naar top
Menu
Logo Print
07/06/2018 - ERIK TE ROLLER

VERDUURZAMING VAN DE CHEMIESECTOR

Met hulp van de overheid kan de industrie de CO2-uitstoot fors verminderen

Sinds 1990 heeft de Nederlandse industrie haar CO2-emissie bij sterk gestegen productie met 20 % weten terug te dringen, voornamelijk door het verbeteren van de energie-efficiëntie. Om het doel van 95 % minder CO2-emissie in 2050 te halen, zal de industrie veel meer moeten doen: een kringloop voor koolstof realiseren en processen elektrificeren. Dat vergt grote investeringen. Marco Waas van AkzoNobel, Kees Biesheuvel van Dow en Eric De Coninck van ArcelorMittal vertellen over de mogelijkheden daartoe op korte en lange termijn.

 

Marco Waas, Director RD&I and Technology, AkzoNobel
Marco Waas, Director RD&I and Technology, AkzoNobel

DRIE TRENDS

“Bij de transitie van de industrie naar een koolstofneutrale productie kun je drie trends onderscheiden: circulair, inclusief het gebruik van biomassa, elektrificatie van processen en digitaliseren", verklaart Marco Waas, Director RD&I and Technology bij de chemiepoot van AkzoNobel. “Bij circulair gaat het erom koolstof in een cyclus te houden, bij elektrificatie om met behulp van goedkope elektronen chemie te bedrijven en bij digitalisering om de chemische productie af te stemmen op het actuele aanbod van goedkope duurzame energie, dat op winddagen per kwartier kan verschillen."

“Op basis van suiker uit suikerbieten of hout kun je ook chemicalien maken, maar voor de productie van bulkchemicaliën moet je andere wegen bewandelen, zoals vergassing van afval. Nu wordt afval nog verbrand om er elektriciteit en stoom mee op te wekken, maar dat is zonde”

Bij alle discussies over het verminderen van de CO2-uitstoot begint er volgens Waas langzamerhand een consensus te ontstaan over de manier van aanpak: “Gebruik afval niet als brandstof voor energieopwekking, maar als grondstof voor de productie van chemicaliën. Door afval te vergassen, krijg je syngas, waarvan je bijvoorbeeld methanol kunt maken, dat een bouwsteen vormt voor diverse chemicaliën en kunststoffen tot en met polyurethaan. Denk ook aan het reactieve koolmonoxide dat vrijkomt bij de staalproductie en nu de energiecentrales ingaat. Als je daar waterstof bij voegt, heb je eveneens syngas voor de productie van chemicaliën en kunststoffen. Dat is allemaal veel gemakkelijker en kost veel minder energie dan CO2 met behulp van hernieuwbare energie omzetten in koolwaterstoffen.

“Om dit op gang te brengen, heeft de industrie financiële steun van de overheid nodig", stelt Eric De Coninck, CTO Technology Development bij ArcelorMittal in Gent. Daarvoor moet de Europese richtlijn, de Renewable Energy Directive, aangepast worden, zodat die niet alleen van toepassing is op de inzet van hernieuwbare energie, maar ook van hernieuwbare grondstoffen. Vanuit de procesindustrie voeren we op het ogenblik een hard gevecht om erkenning te krijgen voor het nemen van CO2-reducerende maatregelen in onze productie."

“Minister Wiebes van Economische Zaken en Klimaat werkt aan een aangepaste SDE+-regeling, zodat er ook subsidies beschikbaar komen voor de inzet van grondstoffen en procesaanpassingen die bijdragen aan de vermindering van de industriële CO2-uitstoot. Naar verwachting zal hij de aangepaste regeling in september aan de Tweede Kamer presenteren", voegt Biesheuvel eraan toe.

 

CYCLUS VOOR PLASTICS

Hij geeft een schets van de toekomstige koolstofcyclus: “Plastics kun je voor 30% mechanisch recyclen, dus opnieuw toepassen in producten die niet aan de hoogste kwaliteitseisen hoeven te voldoen. Eveneens ongeveer 30 % van de plastics kun je omzetten in monomeren, dus hun oorspronkelijke bouwstenen, met als voordeel dat je er weer nieuwe plastics van kunt maken die aan de hoogste eisen voldoen, ook aan die voor voedselverpakkingen. Dan houd je nog 40 % aan plastics over die je in de koolstofcyclus kan brengen door ze aan de staalproducenten te leveren. De plastics vervangen dan een deel van de cokes als reductiemiddel. De koolstofcyclus is dan nog niet helemaal gesloten, maar het gaat een heel eind de goede kant op."

De koolstofcyclus is dan nog niet helemaal gesloten, maar het gaat een heel eind de goede kant op

Dow sluit zich aan bij de doelstelling van het Nederlandse kabinet om in 2030 bijna 50 % minder CO2 uit te stoten dan in 1990. Het bedrijf zelf heeft de uitstoot inmiddels kunnen verminderen van 4 miljoen ton CO2 in 1990 naar 3,2 miljoen ton in 2017 door procesoptimalisatie en het sluiten van een fabriek. Biesheuvel: “Als de duurzame elektriciteit ooit goedkoop genoeg is, kunnen we ook CO2 als grondstof inzetten. Maar daar willen we niet mee beginnen, zolang er nog koolmonoxide bij de staalbedrijven wordt verbrand. Je kunt beter eerst het koolmonoxide inzetten en daarna pas het kooldioxide, omdat dit energetisch veel voordeliger is en dus een goedkopere manier is om de CO2-uitstoot te beperken. Staalgas bestaat voor ongeveer een kwart uit kooldioxide (CO2), voor een kwart uit koolmonoxide (CO) en voor de rest uit stikstof en een beetje waterstof."

 

Staalgieterij ArcelorMittal Gent
Een staalbedrijf produceert algauw 7 mln ton staal per jaar, wat ca. 12 mln ton CO2-emissie oplevert, waarvan de helft afkomstig van de verbranding van 3,8 mln ton CO, genoeg voor de productie van nafta én ethanol

 

VAN KOOLMONOXIDE NAAR NAFTA

Dow bouwt op het terrein van ArcelorMittal in Gent een proeffabriek voor het afscheiden en zuiveren van koolmonoxide. Als dat lukt, dan kan de koolmonoxide samen met waterstof via Fischer-Tropschsynthese worden omgezet in een mengsel van koolwaterstofverbindingen die Dow in plaats van fossiele nafta als krakervoeding kan gebruiken. “De eis is wel dat het gas zuiver is. Er mag bij wijze van spreken geen peper en zout in zitten, want dat is schadelijk voor de katalysator", aldus Biesheuvel.

Als de experimenten goed verlopen, volgt er een demonstratie-installatie voor de productie van de naftavervanger van zo'n 300 miljoen euro. “Dat is weliswaar geen klein bier, maar nog niet van een omvang waarmee we op de wereldmarkt kunnen concurreren. Wil zo'n demonstratie-installatie uit kunnen, dan zal de overheid ons financieel tegemoet moeten komen. Hierover zijn we in gesprek met het Nederlandse ministerie van EZK. Dat ArcelorMittal een groot volume aan staalgas produceert, maakt het voor Dow interessant om daar op den duur grootschalig gebruik van te maken. De naftavervanger kan straks per schip over het Kanaal van Gent naar Terneuzen naar Dow worden vervoerd. “Veel hangt daarbij af van de olieprijzen. Als die zo laag zijn als in de afgelopen jaren, dan kan het zeker niet uit. Samen met de overheid en de staalindustrie willen we niettemin bekijken hoe we er een succes van kunnen maken. Hierbij kunnen we leren van de aanpak die de Nederlandse overheid heeft gevolgd bij de subsidiëring en wijze van aanbesteding van windparken op zee", licht Biesheuvel toe.

Eric De Coninck (General Manager Group CTO ArcelorMittal)
Eric De Coninck, General Manager Group CTO,  ArcelorMittal

Een staalbedrijf produceert volgens De Coninck al gauw 7 miljoen ton staal per jaar. Dat levert circa 12 miljoen ton CO2-emissie op. De helft hiervan is afkomstig van de verbranding van 3,8 miljoen ton CO. Dat is genoeg voor de productie van nafta en ook ethanol. Als er meer waterstof beschikbaar is, kan er van de CO ook methanol en mierenzuur worden geproduceerd.

 “Vanuit de procesindustrie voeren we op het ogenblik een hard gevecht om erkenning te krijgen voor het nemen van CO2-reducerende maatregelen in onze productie”

VAN KOOLMONOXIDE NAAR BIO-ETHANOL

ArcelorMittal investeert zelf in een demonstratie-installatie voor de productie van maximaal 65.000 ton ethanol ('Steelanol') per jaar en ontvangt hiervoor tien miljoen euro aan subsidie uit het Europese onderzoeksprogramma Horizon 2020. Het gaat om een installatie met technologie van het bedrijf Lanzatec uit Chicago, dat de koolmonoxide (en deels ook CO2) met behulp van micro-organismen omzet in ethanol. “We zijn klaar om de spullen te bestellen, maar zijn nog in gesprek met de Europese Investeringsbank over een lening. Als die er eenmaal is, zullen we de installatie een jaar later in gebruik kunnen nemen, vermoedelijk in de loop van 2019.

Bijzonder hierbij is dat de autoriteiten de ethanol van Steelanol als bio-ethanol erkennen, omdat ArcelorMittal in Gent gebruikmaakt van biomassa. Er komt namelijk een installatie op het terrein te staan, die biomassa met behulp van afvalwarmte omzet in biokolen die cokes als reductiemiddel deels zullen vervangen. Inclusief deze installatie komt de investering in Steelanol uit op 150 miljoen euro. Of de EU-autoriteiten later ook de ethanol uit staalgassen, zonder gebruik van biomassa, zullen erkennen, zodat die straks ook aan benzine, diesel of vliegtuigbrandstof toegevoegd kan worden, is voorlopig nog een open vraag.

Om aan zuiver CO te komen, wordt de CO2 met behulp van een pressureswinginstallatie uit het staalgas afgescheiden. De CO2 gaat voorlopig nog de lucht in. Alternatieven zijn om het per pijpleiding te leveren aan de glastuinbouw of cementindustrie, of stockage door de CO2 per pijpleiding naar een haven te transporteren, waar een operator werk maakt van de opslag van CO2. Ook de haven van Rotterdam heeft zulke ambities. Maar voor stockage moet de overheid het initiatief nemen", aldus De Coninck.

Hij wijst erop dat het beter is om eerst zo veel mogelijk 'tweedehands' koolstof te hergebruiken en dan pas over te gaan op CO2-opslag. Hij verwacht dat ArcelorMittal samen met andere bedrijven evenveel CO2 zal kunnen besparen als een windmolenpark, maar dan tegen een fractie van de investeringskosten. Staalproducenten als ArcelorMittal kunnen door de productie van methanol, ethanol, nafta en synthetische brandstoffen uit koolmonoxide hun CO2-uitstoot op den duur met zo'n 20 tot 35 % verminderen.

 

AkzoNobel Rotterdam
Chloorproductie van AkzoNobel Rotterdam: als bijproduct komt H vrij, dat het bedrijf wil gebruiken voor de productie van methanol uit afval

 

FINANCIEEL GENOT

Het lijkt erop alsof Dow straks ArcelorMittal helpt de CO2-uitstoot te beperken, maar dat ligt wat genuanceerder. Bij het Europese Emissiehandelssysteem (ETS) wordt de CO2-uitstoot berekend op basis van de hoeveelheid ingenomen aardgas, kolen en elektriciteit.

De Coninck: “Daarom blijft ArcelorMittal het volle pond betalen, ook als er koolmonoxide in nafta wordt omgezet. Voor Dow gaat het dan om CO2-vrije nafta, omdat al voor die CO2 is betaald. Het financiële genot is op basis hiervan dus voor Dow. Te zijner tijd zullen we wel tot een deal komen, maar eerst concentreren we ons op de techniek, want als het niet goed werkt, hoeven we niet verder te praten. Zoiets kan prachtig in het laboratorium werken, maar moet zich uiteindelijk ook in de praktijk bewijzen."

Kees Biesheuvel, Technology Innovation Manager, DOW Benelux
Kees Biesheuvel, Technology Innovation Manager, DOW Benelux

Biesheuvel wijst er nog op dat er, naast koolmonoxide, nog waterstof nodig is om syngas te vormen. Dat kan door aardgas via steam reforming om te zetten in koolmonoxide en waterstof (drie keer zoveel volume). “Je kunt tot een goede verhouding tussen koolmonoxide en waterstof komen, maar je hebt daar wel een grote installatie voor nodig." AkzoNobel produceert al groen waterstof, dat als bijproduct vrijkomt bij de productie van chloor. Samen met Gasunie onderzoekt het bedrijf de mogelijkheid voor het bouwen van een proefinstallatie in Delfzijl die 3.000 ton waterstof per jaar maakt op basis van water en groene elektriciteit. Voorlopig is de partiële omzetting van aardgas nog de beste manier om met de koolmonoxide uit de staalfabriek tot synthesegas te komen en zo per saldo CO2-emissie te voorkomen. Dit kan wel eens een van de goedkoopste manieren zijn om de CO2-uitstoot van de industrie in Nederland en België te verminderen.

 “Het draait allemaal om de vraag welke oplossingen in de industrie de meeste CO2-reductie opleveren tegen de laagste maatschappelijke kosten. Nederland kan de CO2-prijs niet eenzijdig verhogen, want dan krijgen we te maken met carbon leakage”

 

AFVAL OMZETTEN IN METHANOL

AkzoNobel heeft plannen om met het Canadese recyclingbedrijf Enerkem, Air Liquide en het Havenbedrijf Rotterdam aan de slag te gaan met Waste2Chemicals: afval van huishoudens en bedrijven vergassen tot koolmonoxide en wat waterstof, en dat vervolgens met extra waterstof omzetten in de chemische bouwsteen methanol. Waas: “Het ideale plaatje is dat je methanol omzet in formaldehyde en uiteindelijk petflessen. Die maak je schoon en gebruik je opnieuw. En als ze verouderd zijn, versnipper je het materiaal en meng je dat met virgin materiaal om er nieuwe flessen van te maken. Een deel zet je om in monomeren, waarvan je ook weer nieuwe flessen kunt maken.

Er blijft dan nog een reststroom over, die je kunt vergassen om weer nieuwe moleculaire bouwstenen van te maken. Afval wordt nu verbrand om er elektriciteit en stoom mee op te wekken, maar dat is zonde", vervolgt Waas. Samen met de import uit het Verenigd Koninkrijk is er volgens hem in principe acht miljoen ton afval per jaar beschikbaar, dat in plaats van energie zes miljoen ton chemicaliën kan opleveren. Dat scheelt acht miljoen ton aan CO2-uitstoot. Overigens is AkzoNobel eveneens betrokken bij het project Carbon2Chem van ThyssenKrupp in Duitsland, waarbij ook Covestro, Clariant, BASF en het Fraunhofer Instituut zijn betrokken. Saillant detail: de Duitse overheid heeft al een half miljard euro gereserveerd om straks te kunnen bijdragen aan de bouw van demonstratiefabrieken.

AkzoNobel is ook betrokken bij het opzetten van een gezamenlijk onderzoeksprogramma van universiteiten, topsectoren en bedrijven, Elektrochemische Conversie & Materialen (ECCM), dat gericht is op het grootschalig toepassen van schone elektriciteit in de industrie om hiermee de CO2-uitstoot in de komende decennia te kunnen verminderen. “Op basis van suiker uit suikerbieten of hout kun je ook chemicaliën maken, maar die moeten dan wel meer dan duizend euro per ton opbrengen. Voor de productie van bulkchemicaliën moet je andere wegen bewandelen, zoals de vergassing van afval."

 

BETROKKENHEID VAN OVERHEID NODIG

Om de koolstofcyclus op gang te helpen, zal de overheid aan het begin moeten bijspringen, stelt Waas. “Het vraagt om een grootschalige aanpak net zoals in de jaren vijftig, toen de overheid een leiding voor benzine naar Duitsland heeft betaald, waardoor de raffinaderij van Shell in Pernis kwam te staan en niet in Hamburg of Marseille. Bij de transitie speelt hetzelfde. De kaarten worden opnieuw geschud. Komt er een nieuw cluster in Nederland van de grond? Dat is niet vanzelfsprekend. Daarom moeten we er gezamenlijk mee aan de slag. De eerste fabrieken zullen bescheiden van omvang zijn: denk bij methanol aan een capaciteit van 200 kiloton per jaar. Die zal zeker niet kunnen concurreren met een normale methanolfabriek van een miljoen ton per jaar die werkt op aardgas. In het begin heb je dus te maken met zowel de nadelen van nieuwe technologie als de beperkte schaal. Net als bij de windparken moet de overheid daarom in het begin financieel bijspringen. Er is al veel onderzoek gedaan en er zijn start-ups, maar voor de implementatie van de nieuwe technologie is er veel geld nodig. De betrokkenheid van de overheid bij windparken is een succes gebleken, de prijs van zonne- en windenergie is inmiddels zo sterk gedaald dat de overheid zich nu weer kan terugtrekken. Op dezelfde manier kan de overheid de transitie in de industrie op gang helpen. Er komt geld vrij doordat er minder subsidie voor de windparken nodig is. In het regeerakkoord van Rutte-III staat dat er ongeveer 300 miljoen uit de SDE-regeling beschikbaar zal komen voor de chemie." De Coninck: “De overheid, met name in Vlaanderen, kan duurzame brandstoffen, elektriciteit en producten nog veel beter bevorderen door de belastingtarieven en accijnzen hiervoor te verlagen. Hernieuwbare energie wordt nu veel te zwaar belast."

Volgens Biesheuvel exporteert Dow Terneuzen 85 % van zijn producten naar andere landen. “Nederland kan de CO2-prijs niet eenzijdig verhogen, want dan krijgen we te maken met carbon leakage, oftewel het weglekken van productie naar andere landen zonder effect op de mondiale CO2-emissie. Den Haag moet het met de energie- en grondstoffentransitie dus slim aanpakken. De grote uitdaging is om hier en ook in Europa de CO2-uitstoot drastisch te verminderen zonder de industrie de nek om te draaien. Op de vraag hoe we dat kunnen realiseren, valt nog geen pasklaar antwoord te geven."