Hydrobehandelde plantaardige olie (HVO) is een biobrandstof die wordt geproduceerd door hydrokraken en hydrogeneren van plantaardige olie. Hydrokraken breekt grote moleculen af tot kleinere moleculen met behulp van waterstof, terwijl hydrogeneren dubbele bindingen elimineert door waterstof aan de moleculen toe te voegen. Deze methoden kunnen worden gebruikt om vervangers te creëren voor benzine, diesel, propaan, kerosine en andere chemische grondstoffen. Dieselbrandstof die uit deze bronnen wordt geproduceerd, wordt soms groene diesel of hernieuwbare diesel genoemd.
Dieselbrandstof die door hydrobehandeling wordt geproduceerd, onderscheidt zich van biodiesel die door verestering wordt geproduceerd.
De meeste plantaardige en dierlijke oliën zijn triglyceriden, geschikt voor raffinage. Raffinaderijgrondstoffen omvatten koolzaadolie, carinata (Brassica carinata), algen, jatropha, zeekraal, palmolie, talg en sojabonen. Eén soort alg, Botryococcus braunii, produceert een ander type olie, bekend als triterpeen, dat via een ander proces wordt omgezet in alkanen.
De productie van met waterstof behandelde plantaardige oliën is gebaseerd op het toevoegen van waterstofmoleculen aan het ruwe vet– of oliemolecuul. Dit proces is gekoppeld aan de reductie van de koolstofverbinding. Wanneer waterstof wordt gebruikt om te reageren met triglyceriden, kunnen verschillende soorten reacties optreden en worden verschillende resulterende producten gecombineerd. De tweede stap van het proces omvat het omzetten van de triglyceriden/vetzuren in koolwaterstoffen door hydrodeoxygenatie (het verwijderen van zuurstof als water) en/of decarboxylatie (het verwijderen van zuurstof als koolstofdioxide).
Een formulevoorbeeld hiervan is C
3H
5(RCOO)
3 + 12 H
2 ⟶ C
3H
8 + 3 RCH
3 + 6 H
2O
De chemische formule voor HVO-diesel is CnH2n+2
Hydrobehandelde oliën worden gekenmerkt door zeer goede eigenschappen bij lage temperaturen. Het troebelingspunt treedt ook op onder -40 °C. Daarom zijn deze brandstoffen geschikt voor de bereiding van premium brandstof met een hoog cetaangetal en uitstekende eigenschappen bij lage temperaturen. Het koude filterpluggingspunt (CFPP) komt vrijwel overeen met de waarde van het troebelingspunt, waardoor de waarde van het troebelingspunt van belang is in het geval van hydrobehandelde oliën.
Zowel HVO-diesel (groene diesel) als biodiesel worden gemaakt van dezelfde plantaardige olie als grondstof. De verwerkingstechnologieën en chemische samenstelling van de twee brandstoffen verschillen echter. De chemische reactie die gewoonlijk wordt gebruikt om biodiesel te produceren, staat bekend als transesterificatie.
Bij de productie van biodiesel ontstaat ook glycerol, maar niet bij de productie van HVO.
Neste heeft de verschillen tussen biodiesel en hernieuwbare diesel (HVO) gepubliceerd.
NESTE MY Hernieuwbare diesel Conventionele ULSD Biodiesel B20
Reductie van broeikasgasemissies Tot 75% Geen 15%
Hernieuwbare bron 100% Nee Ja
Prestaties bij koud weer Uitstekend Uitstekend Afhankelijk
Cetaangetal 70+ 45-55 50
Brandstofstabiliteit Hoog Gemiddeld Laag
OEM-goedkeuring Ja Ja Ja
Verschillende fasen van de omzetting van hernieuwbare koolwaterstofbrandstoffen, geproduceerd door hydrobehandeling, vinden plaats in de energiesector. Enkele commerciële voorbeelden van raffinage van plantaardige olie zijn:
Repsol NEXA 100% hernieuwbaar
Neste NExBTL
Topsoe HydroFlex-technologie
Axens Vegan-technologie
H-Bio, het ConocoPhilips-proces
UOP/Eni Ecofining-proces.
Neste is de grootste fabrikant en produceert jaarlijks circa 3,3 miljoen ton (2023). Neste voltooide zijn eerste NExBTL-fabriek in de zomer van 2007 en de tweede in 2009. Petrobras was van plan om in 2007 256 megaliter (1.610.000 vaten) plantaardige olie te gebruiken voor de productie van H-Bio-brandstof. ConocoPhilips verwerkt 42.000 US gallons (1.000 vaten/dag) plantaardige olie. Andere bedrijven die zich bezighouden met de commercialisering en industrialisatie van hernieuwbare koolwaterstoffen en biobrandstoffen zijn onder andere Neste, REG Synthetic Fuels, LLC, ENI, UPM Biofuels en Diamond Green Diesel, die samenwerken met landen over de hele wereld. Fabrikanten van deze hernieuwbare diesels rapporteren een reductie van de uitstoot van broeikasgassen van 60-95% ten opzichte van fossiele diesel, en betere koude-vloei-eigenschappen voor gebruik in koudere klimaten. Bovendien kunnen al deze groene diesels in elke dieselmotor of -infrastructuur worden toegepast zonder veel mechanische aanpassingen, in elke verhouding met diesels op basis van aardolie.
Hernieuwbare diesel uit plantaardige olie is een groeiend alternatief voor aardolie. Vloten in Californië gebruikten in 2017 meer dan 200 miljoen US gallons (760.000 m3) hernieuwbare diesel. De California Air Resources Board voorspelt dat er in de staat de komende tien jaar meer dan 2 miljard US gallons (7.600.000 m3) brandstof zal worden verbruikt volgens de Low Carbon Fuel Standard-vereisten. Vloten die op hernieuwbare diesel van verschillende raffinaderijen en grondstoffen rijden, ervaren naar verluidt lagere emissies, lagere onderhoudskosten en een vrijwel identieke rijervaring met deze brandstof.
Er zijn een aantal kwesties aan de orde gekomen over de duurzaamheid van HVO, voornamelijk met betrekking tot de inkoop van de vetten.d grondstoffen. Afvalolie zoals gebruikte bakolie is een beperkte hulpbron en het gebruik ervan kan niet verder worden opgeschaald dan een bepaald punt. Bovendien wordt het overgrote deel van de grondstof UCO (gebruikte bakolie) al verzameld en gebruikt in een reeks thermische en chemische processen om de broeikasgasvoetafdruk te verkleinen. Het vervangen van UCO door fossiele olie leidt mogelijk niet tot een vermindering van de broeikasgasvoetafdruk.
De verdere vraag naar HVO zou moeten worden ingevuld met plantaardige oliën op basis van gewassen, maar de overstap van plantaardige oliën van de voedselmarkt naar de biobrandstoffensector is in verband gebracht met stijgende wereldwijde voedselprijzen en met de wereldwijde uitbreiding en intensivering van de landbouw. Dit gaat gepaard met diverse ecologische en milieu-implicaties; bovendien kunnen broeikasgasemissies als gevolg van veranderingen in landgebruik in sommige omstandigheden elk voordeel van de verdringing van fossiele brandstoffen tenietdoen of overtreffen.
Uit een onderzoek uit 2022, gepubliceerd door de International Council on Clean Transportation, bleek dat de verwachte opschaling van de capaciteit voor hernieuwbare diesel in de VS de beschikbare voorraad afval- en restoliën snel zou uitputten en steeds afhankelijker zou worden van binnenlandse en geïmporteerde sojaolie.[18] Het rapport merkte ook op dat de toegenomen Amerikaanse productie van hernieuwbare diesel indirect de uitbreiding van de palmolieteelt in Zuidoost-Azië zou kunnen stimuleren, waar de palmolie-industrie nog steeds endemisch geassocieerd wordt met ontbossing en veenvernietiging.
Uitdagingen bij de productie van brandstoffen uit bio-afgeleide grondstoffen met HVO
Hydrobehandelingsinstallaties voor raffinaderijen worden gebruikt voor de verwerking van HVO. Zelfs de introductie van kleine hoeveelheden biomateriaal in een hydrobehandelingsinstallatie voor diesel heeft implicaties en potentiële risicofactoren. De belangrijkste problemen zijn corrosie, een hoog waterstofverbruik en deactivering van de katalysator.
Volgens de ervaring van Haldor Topsoe met hun gelicentieerde units brengt de productie van HVO bepaalde uitdagingen met zich mee voor hydrobehandelingsinstallaties, waaronder:
Corrosie – Er zijn verschillende corrosiemechanismen bij het hydrobehandelen van plantaardige oliën en dierlijke vetten. De meeste zijn zuur, hoewel dit wordt getemperd door binding in tri- en diglyceriden. Moeilijke grondstoffen zoals maïsolie kunnen echter 10-15% vrije vetzuren bevatten. Deze zuren kunnen niet-roestvast staal aantasten in de voorverwarmingstrein, de gestookte verwarmer, de leidingen, de kleppen en de reactoren. Bovendien kunnen chloriden die de grondstoffen verontreinigen, in de reactor worden omgezet in waterstofchloride, wat vervolgens versnelde corrosie in de effluentleidingen en in zuur water kan veroorzaken. De aanwezigheid van chloriden in een natte omgeving is ook problematisch voor de gangbare roestvast staalsoorten 304 en 316 vanwege de kans op intergranulaire spanningschloridescheuring. Bovendien kan de vorming van koolstofdioxide uit decarboxylatiereacties tijdens hydrobehandeling koolzuur vormen wanneer het in contact komt met water.
Waterstofverbruik – het verwijderen van zuurstof, het kraken van moleculen met lange ketens en het verzadigen van olefinische bindingen verbruikt twee tot vier keer zoveel waterstof als een conventionele ULSD-hydrobehandelingsinstallatie. Het chemische waterstofverbruik bij ULSD-hydrobehandeling bedraagt doorgaans 300-600 scf/bbl van de grondstof, afhankelijk van de vereiste aromatische verzadiging voor cyclische oliën en andere gekraakte grondstoffen. Het chemische verbruik voor HVO nadert de 2500 scf/bbl, afhankelijk van de verzadiging van de grondstof en de lengte van de koolstofketens. Het leveren van waterstof voor consumptie, naast het blussen en extra overtollige circulerende waterstof, kan aanzienlijke uitdagingen opleveren voor het ontwerp en de werking van de unitvernieuwing, waarbij hydrauliek, distributie en compressorvermogen cruciaal zijn.
Vervuiling – alkalimetalen en met name fosfor moeten laag worden gehouden in HVO-grondstoffen om drukval door vervuiling en algemene deactivering van de katalysator te minimaliseren. Fosfatidisch glas is een agressief katalysatorvergiftigingsmechanisme dat niet alleen de poriën van een reactor verstopt en zo een snelle drukval veroorzaakt, maar ook de zure plekken van de katalysator verstoort door de buitenkant van de katalysator te coaten en zich aan andere katalysatordeeltjes te hechten.
HVO-verwerking is een jonge technologie in vergelijking met de meeste andere raffinageprocessen. De eerste HVO-eenheid op commerciële schaal in de Verenigde Staten werd in 2010 in Louisiana opgestart met een capaciteit van 100 miljoen US gallons (380.000 m3) per jaar.
In 2010 werd een nieuwe fabriek gebouwd in Geismar, Louisiana, door Syntroleum Corporation en haar joint-venturepartner Tyson Foods. De fabriek startte in het derde kwartaal met een doel van 75 miljoen US gallons (280.000 m3) per jaar. De grondstof voor de fabriek was plantaardige olie en voorbehandeld gesmolten pluimveevet. De site bereikte in 2011 87% van zijn ontwerpcapaciteit. Corrosie, inclusief chloride-gebonden spanningscorrosie, legde de fabriek in 2012 voor meer dan een jaar stil. Tyson verkocht zijn 50% eigendom aan Renewable Energy Group (nu Chevron) en de aandelen van Syntroleum werden in 2013 door dezelfde koper aangekondigd, met een sluiting in 2014. In 2015 , twee branden veroorzaakten schade aan de fabriek, waarbij grote schade werd aangericht.
Cruisedesko 