Gastblog van Prof. Guido van der Werf
Biomassa is onze oudste bron van energie maar is geleidelijk vervangen door fossiele brandstoffen. De laatste decennia is er weer een opleving van het gebruik van biomassa, met als doel fossiele brandstoffen te vervangen door bronnen met een lagere netto CO2-uitstoot. Biomassa is een containerbegrip met veel verschillende toepassingen, maar in de maatschappelijke discussies gaat het vaak over meestook van pellets (samengeperste stukjes hout) in kolencentrales, en over biomassacentrales op pellets of houtchips voor de productie van warmte. Onlangs is vanuit het PBL een lijvig rapport verschenen onder leiding van Bart Strengers en Hans Elzenga over beschikbaarheid en toepassingsmogelijkheden van alle vormen van biomassa. Het rapport staat uitgebreid stil bij de verschillende perspectieven die een rol spelen bij de beeldvorming. Zo maken sommige mensen zich zorgen over aantasting van natuur en biodiversiteit, of over de invloed van het verbranden van biomassa op luchtkwaliteit. Anderen betwijfelen of het wel bij kan dragen aan het behalen van klimaatdoelen. Dit blog gaat over dat laatste waarbij de nadruk op meestook ligt.
Introductie
Om een mening over meestook en over de gevolgen voor CO2-concentratie en biodiversiteit te vormen is het goed eerst een stap terug te nemen en na te denken over landgebruik en natuurlijke cycli. Laten we beginnen met natuurbranden.
Figuur 1. Oppervlakte dat jaarlijks verbrandt door bos- en graslandbranden, gemiddeld over 2001-2018. De rode kleuren geven de (bijna) jaarlijkse branden in savannegebieden aan, gele en blauwe kleuren zijn vaak in bosgebieden waar brand zorgt voor verjonging en regeneratie van het bos. Let op de logaritmische schaal. Bron:
Van der Werf et al. (2017).
Ieder jaar verbrandt op mondiale schaal een oppervlakte gelijk aan de EU (ongeveer 450 miljoen hectare). Voor een groot deel is dit een natuurlijk proces. Hierbij gaat de in biomassa opgeslagen koolstof de lucht in als CO2 en zolang de vegetatie weer aangroeit na de brand wordt die koolstof ook weer opgenomen. Het is deel van een cyclus en beïnvloedt de CO2-concentratie dus niet structureel. De uitzondering daarop zijn de branden die gebruikt worden in het ontbossingproces, en de mogelijke toename van branden door o.a. klimaatverandering. Hierbij wordt de uitstoot maar voor een deel gecompenseerd door aangroei en hierdoor stijgt de CO2-concentratie in de atmosfeer.
Ieder jaar worden gewassen geoogst voor menselijke consumptie over een oppervlakte iets groter dan dat van het een-na-grootste land op aarde, Canada (ongeveer 1100 miljoen ha landbouw exclusief veeteelt, getallen deels afhankelijk van precieze definitie). Hiervan eet de wereldbevolking en een deel van de koolstof in de gewassen gaat dan ook via uitademing weer de lucht in en wordt in het volgende groeiseizoen weer opgenomen. Het is deel van een cyclus, net als de branden hierboven. Initieel zal er wellicht bos voor gekapt zijn dat niet meer terug is gekomen (ontbossing) en ook nu kan er nog bodemkoolstof verloren gaan.
Ieder jaar graast ons vee op een gebied ongeveer ter grootte van Noord- en Zuid-Amerika gecombineerd (ongeveer 4000 miljoen ha, ook dit getal is afhankelijk van definitie en dataset). Dit gebeurt veelal in gebieden die voorheen bos waren, ook nu nog kost expansie van de mondiale veestapel bos. Maar het overgrote deel van het oppervlak uit Figuur 3 is lang geleden ontbost of was eerder grasland; veeteelt op dat eerder ontboste deel heeft geen structurele invloed meer op de CO2-concentratie. Er zijn wel andere structurele emissies in de landbouw- en veeteeltsector. Naast de hierboven genoemde uitstoot uit bodems die van invloed is op de CO2-concentratie gaat het dan met name om methaanuitstoot door herkauwers en natte rijstbouw.
Figuur 4. Bruto afname van het percentage van het oppervlak dat bebost is over de 2001-2018 periode. Let op dat de kleurenschaal tot 50% loopt, niet tot 100% zoals in de vorige grafieken. Bron:
Hansen et al. (2013) met jaarlijkse updates.
Ieder jaar gaat ongeveer 20 miljoen hectare bos verloren, een gebied vijf keer Nederland. Een deel daarvan is permanent, zoals aan de randen van de tropische bossen rond de evenaar. Dat noemen we ontbossing en heeft een scala aan oorzaken; houtkap voor hardhout, uitbreidingen van teelt van soja voor veevoer, weidegrond, en voor productie van pulp voor papier en palmolie, etc. Als je Figuur 1 en 4 met elkaar vergelijkt dan zie je ook dat er bruto bos verloren gaat door branden, met name in Canada en Siberië. Die bossen groeien normaal gesproken terug na de brand en dit zorgt voor een gezond ecosysteem. Het verlies van bos wordt in dit geval gecompenseerd door aangroei en netto is er geen afname.
Branden zie je relatief weinig in Scandinavië en de Baltische staten maar daar zie je wel bruto verlies van bos. Dit komt met name door bosbouw voor houtproducten variërend van hoogwaardige producten zoals kozijnen tot laagwaardige brandstof. Dit is net als de bosbranden deel van een cyclus zolang de bossen duurzaam beheerd worden. Dit is dus geen ontbossing. Het is inzichtelijk om zelf naar de data van Figuur 4 te kijken, dat kan met een mooie interface op deze site (aanrader!) Naast het jaar van ontbossing kan je ook naar de balans tussen verlies van bos zoals in Figuur 4 en naar hergroei kijken.
Houtige biomassa
Over houtige biomassa als (rest)product van bosbouw en voor gebruik als brandstof is de afgelopen tijd veel te doen. De verschillende bronnen van biomassa vertegenwoordigen ongeveer 60% van de Nederlandse duurzaam opgewekte energie. Die ratio zien we ook terug in omliggende landen. Meestook in kolencentrales is daar een vrij klein deel van maar zal de komende jaren wel toenemen.
Er is veel kritiek op het gebruik van houtige biomassa, met name houtpellets. In het kort de kritiekpunten:
- Er gaat subsidie naar toe met mogelijke perverse prikkels tot gevolg, bijvoorbeeld een toename in oogstintensiteit.
- Een beheerd bos heeft minder biodiversiteit dan een natuurlijk bos; zelfs dood hout op de grond vervult nuttige functies.
- Het zorgt voor luchtvervuiling.
- Op het moment van verbranden komt er meer CO2 in de atmosfeer dan door verbranding van kolen en gas. Dit is maar een half verhaal, daarover later meer.
Het is belangrijk deze punten te noemen. Maar het is net zo belangrijk die in context te plaatsen. Allereerst de subsidie. Vaak wordt het bedrag van 11,2 miljard genoemd voor meestook in kolencentrales, bijvoorbeeld door hoogleraar Moleculaire Genetica en voormalig minister Plasterk. Dat is echter het maximale bedrag voor alle vormen van biomassa, zie ook het blog van Jasper Vis. Subsidie voor meestook is met maximaal 3,6 miljard over een periode van 8 jaar nog steeds een groot bedrag.
Dat een natuurlijk bos meer natuurwaarde heeft dan een productiebos is duidelijk. Voor sommigen is bosbouw daarom een doorn in het oog. Hetzelfde geldt wellicht voor intensieve landbouw en veeteelt; we gebruiken land waar ook natuur had kunnen staan. Maar het is nu eenmaal een feit dat we een deel van de aarde gebruiken om voedsel en producten te maken, gelukkig maar zou ik zeggen. Er zit wel een interessante paradox; biodiversiteit en koolstofopslag in gebieden met bosbouw zijn hoger dan in de meeste landbouw- en veeteeltgebieden maar we hebben in het algemeen warmere gevoelens bij het zien van koeien die vredig in de wei staan te grazen dan bij een bos waar ieder jaar een stukje van geoogst wordt.
Biomassacentrales stoten ook meer fijnstof uit dan centrales die op kolen en gas draaien. Dat is met name het geval bij kleinere installaties, het verschil in uitstoot tussen een grote kolencentrale en een grote biomassacentrale is vrij klein. De klassieke vorm van biomassa verbranden – de open haard – is vanuit het perspectief van luchtvervuiling verreweg de slechtste optie, zeker ook omdat die vaak aan gaat als het koud is en er weinig menging is in de atmosfeer en vervuiling dus lang bij de grond blijft. De kleinere installaties die nu op veel plaatsen gebouwd worden zitten daar tussenin. Op het moment dat die niet strategisch geplaatst worden dan kan ik me goed voorstellen dat omwonenden daar bezwaar tegen maken.
Houtige biomassa en CO2
Als laatste, de hogere CO2-uitstoot. Hout heeft een relatief lage energiedichtheid. Met andere woorden, om 1 kWh elektriciteit te genereren levert hout meer CO2-uitstoot op dan kolen, en fors meer dan gas. Daarnaast kost het oogsten, transporteren en drogen van hout ook energie die meestal afkomstig is van fossiele brandstoffen met bijbehorende CO2-uitstoot, waar overigens wel strenge richtlijnen voor zijn. Uiteraard is dit soort bijkomende uitstoot voor winning en transport bij het gebruik van kolen en gas ook deels het geval. Maar in het algemeen ligt de indirecte uitstoot daar lager, hoewel met name de methaanuitstoot bij schaliegaswinning of transport via oudere gasleidingen (denk aan import uit Rusland) onzeker is maar fors kan zijn. Daarnaast is er bij biomassa een groter oppervlak nodig om een bepaalde hoeveelheid energie op te wekken dan bij zon en wind. Dit is gelijk ook de belangrijkste reden dat biomassa niet opgeschaald zal kunnen worden om onze hele energievoorziening te dekken; de hoeveelheid land die we hebben of hiervoor kunnen gebruiken is beperkt.
Figuur 5. Schematische weergave van het verschil in vastgelegde biomassa tussen een natuurlijk bos en bosbouw, in het laatste geval iedere 40 jaar oogst waarin alle biomassa uit het bosbouwgebied gehaald wordt.
Maar laten we even kijken naar de koolstofbalans in een bos. In Figuur 5 staat een typische grafiek van de hoeveelheid biomassa die een boom of stukje bos (plot) vast kan leggen. Bij een jong bos is dat vrij veel (de lijn loopt steil) en naarmate een bos ouder wordt zal dat minder worden. Niet omdat oude bomen geen CO2 meer vastleggen maar omdat de hoeveelheid verrotting ook langzaam toeneemt naarmate een bos ouder wordt en bomen omvallen. Bomen groeien niet tot in de hemel, er ontstaat langzaamaan een balans.
Bij bosbouw wordt de biomassa eens in de zoveel tijd uit het bos gehaald, in Figuur 5 iedere 40 jaar. Na 120 jaar en twee keer oogsten zit er minder koolstof opgeslagen in een bosbouwgebied dan in een natuurlijk bos. Zie het pijltje met ‘verschil in biomassa’ bijschrift. Uiteraard gaat dit puur over koolstof, een natuurlijk bos zal meer biodiversiteit herbergen.
Over die periode is er echter twee keer een nóg grotere hoeveelheid hout geoogst. Van dat geoogste hout kunnen producten gemaakt worden die lang meegaan en dus koolstof uit de atmosfeer houden. En het hout van mindere kwaliteit (dat dus nog steeds hele stammen kunnen zijn) zou in een centrale met Carbon Capture and Storage (CCS) verbrand kunnen worden, zogenaamde BECCS waar de BE voor bio-energy staat. Dat is een voorbeeld van het concept van negatieve emissies. Beide voorbeelden zorgen dus voor meer koolstofopslag dan een natuurlijk bos. Zeker als je beseft dat een natuurlijk bos eens in de zoveel tijd in brand zal staan en dus ook weer bij nul begint.
Een andere optie van het gebruik van hout, en terugkomend op het onderwerp van deze blog, is om alle biomassa te verstoken om energie en warmte op te wekken. In werkelijkheid zal er bijna altijd een combinatie van houtproducten en resthout uit het bos komen maar laten we even aannemen dat alle biomassa verstookt wordt. Dan is, net als in het geval van landbouw- en veeteelt, dit bos deel van een cyclus die netto geen CO2 toevoegt aan de atmosfeer. Dit is een vrij simpel concept maar het wordt vaak in twijfel getrokken, en dat zie je terug in hoe de media met dit onderwerp worstelen. Uiteraard is er wel uitstoot door het hele proces van oogst tot stook.
Figuur 6. Animatie van de leeftijd in een bos in een gebied waar iedere 40 jaar een deel van het bos geoogst wordt. De overgang van geel naar donkerblauw is het jaar van oogst.
Het is interessant om van Figuur 5 een ruimtelijk beeld te maken, dat is in Figuur 6 gedaan. De animatie laat zien hoe een landschap er uit ziet als er iedere 40 jaar houtoogst is in de verschillende vierkantjes (plot). Gemiddeld blijft het bos in het hele gebied van dezelfde leeftijd en houdt het dus ook ongeveer dezelfde hoeveelheid koolstof vast. Dit illustreert dat de leuzen ‘een boom verbranden gaat veel sneller dan een boom laten groeien’ weliswaar klopt voor een boom maar niet de dynamiek van een bos recht doet. Het bos is in balans en door alleen te kijken naar wat er op het moment van oogst of verbranden gebeurt mis je het grote plaatje. Het patroon dat ontstaat lijkt op wat de satellietdata laten zien in gebieden met bosbouw.
Media en politiek
De media heeft moeite met dit dossier. In het Parool lezen we de ene keer dat biomassa averechts werkt voor het klimaat en een paar maanden later dat het toch wat genuanceerder ligt. Idem voor het AD, de ene keer alleen de nadelen en de andere keer een gebalanceerd verhaal, met een van de experts op dit gebied, Martin Junginger. Voor degenen die tijd hebben is dit interview met hem door Remco de Boer absoluut aan te raden.
Biomassa heeft iets groens en er gaat subsidie naar toe, misschien niet geheel verrassend dat De Telegraaf vooral de nadelen benadrukt. Tegelijk is het mooi om te zien dat die krant ook zelf op onderzoek uitgaat en soms ook producenten van houtpellets aan het woord laat (11 juni 2020, gedrukte versie). In een van de uitgebreide artikelen over dit onderwerp komen ook wetenschappers uit Estland aan het woord, het land waar een fors deel van onze pellets vandaan komt. Daarin onder andere de zin: “In 2017 en 2018 verdween ruim 12 miljoen kubieke meter hout uit de Estlandse bossen. Voor duurzaam gebruik is volgens de wetenschappers 8,4 miljoen kuub het maximum.”
Dit is een opvallende zin die wegvalt in de algehele teneur van het artikel. Stel dat die wetenschappers gelijk hebben en stel dat er inderdaad 8,4 miljoen kuub gewonnen werd, zou dan de kritiek verstommen? Ik denk het niet want aan biomassa zitten nadelen en de publieke opinie is intussen anti-biomassa. Ook politieke partijen die eerst voorstander waren van biomassa worstelen hiermee, D66 kamerlid Sienot gaf de voorkeur voor gas over biomassa, bij Groen-Links zou het goed zijn als Klaver nog even in overleg gaat met Van der Lee die duidelijk op de hoogte is van de valkuilen in dit debat.
Biomassa en wetenschap
Misschien wel de belangrijkste reden dat het anti-biomassa sentiment zo groot is geworden is de suggestie dat een van de weinige voordelen van biomassa meestook, namelijk dat het tot een lagere CO2-uitstoot dan kolen of gas leidt, niet zou kloppen. In Nederland komt die boodschap vooral van Emeritus hoogleraar evolutionaire ecologie Louise Vet en Emeritus hoogleraar voedingsleer Martijn Katan. Zij weten de media goed te vinden en ook binnen de KNAW zijn zij een duidelijke anti-biomassa stem. Vaak is zo’n KNAW stempel een garantie dat het hier om de wetenschappelijke consensus gaat, maar in dit geval -en de literatuur en IPCC-rapporten over dit onderwerp kennend- durf ik dat te betwijfelen.
Ik durf zelfs de stelling wel aan dat zij ook geen consensus met zichzelf hebben. Een vaak aangehaald artikel waar Vet co-auteur van is, is een ‘Policy Commentary’ van de EASAC, de Europese overkoepelende organisatie van academies van wetenschappen. Dat artikel lijkt een beetje op het hierboven aangehaalde Telegraaf stuk in de zin van dat het overwegend negatief over biomassa schrijft maar tussen de regels door is er toch nuance. Zo staat er ook o.a.:
“The concept of carbon neutrality is both uncertain and highly time and context dependent.”
Dit is een belangrijke zin die aangeeft dat CO2-neutraliteit geen gegeven is maar voorwaarden behoeft. Die nuance komt helaas niet terug in uitspraken in de media, bijvoorbeeld:
“Biomassa is een heel slechte energiebron. Verbranding van hout levert weinig energie op, waardoor er netto meer CO2 uit de schoorsteen komt dan bij kolen en gas [ ]” zegt hoogleraar Louise Vet van de Wageningen Universiteit, die namens de Koninklijke Nederlandse Academie van Wetenschappen in de milieugroep van EASAC zitting heeft.
Ik vind het zorgelijk als wetenschappers belangrijke nuances niet noemen. Een simpel voorbeeld van het gevolg daarvan is de interpretatie van het net verschenen rapport van de commissie Remkes over de stikstofproblematiek. Henri Bontenbal, werkzaam in de energiesector en iemand die nog rapporten doorleest voor hij een mening geeft, kwam daar het volgende tegen:
https://klimaatverandering.files.wordpress.com/2020/06/biomassa_werf_tweet_bontenbal.png?w=500
Het gaat om de zin “… gecertificeerde biomassa wordt ten onrechte als CO2-neutraal meegeteld.” met een verwijzing naar het EASAC-artikel. Dat doet geen recht aan de nuances in dat artikel en al helemaal niet aan de bredere literatuur. Hoewel dit maar een bijzinnetje is in het rapport dat over stikstof gaat is het voor mij toch moeilijk het rapport nog als neutraal te zien, iets dat enorm belangrijk is in een debat met veel belangen en gevoelens en voor het vertrouwen van de maatschappij in de wetenschap.
Samenvatting
In het voorwoord van het recente PBL-rapport over biomassa schreef PBL-directeur Hans Mommaas dat het onderwerp één van de indringende duurzaamheidsdilemma’s van dit moment behelst; “Wat heeft prioriteit: de instandhouding/stimulering van de mondiale biodiversiteit of de mondiale terugdringing van broeikasgassen?”.
Dat dilemma lijkt echter ondergesneeuwd te raken in de discussie over biomassa doordat het voordeel van biomassa vergeleken met fossiele brandstoffen (lagere netto CO2-uitstoot) in twijfel getrokken wordt. En zoals Paul Rosenmöller zo mooi zei naar aanleiding van de discussie over het sluiten van scholen afgelopen maart: “Als wetenschappers elkaar tegenspreken, verliezen bestuurders hun kompas”.
Met dit stuk heb ik proberen duidelijk te maken dat er veel haken en ogen aan biomassa meestook zitten, maar dat het ook mogelijkheden biedt die we moeten koesteren. Wie in de energietransitie alleen perfecte oplossingen wil accepteren houdt uiteindelijk geen enkele optie over. Over hoe CO2-neutraal biomassa nu werkelijk is kan je goed discussiëren, dat het bij naleving van duurzaamheidscriteria netto minder CO2 uitstoot dan kolen en waarschijnlijk gas is vrij zeker.
Terugkomend op het begin van dit stuk zijn er twee bijzondere observaties wat mij betreft. Aan de ene kant is er een sterke en doeltreffende anti-biomassa lobby vanuit een kleine groep wetenschappers geweest, waarvan sommigen ook sterk tegen kernenergie gekant zijn. Zonder beide opties is het een flinke klus om onze CO2-uitstoot naar beneden te krijgen zonder de betrouwbaarheid van ons energiesysteem te veel op de proef te stellen. Aan de andere kant zien we een sterke anti-biomassa lobby bij een aantal kranten maar waarschijnlijk het sterkst bij De Telegraaf waarbij de nadruk ligt op ecologische schade. Die verontwaardiging vind ik moeilijk te rijmen met de berichtgeving op andere ecologische onderwerpen zoals het stikstofdebat.
Epiloog
Persoonlijk ben ik voor- noch tegenstander van biomassa. Ik ben vooral voor een efficiënte energietransitie gebaseerd op feiten en een eerlijke evaluatie van onzekerheden en onbekende factoren daarin. Keuzes zullen door de politiek gemaakt moeten worden. Wind en zon worden goedkoper en de capaciteitsfactor daarvan stijgt, vooral met verdergaande uitbreiding wind op zee. Daarnaast kampen deze bronnen na installatie niet met terugkerende uitstoot voor o.a. oogsten en drogen zoals bij biobrandstoffen het geval kan zijn.
Voor zover dat niet al nu het geval is zullen deze factoren meestook van biomassa op termijn uit de markt drukken, zeker als de subsidie vervalt. Andere vormen van biomassa kunnen nodig blijven aangezien biomassa opgeslagen kan worden en daarmee hiaten in zon en wind kan opvangen, omdat het negatieve emissies mogelijk maakt, omdat het een grondstof is en omdat geavanceerde biobrandstoffen voorlopig nodig kunnen zijn voor lucht- en zeevaart.
De harde lobby tegen biomassa kan op twee manieren slecht uitpakken. Allereerst als biomassa als base-load sneller afgebouwd wordt dan zon, wind, en kernenergie sneller opgeschaald kunnen worden dan al gepland. Dat zou tot hogere CO2-concentraties leiden. Ten tweede als biomassa zo’n slechte naam krijgt dat er door de maatschappij niet meer constructief mee omgegaan kan worden, een situatie die wellicht op die van kernenergie lijkt.
Guido van der Werf is universiteitshoogleraar aan de Vrije Universiteit, zijn onderzoek richt zich op de wisselwerking tussen het klimaatsysteem en de mondiale koolstofcyclus.
https://klimaatveranda.nl/2020/06/12/co2-balans-bij-gebruik-van-biomassa-als-energiebron/
