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Green hydrogen and bioenergy for a circular future

Global warming has already had drastic consequences and it is set to continue unless we do something drastic about it. Bio-FlexGen is a European research project dedicated to generate energy from sustainable biomass. This will result in a circular and zero emissions energy supply. Bio-FlexGen is driven by technological innovation and a pan-European collaboration.

How does Bio-FlexGen make a difference?

Within the three year lifecycle of the project (2021-2024), the Bio-FlexGen engineers will develop a unique combined heat and power plant (CHP). The system will provide hourly, daily and seasonal flexibility. Hourly flexibility is provided by starting quickly on green hydrogen when power is needed. Daily flexibility is achieved by producing cost-effective heat and power from different types of sustainable biomass during winter. Lastly, seasonal flexibility is reached by producing hydrogen from biomass when there is low heat demand. With this secure and flexible approach, Bio-FlexGen will allow larger amounts of intermittent solar and wind energy to be integrated in the energy system.

For Bio-FlexGen coordinator Susanne Paulrud from the RISE Research Institutes of Sweden, this novel approach makes a big difference: “Due to a higher level of flexibility and efficiency, the Bio-FlexGen CHP can use four different operation modes. This will optimise the production of different products such as heat, electricity, hydrogen and biogenic CO₂ – depending on the market fluctuations”.

The EU has set out its Green Deal to make Europe climate-neutral by 2050. Michael Bartlett is CTO of the Swedish technology company Phoenix BioPower and part of Bio-FlexGen. For him, “the Green Deal is all about having a secure and robust transition from fossil energies to renewable energies, and that’s really the heart of this project – to be able to convert renewable fuels like biomass and hydrogen into useful heat and electricity”. Since 2016, Phoenix BioPower has been developing and producing Biomass-fired TopCycle (BTC) plants to convert biomass to power.

Greenwashing?

But sure enough, the production of green hydrogen is a controversial topic. An article from Unearthed hits the nail on the head: “Why oil companies want you to love hydrogen”. Unearthed is the UK award-winning Greenpeace publishing project. Their journalists cover controversial topics in the field of energy and climate change. In the article on oil companies, the industry’s financial interest is clearly exposed: A hype which could “provide billions in subsidies to energy companies – but little benefit for the planet”. But how can the oil companies be outsmarted?

Better differentiate!

Greenpeace differentiates very clearly: “Definitions of different types of “low carbon” gases should be very explicit for a clear distinction. Hydrogen produced from renewable energy sources and hydrogen produced from fossil fuels, with or without carbon capture storage. There are three types of hydrogen: 1. “Fossil-based hydrogen with carbon capture”, 2. “fossil-based hydrogen” and 3. hydrogen produced from nuclear power : “nuclear-based hydrogen” or “non-renewable hydrogen”.

So, there are major differences in how hydrogen is produced. However, Bio-FlexGen is REALLY green: the power plant will operate with up to 100% green hydrogen (from solar and/or wind) with an optimised combination of bioenergy. This will provide secure, sustainable and plannable sources for power and heat.

Taxo – what?

The European Green Taxonomy is another crucial topic. Naturally, the industry wants to invest in green technology. But Michael Bartlett points out, “what is labelled as green or not is partly political and partly technical. It is a risk for a company that biomass is considered non sustainable”. Nevertheless, Michael Bartlett is at ease with the sustainability issue: “What we always ensure is to target waste streams from, say, sustainable forestry. We use the parts of the tree left over after timber or other wood products have been created.” He is sure that timber will also be used in the building sector as it produces less CO2 emissions than concrete. And it even stores carbon. That will result in more forests, more timber and more waste streams that can be used to produce electricity.

Biomass vs. food production

One of the most controversial issues related to the use of biomass is the alleged competition for land space for food production. Gustav Melin, CEO of the Swedish environmental organisation Svebio clarifies: “A lot of people believe that we don’t have enough food, but it’s not true, and it hasn’t been true since 1980 at least. During the last 60 years, yield increase per hectare has been higher than the increase in the global population. Year by year, we use less and less land to produce the food we need. Everyone who can afford to pay gets food. But not everyone has money”. So, starvation (or lack of food) is much more a question of global wealth distribution than that of food production.

Towards a circular economy

Bio-FlexGen uses biomass to generate electricity from waste streams, such as timber residues. Those usually end up in the bin. But: “In Bio-FlexGen, we can use the waste streams to generate electricity at low cost, giving us the ability to use less fossil fuels”, says Michael Bartlett.

For Gustav Melin, former president of Bioenergy Europe and loosely associated with Bio-FlexGen, “this kind of energy is available everywhere, plants grow everywhere so everyone who has land is able to grow biomass for energy”.

Managing the forests could be another controversial topic. But as Melin explains, “when you cultivate crops you need to do so properly, in an environmentally sustainable way. There is nothing wrong with biomass – we are all biomass after all”. And Michael Bartlett knows from experience that “you can have an increase in forest stock and at the same time use it. That combination of having more forests every year and using  biomass from them is very important for the transition from fossil fuel towards a circular economy.”

Let’s talk science

The Bio-FlexGen Project is developing a flexible and highly efficient renewable energy CHP technology with 25 MWe capacity. A novel gasification system, combustion chamber and gas turbine are being designed to extract biomass energy in an optimal way. This plant, with on-demand digital optimisation, can therefore flexibly and efficiently generate four different products for the broader energy system or industrial applications: electricity, heat, hydrogen and/or biogenic CO₂. This biogenic CO₂ is another key feature of the Bio-FlexGen plant: When stored, it permanently removes CO₂ from the atmosphere, which effectively reverses our emissions from the past. Biopower is provided with a very high efficiency (55 percent), plus a wide range of loads (25 to 100 percent). This will be achieved by converting variable supplies of different low-cost biomass residues, while fast-dispatch peak power is provided off-season from green hydrogen.

Making the Green Deal real!

For Susanne Paulrud, the Bio-FlexGen coordinator, “Bio-FlexGen will make a significant contribution to the decarbonisation of the energy system.” Michael Bartlett complements: “Our ultimate goal is to provide a secure, renewable and low cost energy for society and industry”. And for Gustav Melin it is clear that “this project has a fantastic potential.” So, yes indeed: Bio-FlexGen is a real Green Deal!

Written by Esther Sánchez García, Regina Schwald and Michael Bartlett

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Background info about Bio-FlexGen:

The Bio-FlexGen consortium consists of a balanced multidisciplinary team of 14 partners and 5 EU countries (Spain, Finland, Sweden, Germany and Hungary). It provides a multi-stakeholder approach and covers the whole value chain through a combination of scientific and technology developers (Research Centres and universities), technology providers (SMEs or large companies), case studies and stakeholders (chemical industry players, cement companies), experts in impact assessment, dissemination and policies (consultancies).

Experts in the different project technological areas – RTD. Knowledge generators (RISE, TUB, KTH ABO AKADEMI) will address the research throughout the project regarding the gasification steps, BTC processes and CFD modelling among other fields.

Technology experts – Industry. (PHOENIX, BIT) Technology entities focusing on the development and deployment of BTC technologies.

System integrators. (RISE, COMILLAS) Expert partners who will help the consortium in setting out requirements and integrating the use cases for the work carried out in Bio-FlexGen.

Digital solutions experts. (IKERLAN) Technical partner developing tailored digital solutions for the energy sector.

Exploitation, dissemination and policy experts. (ESCI, ZABALA, COMILLAS) Partners expert in stakeholder engagement, exploitation of deep-tech projects and energy related initiatives networking.

Stakeholders/end users. (TvAB, SULQUISA, CEMEX) supporting need identification and acting as validators for technology testing.

Sustainability assessment experts. (ZABALA, GEONARDO, COMILLAS, RISE) Assessment partners who will ensure the project makes the right impact and in the right way. They will also evaluate the environmental and social repercussion in the local communities.

Hidrógeno verde y bioenergía para un futuro circular

El calentamiento global ya ha tenido consecuencias drásticas y va a continuar a menos que hagamos algo drástico al respecto. Bio-FlexGen es un proyecto de investigación europeo dedicado a generar energía a partir de biomasa sostenible. El resultado será un suministro de energía circular y con cero emisiones. Bio-FlexGen está impulsado por la innovación tecnológica y una colaboración paneuropea.

¿Qué diferencia a Bio-FlexGen?

Durante los tres años de vida del proyecto (2021-2024), los ingenieros de Bio-FlexGen desarrollarán una planta única de producción combinada de calor y electricidad (CHP). El sistema proporcionará flexibilidad horaria, diaria y estacional. La flexibilidad horaria se consigue arrancando rápidamente con hidrógeno verde cuando se necesita energía. La flexibilidad diaria se consigue produciendo calor y electricidad de forma rentable a partir de diferentes tipos de biomasa sostenible durante el invierno. Por último, la flexibilidad estacional se consigue produciendo hidrógeno a partir de biomasa cuando hay una baja demanda de calor. Con este enfoque seguro y flexible, Bio-FlexGen permitirá integrar mayores cantidades de energía solar y eólica intermitente en el sistema energético.

Para la coordinadora de Bio-FlexGen, Susanne Paulrud, de los Institutos de Investigación RISE de Suecia, este novedoso enfoque supone una gran diferencia: “gracias a su mayor nivel de flexibilidad y eficiencia, la cogeneración Bio-FlexGen puede utilizar cuatro modos de funcionamiento diferentes. De este modo, se optimiza la producción de diferentes productos, como calor, electricidad, hidrógeno y CO₂ biogénico, en función de las fluctuaciones del mercado”.

La UE ha establecido su “Green Deal” para que Europa sea climáticamente neutra en 2050. Michael Bartlett es el director de tecnología de la empresa sueca Phoenix BioPower que forma parte de Bio-FlexGen. Para él, “el Green Deal consiste en conseguir una transición segura y sólida de las energías fósiles a las renovables, y ese es realmente el corazón de este proyecto: poder convertir combustibles renovables como la biomasa y el hidrógeno en calor y electricidad útiles”. Desde 2016, Phoenix BioPower ha estado desarrollando y produciendo plantas Biomass-fired TopCycle (BTC) para convertir la biomasa en energía.

¿Greenwashing?

Lo cierto es que la producción de hidrógeno verde es un tema controvertido. Un artículo de Unearthed da en el clavo: “por qué las petroleras quieren que ames el hidrógeno”. Unearthed es el proyecto editorial de Greenpeace premiado en el Reino Unido. Sus periodistas cubren temas controvertidos en el ámbito de la energía y el cambio climático. En el artículo sobre las compañías petroleras, se expone claramente el interés financiero de la industria: Un interés que podría “proporcionar miles de millones en subvenciones a las empresas energéticas, pero poco beneficio para el planeta”. Pero, ¿cómo burlar a las compañías petroleras?

¡Mejor diferenciar!

 Greenpeace diferencia muy claramente: “las definiciones de los tipos de gases llamados “bajos en carbono” deben ser muy explícitas para una clara distinción: hidrógeno producido a partir de fuentes de energía renovables e hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles, con o sin almacenamiento de captura de carbono. Hay tres tipos de hidrógeno: 1. “Hidrógeno de origen fósil con captura de carbono”, 2. “Hidrógeno de origen fósil” y 3. Hidrógeno producido a partir de energía nuclear: “hidrógeno de origen nuclear” o “hidrógeno no renovable”.

Por tanto, hay grandes diferencias en la forma de producir el hidrógeno. En el caso de Bio-FlexGen, es REALMENTE verde: la central eléctrica funcionará con hasta un 100% de hidrógeno verde (procedente de la energía solar y/o eólica) con una combinación optimizada de bioenergía. Esto proporcionará fuentes de energía y calor seguras, sostenibles y planificables.

Taxo… ¿qué?

La Taxonomía Verde Europea es otro tema crucial. Naturalmente, la industria quiere invertir en tecnología verde, pero Michael Bartlett señala que “lo que se califica de verde o no es en parte político y en parte técnico. Es un riesgo para una empresa que la biomasa se considere no sostenible”. No obstante, Michael Bartlett se muestra tranquilo con el tema de la sostenibilidad: “lo que siempre aseguramos es apuntar a los flujos de residuos de, por ejemplo, la silvicultura sostenible. Utilizamos las partes del árbol que sobran después de crear la madera u otros productos madereros”. Está seguro de que la madera también se utilizará en el sector de la construcción, ya que produce menos emisiones de CO2 que el hormigón e incluso almacena carbono. Todo ello propiciará que haya más bosques, más madera y más flujos de residuos que puedan utilizarse para producir electricidad.

Biomasa frente a producción de alimentos

Una de las cuestiones más controvertidas relacionadas con el uso de la biomasa es la supuesta competencia por el espacio de tierra para la producción de alimentos. Gustav Melin, director general de la organización medioambiental sueca Svebio, lo aclara: “mucha gente cree que no tenemos suficientes alimentos, pero no es cierto, y no lo ha sido al menos desde 1980.

Durante los últimos 60 años, el aumento del rendimiento por hectárea ha sido superior al aumento de la población mundial. Año tras año, utilizamos cada vez menos tierra para producir los alimentos que necesitamos. Todos los que pueden pagar obtienen alimentos, pero no todo el mundo tiene dinero”. Así pues, el hambre (o la falta de alimentos) es mucho más una cuestión de distribución de riqueza que de producción de alimentos.

Hacia una economía circular

 Bio-FlexGen utiliza la biomasa para generar electricidad a partir de los flujos de residuos, como los restos de madera que suelen acabar en la basura, pero “en Bio- FlexGen podemos utilizar los flujos de residuos para generar electricidad a bajo coste, lo que nos permite utilizar menos combustibles fósiles”, dice Michael Bartlett.

Para Gustav Melin, ex presidente de Bioenergy Europe y asociado a Bio-FlexGen, “este tipo de energía está disponible en todas partes, las plantas crecen en todo el mundo, así que todo el que tenga tierra puede cultivar biomasa para obtener energía”.

La gestión de los bosques podría ser otro tema controvertido. Pero, como explica Melin, “cuando se cultiva hay que hacerlo bien, de forma ambientalmente sostenible. No hay nada malo en el uso de la biomasa, al fin y al cabo, todos somos biomasa”. Y Michael Bartlett sabe por experiencia que “se puede conseguir un aumento de tierras dedicadas a uso forestal y al mismo tiempo utilizarlas. Esa combinación de tener más bosques cada año y utilizar la biomasa que producen es muy importante para la transición de los combustibles fósiles hacia una economía circular”.

Hablemos de ciencia

 El proyecto Bio-FlexGen está desarrollando una tecnología de cogeneración de energía renovable flexible y altamente eficiente con una capacidad de 25 MWe. Se está diseñando un novedoso sistema de gasificación, una cámara de combustión y una turbina de gas para extraer la energía de la biomasa de forma óptima. Esta planta, con optimización digital a la carta, puede por tanto generar de forma flexible y eficiente cuatro productos diferentes para el sistema energético más amplio o las aplicaciones industriales: electricidad, calor, hidrógeno y/o CO₂ biogénico. Este CO₂ biogénico es otra característica clave de la planta Bio-FlexGen: cuando se almacena, elimina permanentemente el CO₂ de la atmósfera, lo que a efectos revierte nuestras emisiones del pasado. La bioenergía ofrece un rendimiento muy alto (55%), además de una amplia gama de cargas (del 25% al 100%). Esto se consigue mediante la conversión de suministros variables de diferentes residuos de biomasa de bajo coste, mientras que la energía de pico, de rápida dispersión, se proporciona fuera de temporada a partir de hidrógeno verde.

Hacer realidad el Green Deal

Para Susanne Paulrud, coordinadora de Bio-FlexGen, “Bio-FlexGen contribuirá significativamente a la descarbonización del sistema energético”. Michael Bartlett complementa: “nuestro objetivo final es proporcionar una energía segura, renovable y de bajo coste para la sociedad y la industria”. Y para Gustav Melin está claro que “este proyecto tiene un potencial fantástico”. “Así que, efectivamente, sí: Bio-FlexGen es un auténtico aliado del Green Deal.

Escrito por Esther Sánchez García, Regina Schwald y Michael Bartlett

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Cuadro informativo sobre Bio-FlexGen:

El consorcio Bio-FlexGen está formado por un equipo multidisciplinar equilibrado de 14 socios y 5 países de la UE (España, Finlandia, Suecia, Alemania y Hungría). Ofrece un enfoque multipartito y cubre toda la cadena de valor a través de una combinación de desarrolladores científicos y tecnológicos (Centros de Investigación y universidades), proveedores de tecnología (PYMES o grandes empresas), estudios de caso y partes interesadas (actores de la industria química, empresas cementeras), expertos en evaluación de impacto, difusión y políticas (consultorías).

Expertos en las diferentes áreas tecnológicas del proyecto – IDT. Los generadores de conocimiento (RISE, TUB, KTH ABO AKADEMI) se ocuparán de la investigación a lo largo del proyecto en relación con las etapas de gasificación, los procesos de BTC y la modelización CFD, entre otros campos.

Expertos en tecnología – Industria. (PHOENIX, BIT) Entidades tecnológicas centradas en el desarrollo e implantación de tecnologías BTC.

Integradores de sistemas. (RISE, COMILLAS) Socios expertos que ayudarán al consorcio a establecer los requisitos e integrar los casos de uso para el trabajo realizado en Bio-FlexGen.

Expertos en soluciones digitales. (IKERLAN) Socio técnico que desarrolla soluciones digitales a medida para el sector energético.

Expertos en difusión y política de explotación. (ESCI, ZABALA, COMILLAS) Socios expertos en la participación de las partes interesadas, la explotación de proyectos de tecnología profunda y la creación de redes de iniciativas relacionadas con la energía.

Partes interesadas/usuarios finales. (TvAB, SULQUISA, CEMEX) apoyando la identificación de necesidades y actuando como validadores para las pruebas de tecnología.

Expertos en evaluación de la sostenibilidad. (ZABALA, GEONARDO, COMILLAS, RISE) Socios evaluadores que se asegurarán de que el proyecto tiene el impacto adecuado y de la manera correcta. También evaluarán la repercusión medioambiental y social en las comunidades locales.