ppt Jos Put

Biobased Economie
of
Circulaire Economie?
Jos Put
Nanohouse
SPARC
27 maart, 2014
Page 0
Het einde van de wetenschap?
John Horgan 1996
In The End of Science (1996, Het einde van de wetenschap)
verdedigt Horgan de stelling dat er in de toekomst weinig nieuws
meer van de wetenschap te verwachten is: grote, alomvattende
theorieën als de evolutietheorie, de relativiteitstheorie, de
kwantummechanica, de big bang-theorie, het menselijk genoom
enzovoort, zijn vrijwel voltooid, en geven dikwijls zelf al aan dat
de grens van ons kennen bereikt is. In de toekomst zullen vooral
nog verfijningen plaatsvinden
Robert J. Gordon 2012
About everything there is to be invented has been invented
by now. The spectacular growth of Western economy and
standard of living could well be a once-only event.
Evolutie en Revolutie
revolutie
Visie
Producten
Processen
Companies
Economieën
Wet. theorieën
Beschavingen
evolutie
Extrapolatie
Max Planck: “Een nieuwe manier van denken
overwint uiteindelijk, niet omdat de tegenstanders
overtuigd raken, maar omdat ze uitsterven.”
E co
Value Added
Econoomic
Nieuwe technologieën drijven socio-economische revoluties
ICT revolution
Industrial
revolution
Agrarian era
6000 BC
1760
1950
2010
Time
Adapted from Oliver, R.W., The coming biotech Age: The business of biomaterials, McGraw-Hill (1999)
Page 3
Groeiende wereldbevolking
4
Van 7,2 miljard naar 9,2 miljard
De Top 5 afgeleide problemen voor de mensheid
World Population
1. Energie
10
2. Zuiver water
3. Proteïnen
4. Klimaat
5. Plastic afval
World Population [billion]
9
8
7
6
5
4
3
2
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Year
2010
2020
2030
2040
2050
2013: 7,2 billion people
2050: 9,2 billion people
http://www.worldometers.info/population/
Naar R.E. Smalley: “Our Energy Challenge”, Columbia University, NYC, 2003-09-23
5
Fossiele C, opgebouwd gedurende miljoenen jaren,
verbruikt in een paar honderd jaren
mbd
1000
2000
Een kort
Moment in de
geschiedenis
6
3000
“The blue planet”
Alle water op de aarde
3% is zoet water!
Page 7
Klimaatverandering
CO2: een entropieprobleem
2050
8
Plastic soup:Straks kunnen we echt over water wandelen
Plastic soup: een entropieprobleem
9
Groeiende wereldbevolking
10
Van 7,2 miljard naar 9,2 miljard
Hoe geraken we hier uit?
Nieuwe socio-economische revolutie!
gedreven door nieuwe technologieën
Page 11
Nieuwe technologieën drijven socio-economische revoluties
E co
Value Added
Econoomic
Sustainability
Revolution
moleculair
ICT revolution
elektronisch
Industrial
revolution
Agrarian era
6000 BC
1760
mechanisch
1950
2010
Time
Adapted from Oliver, R.W., The coming biotech Age: The business of biomaterials, McGraw-Hill (1999)
Page 12
De duurzaamheidsrevolutie
Gedreven door nieuwe technologieën
Impact op alle aspecten van het leven
Een totaal nieuwe manier van (samen)leven
Use current solar income
Hernieuwbare energie
Gesloten kringlopen (circulaire economie) Waste = food
Celebrate diversity
Gedecentraliseerd
Cradle to cradle
(Braungart)
Groene revolutie? Biobased revolutie?
13
Van Fossil-based naar Bio-based?
CO2
Biomassa
p,T
korte cyclus
lange cyclus
Page 14
Fossiele koolstof (steenkool,
olie, gas)
Van Oil-based naar bio-based economie?
Gebruik van olie in West Europa
Heating 35%
Polymers 4%
Petrochemistry 3%
Misc. 7%
Transport 29%
Electricity 22%
15
Van oil-based naar bio-based economie?
Fossiele C
93% energie
7%
grondstof
25% biobased
= 2%!
Energie biobased?
Page 16
Biobased energie?
Benodigde oppervlakte voor de productie van het energieverbruik in Nederland
als functie van de totale oppervlakte:
Alleen zonnepanelen
Alleen windmolens
Alleen biomassa
31%
110%
540%
Bij dezelfde oppervlakte en gedurende dezelfde tijd produceert een elektrisch
zonnepaneel 11 keer meer elektrische energie dan koolzaad.
Page 17
Biobased energie?
Energie op basis van biomassa kan nooit de oplossing zijn.
Daarenboven treedt er snel concurrentie op met de voedselketen:
-suikerprijs (zetmeel als grondstof)
-landbouwareaal (lignocellulose als grondstof)
Landbouwafval als grondstof?
-logistiek probleem
-kleine lokale productie
-cfr restafvalprobleem
Page 18
Hernieuwbare energie
-zonne-energie
-geothermische energie
-windenergie
Zonne-energie
-totale hoeveelheid ingestraalde zonne-energie op aarde
11.000 x 1014 kWh per jaar
-wereldenergieverbruik
1,42 x 1014 kWh per jaar = 511 EJ/jaar
-ingestraalde energie = 8.000 maal wereldenergieverbruik!
-of: de hoeveelheid ingestraalde energie in 1 uur is ongeveer gelijk
aan het jaarlijkse wereldenergieverbruik
-veronderstel efficiëntie van 20%: 1/1.600 van aardoppervlak nodig!
www.energiefeiten.nl
Page 19
Zonne-energie opslaan
-Op dit ogenblik wordt zonne-energie hoofdzakelijk omgezet in elektriciteit
(Photo-Voltaic, PV)
-Het probleem is: opslag
Batterijen? Nog geen geschikte beschikbaar
Chemische opslag als H2 ? Slechte energiedrager!
Wat doet de natuur? Koolstofcyclus!
Waarom niet opslaan als gereduceerde koolstof? CH4? CH3OH? Solar fuels?
Waarom dan niet rechtstreeks naar CH4 of solar fuels?
PV
Electricity
Battery
H2
CH4 , CH3OH, solar fuels
CO2
Page 20
CH4, CH3OH, solar fuels
-goede energiedragers
-perfecte grondstoffen
Zonne-energie opslaan
Kunnen we een nano-photocatalytisch systeem ontwikkelen dat in staat is om
efficiënt zonlicht, CO2 en H2O om te zetten in CH4 of CH3OH, of
koolwaterstoffen of zelfs proteïnen?
CH4
CO2
H2O
Page 21
Functional
system
C1 chemistry
Or alcohols, hydrocarbons
Or high value
compounds
Or proteins
Bio-based energie:
-Hoogstens een tijdelijke en gedeeltelijke oplossing
-Hernieuwbare energie, vooral zonne-energie
-Opslag van zonne-energie onder chemische vorm
(solar fuels) de uitdaging voor de volgende 10 jaar!
Biobased grondstoffen en materialen?
Page 22
Sugar-based PE
+ PVC, castor oil
based PU + PA
biomass
“Bio-based” en “Bio-degradeerbaar”
non-biodegradable
23
biodegradable
PCL, PBAT, PBS,
PVA, Additiv. PE
or PP, …
fossil
Meeste plastics
PE, PP, PS, PVC,
PET, PMMA, PU,
PA, …
zetmeel blends,
cellophane,
PLA, PHA
Bio-based materialen?
-Slechts 8% van olie als grondstof!
Energie blijft de belangrijkste factor. Indien méér energie nodig
voor bio-based materiaal, geen voordeel!
Totaal analyse maken (LCA, carbon footprint…).
-Bio-based goedkoper dan oil-based?
Meestal niet. Nauwe relatie met energieverbruik!
-Betere eigenschappen voor biobased?
Dezelfde (bio-based PE) maar meestal slechter (PLA)
Uitzonderlijk toch nieuwe eigenschappen!
Functionele materialen met hoge toegevoegde waarde op basis van
speciale monomeren uit biomassa.
Page 24
Biodegradeerbare materialen?
Zijn biodegradeerbare materialen een oplossing voor de plastic soup?
-de bestaande plastic soup kan nog heel moeilijk opgelost worden
-Materialen biodegradeerbaar maken is één manier om kringlopen te
sluiten, maar is het een goede?
-het is bijna een uitnodiging om dingen weg te gooien
-het is een onnodige verspilling van materiaal en energie
-andere vormen om de kringloop te sluiten zijn beter: alle vormen
van recyclage moeten bekeken worden.
-opmenging van wel en niet biodegradeerbare materialen schept
grote problemen!
-kunststoffen zijn waardevolle dingen. Opvoeding en opleiding zijn
essentiëel!
Page 25
Bio-based materialen?
-Grondstoffen moeten gebruikt worden in gesloten kringlopen:
circulaire economie.
Biobased is maar 1 manier om dat te doen.
Alle vormen van recyclage moeten bekeken worden.
-Materialen biodegradeerbaar maken omdat we de mensen niet
opgevoed krijgen is een zwaktebod!
Page 26
De duurzaamheidsrevolutie
Gedreven door nieuwe technologieën
Impact op alle aspecten van het leven
Een totaal nieuwe manier van (samen)leven
Hernieuwbare energie
Gesloten kringlopen (circulaire economie)
Gedecentraliseerd
27
De convergentie van 3 innovatieve technologiegolven
Biological engineering
Nanotechnologie
Synthetische biologie
Nieuwe manier van produceren
Nieuwe (vernieuwde) maakindustrie
“Meer met Minder”
Process intensificatie
and miniaturizering
“flow chemistry”
Page 28
Interactie Biotechnologie en Nanotechnologie
Gecontroleerde
complexiteit
B
i
o
l
o
g
i
e
Expansie
via biotechnologie
Functionele
systemen
Expansie via opbouw van
supramoleculaire structuren
(nanotechnologie)
Chemie
diversiteit
Overgenomen van J.M.Lehn, Supramolecular Chemistry, VCH (1995)
29
Nieuwe technologieën voor materialen
-Nanostructurering
-Self assembly
-Functionele materialen, responsive materialen, biomimicry
-Self healing materialen
-Nieuwe verwerkingstechnieken
-Hoogwaardig hergebruik (ketenverlenging)
We hebben nood aan nieuwe (vernieuwde) “maak”-industrie,
-gebaseerd op hoogstaande nieuwe technologie
(de convergentie van de 3 innovatieve golven)
-gerealiseerd in kleine en middelgrote ondernemingen
en in start-up ondernemingen,
-lokaal verankerd maar met wereldwijde scope.
Hiervoor moeten techneuten en ondernemers structureel bij elkaar
gebracht worden!
www.nanohouse.eu
Page 31
De wereld verandert snel…
… the “fittest” will survive
Page 32