Life-Cycle Greenhouse Gas Implications of Biomass-Based CFB Boiler Retrofit for Coal Power Decarbonization in Indonesia

De wereld probeert af te stappen van het verbranden van steenkool voor de opwekking van elektriciteit, een praktijk die enorme hoeveelheden warmtevasthoudende gassen in de atmosfeer vrijgeeft. Een van de meest veelbelovende alternatieven is biomassa, wat het verbranden van organische materialen zoals hout of landbouwafval inhoudt. De logica is eenvoudig: planten absorberen koolstofdioxide terwijl ze groeien, dus wanneer ze worden verbrand, geven ze alleen af wat ze recentelijk hebben opgenomen, wat theoretisch een gebalanceerde cyclus creëert. Echter, de realiteit is veel complexer. De totale klimaatimpact van een biomassa-elektriciteitscentrale hangt af van elke stap in hun traject, van het type land dat wordt gebruikt om de brandstof te verbouwen, tot hoe ver deze getransporteerd moet worden, en hoe efficiënt de centrale het verbrandt. Als het land voorheen een bos was, of als de brandstof enorme hoeveelheden energie vereist om te verwerken en te transporteren, kan de overstap van steenkool naar biomassa de klimaatimpact niet daadwerkelijk verbeteren. Voor ontwikkelingslanden zoals Indonesië, die zwaar leunen op steenkool maar enorme kosten moeten maken bij het bouwen van volledig nieuwe elektriciteitscentrales, is de vraag of ze simpelweg hun bestaande kolencentrales kunnen upgraden om biomassa te verbranden, en of zij daarmee werkelijk hun koolstofvoetafdruk zullen verkleinen.

Onderzoekers van de Universiteit van Indonesië en de Nationale Organisatie voor Onderzoek en Innovatie zetten zich in om deze vraag te beantwoorden door te kijken naar een specifiek plan om de Paiton kolencentrale op het eiland Java te renoveren. Het voorstel houdt in dat de oude kolenverbrandingsketel van de centrale wordt vervangen door een nieuwere, flexibelere ketel, een zogenaamde 'circulating fluidized bed boiler', die een grotere variëteit aan vaste brandstoffen kan verwerken. Het team keek niet alleen naar het verbrandingsproces; ze voerden een volledige levenscyclusanalyse uit, waarbij de uitstoot van broeikasgassen werd gevolgd vanaf het moment dat de brandstof werd gewonnen tot het moment dat de elektriciteit werd opgewekt. Ze vergeleken de huidige kolenoperatie met vier verschillende biomassascenario's: het gebruik van houtpellets gemaakt van een snelgroeiende struik genaamd Calliandra, het gebruik van houtchips van dezelfde struik, en het gebruik van twee soorten afval uit de palmolie-industrie, namelijk palmkernvezels en lege vruchtenbundels. Cruciaal was dat ze twee verschillende manieren testten om de vrijgekomen koolstof bij de verbranding te tellen: één die ervan uitgaat dat planten de koolstof die ze vrijgeven onmiddellijk weer aanvullen (een koolstofneutraal standpunt), en een andere die de verbrandingsuitstoot meerekent als onderdeel van de totale voetafdruk (een niet-koolstofneutraal standpunt).

De studie toonde aan dat de uitkomst volledig afhangt van waar de brandstof vandaan komt en hoe het land wordt beheerd. Wanneer de onderzoekers het gebruik van Calliandra-struiken die groeien op gedegradeerd, marginaal land op het eiland Sumbawa modelleerden, waren de resultaten verrassend negatief in termen van emissies. Dit betekent niet dat de centrale geen vervuiling produceert, maar dat de handeling van het omzetten van arme, koolstofarme grond in een bloeiend bos van energiegewassen meer koolstof uit de atmosfeer absorbeert dan het gehele proces van het kweken, oogsten, transporteren en verbranden van de brandstof vrijgeeft. Onder de koolstofneutrale aanname, waarbij dit scenario resulteerde in een netto verwijdering van broeikasgassen, bereikten de waarden een niveau van zelfs maar -8,957 kilogram CO2-equivalent per kilowattuur. Zelfs onder het striktere niet-koolstofneutrale standpunt, dat de verbrandingsuitstoot meetelt, vertoonde het systeem nog steeds een significante netto reductie, reikend tot -7,772 kilogram. De belangrijkste drijfveer was de toename van de koolstofopslag in de bodem en de planten zelf, wat de emissies uit de toeleveringsketen ruimschoots overtrof.

In contrast hiermee vertelden de scenario's met palmolieafval van bestaande plantages in West-Kalimantan een ander verhaal. Omdat deze materialen bijproducten zijn van een industrie die al bestaat, gingen de onderzoekers ervan uit dat er geen nieuw land werd vrijgemaakt om ze te verbouwen, wat betekende dat er geen bonus in koolstofopslag was door landgebruikwijziging. Bijgevolg vertoonden deze scenario's geen netto verwijdering van emissies. Echter, onder de koolstofneutrale aanname, waarbij de verbrandingsuitstoot wordt genegeerd, resulteerden de scenario's met palmolieafval nog steeds in positieve emissies die lager waren dan de kolenbasislijn (0,405 en 0,297 kgCO2e/kWh vergeleken met 1,143 kgCO2e/kWh voor kolen). Wanneer de onderzoekers de tijdens de verbranding vrijgekomen koolstof telden onder de niet-koolstofneutrale aanname, produceerden de scenario's met palmolieafval hogere emissies dan de kolencentrale (1,621 en 1,371 kgCO2e/kWh vergeleken met 1,143 kgCO2e/kWh voor kolen). Dit benadrukt dat het simpelweg vervangen van steenkool door biomassa geen gegarandeerde oplossing is; de voordelen gaan verloren als de brandstof niet gepaard gaat met een aanzienlijke boost in koolstofopslag of als de toeleveringsketen te energie-intensief is.

De onderzoekers ontdekten ook dat kleine veranderingen in de fysieke eigenschappen van de brandstof de resultaten aanzienlijk kunnen doen omslaan. Ze voerden een gevoeligheidsanalyse uit om te zien wat er zou gebeuren als de brandstof vochtiger zou zijn dan verwacht. Biomassa met een hoog vochtgehalte is moeilijker efficiënt te verbranden, wat vereist dat er meer brandstof nodig is om dezelfde hoeveelheid elektriciteit op te wekken en vaak leidt tot onvolledige verbranding. De studie toonde aan dat een bescheiden toename van het vochtgehalte de klimaatvoordelen van de Calliandra-scenario's met meer dan tien procent kon verminderen, waardoor het systeem minder effectief wordt in het verwijderen van koolstof uit de atmosfeer. Dit suggereert dat voor biomassa een levensvatbare decarbonisatiestrategie te zijn, de toeleveringsketen strikt gecontroleerd moet worden om te garanderen dat de brandstof droog is en dat het land dat wordt gebruikt voor de teelt werkelijk gedegradeerd land is dat herstel behoeft, in plaats van vruchtbare grond die van nature koolstof zou opslaan.

Uiteindelijk suggereert de studie dat het renoveren van oude kolencentrales met biomassaketels een realistisch pad naar decarbonisatie kan zijn voor landen als Indonesië, maar alleen onder zeer specifieke omstandigheden. De technologie zelf is solide en biedt een manier om lokale hulpbronnen te gebruiken zonder de enorme kosten van het bouwen van volledig nieuwe elektriciteitscentrales. Echter, de klimaatvoordelen zijn niet automatisch. Ze hangen zwaar af van de keuze van de brandstof en de conditie van het land waar de brandstof vandaan komt. Het omzetten van gedegradeerd land in energiebossen kan een krachtige koolstofput creëren die de emissies van de elektriciteitscentrale overtreft, maar het gebruik van afval uit bestaande industrieën zonder wijzigingen in het landgebruik biedt mogelijk niet dezelfde diepe reducties in emissies. De bevindingen dienen als een duidelijke waarschuwing dat de weg naar een groenere toekomst meer vereist dan alleen het vervangen van de ene brandstof door de andere; het vereist een zorgvuldige, wetenschappelijk onderbouwde selectie van hulpbronnen die rekening houdt met de gehele reis, van de bodem tot de schoorsteen.