Industrielinqs 1-2020 Archieven - Utilities

Met een jaarlijks energieverbruik van 1,7 terawattuur is aluminiumproducent Aldel een van de grootste elektriciteitsconsumenten van Nederland. Die hoge positie heeft een voordeel: door processen te flexibiliseren, kan de smelterij als virtuele batterij fungeren. CFO Eric Wildschut en COO David Eisma: ‘We zijn onderdeel van een keten die waardevolle producten zoals aluminium levert, maar die ook duurzame energie faciliteert.’

De geschiedenis van Aluminium Delfzijl (Aldel) is verweven met energie. Niet geheel vreemd met een jaarlijks energieverbruik van zo’n 1,7 terawattuur. Met dat gebruik is de aluminiumsmelter een van de grootste elektriciteitsverbruikers van Nederland. De toenmalige Hoogovens namen de aluminiumsmelterij in 1966 in gebruik. Toen was al duidelijk dat de gasbel in Groningen zoveel gas zou leveren, dat de elektriciteitsvoorziening voorlopig verzekerd was. En goedkoop, niet te vergeten. De gasgestookte energiecentrales kregen op hun beurt een betrouwbare afnemer van basislast die 24/7 doorging. Een win-winsituatie die tot midden jaren negentig succesvol bleef.

Mede dankzij lage aluminiumprijzen en hoge energieprijzen, kende Aldel sindsdien meerdere eigenaren en is het twee keer failliet verklaard. Uiteindelijk besloot een Amerikaans investeringsbedrijf in 2017 de fabriek over te nemen en ging het bedrijf verder onder de naam Damco Aluminium Delfzijl. In de tussentijd was één productiehal gesloten en werkte nog maar twintig procent van de 304 ovens. Het duurde even om de oude en slecht onderhouden fabriek weer draaiend te krijgen, maar het bedrijf zit inmiddels op bijna tachtig procent van de maximale productiecapaciteit. Het personeelsbestand is dan ook gegroeid van 180 naar 350. En dan zijn er ook nog dagelijks zo’n 150 contractors in de weer om de fabriek draaiende te houden.

Dominante factor

CFO Eric Wildschut en COO David Eisma zijn nog redelijk vers in het bedrijf. Al zijn hun track records volwassen genoeg om de uitdagingen van Aldel het hoofd te bieden. Wildschut verdiende zijn sporen bij Shell en NAM, terwijl chemisch technoloog Eisma een lange carrière in de aluminiumwereld doorliep. De verschillende achtergronden vormen een mooie combinatie. Energie is namelijk nog steeds de dominante factor in de bedrijfsvoering, terwijl grondige proceskennis tot significante kostenvoordelen kan leiden. Met name in de toekomst, die zich kenmerkt door de inzet van de aluminiumsmelterij als onderdeel van de energietransitie.

CO2-handel

Wildschut: ‘Veertig procent van de variabele kosten betreft elektriciteit, dus heeft energie uiteraard onze volle aandacht. We gebruiken stroom om aluinaarde via een elektrolyseproces te scheiden in vloeibaar aluminium en zuurstof. De rest van de variabele kosten zit in anodeblokken en aluinaarde. Wereldwijd zijn al onze concurrenten strategisch gevestigd in de buurt van goedkope energiebronnen. Grote smelterijen staan bijvoorbeeld in het Midden-Oosten, Rusland en China, die grote voorraden aardolie, aardgas en steenkool hebben. Landen die geen rekening hoeven te houden met extra kosten voor de uitstoot van hun CO2, zoals Nederland.’

Voor een elektrolyse-proces is elektriciteit een grondstof. ‘Daarom krijgen wij gedeeltelijk compensatie voor de emissiehandels-opslag die verwerkt zit in de elektriciteitsprijs. Deze compensatie moet oneerlijke concurrentie met producenten in andere landen die niet aan het emissiehandelssysteem (ETS) van de EU deelnemen voorkomen. Maar die regeling loopt eind dit jaar af. Vrijwel alle deelnemende landen met een energie-intensieve industrie hebben vergevorderde plannen om de regeling te continueren. Helaas heeft juist Nederland nog geen toezegging gedaan over de verlenging. Ik snap de grondgedachte van ETS om bedrijven te stimuleren hun uitstoot te beperken. Aluminium wordt echter verhandeld op een wereldmarkt tegen een wereldprijs. Als anderen wel worden gecompenseerd, binnen Europa, of geen CO2-toeslag kennen, buiten Europa, is er geen sprake meer van eerlijke concurrentie.’

Industrielinqs nu 3 maanden gratis ontvangen?

Dit artikel komt uit de eerste editie van het Industrielinqs magazine, dat zich richt op de procesindustrie, energiesector en onderlinge infrastructuur. Met het magazine verbinden we industriële ketens zodat ze van elkaar kunnen leren. Belangrijke thema’s zijn: innovatie, energietransitie, onderhoud en veiligheid.

Gebruik kortingscode ILQS20GRATIS voor een gratis proefabonnement

Zogenaamd carbon leakage, het verschuiven van CO2-uitstoot naar andere langen, ligt dan ook op de loer, waarbij de netto CO2-uitstoot alleen maar zal toenemen als China zijn productie verhoogt.

Fundamentele keuze

De Europese Unie worstelt al langer met zijn positie in de wereldmarkt. De ambities als gidsgemeenschap naar een emissieloze productie, zijn vanuit meerdere kanten begrijpelijk en ondersteunen wij volledig. Zolang grote producenten uit het Midden-Oosten, Rusland en China echter niet meegaan in belasting van de kooldioxide emissies, blijft het speelveld ongelijk voor mondiaal opererende bedrijven. Om dit gelijk te trekken, onderzoekt de EU nu de invoering van het carbon border adjustment mechanism. Producten die buiten de EU zijn geproduceerd, zouden vanaf 2023 extra importheffing moeten betalen om de CO2-emissie te compenseren.

tekst gaat verder onder de afbeelding
aluminium

David Eisma bij een oven in de elektrolysehal. Foto: Simon van der Woude

‘Wij kunnen onze productie mee laten veren met het energieaanbod, zodat we een belangrijke rol krijgen in de netstabilisering.’

David Eisma, COO Aldel

Op papier een mooi idee, maar volgens Wildschut zal dat in de praktijk anders uitpakken. ‘Landen die fossielvrij produceren, zullen graag naar Europa exporteren. Maar er staat ze niets in de weg om vervolgens zelf weer aluminium uit China te importeren. De schone, duurdere producten gaan naar Europa, terwijl de landen zelf de goedkopere, uitstootverhogende producten invoeren. Als de coronacrisis ons één ding heeft geleerd, dan is het wel dat Nederland het zich niet kan permitteren volledig van import afhankelijk te worden. In crisistijden, kiezen landen toch voor hun eigen markt. De EU, en ook Nederland, is netto-importeur van aluminium en er zijn al heel wat Europese smelters verdwenen. We zullen dan ook een fundamentele keuze moeten maken: Willen we afhankelijk worden van import of houden we een eigen strategische industrie met goedbetaalde werkgelegenheid?’

Batterij

Een extra argument voor behoud van de elektriciteitsgrootverbruiker is de rol die het kan spelen in de energietransitie. Niet dat die 1,7 terawattuur snel kan worden vergroend, maar de fabriek biedt wel een grote virtuele opslagcapaciteit. Eisma: ‘Het volatiele karakter van wind- en zonne-energie stelt de netbeheerders voor behoorlijke uitdagingen. Productiepieken veroorzaken congestie in het net, terwijl bij een productiedip snel extra regelvermogen moet worden ingeschakeld. Wij kunnen onze productie echter mee laten veren met het aanbod, zodat we een belangrijke rol krijgen in de netstabilisering. Momenteel kunnen we dat vooral door onze productie af te schakelen bij tekorten, ook wel noodstroom genoemd. Maar met een paar aanpassingen kunnen we dat veel subtieler doen. We werken al met onze partner Energy Pool samen, die ons helpt met de benodigde soft- en hardware om te flexibiliseren.’

Voordat het zover is, moet wel een aantal aanpassingen worden gedaan aan zowel de hoogspanningsinstallaties als de gelijkrichters die het aluminium smelten. De gelijkrichters kunnen met enige aanpassingen de variabele belasting opvangen. Om dit te kunnen doen bouwt Aldel samen met Energy Pool tien installaties om. Iedere installatie heeft een capaciteit van 40.000 Ampère en een spanning tot ongeveer 800 Volt. Aldel verwacht een variabele belasting van vijftien megawatt te kunnen bereiken om de netfrequentie te ondersteunen.

tekst gaat verder onder de afbeelding

aluminium

Degradatie

Eisma: ‘Je kunt een installatie die normaal gesproken op vol vermogen werkt, niet even terugdraaien of opschakelen. We moeten aanpassingen doen aan de stroomrails en met name oplossingen vinden voor de zogenaamde magnetische veldcompensatie. Met een ombouwpakket vangen we de wisselingen in het magnetische veld op. En dan zullen we ook de regelmechanismen zodanig moeten aanpassen dat we efficiënt kunnen blijven werken. Hoe goed we de aanpassingen ook doorvoeren, de efficiency van een installatie die op lagere vermogens werkt, zal altijd afnemen. Onze installaties zijn namelijk ontworpen voor een constante stroom. Sterker nog: als we langer dan drie tot vier uur uit bedrijf zouden zijn, zijn we de gehele productie kwijt. Dan moeten we een half tot driekwart jaar uit bedrijf om de ovens uit te bikken. Bovendien verwachten we versnelde degradatie van assets door temperatuurschommelingen. We weten bijvoorbeeld nog niet precies hoe die schommelingen de vuurvaste bekleding beïnvloeden. Zo’n inzet als groene batterij is dan ook zeker niet gratis en we zullen de kosten moeten blijven afwegen tegenover de baten. Gelukkig onderscheidt onze fabriek zich van die in het Midden-Oosten en China door onze jarenlang opgebouwde proceskennis. We doen nu al mee aan verschillende flexmarkten, maar met de nodige investeringen denken wij dit de komende jaren nog veel verder te kunnen uitbouwen.’

Groene stroom

Daarmee stoppen de groene ambities van Aldel niet. Naast investeringen in flexcapaciteit, bood het ook zijn fabrieksdaken en een stuk braakliggend terrein aan als ruimte voor zonnepanelen. Uiteindelijk selecteerden Eisma en Wildschut het Vlaamse bedrijf Ecorus als leverancier van de in totaal vijftigduizend vierkante meter zonnepanelen. Goed voor een zonnecapaciteit tussen de acht en twaalf megawatt.

‘Zogenaamd carbon leakage, het verschuiven van CO2-uitstoot naar andere landen, ligt op de loer.’

Eric Wildschut, CFO Aldel

Gaandeweg ontstond het idee om meer zonneparken te koppelen aan de aansluiting van Aldel. ‘Wildschut: ‘Momenteel houdt de beschikbare netcapaciteit investeringen in grootschalige zonneparken in dit gebied tegen. De netbeheerders kunnen de aanvragen niet aan en hebben jaren nodig om de stroom bij de eindgebruiker te krijgen. Samen met Ecorus bedachten we dat we dit soort parken met een kleine investering ook aan ons net konden koppelen.’ Meer specifiek bouwt Ecorus een microgrid in Farmsum die twee zonneparken in de buurt ontsluit.

Dienstverlening

Wildschut: ‘We trekken een paar honderd meter kabel en koppelen die zonne-installaties aan Aldel. Dat is technisch geen enkel probleem, want onze aansluiting is zwaar genoeg en wij kunnen de stroom van die lokale energiehub direct gebruiken. Bovendien is het een investering die je snel terugverdient. Rijk worden we er niet van, maar het zorgt er wel voor dat we weer een schakeltje in de energietransitie verbinden. Juridisch is dit overigens nog niet heel eenvoudig omdat de autoriteit consument en markt hier nog geen goedkeuring voor heeft gegeven.’

tekst gaat verder onder de afbeelding
aluminium

Aluminium palen. Foto: Simon van der Woude

In het tienjarenplan dat het herboren bedrijf schreef, is verder nog ruimte voor extra recycling-capaciteit. Aluminium is namelijk zeer eenvoudig te hergebruiken en dat met een fractie van het energieverbruik van primair aluminium. De warmte die bij het proces ontstaat kan uiteraard ook nuttig worden ingezet in de nabije omgeving. Zelfs de kooldioxide die bij de productie vrijkomt zou op den duur kunnen worden opgevangen en opgeslagen, dan wel gebruikt als grondstof voor de chemische industrie (CCUS).

Wildschut: ‘We denken dat we een goed verhaal en een heldere visie op de toekomst hebben. We zullen het echter moeten blijven vertellen. Als we als energiegrootverbruiker willen overleven, moeten we laten zien dat we veel meer zijn dan alleen een aluminiumproducent. We zijn onderdeel van een keten die waardevolle producten levert zoals aluminium, maar die ook duurzame energie faciliteert. Daarmee ontlenen we ons bestaansrecht in de regio niet alleen aan het product aluminium, maar ook aan onze dienstverlening op het gebied van netstabiliteit.’

Aluminiumproductie bij Aldel

De aluminiumfabriek van Aldel in Delfzijl is bijna een kilometer lang. In de twee hallen staan 304 elektrolyse-ovens waar het aluminium met een enorme elektrische stroom uit aluinaarde wordt gemaakt. Het vloeibare primaire aluminium gaat daarna naar de gieterij waar het weer in andere ovens wordt gegoten. Hier wordt het vloeibare aluminium gemengd met andere metalen om legeringen te maken, afhankelijk van de wensen van de klant. Vanuit deze ovens wordt het metaal gegoten in drie soorten gietvormen: stangen (billets), dikke plakken (slabs) en korte, dikke stukken (bars).

Aldel heeft al een van de schoonste en meest geavanceerde smelters en werkt hard om zowel emissies als afvalbijproducten volledig te elimineren. Tegenwoordig wordt honderd procent van de fluoride-uitstoot opgevangen en teruggekoppeld naar het proces en wordt gewerkt aan de integratie van nieuwe geavanceerde processen en controlesystemen die andere emissies volledig zullen verminderen of elimineren.

Vibers maakt papier, karton, bioplastic en biobeton van olifantsgras. Een gewas dat al dertig jaar in Nederland groeit en van origine als stalstrooisel en brandstof werd gebruikt. Vibers haalt nu van elke hectare twintig ton grondstof per jaar af. In totaal heeft het bedrijf zo’n honderd hectare aan olifantsgras beschikbaar. Oprichter Jan-Govert van Gilst vertelt hoe ze van het olifantsgras producten maken. 

Hoe ben je op het idee gekomen om producten van olifantsgras te maken?

‘Tijdens een vakantie in Borneo in 2009 zag ik regenwoud worden gekapt voor palmolieplantages en zag ik voor het eerst plastic soep. Iedere morgen spoelde er een halve meter hoog plastic aan. Bizar om te zien. Ik wilde daar iets mee doen, nam ontslag en startte een eigen bedrijf. Ik ben begonnen met bamboe, maar dat bleek niet zo’n goed idee. Samen met de Universiteit van Wageningen kwam ik uiteindelijk bij olifantsgras uit. Dit groeit snel, bevat bouwstenen om producten van te maken en kan veel CO2 vastleggen (vier keer meer dan een Europees bos, red.).’

Waar groeit het olifantsgras waar jullie producten van maken?

‘Wij maken gebruik van marginale gronden. Veel bedrijven hebben bijvoorbeeld een stukje grond waar ze misschien nog een keer wat op gaan bouwen. Bij een spuitgietfabriek hebben wij bijvoorbeeld twee hectare olifantsgras staan. Daar maken zij weer lunchboxen van. Ook bij Sabic in Bergen op Zoom is olifantsgras gepland. Daar staat op een bord bij: hier groeit het dashboard van de toekomst. Zo inspireer je ook weer mensen die daar langs komen.’

‘Daarnaast hebben boeren een Europese doelstelling om vijf procent van hun areaal te beplanten met een gewas dat de biodiversiteit bevordert. Olifantsgras staat op die lijst. Vaak gebruiken de boeren een hoekje waar ze verder niks mee kunnen. Olifantsgras is heel arbeidsextensief. Je plant het één keer aan en dan kan je het twintig jaar oogsten. Je hoeft er na het planten vrijwel niks aan te doen. Het gewas laat in het najaar zijn bladeren vallen, waarna allerlei insecten en dieren daar hun plekje vinden.’

Hoe maak je producten van het olifantsgras?

‘We gebruiken de vezels uit de plant om daar materialen mee te verduurzamen. We hebben een wereldwijd gepatenteerd proces ontwikkeld waarmee we de vezel op maat kunnen maken voor de toepassing waarin hij wordt gebruikt. Beton heeft een andere vezel dan bioplastic en papier. Het mooie is dat onze materialen kunnen worden gebruikt op bestaande machinelijnen. Bedrijven hoeven daarin geen investeringen te doen en kunnen toch hun product verduurzamen.’

Industrielinqs nu 3 maanden gratis ontvangen?

Dit artikel komt uit de eerste editie van het Industrielinqs magazine, dat zich richt op de procesindustrie, energiesector en onderlinge infrastructuur. Met het magazine verbinden we industriële ketens zodat ze van elkaar kunnen leren. Belangrijke thema’s zijn: innovatie, energietransitie, onderhoud en veiligheid.

Gebruik kortingscode ILQS20GRATIS voor een gratis proefabonnement

Heb je daar voorbeelden van?

‘Ik ben eerst begonnen met het maken van papier. Daar wordt houtpulp voor gebruikt. Door onze vezels is twintig procent minder pulp nodig. Ook wordt plaatmateriaal van bijvoorbeeld de borden in supermarkten waar reclame op staat van Vibers bioplastic gemaakt. We kunnen ze ook weer recyclen. Zo verduurzaam je een heel productieproces.’

Hoe produceren jullie de vezels?

‘Wij produceren helemaal niets zelf. Dat is heel bewust gedaan. We doen dat op verschillende locaties met verschillende lokale bedrijven. Als je alles zelf doet, dan kan je maar een beperkt deel van de markt bedienen. Terwijl als je samenwerkt met veel productiebedrijven en je zorgt dat het past op bestaande processen, dan is het een lage drempel om mee te doen. Ik zoek de samenwerking met veel bedrijven, waardoor de impact wordt vergroot. Uiteindelijk is het het belangrijkste dat het gebeurt.’

‘Het mooie is dat onze materialen kunnen worden gebruikt op bestaande machinelijnen.’

Jan-Govert van Gilst, oprichter Vibers

Kunnen jullie concurreren met anderen?

‘Toen we net waren begonnen, was er al veel interesse. Maar ze vonden het wel duur. Als je groeit, wordt het product steeds goedkoper. Inmiddels zijn we best wel concurrerend, zeker tegenover andere biomaterialen. Er worden al heel wat producten gemaakt met onze vezels. Denk aan plaatmateriaal, meubels en de bloempotten voor de Jumbo en Nationale Postcodeloterij.’

Wat is jouw droom voor de toekomst?

‘Mijn droom is dat iedereen straks iets van Vibers in huis heeft. Dat ik in de supermarkt loop en dat groenteverpakkingen niet van plastic zijn, maar van Vibers bioplastic.’

Biotechnologie heeft veel te bieden en daarom investeren steeds meer chemiebedrijven in biotechnologische toepassingen. Maar zijn micro-organismen echt de fabrieken van de toekomst? Of zijn bedrijven vooral bang om de boot te missen?

Carina Nieuwenweg

Momenteel is biotechnologie nog vooral interessant voor de productie van fijnchemicaliën. Het gaat dan om complexe stoffen die in relatief kleine oplages worden geproduceerd en relatief veel geld opleveren per gewicht. Maar de chemische industrie wil biotechnologie toch ook steeds meer inzetten voor de relatief simpelere bulkchemicaliën. Vooral om te verduurzamen.De Europese Unie heeft daarom via het Horizon2020-platform forse investeringen gedaan in onderzoek op dit gebied. Ook in Nederland wordt onderzoek op hoog niveau gedaan. Zo stak NWO, de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, twee jaar geleden miljoenen in onderzoek naar micro-organismen die syngas kunnen omzetten in bouwstenen voor de chemische industrie. AkzoNobel en Flowid zijn twee van de dertien partijen die meedoen aan dit MicroSync-project.

Geen katalysatoren

Syngas is in de chemische industrie bekend als een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Als reststroom van bijvoorbeeld de staalindustrie bevat het mengsel daarbij ook kooldioxide. Micro-organismen kunnen dit syngas omzetten in nuttige producten voor de chemische industrie. ‘Dit heeft enerzijds een maatschappelijk belang’, vertelt professor Diana Sousa. Zij is een van de kartrekkers van het MicroSync-project en verbonden aan Wageningen University and Research. ‘De belastingen op emissies zijn hoog, dus dan is het interessant om er iets nuttigs mee te doen in plaats van het uit te stoten.’

Anderzijds heeft een biotechnologisch proces het voordeel dat de samenstelling van het syngas niet constant hoeft te zijn. Iets wat bij de industriële productie van methanol uit syngas wél een vereiste is. ‘De katalysatoren die in dat proces worden gebruikt, werken alleen bij bepaalde ratio’s en zijn slecht bestand tegen verontreinigingen in het syngas, zoals sulfiet. Door deze verontreinigingen moeten katalysatoren met regelmaat worden vervangen. Dat is een grote kostenpost in het chemische proces. Micro-organismen hebben geen katalysatoren nodig, ze doen het helemaal zelf.’

Veel onzekerheden

Bedrijven als LanzaTech hebben al bewezen dat een volledig biotechnologische omzetting van syngas mogelijk is. Dit bedrijf is pionier op het gebied van microbiële fermentatie van syngas naar ethanol. Na pilots in onder andere Nieuw Zeeland en China kon het bedrijf op de Gentse site van ArcelorMittal de volgende stap zetten. In mei vorig jaar gingen de spades officieel in de grond voor de bouw van een bioreactor die straks tachtig miljoen liter bio-ethanol per jaar kan produceren. Voeding voor de reactor is syngas uit de staalfabriek van ArcelorMittal.

Toch benadrukt Sousa dat biotechnologie als commerciële speler op de chemische markt nog toekomstmuziek is. ‘Dat maakt het voor bedrijven lastig, want enerzijds staat de technologie nog in de kinderschoenen en zijn er veel onzekerheden. Anderzijds zijn ze bang om de boot te missen. En daarom willen bedrijven wel investeren. Nouryon stapt bijvoorbeeld in met de vraag welke waardevolle compounds we uit syngas kunnen maken, waarmee we de competitie kunnen aangaan met traditionele chemische reacties.’

Industrielinqs nu 3 maanden gratis ontvangen?

Dit artikel komt uit de eerste editie van het Industrielinqs magazine, dat zich richt op de procesindustrie, energiesector en onderlinge infrastructuur. Met het magazine verbinden we industriële ketens zodat ze van elkaar kunnen leren. Belangrijke thema’s zijn: innovatie, energietransitie, onderhoud en veiligheid.

Gebruik kortingscode ILQS20GRATIS voor een gratis proefabonnement!

Sousa heeft hier wel een beeld bij. ‘Voor micro-organismen die organische zuren en alcoholen kunnen produceren, is zeker een markt. Deze producten zijn notoir om de moeilijkheden waarmee ze langs traditionele chemische weg worden geproduceerd. Zo zijn hexanol en butanol interessante stoffen die we kunnen produceren met micro-organismen. In tegenstelling tot ethanol lossen deze zeer slecht op in water en kunnen we ze hierdoor gemakkelijk scheiden. Maar de opbrengst is nu nog niet hoog genoeg om deze route commercieel interessant te maken, dus dat moet nog verder worden onderzocht. Momenteel kunnen alleen ethanol en acetaat op industrieel relevante schaal worden geproduceerd.’

Micro-gasbellen

Door genen van andere micro-organismen te introduceren in de syngas-etende bacteriën of door bepaalde genen uit te zetten, kunnen hogere hoeveelheden eindproduct worden bereikt. Of zelfs compleet nieuwe eindproducten worden geproduceerd. ‘Dit soort methodes worden met bekende modelbacteriën al decennialang veilig toegepast voor de productie van fijnchemicaliën’, vertelt Sousa. ‘Helaas groeien deze bacteriën niet op syngas en zijn we aangewezen op minder bekende bacteriën. Dat maakt het genetisch modificeren moeilijker.’

tekst gaat verder onder de afbeelding
biotechnologie

(c)WUR

‘Momenteel kunnen alleen ethanol en acetaat op industrieel relevante schaal worden geproduceerd.’

Diana Sousa Professor Wageningen University & Research

Bovendien heeft het gebruik van gassen als invoer voor biotechnologische processen een groot nadeel: gassen kunnen slechts in beperkte mate oplossen in water. ‘Clostridium autoethanogenum, de bacterie die het meest efficiënt syngas kan fermenteren, groeit bij uitstek in waterrijke omstandigheden’, vertelt Sousa. De Technische Universiteit Eindhoven onderzoekt daarom hoe bioreactoren zó kunnen worden ontwikkeld dat een maximale hoeveelheid gas oplost in de vloeistof. En hoe dit zo efficiënt mogelijk bij de bacteriën kan komen. Denk daarbij aan micro-gasbellen die door de reactor heen worden verspreid. Of het continu in beweging houden van de vloeistof om zo de bacteriën en gassen dicht bij elkaar te brengen.

Vierde generatie biofuels

Nico Claassens, rubicon fellow aan het Max Planck Institute (Duitsland) denkt dat er nog minstens vijf tot tien jaar nodig is voor biotechnologie commercieel interessant wordt voor de productie van een breed scala aan producten. ‘Wat er nu gebeurt, is het oogsten van laaghangend fruit. We zijn al jaren in staat om bijvoorbeeld ethanol of het bioplastic polyhydroxybutyraat (PHB) te maken met microbiële cellen, maar dit zijn natuurlijke producten van bacteriën en gisten. Biotechnologen hebben de productie alleen verder geoptimaliseerd.’

‘We kunnen mierenzuur gemakkelijker opslaan en toevoegen aan een bioreactor met micro-organismen.’

Nico Claassens, rubicon fellow Max Planck Institute

Voor een grote transitie van de chemische industrie naar biotechnologische productie, onafhankelijk van fossiele grondstoffen, moeten er nog flinke stappen worden gezet. In Claassens’ groep wordt onder andere gewerkt aan zogenoemde vierde generatie biofuels en chemicaliën. Die vierde generatie volgt op de microbiële productie van producten uit speciaal hiervoor geproduceerde suiker (eerste generatie), uit het niet eetbare gedeelte van planten (tweede generatie) en door algen die groeien op zonlicht en koolstofdioxide (derde generatie). De eerste twee generaties die op landbouwproducten zijn gebaseerd, waren niet duurzaam genoeg. En fotosynthese, het proces waarbij zonlicht en koolstofdioxide wordt omgezet in biomassa, door algen lijkt niet efficiënt genoeg voor grootschalige commerciële productie.

De hoop is nu gevestigd op simpele verbindingen die met elektrische energie kunnen worden gemaakt. ‘Waterstof is daar een voorbeeld van, maar mierenzuur is ook een optie.’

Beste van twee werelden

Bij de conversie van elektriciteit naar mierenzuur raakt overigens wel vijftig procent verloren ten opzichte van dertig procent bij waterstof. Daar staat tegenover dat mierenzuur vloeibaar is en minder gevaarlijk dan waterstof. ‘We kunnen mierenzuur gemakkelijker opslaan en toevoegen aan een bioreactor met micro-organismen die dit omzetten in waardevolle producten’, stelt Claassens. Op deze manier hoopt hij het beste van twee werelden te combineren.

Recent is – in samenwerking met het lab waar Claassens werkt – de start-up B.fab opgezet. Dit bedrijf gaat zich richten op het ontwikkelen van organismen en biotechnologische processen voor de zogenaamde formate (oftewel mierenzuur) bio-economie. ‘Maar de grote vraag blijft: hoe kosten effectief is en wordt dit? We zijn er nog niet.’ Toch gaan de ontwikkelingen op het gebied van biotechnologie hard. Voor je het weet heb je als bedrijf de spreekwoordelijke boot gemist.

Businessmodel achter biotechnologie

De biotechnologische industrie profiteert van relatief goedkope en flexibele infrastructuur. Er is geen sprake van extreem hoge temperatuur of druk en verontreinigingen. Bovendien zijn wisselende voedingsstromen geen probleem. Daarnaast kan eenzelfde reactor voor meerdere producten en processen worden gebruikt. Dit alles maakt dat biotechnologie vooral kan profiteren van “unit aantal” in plaats van “unit schaalvoordeel”. Met andere woorden, biotechnologische plants profiteren van een groot aantal relatief kleinschalige faciliteiten. Dit is totaal anders dan de chemische technologie, die profiteert van economy of scale. Het nadeel van schaalvoordeel is dat het moeilijker is om te innoveren en in te spelen op veranderingen op de markt vanwege de hoge kosten en het specialisatieniveau van de infrastructuur.

Overtuiging versus dubio

Torrgas is één van de deelnemende bedrijven in het Horizon 2020 project. Het bedrijf is ervan overtuigd dat een biotechnologische route een van de beste routes is om in de toekomst op een duurzame manier organische moleculen te maken. ‘Biokatalyse leent zich veel beter dan thermische katalyse voor de synthese van bijvoorbeeld vetzuren en C10-C12 moleculen’, stelt co-founder Robin Post van der Burg. ‘Organismen kunnen op een kleinschalige wijze processen uitvoeren waarvoor via chemische katalyse miljarden aan investeringen nodig zijn.’ Vooral geoxideerde moleculen, zoals vetzuren, zijn volgens hem interessant. Het bedrijf richt zich overigens niet op de productie van dit soort moleculen, maar pioniert met het omzetten van biologische reststromen in grondstoffen; biochar en syngas. ‘Biologische reststromen vind je overal. Alleen al bij rijst blijft er wereldwijd 1,4 miljard ton aan stro en schillen over. Dat wordt nu bijna allemaal afgebrand. Wij hebben een mobiele technologie om er een hoogwaardige biobrandstof van te maken.’ Een technologie die bovendien decentraal kan worden ingezet.

Post van der Burg begrijpt het dubio waarin veel chemische bedrijven verkeren. ‘Kijk maar naar de Duitse autoproducenten’, vertelt hij. ‘Als ze hadden gewild, hadden ze tien jaar geleden kunnen beginnen met het bouwen van elektrische auto’s. Nu zijn ze ingehaald door Tesla. Ze hebben een achterstand om goedkoop en op grootschalige wijze batterijen te produceren, waarop Tesla wel al jaren hoog heeft ingezet. Mede daarom zullen ze zich waarschijnlijk nooit meer kunnen aanpassen op de veranderende autotechnologie. Misschien bestaan ze over twintig jaar niet eens meer. Als een juggernaut van weleer je niets te bieden heeft op de markt van nu, waarom zou je dan met ze in zee willen gaan? Zo zal het waarschijnlijk ook gaan in de chemische industrie. Die moet meer en meer biobased worden.’

Provincie Noord-Brabant ziet de druk op de waterbronnen toenemen. En dat terwijl Agristo, Coca Cola, Fujifilm en IFF een deel van hun gezuiverde afvalwater lozen. Een pilot met watersysteemalgoritme AquaVest laat zien dat samenwerking tussen de stakeholders niet alleen de waterstress verlicht, maar ook de systeemkosten beperkt.

Met de derde zomer op rij met steeds hetzelfde beeld van warmte en droogte, kan van een trend worden gesproken die zorgen baart. Reden voor de provincie Noord-Brabant om te onderzoeken hoe ze het waterverbruik kan terugdringen. Of beter gezegd: het gebruik van grondwater te ontmoedigen. Om ervaring op te doen met een modelmatige benadering voor de optimalisatie van het waterbeheer op gebiedsniveau besloot de provincie een test uit te voeren met AquaVest; het algoritme dat de watersector verbindt.

AquaVest berekende al dat in 2040 de watervraag het aanbod overschrijdt met tien tot veertig procent. Dus zelfs in het beste scenario moeten de watergebruikers de onderlinge competitie aangaan. In dat soort scenario’s trekt de industrie meestal aan het kortste eind. Logisch omdat drinkwater nu eenmaal een eerste levensbehoefte is en landbouw ons van voedsel voorziet. Maar er zijn meer conflicterende belangen die om duidelijke keuzes vragen. Want wie draait er voor de extra kosten op? Wie is verantwoordelijk voor de voorzieningszekerheid van het water? Hoe verhouden de taken van de overheden zich tot de belangen van de boeren en bedrijven. Geen gemakkelijke puzzel, waar de provincie Brabant en waterschap De Dommel liever nu al over nadenken.

Alternatieve stromen

Projectleider grondwater Eric Kessels is onder meer verantwoordelijk voor het grondwaterbeheer van provincie Brabant. ‘Er valt genoeg regen in Brabant. Alleen voeren de rivieren en beken het regenwater te snel af waardoor er te weinig tijd is om in de bodem te zakken en het grondwater aan te vullen. Zowel drinkwaterbedrijf Brabant Water als verschillende industriële gebruikers pompen grondwater op. Zo veel zelfs dat ook deze bron onder druk komt te staan. We moeten dus inzetten op waterbesparing of het sluiten van waterkringlopen. Nu brachten we al eerder de alternatieve waterstromen in kaart, maar de investeringskosten kenden we nog niet. Daar kwam AquaVest voor ons in beeld.’

Om de toch al complexe waterketen overzichtelijk te houden, beperkte het onderzoek zich tot het gebied Kraaiven – Vossenberg: twee aansluitende industriegebieden aan de noordrand van Tilburg. In het gebied is naast drinkwaterbedrijf Brabant Water ook de rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI Tilburg) aanwezig van waterschap De Dommel en een afvalwaterzuiveringsinstallatie (AWZI) van Engie. Aan Duska Disselhoff van Frontier Ventures (die dit jaar de verkiezing Water Innovator of the Year won), die de toepassing van het algoritme in de watersector bedacht en ontwikkelde, de taak om alle variabelen en belangen te verzamelen en door te laten rekenen.

Industrielinqs nu 3 maanden gratis ontvangen?

Dit artikel komt uit de eerste editie van het Industrielinqs magazine, dat zich richt op de procesindustrie, energiesector en onderlinge infrastructuur. Met het magazine verbinden we industriële ketens zodat ze van elkaar kunnen leren. Belangrijke thema’s zijn: innovatie, energietransitie, onderhoud en veiligheid.

Gebruik kortingscode ILQS20GRATIS voor een gratis proefabonnement!

Disselhoff: ‘De provincie, waterschappen, waterbedrijven, productiebedrijven, agrariërs en de natuur zijn allemaal afhankelijk van dezelfde waterbronnen. Al die stakeholders hebben op hun beurt hun eigen waterprofiel aangaande waterkwantiteit en -kwaliteit. De eerste stap was om samen met deze partijen te inventariseren welke bronnen ze nu gebruiken, welke infrastructuur al aanwezig is en hoeveel geld ze kwijt zijn aan hun watergebruik. Daarna konden we relevante scenario’s opstellen rondom het veranderende vraag en aanbod. Om vervolgens te kijken welke investeringen de komende twintig jaar nodig zijn om de gestelde doelen te halen.’

Samenwerking

De provincie stelde als doel de grondwateronttrekking direct te beperken tot 94 procent, oplopend tot nog maar dertig procent wateronttrekking in 2040. Daarbij hield men rekening met de toenemende vraag naar drinkwater. Wat de uitdaging alleen maar groter maakte. Ook eisten de betrokken partijen dat in de scenario’s rekening werd gehouden met reeds gemaakte investeringen.

Een van die investeringen is die in de AWZI. De afvalwater-zuivering die Engie beheert, is een samenwerkingsverband van vier grote watergebruikers in dit gebied: Agristo, Coca Cola, FujiFilm en IFF. De partijen besloten een aantal jaar geleden in overleg met De Dommel hun afvalwater gezamenlijk te zuiveren. Een interessante samenwerking omdat de afvalwaterstromen complementair waren. Het hielp natuurlijk ook mee dat het zuiveren van het afvalwater goedkoper werd.

FujiFilm

Voor de productie van fotopapier en offsetplaten gebruikt Fuji water. Op jaarbasis circa 1.600.000 kuub. Het bedrijf pompt het proceswater op uit de ondergrond, haalt het ijzer eruit en zet dit vervolgens in voor de productie van fotopapier en offsetplaten. Bij het produceren van offsetplaten zet Fuji onder andere salpeterzuur in. Een stof die veel nitraat bevat. De uitbreiding van de offsetplaten-fabriek betekende een toename van het nitraatrijke afvalwater.

Uiteindelijk bleek de oplossing te liggen in samenwerking met buurbedrijven Agristo, Coca Cola en IFF. ESH-manager Alex van Rijn: ‘Onze afvalwaterstromen bleken complementair te zijn. Nu komen onze stromen samen in de AWZI van Engie die het anaeroob en aeroob behandelt, waarna het schone water het kanaal in gaat. Je kunt daar natuurlijk ook andere toepassingen voor bedenken. Maar dan zouden we wel moeten investeren in extra technieken om het water op de juiste kwaliteit te krijgen. Bovendien moet het water ook nog onze richting op komen via een leiding. Met name het graafwerk maakt zo’n leiding behoorlijk prijzig. Reken maar op een miljoen euro per kilometer.’

‘Met deze scenario’s kunnen we gefundeerder tot een gezamenlijke oplossing komen voor waterschaarste.’

Helga Post, projectleider Provincie Brabant

tekst gaat verder onder de afbeelding

De afvalwaterzuivering die Engie beheert, is een samenwerkingsverband van Agristo, Coca Cola, FujiFilm en IFF. Foto: Provincie Noord-Brabant

IFF-Tilburg

International Fragrances & Flavours (IFF) heeft een lange historie in Nederland. Ooit begonnen als Polak & Schwarz, leverde het bedrijf in 1889 al vruchtaroma’s en etherische oliën. Milieutechnoloog Hans van Reeuwijk: ‘IFF produceert in Tilburg geur- en smaakstoffen. Soms worden deze producten kosher geproduceerd. Vanwege voedselveiligheid en het kosher produceren van geur- en smaakstoffen mogen we geen effluent in de productie gebruiken.

Dat wil niet zeggen dat we het effluent nergens kunnen inzetten. Sterker nog: toen we de 3,5 kilometer persleiding aanlegden naar de afvalwaterzuivering, legden we direct een retourleiding aan. Omdat we toch al moesten graven, was dit een relatief kleine investering. Inmiddels nemen we dan ook bijna twintig procent van het water dat we lozen weer in voor laagwaardige toepassing. We gebruiken het effluent van de AWZI onder andere voor het spoelen van stalen drums die daarna als oud ijzer worden verkocht. Plastic emballage zoals vaten, jerrycans en emmers gaan door een schredder en de plastic flakes die overblijven, spoelen we ook met het effluent.’

Van Reeuwijk is met name enthousiast over het inzicht dat AquaVest geeft in de kosten en baten van waterinvesteringen. ‘Wat betreft het hergebruik van het effluent, zijn we beperkt. Maar het algoritme hielp wel om meer out of the box te denken. Nu weten we in ieder geval wat de kosten zijn van de mogelijkheden en hoe dat zich verhoudt tot eventuele opbrengsten in de operationele fase.

‘De aanwezigheid van deze afvalwaterzuivering was mede aanleiding om ons eerste onderzoek in dit gebied uit te voeren’, zegt Helga Post, projectleider van de pilot namens de provincie. ‘Het effluent dat overblijft na zuivering wordt nu nog grotendeels geloosd. Zonde natuurlijk als dat water ook weer kan worden ingezet in de processen. Je kunt zo’n stap vanuit meerdere kanten beoordelen. Vanuit het duurzaamheidsvraagstuk kan een investering in een retourleiding verdedigbaar zijn. Maar vanuit economisch perspectief zijn investeringen in infrastructuur voor een commercieel bedrijf vaak minder interessant. Toch krijgen ook zij de komende twintig jaar te maken met droogte en dus oplopende kosten. Als we dan kunnen laten zien hoe de systeemkosten zich de komende twintig jaar ontwikkelen, is dat een goed uitgangspunt voor een discussie. Wellicht moeten alle partijen investeringen doen, maar die pakken waarschijnlijk lager uit als we dat gezamenlijk doen. Zo’n aanname zien we uiteraard liever onderbouwd, iets waar AquaVest sterk aan bijdraagt.’

Scenario’s

Na een inventarisatie van de variabelen en de investeringsopties, kon het algoritme diverse scenario’s doorrekenen. Disselhoff: ‘Groot voordeel was dat de bedrijven goed inzicht hadden in hun waterbalans. Bij een aantal partijen wilden we nog wel wat extra vragen beantwoord krijgen, wat hen ook weer hielp nog kritischer naar het watergebruik te kijken.’

Uiteindelijk rekende AquaVest zeven scenario’s door. Variërend van een oplopende grondwaterprijs of hogere lozingsheffingen tot het opwaarderen van zowel de RWZI als de AWZI naar waterfabrieken. Aquavest rekende ook door wat de inzet van een aantal reeds bestaande waterbehandelingstechnologieën en watermanagementstrategieën kon opleveren aan waterbesparing.

De resultaten waren voor de provincie in ieder geval bevredigend. Het beoogde doel van dertig procent grondwateronttrekking in 2040 ten opzichte van 2020 was haalbaar tegen twee procent hogere systeemkosten over de periode 2020-2040. De totale geschatte investeringskosten voor de ombouw van het systeem liggen daarbij tussen de tien en vijftien miljoen euro. Dit is deels gebaseerd op aannames met betrekking tot de benodigde zuiveringstechnologie. Afhankelijk van de lozingskosten en de schaalgrootte, ontstaan er zelfs interessante businesscases voor zowel de RWZI en AWZI. Helemaal als ze het effluent kunnen opwaarderen naar grond- of zelfs drinkwaterkwaliteit.

‘Ook commerciële bedrijven krijgen de komende twintig jaar te maken met droogte en dus oplopende kosten.’

Helga Post, projectleider Provincie Brabant

De totale geschatte investeringskosten voor de ombouw van het systeem liggen tussen de tien en vijftien miljoen euro. Foto: Provincie Noord-Brabant

Dialoog

Post: ‘Met deze scenario’s kunnen we gefundeerder de dialoog aangaan met de bedrijven en tot een gezamenlijke oplossing komen voor waterschaarste. We kunnen de stok gebruiken en de grondwaterprijzen verhogen, maar liever werken we met de wortel. Als bedrijven met relatief lage investeringen water kunnen recyclen of aan kunnen bieden aan andere gebruikers, heeft dat voor ons de voorkeur. In dit onderzoek is landbouw en natuur nog niet eens meegenomen als watergebruikers. In een volgende stap zouden we de keten kunnen vergroten en hetzelfde traject doorlopen met andere partners.’

Bovendien is dit niet het enige industriegebied in Brabant dat uitdagingen kent op het gebied van het sluiten van de waterkringloop, stelt Kessels. ‘We willen de komende maanden gebruiken om een overeenkomst te sluiten met de betrokken partijen. Daarna kunnen we de scenario’s steeds meer finetunen op de daadwerkelijke keuzes die we maken.’

Agristo

De grootste vestiging van aardappelverwerker Agristo staat tot nog toe in Tilburg. Oprichter en nu adviseur van het bedrijf Antoon Wallays is zich zeer bewust van de waterschaarste waar Nederland sinds kort mee te maken heeft. ‘Vlaanderen heeft een uitzonderingspositie in Europa wat betreft droogte. Het is bij ons bijvoorbeeld ondenkbaar om drinkwater te gebruiken om het toilet door te spoelen. Voor onze processen gebruiken we wel drinkwater. Dat kan ook niet anders omdat een groot deel van het water in aanraking komt met de aardappels. Zo gebruiken we drinkwater als waswater, maar ook voor de productie van stoom voor het blancheren van bijvoorbeeld frites. Veel van dit water recirculeren we al in tegenstroom in de processen. Het afvalwater wat overblijft vergisten we anaeroob voordat het naar de gezamenlijke afvalwaterzuivering gaat. Ondanks alle recyclage, hebben we nog steeds jaarlijks 800.000 kuub drinkwater nodig.’

De vraag van de provincie Noord-Brabant verraste Wallays dan ook niet. ‘Wij zijn in Vlaanderen veel hogere prijzen gewend en moeten continu de operationele kosten afwegen tegen de investeringskosten. AquaVest hielp ons wel met het afwegen van de capex en opex in de tijdslijn tot 2040. Door met scenario’s te werken, wordt inzichtelijk gemaakt wanneer een bepaalde investering interessant wordt. De sensibiliteitsanalyse laat direct zien wat de gevolgen zijn van het verhogen van de grondwater- of lozingskosten.’

Overigens is Agristo al voorbereid op inname van effluent van de gezamenlijke afvalwaterzuivering. ‘De leiding ligt er al en binnenkort zullen we er ook gebruik van maken’, zegt Wallays. ‘We kunnen dit water niet gebruiken waar het in aanraking kan komen met de voedingsmiddelen. Maar natuurlijk wel in de gesloten koelsystemen.’

De coronacrisis vraagt om nieuwe stappen, ook voor ons als uitgeverij. Zo organiseerden we in het voorjaar zeven online talkshows (Industrielinqs LIVE) en was ons eerste 1,5m-congres Deltavisie – met livestream – een groot succes. We blijven geloven in papier, maar gaan er wel effectiever mee om. Met deze eerste papieren uitgave van Industrielinqs bijvoorbeeld. De magazines Utilities en iMaintain gaan er in op. Naast onderwerpen als energietransitie en onderhoud, pakken we in dit blad ook andere brede industriële uitdagingen bij de hoorns. Denk aan veiligheid, innovatie en digitalisering. Onderwerpen die veel aandacht en ook de nodige soepelheid van ons vragen. Vooral om ons te blijven verbeteren.

In dit nummer:

Met een jaarlijks energieverbruik van 1,7 terawattuur is aluminiumproducent Aldel een van de grootste elektriciteitsconsumenten van Nederland. Die hoge positie heeft een voordeel: door processen te flexibiliseren, kan de smelterij als virtuele batterij fungeren. We spraken CFO Eric Wildschut en COO David Eisma.

Het is niet de eerste keer dat de huidige manier van shutdownmanagement op bezwaren stuit. Het is namelijk steeds lastiger voldoende technisch personeel te vinden. De Covid-19 crisis zette de discussie extra op scherp omdat het een paradox schiep tussen de persoonlijke veiligheid en gezondheid van werknemers en de veiligheid van installaties.

Een pilot met watersysteemalgoritme AquaVest laat zien dat samenwerking tussen de stakeholders niet alleen de waterstress verlicht, maar ook de systeemkosten beperkt.

Biotechnologie heeft veel te bieden en daarom investeren steeds meer chemiebedrijven in biotechnologische toepassingen. Maar zijn micro-organismen echt de fabrieken van de toekomst?

Dit en veel meer leest u in het allereerste Industrielinqs magazine!

Industrielinqs nu 3 maanden gratis ontvangen?

Gebruik kortingscode ILQS20GRATIS voor een gratis proefabonnement!