Fig.1    Bron: Telegraaf

Voorstanders van biomassa stoken, waaronder de PvdA  eurocommissaris Frans Timmermans, gebruiken altijd hetzelfde argument voor het verbranden van hout: zonder biomassa halen we ‘onze’ klimaatdoelen niet. Sinds de Russische inval in Oekraïne is er een nieuw argument bijgekomen, namelijk het vervangen van Russisch gas. In 2030 moet de opwekcapaciteit uit verbrand bos van 511 gigawatt naar 1236 GW, aldus Timmermans.

Maar bossen verstoken is volstrekt achterlijk en onzinnig. Bossen spelen een cruciale rol in de leefbaarheid van de aarde, veel groter dan  hout stoken ook maar kan betekenen voor het halen van ‘klimaatdoelen’, wat dat ook mag inhouden. Klimaatverandering is volgens klimaatalarmisten synoniem voor CO2, waarmee ze klimaatverandering verengen tot een rekensommetje van CO2-uitstoot. Maar dat is om meerdere redenen een misvatting. De mythe van bosverbranding als ’klimaatneutraal’ is in elk geval al vaak doorgeprikt: bosverbranding zorgt juist voor veel meer CO2-uitstoot.

Ad Huijser heeft over die mythe van houtverbranding een artikel geschreven. Ad was in zijn werkzame leven onder andere directeur van het Philips Natuurkundig Lab en later verantwoordelijk voor de wereldwijde research van Philips. Hij is een praktisch ingestelde wetenschapper die uitstekend kan rekenen en zich, zoals meer van zijn collega’s, na zijn pensionering  met enthousiasme bezig ging houden met klimaatverandering. Hij rekende de consequenties van bosverbranding  voor het atmosferisch CO2-gehalte door:

Waarom het verstoken van bomen toch echt geen goed idee is.

Inmiddels moet bijna iedereen toch wel begrijpen dat het verstoken van gekapt hout in biomassa-centrales niet zo’n goed idee is. Toch zijn er nog altijd velen, en m.n. politici als Frans Timmermans en Rob Jetten, die maar niet willen geloven dat dit, in principe “ideale” cyclische en hernieuwbaar proces, zelfs heel slecht is voor onze atmosfeer. Hardnekkig weigeren deze laatsten te besluiten om onmiddellijk met die onzin te stoppen. Erg ongeloofwaardig beleid van dit soort “klimaatpausen”.

Een jaar geleden wilde ik deze onzin op een simpele manier “bewijzen” door het vergelijken van 2 identieke werelden, waar de ene al zijn energie opwekt met het verstoken van fossiele brandstoffen, zeg aardgas, en de andere wereld met het kappen/verstoken van hout. Ik dacht dat het allemaal wel klopte, maar Leffert Oldenkamp maakte me duidelijk dat de houtcyclus van kap en her-groei qua CO₂ huishouding toch wat ingewikkelder in elkaar steekt dan mijn simpele aanname van alleen opslag in het bovengrondse hout. Weg eenvoudig model, en heb het hele idee daarna maar snel vergeten. Toch is het kennelijk wel blijven “hangen”. Via de aanpak van een ander probleem, bleek plots de bewijsvoering tegen het gebruik van hout in biomassacentrales zelfs simpeler dan ik eerder dacht.

Kees le Pair en ik hebben 2 jaar geleden een eenvoudig model opgesteld over hoe de extra CO₂ a.g.v. de jaarlijkse antropogene emissies zich verdeelt over de diverse opslagreservoirs op Aarde, zoals de atmosfeer, de oceanen, gesteentes en biomassa’s [1]. De uitwisseling van CO₂ tussen die diverse reservoirs is een simpel interface proces dat wat ons betreft universeel toepasbaar is. We keken uiteraard in het bijzonder naar de uitwisseling tussen de atmosfeer enerzijds en de diverse andere reservoirs anderzijds. Die laatsten zijn m.n. de oceanen en de vegetatie die beiden ongeveer elk de helft van de CO2 opslag voor hun rekening nemen [2]. Dat transport van atmosfeer naar ieder specifiek opslagreservoir (sink) wordt zowel bepaald door het verschil in concentratie aan beide kanten van dat interface, als door het gemak waarmee een CO₂-moleculen van de ene naar de andere kant geraakt. Als nu de CO₂-concentratie in de atmosfeer gegeven wordt door N(t) en in een van de andere opslagreservoirs door N_R, dan is (N(t) -N_R) de drijvende kracht van dit proces. Het bijbehorende massatransport per tijdseenheid (de “rate”) wordt nu bepaald door (N(t) -N_R)/τ_R waarin 1/τ_R een maat is voor het gemak waarmee CO₂ het atmosfeer-reservoir interface passeert, vermenigvuldigd met het oppervlak van dat interface. Daarmee heeft τ_R de dimensie van een specifieke tijd en ieder reservoir heeft zo z’n eigen specifieke [N_R, τ_R] combinatie. Als CO₂-moleculen on-onderscheidbaar zijn en alle opslagreservoirs vertonen geen verzadigingsverschijnselen (in de praktijk lijken beide gewaarborgd), kan je het hele Aardse systeem beschrijven als bestaande uit de atmosfeer plus slechts één enkel (virtueel) reservoir als optelsom van al die verschillende “sinks”, met de karakteristiek [N₀, τ₀]. Die parameters zijn te beschrijven als eenvoudige combinaties van al die N_R en τ_R waardes, maar die hoef je individueel niet te kennen in onze analyse.
Dit model leidt tot een eenvoudige differentiaalvergelijking voor de atmosferische concentratie N(t):

dN(t)/dt = B(t) – (N(t) – N₀)/τ₀      (1)

waarin B(t) de jaarlijkse, antropogene emissie is die we door het gebruik van fossiele brandstoffen jaarlijks en mondiaal de atmosfeer in pompen. Op basis van 60 jaar aan data over die jaarlijkse CO₂-emissies en metingen van N(t) tussen 1960 en 2020, hebben Kees en ik de bijbehorende waardes N₀ = 287 ppm en τ₀ = 53,5 jaar met een hoge nauwkeurigheid kunnen bepalen [1]. In tegenstelling tot anderen die een soortgelijke karakteristieke tijd van ongeveer 50 jaar berekenen [3], is dat niet op basis van curve-fitting en het gegeven van een pre-industriële CO₂-concentratie van 280 ppm, maar op basis van een fysisch gezien, plausibel model gekarakteriseerd door vgl.1, dat voor veel van dit soort interfaces werkt, ook voor bv. onze longen.
Het zgn. Bern-model waar het IPCC de toekomstige CO₂-scenario’s zoals bv. het “business as usual “ RCP8.5 scenario mee uitrekent, sommeert de diverse reservoirs niet, maar laat ze werken afhankelijk van de origine van de CO₂-moleculen. Wat kort door de bocht: snel voor de “natuurlijke” CO₂ of traag, voor de “antropogene” CO₂ met karakteristieke tijden tot bijna 200 jaar toe. Zo blijft de antropogene CO₂ ontzettend lang in de atmosfeer en krijg je dus hele hoge concentraties in 2100.
Maar hoe weet het IPCC van elk individueel CO₂-molecule in de atmosfeer waar het vandaan komt en hoe lang het al in de atmosfeer zit? Kortom, fysische gezien weinig plausibel [3].

Ik noem ons model wel eens gekscherend het “lekke fietsband” model. De analogie moge duidelijk zijn: net als bij het oppompen van een lekke fietsband, pompen we de atmosfeer voortdurend vol met antropogene CO₂ die vervolgens ook continu weer deels weglekt door opname in de oceanen, vegetatie en andere natuurlijke “sinks”. De grootte van dat integrale “lek” bepaalt de karakteristieke tijd waarin de band druk verliest en samen met de “overdruk” bepalen ze de snelheid waarmee de “band” leegloopt. Ook bepalen de grootte van het “lek” plus de snelheid waarmee we de band proberen op te pompen, de maximale druk die kan worden behaald. Voor de atmosfeer geldt dat net zo; ook daar is er een maximale CO₂-concentratie N_max bij een gegeven emissie B_max. Op dat moment “lekt” er nml. net zoveel naar de sinks, als dat je er aan CO₂ inpompt en geldt dus dN(t)/dt = 0.  Vgl.1 levert ons dan de simpele relatie:

N_max = N₀ + B_max. τ₀           (2)

En dat is een uitermate krachtige formule in het opstellen van toekomstscenario’s voor de maximale broeikasgasconcentraties bij een gegeven, constante uitstoot. Met onze, al eerder bepaalde waarden voor de [N₀,τ₀] combinatie, hoef ik nu alleen nog maar B_max te kennen. Hiermee is het effect van de uitstoot bij het verstoken van hout in biomassacentrales, uitstekend te vergelijken met die bij het verstoken van aardgas. Voordeel van vgl.2 is dat ook de scenario’s van het IPCC daaraan moeten voldoen ondanks hun wat vreemde aannames, alleen is hun waarde voor τ₀ dus aanzienlijk groter.

Een fundamentele factor die vaak in die mooie verhalen over cyclische processen wordt vergeten, is het feit dat de voorraad die na de eerste volle cyclus, ook in een “perfecte” kringloop opgeslagen zit, daar (helaas) voor “altijd” in blijft zitten. Die hoeveelheid CO₂ van de eerste volle cyclus, die bij het verbranden van hout ongeveer een factor 3 hoger is dan bij het verstoken van gas voor een equivalente energieproductie, slepen we dus “eeuwig” mee in onze atmosfeer, en maakt het middel dan ook al snel erger dan de kwaal. Op basis van vgl.2 is dat eenvoudig te bewijzen.

Stel we genereren al onze energie met aardgas. Dat is niet realistisch want het gaat hier alleen om de opwekking van elektriciteit , maar ook voor een gedeeltelijke substitutie van fossiel door houtverbranding, blijft voor dat deel de volgende redenering volstrekt geldig. Het maakt de formules dan wel onnodig complex, vandaar deze aanname.
We stoten daarbij uiteindelijk als de wereldbevolking is uitgegroeid, zowel in aantal als welvaartsniveau, een jaarlijks constante hoeveelheid CO₂ uit, gelijk aan B_GAS . Het bijbehorende CO₂  niveau in de atmosfeer N_GAS wordt daarbij gegeven door vgl.2.
Wordt dezelfde energiebehoefte ingevuld middels houtverbranding, dan zal de CO₂-uitstoot B_BIO gezien de inefficiëntie van houtverbranding per gegenereerde MWh een factor 3 meer zijn. Volgens vgl.2 neemt de daarbij behorende CO₂-evenwichtsconcentratie N_BIO  dus toe tot het niveau:

N_BIO = N₀ + τ₀B_BIO = N₀ + 3τ₀B_GAS = N_GAS + 2τ₀B_GAS     (3)

Deze relatie laat precies het probleem zien, N_BIO > N_GAS. Alleen als τ₀ = 0 zijn biomassacentrales klimaat-technisch gelijkwaardig aan gascentrales. Maar in dat geval is het verstoken van fossiele brandstof ook zelf al probleemloos omdat dan de natuur onmiddellijk alle geëmitteerde CO₂ weer opneemt. Zo niet, en dat is de praktijk, dan zijn hout-gestookte biomassacentrales altijd slechter. Let wel, met de CO₂-emissie tegen het jaar 2100 van zo’n 6 ppm/jaar, en dat is nagenoeg onvermijdelijk, levert bij deze aannames vgl.2 met 50 jaar verblijftijd in de atmosfeer 600 ppm (!) extra aan atmosferische CO₂ concentratie. Met MODTRAN [4] heb ik even uitgerekend dat die extra CO₂ bij het verstoken van hout i.p.v. gas, een extra opwarming geeft van 0,83 ^oC. Als we de klimaatgevoeligheid van ECS = 3K/2xCO₂ van het IPCC geloven, zelfs 2,2 ^oC.

Opvallend is dat de cyclustijd, het groeiproces van hout, de meest geschikte boomsoort of het CO₂ opslagproces, totaal niet relevant zijn in deze analyse. Toch zou het kunnen dat die houtcyclus van kappen en her-groei, de relaxatietijd τ₀ van CO₂ sterk beïnvloedt. Dus doen we die berekening nog eens over met verschillende relaxatietijden τ_BIO en τ_GAS voor de bio- en gas scenario’s respectievelijk. En dat resulteert in:

N_BIO = N_GAS + B_GAS(3τ_BIO – τ_GAS)     (4)

Voor τ_BIO = τ_GAS = τ₀ is vgl.4 natuurlijk identiek aan vgl.3. Verder is het uit vgl.4 evident, dat het verstoken van hout, alleen aantrekkelijker is als τ_BIO < τ_GAS/3. Dat is evenwel verre van realistisch. Immers, zoals al eerder gesteld, wordt op dit moment ongeveer de helft van de CO₂ opgeslagen in de oceanen [2]. Laten we voor de eenvoud even aannemen dat de andere helft opgeslagen wordt in houtvorming. In dat geval is het CO₂-opnemend vermogen van beide componenten gelijk en kunnen we met deze ongelijkheid simpel uitrekenen dat door (of liever gezegd “ondanks”) de bijbehorende kaalslag bij het kappen van al dat hout, het CO₂ -opnemend vermogen van de wereldwijde biomassa aan hout al met een factor 5 zou moeten toenemen om het verstoken van hout, zelfs maar net te rechtvaardigen. En die factor 5 is al optimistisch laag, want de wereldwijde opslag in hout is zeker minder dan de helft. Verder commentaar op dit weinig realistische idee, lijkt me overbodig.

Kortom, het verstoken van hout in biomassacentrales op grond van het idee van een gesloten cyclus voor het “klimaat-neutraal” opwekken van energie, zal ons opzadelen met een aanzienlijk hoger CO₂-concentratie in de atmosfeer. Voor AGW-adepten kan dit niet anders betekenen dat we qua opwarming hiermee “het paard achter de wagen spannen”. Met dank aan Frans Timmermans.

Ad Huijser, augustus 2022

[1]          C. le Pair en A. Huijser (2020), http://www.clepair.net/oceaanCO2-4.html

[2]          Global Carbon Project: Carbon Budget 2020 en/of 2021, https://www.globalcarbonproject.org/carbonbudget/index.htm

[3]          zie o.a. R. Spencer (2020), https://www.drroyspencer.com/2020/02/nature-has-been-removing-excess-CO2-4x-faster-than-ipcc-models/