over verdringing en opslag. Het is belangrijk om te melden dat zowel verdringing als opslag niet in zijn geheel is toe te rekenen aan de emissiebalans van Nederland. Hout komt vooralsnog veel uit de Baltische staten en Scandinavië terwijl verdringing van staal- en betonemissies veelal gehaald wordt door minder import van die materialen uit omringende landen. Uit teeltgewassen van eigen bodem zijn bij verder productontwikkeling ook steeds meer houtvervangers (planken en balken) te maken. Dat vraagt om het stimuleren van innovatie binnen zowel de agrarische als agrarische sector.

Kom nou niet aan met het LCA-argument dat we dan over 75 jaar die grondstoffen verbranden. Vanuit huidig beleid geredeneerd is dat zeer onaannemelijk (zelfs verboden waarschijnlijk). Er is minimaal CCS maar waarschijnlijker is het gebruik van allerhande biomaterialen als bouwstenen van de biochemie.

Samenvattende voordelen van biobased bouwmaterialen

1. Bouwmaterialen bieden een alternatief aan de veeteelt. Van veeteelt naar landbouw levert directe reductie van stikstofemissie op zonder inkomstenderving voor de boer.
2. (Rest)stromen uit bos-, land- en tuinbouw nemen gedurende de groei CO₂ op die zeer langdurig als koolstof wordt opgeslagen in gebouwen, het verdringt daarnaast het gebruik van CO₂-intensieve materialen in de bouw.
3. De opname van CO₂ en de daaraan gekoppelde langjarige vastlegging van koolstof in gebouwen heeft hetzelfde effect als afvangen en opslaan van CO₂ in de bodem en kan daarom ook op dezelfde manier behandeld worden in regelingen als SDE++ en ETS. 
4. Het aanplanten van bos en de teelt van gewassen voor het maken van bouwmaterialen kan bijdragen aan de lokale economie.
5. De bouwsector loopt daarmee vooruit op de transitie van de chemische sector die in de toekomst steeds meer biomoleculen gaat gebruik voor het produceren van chemische producten. Biomaterialen die in de bouw gebruikt gaan worden zullen om die reden ook niet worden verbrand in de toekomst.

De voordelen van biobased grondstoffen voor bouwmateriaal zijn dus groot. Het is echter geen sinecure om een product te ontwikkelen. Het opbouwen van de supply-chain kent een hoog kip-ei gehalte en nieuwe materialen moeten aan veel regels voldoen alvorens ze grootschalig kunnen worden toegepast.  Voor snelle opschaling is integrale samenwerking op het gebied van zowel productie (agrarische sector) als afname (bouwsector) noodzakelijk.

Kortom, we hebben een veel omvattender transitieplan nodig en niet een eenzijdige focus op louter de inzet van biomassa voor het opwekken van energie.