Door naar hoofdinhoud
Zoeken

Geavanceerde biobrandstoffen

ExxonMobil blijft onderzoek van geavanceerde biobrandstoffen financieren en uitvoeren. Dit maakt deel uit van onze vele investeringen in nieuwe technologieën met het transformatieve potentieel om energievoorraden te verhogen, emissies te verlagen en operationele efficiëntie te verbeteren.

We financieren een breed gamma aan onderzoeksprogramma's voor biobrandstoffen, inclusief onze aanhoudende inspanningen met betrekking tot algen, en ook programma's voor het omzetten van alternatieve, niet-voedinggebaseerde grondstoffen, d.w.z. cellulosehoudende biomassa, naar geavanceerde biobrandstoffen. We zijn van mening dat fundamentele technologieverbeteringen en wetenschappelijke doorbraken nog steeds nodig zijn, zowel in de optimalisering van biomassa als in de verwerking van biomassa naar brandstoffen.  Vooral wetenschappelijke doorbraken zijn nodig om te garanderen dat geavanceerde biobrandstoffen economisch kunnen worden opgeschaald en geproduceerd met het gewenste milieuvoordeel van lagere broeikasgasuitstoot tijdens de levenscyclus. In dergelijk baanbrekend onderzoek zijn een duidelijk begrip van de uitdaging en het opdelen van deze uitdaging in beheersbare vraagstukken, die kunnen worden aangepakt met behulp van de wetenschap, de cruciale eerste stappen naar het vinden van een oplossing. 

Wetenschappers en ingenieurs aan universiteiten, in overheidslaboratoria en bij bedrijven zijn bezig met onderzoek naar een breed spectrum aan grondstoffen en processen voor de ontwikkeling van geavanceerde biobrandstoffen.   We werken samen met een aantal van deze toonaangevende onderzoekers en hebben onze onderzoeksportefeuille ontworpen ter bevordering van de wetenschap die naar onze mening nodig zal zijn voor de levering van geavanceerde biobrandstoffen met milieuvoordeel.

Onze onderzoeksportefeuille voor geavanceerde biobrandstoffen omvat gezamenlijke onderzoekssamenwerking met Synthetic Genomics Inc. (SGI), Colorado School of Mines en Michigan State, gericht op biobrandstoffen op basis van algen. We onderzoeken ook verschillende processen voor conversie van biomassa, die gebruikt zouden kunnen worden met niet-voedinggebaseerde grondstoffen zoals volledig cellulosehoudende biomassa, grondstoffen van algen en suikers op basis van cellulose. Deze programma's worden momenteel uitgevoerd met Renewable Energy Group (REG), Iowa State University, Northwestern University en de University of Wisconsin.

Algen 

Voordelen van gebruik van algen

Er zijn talloze voordelen bij het gebruik van algen voor de productie van biobrandstoffen. Algen kunnen worden gekweekt op land dat voor geen enkel ander doel met water geschikt is, en dat niet kan worden gebruikt voor de voedselproductie. Buiten het gebruik van niet-bebouwbaar land en zonder de noodzaak voor zoet water kunnen algen mogelijk ook grotere hoeveelheden biobrandstoffen per hectare opleveren dan andere bronnen. We weten ook dat algen kunnen worden gebruikt voor de productie van biobrandstoffen die in samenstelling vergelijkbaar zijn met de huidige brandstoffen voor transport. 

Bovendien kan het kweken van algen een milieuvoordeel opleveren. Algen gebruiken CO2 en kunnen mogelijk, in vergelijking met conventionele brandstoffen, voordelen opleveren met betrekking tot de beperking van de uitstoot van broeikasgassen. In 2012 hebben onderzoekers van MIT, ExxonMobil en SGI een evaluatie van biobrandstoffen van algen gepubliceerd in het vaktijdschrift Environmental Science and Technology, waarin werd geconcludeerd dat als belangrijke onderzoekshindernissen worden overwonnen, biobrandstoffen uit algen ongeveer 50% minder uitstoot van broeikasgassen tijdens hun levenscyclus hebben dan brandstof uit aardolie. 

Daarentegen bestaat er een stevig debat in de wetenschappelijke onderzoeksgemeenschap met betrekking tot de koolstofvoetafdruk van biobrandstoffen van de eerste generatie, die de EPA beschrijft als brandstoffen die worden geproduceerd van eetbare gewassen (zoals maïs).  Veel collegiaal getoetste uitgaven in de wetenschappelijke literatuur suggereren dat de directe uitstoot van broeikasgassen tijdens de levenscyclus lager zijn dan bij fossiele brandstoffen, maar dat indirecte gevolgen van de ontwikkeling van biobrandstoffen van de eerste generatie, waaronder wijzigingen in grondgebruik voor bos of landbouw, kan leiden tot hogere totale uitstoot van broeikasgassen dan brandstoffen uit aardolie. 

Om deze redenen ontplooit ExxonMobil onderzoek naar biobrandstoffen van de tweede generatie om te bepalen hoe deze het beste kunnen worden ingepast in onze energietoekomst. Biobrandstoffen van de tweede generatie worden gedefinieerd als brandstoffen die worden geproduceerd uit niet-eetbare gewassen, gewasresten of biologisch gegenereerd gas en daarom nemen ze dus niets weg van de totale voedselvoorziening. Voorbeelden hiervan zijn algen, maïsstengels, vingergras of methaan afkomstig van microbiële activiteit in vuilstortplaatsen.

Hoe algen groeien

 

Algen kunnen een diverse en zeer aantrekkelijke niet-voedselbron bieden voor de belangrijke hernieuwbare moleculen die kunnen worden gebruikt voor de productie van biobrandstoffen van de tweede generatie. Sommige stammen van algen kunnen worden geoptimaliseerd om voorlopers van biodiesel te produceren. Andere algenstammen kunnen worden geoptimaliseerd als een bron van vergistbare suikers, met samenstellingen die gelijkwaardig zijn aan die welke afkomstig zijn uit maïskorrels en worden gebruikt voor het produceren van biobrandstoffen van de eerste generatie zoals ethanol.

Biologisch basisonderzoek van algen met Synthetic Genomics 

Momenteel voeren ExxonMobil en SGI een basisonderzoekprogramma uit om geavanceerde biobrandstoffen uit algen te ontwikkelen. Ons doel is om geavanceerde opties voor biobrandstoffen van algen te ontwikkelen en de beste trajecten te bepalen om deze baanbrekende technologieën beschikbaar te maken voor consumenten. Het programma bouwt voort op de vele inzichten die we hebben verkregen en de vooruitgang die we hebben geboekt sinds we onze eerste samenwerking met SGI in 2009 hebben aangekondigd.

We worden geconfronteerd met een aantal aanzienlijke technische hindernissen voordat de productie van biobrandstoffen uit algen op significante commerciële schaal mogelijk zal zijn. Om deze uitdagingen te overwinnen, streven we ernaar een aantal basisvragen te beantwoorden zoals:

  • Waarom gebruiken algen een relatief kleine hoeveelheid lichtenergie?
  • Welke hulpmiddelen kunnen worden gebruikt om de efficiëntie van het lichtgebruik van algen te verbeteren en productiekenmerken te verbeteren?
  • Hoe kunnen we een organisme ontwikkelen dat aanzienlijk meer bio-olie kan produceren?

De centrale uitdaging is dat algen natuurlijk aanzienlijk meer licht oogsten dan ze op effectieve wijze kunnen omzetten naar biobrandstoffen. Slechts een vaste hoeveelheid licht raakt het oppervlak van een vijver en onze doelstelling is om de algen dit licht zo efficiënt mogelijk te laten gebruiken. De hoeveelheid verspild zonlicht varieert enorm, afhankelijk van de algensoort en groeiomstandigheden, maar kan wel 80 procent of meer bedragen. ExxonMobil en SGI voeren een fundamenteel onderzoek uit om de hoeveelheid verspild zonlicht te verlagen en biomassaproductiviteit te vergroten door verbetering van de fotosynthetische efficiëntie van afzonderlijke algencellen. Om deze doelstelling te bereiken is het SGI-team bezig algencellen te kweken die alleen de hoeveelheid licht absorberen die ze effectief kunnen benutten.

Onderzoek en ontwikkeling van biobrandstoffen uit algen is een langdurige inspanning. We hebben veel geleerd sinds ExxonMobil en SGI hun samenwerking zijn begonnen en we blijven doorgaan met het bouwen van de biologische hulpmiddelen, capaciteiten en inzichten die noodzakelijk zijn om de technische hindernissen te overwinnen.

De uitdaging van schaalgrootte

Volgens Vijay Swarup, vicepresident van ExxonMobil Research and Engineering Company: "We weten dat bepaalde algensoorten bio-oliën produceren. De uitdaging is het vinden en ontwikkelen van algen die bio-oliën produceren op een kostenefficiënte schaal." 

Er zou een aanzienlijke hoeveelheid algen vereist zijn om voldoende brandstof te produceren om zelfs maar aan een klein deel van de brandstofbehoefte van het Amerikaanse wegtransport te voldoen. Bevolking en economie zullen samen met energiebehoefte en CO2-uitstoot blijven toenemen. Bij ExxonMobil erkennen we dat een geïntegreerd geheel van oplossingen vereist zal zijn voor de verbetering van de efficiëntie, vergroting van de toevoer en vermindering van emissies. Technologische doorbraken zullen essentieel zijn en biobrandstoffen op basis van algen zouden kunnen bijdragen aan dit geheel van oplossingen.

Het uiteindelijke doel is het laten verwerken van bio-oliën uit algen in onze raffinaderijen als aanvulling op voorraden van conventionele benzine, diesel, vliegtuigbrandstoffen en scheepsbrandstoffen.

Wat nu?

ExxonMobil blijft doorgaan met de financiering van, en het doen van onderzoek naar geavanceerde biobrandstoffen als onderdeel van onze vele investeringen in nieuwe technologieën met het transformatieve potentieel om energievoorzieningen te vergroten, emissies te verminderen en operationele efficiënties te verbeteren.

Het volgen van dit traject vergt aanzienlijke investeringen van tijd en geld, evenals wetenschappelijke expertise voor het aanpakken van de enorme uitdagingen die samengaan met de ontwikkeling van zuinige en geavanceerde biobrandstoffen op grote schaal. Bovendien zijn voorspellingen over succes moeilijk om te doen en ze zijn rechtstreeks afhankelijk van het tempo van technologische innovatie. Het kan nog wel tientallen jaren of langer duren voordat geavanceerde biobrandstoffen een schaal bereiken waar de sector voor transportbrandstoffen aanzienlijk van kan profiteren. 

We gaan verder met de evaluatie van onze beste opties voor voortdurend biologische algenonderzoek als onderdeel van onze bredere portefeuille van onderzoek naar biobrandstoffen en ontwikkelingsprogramma's behalve die van algen.

  • Het onderzoek van ExxonMobil naar fotosynthetische efficiëntie biedt de fundamentele inzichten die worden gebruikt voor het overwinnen van hindernissen ter vergroting van de biomassaproductiviteit.

  • SGI maakt gebruik van technieken in de synthetische biologie en onderzoekt andere fundamentele wetenschap voor de ontwikkeling van uiterst productieve algensoorten.

Cellulose-onderzoek met REG

ExxonMobil heeft een overeenkomst ondertekend met Renewable Energy Group (REG) voor het bestuderen van de productie van biodiesel door fermentatie van hernieuwbare cellulosesuikers uit bronnen zoals landbouwafval.  REG heeft een gepatenteerde technologie ontwikkeld waarbij gebruik wordt gemaakt van microben voor het omzetten van suikers in biodiesel met een éénstaps fermentatieproces dat lijkt op de productie van ethanol. Het onderzoek van ExxonMobil en REG Life Sciences zal gericht zijn op het gebruik van suikers uit niet-voedingsbronnen.

REG heeft een lange geschiedenis van innovatie in de productie van geavanceerde biobrandstoffen uit grondstoffen van restafval met een lager koolstofgehalte. Tijdens het onderzoek zullen de twee bedrijven de uitdaging aangaan en bekijken hoe fermentatie mogelijk is van werkelijke, hernieuwbare cellulosesuikers, die meerdere soorten suikers zoals glucose en xylose bevatten, maar ook onzuiverheden die fermentatie belemmeren.

Onze eerste uitdaging is het bepalen van de technische haalbaarheid en de mogelijke milieuvoordelen tijdens het eerste onderzoek. Als de resultaten positief zijn, kunnen we de volgende stap zetten en het potentieel onderzoeken voor uitbreiding van onze inspanningen en onderzoek van schaalbaarheid.

Partnerships met universiteiten

Colorado School of Mines/biobrandstoffen uit algen

ExxonMobil en de Colorado School of Mines hebben een gezamenlijk onderzoek opgezet (onder leiding van Mines Chemistry en Matthew Posewitz, universitair hoofddocent geochemie, die al 13 jaar in het algenveld werkzaam is), gericht op het ontwikkelen van fundamentele nieuwe inzichten in fotosynthetische processen en koolstoffixatie in algen. Deze nieuwe inzichten zullen betere inzichten opleveren van de wetenschappelijke en technische uitdagingen in verband met het produceren van biobrandstoffen uit algen. 

Michigan State/biobrandstoffen uit algen

ExxonMobil heeft een onderzoeksamenwerking naar biobrandstoffen uit algen opgezet met Michigan State, dat gericht is op het bevorderen van de fundamentele wetenschap van fotosynthese bij algen. Prof. David Kramer, de universiteitshoogleraar in fotosynthese en bio-energetica aan de John Hannah-leerstoel van MSU, heeft de leiding over het project. Het algemene doel van de samenwerking is het verbeteren van de efficiëntie van fotosynthese bij algen, zodat de productie van biobrandstoffen kan groeien. 

Iowa State/snelle pyrolyse van biomassa

Het biobrandstoffenprogramma van ExxonMobil (Biofuels Program) bij Iowa State University is gericht op fundamentele wetenschappelijke en technische vragen over de chemische en fysieke processen die zich voordoen tijdens de pyrolyse van biomassa. Onderzoekers van Iowa State zijn al meer dan 15 jaar bezig met het bestuderen van snelle pyrolyse. 

De projecten van ExxonMobil worden geleid door vier onderzoekers.  Robert C. Brown, hoogleraar werktuigbouwkunde en directeur van het Bioeconomy Institute van Iowa State, en James Michael, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, zullen de grondbeginselen van pyrolyse bestuderen. Brent Shanks, hoogleraar chemische en biologische technologie en directeur van de National Science Foundation Engineering Research Center for Biorenewable Chemicals, en Xianglan Bai, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde, zullen de processen bestuderen die de stabiliteit en kwaliteit van bio-olie beïnvloeden. 

Northwestern University/snelle pyrolyse van biomassa

Het programma voor biobrandstoffen van ExxonMobil bij Northwestern University is gericht op het gebruik van geavanceerde mechanistische modellering om de technische uitdagingen en de potentiële mogelijkheden die verband houden met snelle pyrolyse van biomassa te onderzoeken. Prof. Linda J. Broadbelt, hoogleraar aan de Sarah Rebecca Roland-leerstoel en hoofd van de afdeling Biologische en chemische technologie van Northwestern, heeft de leiding. Eerder onderzoek binnen haar groep heeft een model ontwikkeld voor pyrolyse van cellulose, een van de belangrijkste onderdelen in biomassastoffen van cellulose. Dit model wordt momenteel uitgebreid voor een beter begrip van de complexere onderdelen in biomassastoffen van cellulose. 

Dit onderzoek zal helpen bij het bepalen van reactietrajecten en mechanismen die tijdens pyrolyse optreden en het kan inzichten bieden voor het onderdrukken van ongewenste reacties. Dit fundamentele begrip is essentieel voor vaststelling van het potentieel voor pyrolysetechnologie.

University of Wisconsin/upgraden van biomassa

ExxonMobil heeft een gezamenlijk onderzoeksprogramma naar upgrade-processen van biomassa opgezet in samenwerking met de University of Wisconsin. Het programma wordt geleid door Professor George Huber, een toonaangevende onderzoeker en vernieuwer in biomassaconversie. Het programma is gericht op het omzetten van de initiële producten van biomassadecompositie tot eindproducten met meer waarde. Suikers of aan suiker verwante verbindingen kunnen bijvoorbeeld uit biomassa worden geproduceerd via primaire decompositieprocessen zoals snelle pyrolyse of behandeling met zuur en enzymen. Dit programma met Wisconsin evalueert katalytische reacties voor het omzetten van deze suikers in koolwaterstofbrandstoffen, zoals benzine en diesel.