Industrielinqs 3-2021 Archieven - Utilities

Teijin Aramid is volop in beweging. De producent van supersterke aramidevezels, waaronder Twaron, zet vol in op een circulaire productieketen. Met de belangrijkste installaties in Noord-Nederland. COO Edward Groen: ‘Door de productie in één land te houden is het gemakkelijker om schaalvoordelen te benutten. Onze ambitie is om het beste high performance vezelbedrijf van de wereld te zijn.’

Het is een bijzonder verhaal. Vorig jaar zou Edward Groen bij Teijin Aramid de stap maken van sitemanager in Delfzijl – en daarvoor Emmen – naar de topfunctie op het gebied van duurzaamheid binnen het bedrijf. En hij had daar ook echt veel zin in. Hij was echter nog maar een paar weken in zijn nieuwe functie, toen de chief operations officer (COO) zijn afscheid bekend maakte. Het waren een paar mooie duurzame dagen, maar Teijin Aramid had hem toch nog meer nodig aan het hoofd van de operaties. Met zijn kennis en ervaring was het duidelijk dat hij de vertrekkende COO moest opvolgen. En zo geschiedde.

De productieketens van Teijin Aramid zijn volop in beweging. En ja, vooral ook in combinatie met verduurzaming. Dus die connectie blijft. Groen: ‘Alles is er op gericht om onze footprint zo klein mogelijk te maken, zowel op het gebied van energiegebruik als de grondstoffen.’

Een belangrijke doelstelling van het bedrijf is een circulaire aramideketen. Op dat vlak heeft het bedrijf in het verleden al verschillende stappen gezet. Met name in het recyclen van de aramidevezel. Daarmee won het in 2012 de Responsible Care prijs van de VNCI. Omdat het bedrijf toen al zeer innovatieve en circulaire stappen zette.

Toeleveranciers

Nu lijkt de volgende stap aanstaande, naar biogebaseerde grondstoffen. Om nog onafhankelijker te worden van fossiele feedstock. Samen met technologiebedrijven BioBTX en Syncom is Teijin Aramid er de afgelopen jaren in geslaagd om in het laboratorium biobased Twaron-vezels te maken. Om dat voor elkaar te krijgen waren bio-aromaten nodig. BioBTX produceerde benzeen, tolueen en xyleen uit ruwe glycerine, een bijproduct van biodieselproductie. Deze aromaten zijn vervolgens door Syncom omgezet in specifieke bouwstenen zoals paraxyleen. Daarna kon Teijin Aramid er haar polymeer en garen van maken. Deze chemische bouwstenen maken ze niet zelf. Het bedrijf krijgt deze grondstoffen vanuit locaties van diverse toeleveranciers in Europa. Daardoor kunnen de fabrieken in Delfzijl en Emmen tijdens de pandemie ook doordraaien, stelt Groen. ‘Om biogebaseerde vezels te produceren is het nu belangrijk om met onze toeleveranciers te praten. Zij moeten daar in investeren.’ Een proces dat nog grotendeels zijn beslag moet krijgen.

Warmteterugwinning

Meer impact op de kortere termijn heeft de grootste onderhoudsstop in de historie van het bedrijf, binnenkort in Delfzijl. Tussen half april en half juni zijn hiervoor dagelijks 800 tot 900 extra mensen op het Chemiepark Delfzijl aan het werk. Dat de stop zo groot is, heeft twee redenen. Groen: ‘Sowieso willen we het interval tussen turnarounds verlengen. Uiteindelijk willen we van een stopcyclus van twee naar vier jaar. Nu zit er in de tussenfase nog drie jaar tussen.’ Minder stops dus, maar per stop wel meer werkzaamheden. Dan worden de turnarounds per keer vanzelf groter.

De andere reden is dat tijdens de komende stop ook veel voorbereidingen worden getroffen voor een grote uitbreiding. Groen: ‘Uiterlijk zomer 2022 willen we de productie met 25 procent hebben uitgebreid. Veel nieuwe equipment voor die uitbreiding wordt tijdens de stop geplaatst.’

circulaire

‘Alles is er op gericht om onze footprint zo klein mogelijk te maken, zowel op het gebied van energiegebruik als de grondstoffen.’

Edward Groen, chief operations officer Teijin Aramid

Deze uitbreiding heeft ook verduurzamende aspecten. Zo biedt de nieuwe schaalgrootte in de productie nieuwe kansen op het gebied van energie-efficiëntie. ‘Door de grotere productiecapaciteit straks, kan bijvoorbeeld de bouw van een installatie voor betere droogtechniek wel uit. Voorheen was dat een lastige rekensom.’

Elektrische warmtepomp

Schaalgrootte was ook een belangrijke reden om de productie in Nederland uit te breiden en niet elders in de wereld een nieuwe fabriek neer te zetten. Daar is serieus naar gekeken. De conclusie was echter dat het beter mogelijk is om marktleider te blijven door de productie vooralsnog in één land te concentreren.

Sinds een paar jaar heeft Twaron van Teijin meer marktaandeel dan het concurrerende Kevlar van Dupont. In Azië zijn nieuwe concurrenten in opmars, maar Teijin wil concurrenten telkens een stapje voor blijven. Groen: ‘Wij willen het beste én grootste high performance vezelbedrijf van de wereld zijn. Zo kunnen we nu makkelijker verduurzamende stappen zetten op het gebied van energie.’ In Delfzijl komt daardoor dus betere droogtechniek binnen handbereik. Groen: ‘In Emmen zetten we een verdere stap in elektrificatie. In de uitbreiding zit bijvoorbeeld een installatie voor mechanische damprecompressie, een soort grote elektrische warmtepomp.’

Landingsparachute

De Twaron-vezel is ongeveer zeven keer zo sterk als staal bij gelijk gewicht. Bovendien zijn de vezels licht qua gewicht en zijn ze zijn bestand tegen relatief hoge temperaturen. Dat maakt ze geschikt voor uiteenlopende toepassingen. Van kogelwerende vesten tot helikopterbladen en sleep- en hijskabels.

De bijzondere vezel is in het verleden ontwikkeld door AkzoNobel, dat het in de jaren tachtig van de vorige eeuw op de markt bracht. Eind 2000 zijn de Twaron-activiteiten overgenomen door het Japanse bedrijf Teijin Limited. Voor de aramide-activiteiten is Teijin Aramid opgericht, met een hoofdkantoor in Arnhem. De productie van het polymeer en garen en vezels gebeurt voornamelijk in respectievelijk Delfzijl, Emmen en Arnhem. In Delfzijl produceert het bedrijf het basismateriaal voor het product Twaron. Hier worden allereerst de monomeren PPD en TDC geproduceerd. Deze monomeren worden vervolgens in een gesloten proces samengevoegd, zodat er een uniek aramidepolymeer (polyparafenyleentereftal-amide, PPTA) ontstaat. In een aparte installatie wint Teijin oplosmiddelen terug voor hergebruik. Na het drogen wordt het polymeer verpakt en vervoerd naar de andere grote productielocatie van Teijin Aramid in Emmen, waar er Twaron-garen, -vezels en -pulp van worden gemaakt. In Arnhem staat ook een fabriek waar pulp wordt geproduceerd.

circulaire

‘Iedereen roept Industrie 4.0, maar het gevaar van dergelijke grote termen is dat we vergeten er aan te beginnen.’

Edward Groen, chief operations officer Teijin Aramid

Teijin Aramid heeft ook productielocaties in Japan en Thailand, waar geen Twaron, maar andere aramidevezels worden geproduceerd. Waaronder Technora. Deze para-aramide vezel heeft onlangs nog een rol gespeeld bij de landing op mars. ‘De ophangkoorden en de riser van de landingsparachute zijn gemaakt van Technora,’ vertelt Groen met enige trots. Met name de sterkte van de vezel was doorslaggevend. De Mars Perseverance Rover draagt de zwaarste last van alle missies naar de Rode Planeet tot nu toe. Tijdens uitvoerige tests heeft het parachutesysteem bewezen een belasting van 31.751 kilogram te kunnen dragen, onder extreme omstandigheden op Mars. Ofwel temperaturen van -63 graden Celsius, vaak voorkomende stofstormen en atmosferische elektriciteit.

Behapbaar

De katalysator voor groei is operational excellence. Verduurzaming is daar een onderdeel van, maar Groen ziet ook veel kansen op het gebied van digitalisering. Met name van het wereldwijde enterprise resource systeem. Het is de bedoeling dat Teijin straks één wereldwijd gestandaardiseerd digitaal dataplatform heeft dat een geïntegreerde business planning mogelijk maakt. Zodat verkoop, voorraadbeheer en productie optimaal op elkaar worden afgestemd.

Ook op het gebied van productie en onderhoud ziet hij veel kansen voor digitalisering en bijvoorbeeld de voorspelbaarheid van de installaties. Maar hij is tegelijkertijd ook realistisch. ‘Iedereen roept maar Industrie 4.0, maar het gevaar van dergelijke grote termen is dat we vergeten er aan te beginnen. Wellicht dat een autonome fabriek in de toekomst ook bij ons mogelijk is, maar daar zijn we nog lang niet. Ik denk dat we vooral veel moeten experimenteren en telkens stapjes zetten. Door de mensen in het veld erbij te betrekken, krijg je ze ook daadwerkelijk mee. Op het gebied van predictive maintenance bijvoorbeeld. Dat terrein is nog steeds relatief nieuw. Door experimenten aan te gaan, bijvoorbeeld zoals bij ons met een smart helmet, ontstaat draagvlak om ook volgende stappen te zetten.’ Dan raken mensen volgens Groen enthousiast en komen ze ook zelf met ideeën.

Het moet volgens Groen op deze manier ook behapbaar blijven. ‘We gaan nu richting die enorme stop in het voorjaar. En de mensen hebben het nu al druk in de normale dagelijkse praktijk. Onze fabrieken in Delfzijl en Emmen zijn al complex en er is veel te bevatten voor medewerkers. Als je dan ook nog het idee geeft van de toekomst die nog groter en ingewikkeld is, dan gaat er nu niks gebeuren.’ Stap voor stap experimenteren en implementeren dus.

Bioraffinage is een redelijk nieuwe industrietak die de producten op moleculair niveau ontleedt. Biologische producten als aardappels, suikerbieten en algen zijn daarmee zowel voedingsmiddel als grondstof voor chemicaliën. Inmiddels kunnen selectieve membranen stoffen op moleculair niveau van elkaar scheiden. Daarmee ontstaat een alternatieve route voor functionele voeding én chemische grondstoffen.

Stel dat de procesindustrie nog niet bestond en bedrijven zouden nu hun sites moeten inrichten. Zouden ze dan nog steeds dezelfde keuzes maken als pakweg vijftig à zestig jaar geleden? Waarschijnlijk niet. De wereld is sinds die tijd namelijk behoorlijk veranderd. Want waar in de jaren zestig en zeventig energie en grondstoffen nog in overvloed waren, ondervinden we nu de gevolgen van dat energieverbruik. De toenemende wereldpopulatie zet bovendien extra druk op de beschikbaarheid van grondstoffen.

Als gevolg van die druk verschuift de focus van de voedingsmiddelenmarkt langzaam naar bioraffinage, met als achterliggend idee dat niets van de waarde van biologische grondstoffen verloren mag gaan. Wat mens en dier niet kunnen of willen consumeren, kan wellicht in andere vorm nog wel waardevol zijn. Het is de kunst om die stoffen zo te scheiden dat ze los van elkaar kunnen worden ingezet waar ze de meeste waarde hebben. Dat kan met membraantechnologie.

Grote kans dan ook dat membraantechnologie in de nieuwe keuzes een prominentere plek zou krijgen. De meeste processen zijn nu eenmaal scheidingsprocessen, vaak gedreven vanuit het verschil in kookpunt tussen verschillende fracties. Ook de voedingsmiddelenindustrie scheidt heel wat af in haar processen, bijvoorbeeld water uit grondstoffen als aardappels en melk.

Aardappeleiwit

Wafilin en Avebe zijn in februari van dit jaar verkozen tot Water Innovator of the Year met het Ducam-project. Avebe verwerkt namelijk al jarenlang aardappels tot zetmeel voor diverse toepassingen. Het na verwerking overgebleven vruchtwater bevat echter nog waardevolle eiwitten. Al eerder vond Avebe een waardevolle toepassing voor de eiwitten. Wie namelijk allergisch is voor kippeneiwit, kan de aardappeleiwitten wel verdragen. Ook voor veganisten biedt het aardappeleiwit dat Avebe onder de naam Solanic verkoopt een diervriendelijk alternatief. Voordat Wafilin ten tonele verscheen, won men de eiwitten uit het water door het te verhitten. Door de hitte vlokken de eiwitten uit en kan men ze afscheiden van het water. Het resterende water dampte men in om ook nog zouten terug te kunnen winnen. Dat verhitten en indampen kostte niet alleen veel energie, maar verspilde ook kostbaar water, dat als damp verdween.

Gezamenlijk besloten de partijen het aardappelvruchtwater eerst door een ultrafiltratie-unit te persen, zodat minder water hoefde te worden verwarmd voor het uitvlokken. De rest van het water ging nog door een reverse osmose-installatie, die de zouten van het water scheidden. Aan het einde heeft Avebe dus zowel eiwitten als zouten en schoon water. Dat water kan het bedrijf weer inzetten in zijn eigen productieprocessen.

membranen

De membraankeuze wordt veelal bepaald in pilots. Hier afgebeeld het Spiral Wound UF membraan.

Melkpoeder

Hoe eenvoudig de ingreep ook lijkt, eenvoudig was het niet. Het kostte Wafilin en Avebe de nodige jaren voordat ze de obstakels van de processen geslecht hadden. De zwevende deeltjes in het vruchtwater verstopten namelijk de membranen, waardoor deze steeds minder goed werkten. De enige oplossing is dan terugspoelen of chemisch reinigen van de membranen. Iets wat uiteraard weer negatief kan uitpakken voor de businesscase. Inmiddels hebben de innovators de juiste parameters gevonden en blijven ze nog steeds procesverbeteringen doorvoeren. De opgedane kennis maakt echter ook de weg vrij voor andere toepassingen. En dat is precies waar Jos van Dalfsen, R&D manager bij Wafilin, mee bezig is.

‘In de voedingsmiddelenindustrie is membraantechnologie niet nieuw’, zegt Van Dalfsen. ‘De melkindustrie gebruikt al jaren technieken als microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en omgekeerde osmose om selectief eiwitten of lactose te kunnen scheiden uit melk. Daarmee is bijvoorbeeld het productieproces van de kaasverwerkers enorm geoptimaliseerd. Zo was wei, ofwel melkeiwit dat overblijft na de kaasproductie, een redelijk waardeloos restproduct. Nu wordt het eiwit uit deze reststroom grootschalig verwerkt in babyvoeding en voedingssupplementen. De meeste poeders worden nog steeds via sproeidrogen geproduceerd. Maar daarvóór haalt men er eerst zoveel mogelijk water uit met membranen.’

Eiwittransitie

Inmiddels ziet ook de suikerindustrie mogelijkheden voor verduurzaming van haar processen en verwaarding van haar reststromen. De groene bladeren van suikerbieten bevatten namelijk ook waardevolle plantaardige eiwitten. Royal Cosun investeerde al in een proeffabriek waar het zijn extractieproces op grotere schaal test. Net als de eiwitten van Avebe kan dit eiwit worden gebruikt in vleesvervangers, maar ook in schuimgebak, dranken, sauzen en desserts.

Van Dalfsen: ‘We zien aan de ene kant dat bedrijven hun reststromen willen verwaarden, maar aan de andere kant zijn er geheel nieuwe bedrijven die alternatieven aanbieden voor dierlijk vlees of fossiele brandstoffen. De kweek van insectenlarven is bijvoorbeeld een opkomend duurzaam alternatief voor diervoeding. Net als de meeste organismen bestaan deze larven grotendeels uit water. Wil je aan het einde een droge stof overhouden, dan moet je dat water afscheiden.’

Hetzelfde geldt voor de algenkweek voor consumptie, cosmetica of als chemische grondstof. ‘Als je het water op efficiënte en energiezuinige wijze kunt scheiden van de eiwitten en vetten, versterkt dat de businesscase voor dit soort alternatieve grondstoffen. We krijgen ook vragen van partijen die vetzuren, suikers of pectine uit groente- en fruitafval willen winnen. De pectines fungeren dan als grondstof voor 2,5-furaandicarbonzuur, waar bio-plastics van kunnen worden gemaakt. Door selectieve membranen te ontwikkelen, kan je de juiste stoffen afscheiden‘, legt Van Dalfsen uit.

‘Onze taak is om ervoor te zorgen dat deze processen niet alleen in een geconditioneerde omgeving werken, maar ook onder de wisselende samenstellingen die nu eenmaal gepaard gaan met biologische grondstoffen. Veel membranen zijn van het schap te koop, maar laten per toepassing wel verschillende eigenschappen zien. In die gevallen maakt de configuratie en procesbesturing het verschil. Er zijn namelijk heel wat parameters die het succes bepalen van een filtratie-installatie. Je kunt spelen met de druk, de flow en diverse voorbehandelingen toevoegen. Die proceskennis hebben we in dertig jaar opgebouwd en we leren nog steeds dagelijks bij.’

membranen

Keramische microfiltratie: Er zijn heel wat parameters die het succes bepalen van een filtratie-installatie.

Onderzoek

Hoe selectiever een membraan dus stoffen van elkaar kan scheiden, hoe waardevoller de producten die na de scheiding overblijven. Hoogleraar membraantechnologie Kitty Nijmeijer van de TU Eindhoven buigt zich met haar onderzoeksgroep over de eigenschappen van polymere membranen. ‘Je kunt moleculen op meerdere niveaus van elkaar scheiden’, zegt Nijmeijer. ‘Zo kun je met de poriegrootte bepalen welke moleculen worden doorgelaten en welke tegengehouden. Maar datzelfde kun je ook doen met ladingverschillen, ofwel positief en negatief geladen stoffen. En het is bijvoorbeeld ook mogelijk om de verschillen in hydrofobe en hydrofiele eigenschappen te benutten voor selectieve scheiding.’

Om die eigenschappen zo goed mogelijk te benutten, is nog wel veel fundamenteel en toegepast onderzoek nodig. ‘We hebben inmiddels stappen gezet met zogenaamde zelforganiserende materialen. In de huidige membranen zijn de poriën vaak niet even groot en ook niet gelijkmatig verdeeld over het oppervlak. Het is mogelijk zogenaamde isoporeuze materialen te maken waarvan alle poriën dezelfde diameter hebben. Dat vergroot de flux, maar ook de selectiviteit van de membranen. Op die manier hou je aan het einde zuiverdere stoffen over met een hogere marktwaarde.’

Mest

Nijmeijer ziet een grote rol voor membranen weggelegd in de circulaire economie. ‘Neem bijvoorbeeld de melkveehouderij. Een koe produceert zowel melk als mest. Bij de melkproductie ontstaan veel reststromen. De melk wordt verkocht, maar als je de eiwitten, vitamines en aminozuren uit die reststromen selectief kunt scheiden, neemt de waarde enorm toe. De eiwitten en vitaminen kunnen we verwerken in functionele voedingsmiddelen terwijl de aminozuren de basis kunnen vormen voor plastics. Het is overigens niet eenvoudig om dat te doen, maar er is wel steeds meer mogelijk op dit vlak.’

De mest van koeien en met name van varkens kan deels worden gebruikt voor lokale bemesting, maar is nu nog grotendeels een weinig bruikbare afvalstof. ‘Maar met een combinatie van membranen en andere scheidingstechnologie kun je de ammoniak-, kalium- en fosfaatfracties selectief scheiden. Die stoffen zijn weer bruikbaar voor duurzame en precisielandbouw. Tegelijkertijd houd je na afloop van je scheidingsprocessen ook nog schoon water over, dat ook weer kan worden gebruikt voor bijvoorbeeld irrigatie.’

Nu wind- en zonne-energie een groter deel van de energieproductie voor hun rekening nemen, begint het energiesysteem te wankelen. De combinatie van energieopwekking en -opslag of koppeling van energieproductie aan bijvoorbeeld waterontzilting ontlast de netbeheerders en versterkt de businesscase. Innoveren is dan ook steeds vaker combineren.

Energieopslag is nog steeds de achilleshiel van hernieuwbare energiesystemen die afhankelijk zijn van wind en zon. Tweederde van deze energie wordt namelijk opgewekt in een derde van de tijd. Dit is niet alleen lastig voor de producenten, maar ook een steeds groter probleem voor de netbeheerders. Die moeten hun netten immers zeer ruim bemeten voor misschien een paar stroompieken per jaar.

Wat betreft die nachtvraag en dagelijkse schommelingen in vraag en aanbod kunnen batterijen de productiepieken opslaan en een paar uur later weer afgeven. Op de langere termijn biedt waterstof een efficiënter en goedkoper alternatief. Ook is er een keur aan andere opslagmethoden die interessant kunnen zijn voor de korte en middellange termijnopslag.

Het is dan ook niet vreemd dat steeds meer partijen die zich bezighouden met energieproductie nadenken over transport en opslag van die energie. De total cost of ownership van een windturbine of zonnepark valt immers grotendeels samen met het aantal uren dat ze produceren. Bovendien kan het in sommige gevallen goedkoper zijn om een gas te transporteren dan een elektriciteitskabel aan te leggen. Zeker offshore is de aanlanding van de opgewekte energie een belangrijk deel van de totale kosten van een windpark. Op plekken met een volwassen gasinfrastructuur, zoals in de Noordzee, zou het zelfs redelijk eenvoudig zijn om de elektriciteit om te zetten naar waterstof.

De overheid houdt nu bij het gunnen van offshore concessies rekening met oplossingen van de potentiële concessiehouders voor transport en opslag. Zo won Crosswind, een samenwerking van Shell en Eneco, onder meer de aanbesteding van het park door de investering in een elektrolyzer.

Waterstofmolen

Een van de eerste partijen die de combinatie van windturbine en elektrolyzer onderzocht was de laatste Nederlandse windturbinebouwer Lagerwey. Samen met waterstofexpert Hygro en een aantal publieke en private partijen startte men drie jaar geleden met het Duwaal-project. Het demoproject moet aantonen dat waterstofproductie van wind tot wiel mogelijk is. Idee van de projectpartners is om een vier megawatt windturbine te voorzien van een geïntegreerde elektrolyzer met een vermogen van twee megawatt. De waterstof gaat vervolgens naar een vijfhonderd bar opslag- en distributiesysteem dat op zijn beurt levert aan een vijftal tanklocaties. Het eerste waterstofstation is die van NXT Boekelermeer in Alkmaar. Daar zouden publieke voertuigen zoals vuilniswagens waterstof kunnen tanken, wat via een brandstofcel energie levert.

opslag

Duwaal-project (c) Hygro

Inmiddels bouwt Enercon, die Lagerwey vorig jaar overnam, een waterstofturbine op het ECN Windturbine Testveld Wieringermeer, nu van TNO. Deze zou in het tweede kwartaal waterstof moeten leveren. Bij dit project zijn windturbine en de elektrolyse nog fysiek gescheiden, maar wel al op elkaar afgestemd. Dankzij deze afstemming voorkomt men conversieslagen en bijbehorende energieverliezen.

Hygro en TNO staan niet meer alleen in hun ambities. Begin dit jaar kondigden de twee afsplitsingen van Siemens, Siemens Gamesa en Siemens Energy, hetzelfde te doen. In een tijdsspanne van vijf jaar investeren de bedrijven gezamenlijk 120 miljoen euro in onderzoek naar de combinatie van de grootste windturbine die het bedrijf levert, de SG14-222 DD met een capaciteit van vijftien megawatt, en een elektrolyzer. Siemens Energy past de elektrolyzer zodanig aan dat het ook onder zware offshore omstandigheden kan produceren en synchroniseert de productie met die van de windturbine. Beide bedrijven denken rond 2025 een offshore demonstratie te leveren.

Golfenergie

De plannen blijven niet bij windturbines alleen. De WaveRoller van het Finse AW-Energy is een apparaat dat energie uit oceaangolven omzet in elektriciteit. De heen- en weergaande beweging van het water, aangedreven door de golfslag, brengt het WaveRoller-paneel in beweging.

Het apparaat werkt in gebieden ongeveer 0,3 tot twee kilometer van de kust op een diepte tussen acht en twintig meter. Op die diepte is de golfslag namelijk het krachtigst. Afhankelijk van de getijdenomstandigheden dompelt men de Waveroller geheel of gedeeltelijk onder en verankert hem aan de zeebodem. Een enkele WaveRoller-eenheid heeft een vermogen van 350 tot 1000 kilowatt met een capaciteitsfactor van 25 tot 50 procent, afhankelijk van de golfcondities op de projectlocatie.

Terwijl het WaveRoller-paneel beweegt en de energie van oceaangolven absorbeert, pompen hydraulische zuigerpompen die aan het paneel zijn bevestigd, hydraulische vloeistoffen binnen een gesloten hydraulisch circuit. De onder hoge druk staande vloeistoffen worden naar een energieopslag- en afvlakkingssysteem gevoerd, dat in verbinding staat met een hydraulische motor die een elektriciteitsgenerator aandrijft. De elektrische output van deze duurzame golfenergiecentrale wordt vervolgens via een onderzeese kabel aangesloten op het elektriciteitsnet.

Ook AW-energy ontwikkelt tegelijkertijd met de WaveRoller plannen om de energie op te slaan of in ieder geval nuttig in te zetten. In de plannen die het bedrijf onlangs ontvouwde, zit dan ook ondermeer een investering in een elektrolyzer. Het voordeel van golfenergie is dat deze vaker beschikbaar is dan windenergie. De Finnen beloven dan ook dat ze de elektrolyzer zestig procent van de tijd kunnen inzetten. Om waterstofgas te produceren, heeft het bedrijf ook zuiver water nodig. Dat wil AW-energy produceren via zeewaterontzilting. Een deel van het water wil men inzetten als vloeiwater voor de landbouw. Het is dan ook niet voor niets dat de eerste projecten nu in Portugal, Mexico, Sri Lanka en Indonesië zijn gepland.

Rainmaker

Die laatste plannen lijken weer op een Nederlandse innovatie die inmiddels al een aantal jaren zijn weg vindt naar droge gebieden: De Dutch Rainmaker. Inmiddels is de naam van het bedrijf omgedoopt naar Rainmaker Worldwide. Dat is overigens niet de enige verandering. Want waar de innovatie destijds nog de combinatie van windturbine en waterproductie betrof, zijn die systemen toch weer losgekoppeld. Het bedrijf biedt inmiddels ook twee smaken watertechnologie: ontzilting en condensatie.

Basistechnologie achter de innovatie is een klein koelsysteem dat de buitenlucht afkoelt en de hierbij vrijkomende condensdruppels opvangt. Elektrische compressoren persen buitenlucht door een warmtewisselaar, die de lucht afkoelt. De benodigde koude komt van een elektrische warmtepomp.

opslag

Rainmaker, een koelsysteem koelt de buitenlucht af en vangt hierbij vrijkomende condensdruppels op. (c) Rainmaker

Het mooie van dit systeem is dat het eerst waterdamp creëert om het vervolgens neer te slaan. Hetzelfde principe bleek ook goed toepasbaar op zeewaterontzilting. Normaal gesproken ontzilt men zeewater via reverse osmose. Het systeem van Rainmaker verdampt het zeewater onder lage druk via een warmtepompcondensatieproces. Een verdamper recupereert daarbij de warmte. De damp die vrijkomt bij het verwarmen van het water passeert daarna damp-selectieve en hydrofobe membranen. Dit membraan laat alleen waterdamp door, in tegenstelling tot omgekeerde osmose waar water met opgeloste zouten en andere vaste stoffen door het membraan gaat. De poriën in dit membraan zijn ook groter dan de poriën in omgekeerde osmose-membranen, zodat er minder druk en energie nodig is. De drijvende kracht van deze technologie is het partiële drukverschil, dat ontstaat door het temperatuurverschil tussen beide zijden van de membraanporiën.

Dit principe maakt de technologie ook zeer geschikt voor restwarmtebenutting. Bedrijven of bijvoorbeeld hotels die veel warmte moeten wegkoelen, kunnen deze ook inzetten om water te ontzilten. De meeste klanten van Rainmaker zitten dan ook in waterstressgebieden of eilanden met weinig zoetwaterinfrastructuur.

Battolyser

In een artikel over combinatietechnologieën kan de Battolyser niet ontbreken. De combinatie van elektrische opslag in zogenaamde Edison batterijen en waterstofproductie als de batterijen vol zijn bereikt een nieuwe fase. De innovatie van Fokko Mulder van de TU Delft wordt binnenkort geïnstalleerd bij de Magnum-centrale van Vattenfall. De demonstratie-installatie heeft een elektrische opslagcapaciteit van vijftien kilowattuur en een waterstofproductievermogen van vijftien kilowatt. Daarna verwacht Proton Ventures, dat de Battolyser ontwikkelt, snel op te schalen naar installaties van tien megawatt.

De nikkel-ijzerbatterij die Edison in 1901 ontwikkelde had een relatief laag elektrisch opslagvermogen en bij het opladen trad bovendien elektrolyse op. Zodra de batterij verzadigd was, begon hij waterstof te produceren. Hoogleraar Fokko Mulder van de TU Delft zag met name die laatste eigenschap als pluspunt. Gekoppeld aan zonne- of windenergie kan de batterij eerst stroomtekorten opvangen als de productie terugloopt. De geproduceerde waterstof kan zelfs langer worden opgeslagen of ingezet in de industrie.

‘De Battolyser wordt een essentieel hulpmiddel om de productie van grondstoffen groen te maken.’

Fokko Mulder, hoogleraar duurzame energiesystemen TU Delft

Mulder ziet meerdere voordelen van de Battolyser vergeleken met alkaline elektrolyzers. ‘Conventionele alkaline elektrolyzers moeten blijven doorwerken wanneer de elektriciteit te duur is om waterstof te produceren. Het Battolyser-systeem doet dat niet. Het systeem kan direct schakelen tussen volledige waterstofproductie en het ontladen van de batterij. Daardoor kan het systeem overschakelen van elektriciteit-inkoop bij lage prijzen, naar elektriciteitverkoop bij hoge prijzen.’

opslag

Battolyser (c) TU Delft

Door zijn vermogen om continu waterstof te leveren, is de Battolyser geschikt voor de productie van ammoniak, methanol en andere processen zoals DRI, of directe reductie van ijzer. De continue aanvoer van waterstof is nodig om shutdowns van fabrieken of procesfluctuaties te voorkomen. De huidige technologieën kunnen dit niet, waarmee de Battolyser een essentieel hulpmiddel wordt om de productie van dergelijke grondstoffen groen te maken.

Voor installaties op grotere schaal zou de Battolyser de voorkeur kunnen krijgen in de energietransitie, omdat wordt vertrouwd op elektroden gemaakt van nikkel en ijzer, materialen die in de mijnbouw onder eerlijke werkomstandigheden in ruime mate beschikbaar zijn. Daardoor wordt het mogelijk om Battolyser-technologie wereldwijd op te schalen.

Volgens Mulder behaalt de Battolyser een uitstekende totale efficiëntie van maximaal tachtig tot negentig procent. ‘En dankzij zijn zeer robuuste en duurzame karakter levert hij energie voor vele jaren, wat ook beter is dan bestaande technologieën.’

Met meer dan tachtig sensoren op elf assets is het Sebastiaan Guzik, Nickel van de Mortel en hun team bij Sitech Services gelukt om het falen van assets in de kunstmestfabriek op de Chemelot site in Geleen te voorspellen. Een flinke uitdaging, omdat Industry 4.0 nog een nieuw gebied is voor de chemische industrie, de sensormarkt nog niet volwassen is en een goede draadloze verbinding in een fabriek ook wat voeten in de aarde heeft.

Een van Sitechs klanten wilde de prestaties van een aantal assets van haar fabriek in Geleen verbeteren. Het ging daarbij om assets die de meeste impact hadden vanwege onderhoudskosten en derving. Het team van Sebastiaan Guzik (32 jaar, reliability engineer) en Nickel van de Mortel (23 jaar, service delivery manager) wilde met behulp van data-analyse de assets monitoren om zo vroegtijdig falen te kunnen detecteren. Nog niet eerder is volgens de twee een combinatie van Industry 4.0 en big data op zo’n grote schaal, elf assets en meer dan tachtig sensoren, toegepast in de industrie.

Wat hebben jullie eerst gedaan?

Guzik: ‘We zijn gaan uitzoeken hoe assets falen. Zo’n faalvorm kan bijvoorbeeld een lager zijn of een afdichting die kapot is. Je zag dat sommige faalvormen steeds terugkwamen. Daarmee konden wij een set van dominante faalvormen definiëren. Door vervolgens een data-analyse te maken, kunnen we dit faalgedrag voorspellen.’

Wat heb je daarvoor nodig?

‘Voldoende sensordata en een gedegen data-analyse zijn nodig’, zegt Van de Mortel. ‘We zijn tegen enkele problemen aangelopen bij het verkrijgen van de sensoren. Het viel ons op dat de hele Industrial IoT markt (Internet of Things, red.) nog best wel onvolwassen is. Veel sensoren voldeden bijvoorbeeld niet aan de vraag van de klant of aan de specificaties van de fabrikant. Het viel met name op dat er standaardsensoren beschikbaar waren. Het bleek moeilijker te zijn om sensoren met een ietwat afwijkend karakter te krijgen die nodig waren voor de unieke machines. Uiteindelijk zijn enkele sensoren gevonden die goed genoeg functioneerden. Maar het ging niet zonder slag of stoot. Sommige fabrikanten hadden problemen met de levertijden. Anderen hadden wel sensoren, maar nog geen certificaat om op het KPN-netwerk te mogen zenden. Door de onvolwassenheid in de markt liepen wij vertraging op.’

‘Het is zaak om de modellen opnieuw te bekijken als we een grotere dataset hebben.’

Sebastiaan Guzik, reliability engineer Sitech

Hoe is het jullie toch gelukt om de juiste sensoren in de fabriek te krijgen?

Guzik: ‘Er zijn enkele maanden overheen gegaan om het juiste bij elkaar te krijgen.’ Van de Mortel vult hem aan: ‘Sommige sensoren die niet draadloos waren, hebben we zelf aan een draadloze transmitter kunnen koppelen waardoor we het signaal toch via het LoRa-netwerk van KPN konden versturen.’

En toen kregen jullie problemen met de verbinding.

‘Het beeld was geschetst dat de signaalsterkte overal op de site goed was.’, zegt Van de Mortel. ‘Maar dat is anders in een betonnen kelder. We hebben uiteindelijk extra voorzieningen, zoals een extra router opgehangen, waardoor het grootste gedeelte van de issues is opgelost. Maar het blijft altijd oppassen. Stel er wordt tijdens onderhoud een steiger neergezet naast de router, dan liggen de sensoren van het gedeelte van de fabriek dat nog wel werkt eruit. Daar zitten nog verbeterpunten.’

Guzik: ‘Ook willen we de standtijd van de sensoren verhogen. Veel fabrikanten beloofden een batterijduur van één, twee of drie jaar. Die batterijduur zou je volgens hen halen als je één keer per uur een berichtje verstuurd. Dat doen wij. Uiteindelijk bleek dat die batterijduur maar drie maanden tot een half jaar is. Een paar van die sensoren willen we vervangen door exemplaren met grotere batterijen.’

Hoe functioneert het nu?

‘Nu is het allemaal voldoende  betrouwbaar’, zegt Van de Mortel. ‘In de modellen die we eerst hadden gemaakt hadden we de data van elke sensor nodig. Achteraf gezien realiseerden we ons dat dat niet perse nodig was voor het voorspellend vermogen. Het bleek ook voldoende te zijn om een paar sensoren niet mee te nemen als deze tijdelijk offline zijn.’

‘In 3,5 maand hebben we in totaal zestien uur aan productiestilstand bespaard.’

Nickel van de Mortel, service delivery manager Sitech

Hebben jullie al falen weten te voorkomen?

Van de Mortel: ‘In 3,5 maand hebben we vier succescases gehad waarbij we in totaal zestien uur aan productiestilstand hebben bespaard. Twee daarvan zagen we na afloop bij de interpretatie van de data. Dat kwam omdat nog niet alles was geoptimaliseerd. Maar de potentie is er wel. De twee anderen zagen we wel op tijd. We konden de plant bijvoorbeeld op tijd waarschuwen dat een transportband uit het midden begon te lopen. In het verleden liep de transportband wel eens te ver uit het midden waardoor hij de constructie raakte. Dan valt de hele band stil en heb je productieverlies.’

Wat gaan jullie nu verder doen?

‘Het model is zo goed als de data die je aanvoert’, legt Guzik uit. ‘Hoe meer data je verzamelt om het model op te baseren, des te beter het wordt. Voor sommige modellen is bijvoorbeeld een jaar aan data nodig zodat je ook de verandering in buitentemperatuur mee kunt nemen. Het is zaak om de modellen opnieuw te bekijken als we een grotere dataset hebben. Dat is het streven voor de komende jaren. Ook willen we de scope uitbreiden binnen dezelfde site, maar ook naar andere fabrieken.’

Op de foto: Nickel van de Mortel (l) en Sebastiaan Guzik (r)

Techniekhelden

Techniekhelden zijn technici die om bepaalde redenen onmisbaar zijn voor het bedrijf of die iets bijzonders doen of hebben gedaan met grote impact. Heeft u een collega die u in het zonnetje wilt zetten? Laat het ons weten via redactie@industrielinqs.nl

ArcelorMittal Belgium heeft zijn hoogoven B in Gent vernieuwd. Hiermee is het staalbedrijf klaar voor een toekomst waarin hij niet alleen de CO2-uitstoot wil verminderen, maar ook afval uit de maatschappij wil verwerken.
De twintig jaar oude hoogoven is zo aangepast dat de productiviteit is verhoogd en zodat ze in de toekomst andere grondstoffen kan verwerken. Want ArcelorMittal is met een heleboel projecten bezig om zijn staalproductie te verduurzamen. Houtafval, plastic, afvalgassen en groene waterstof moeten daar als grondstof bij helpen. De bijproducten van het hoogovenproces moeten ook weer dienen als grondstof voor de cementsector, (petro)chemie en zelfs de voedingsindustrie. Het bedrijf heeft de ambitie om tegen 2050 klimaatneutraal te zijn.

5.000 ton staal

In september 2020 is gestart met de vernieuwing van de oven. In februari was het project klaar. Zo’n anderhalve maand later dan gepland. Een van de redenen waren de coronamaatregelen. De hoogoven heeft een geoptimaliseerde vorm gekregen. Verder is ArcelorMittal overgeschakeld naar een nieuw PLC-platform en zijn de veiligheidsconcepten naar een hoger niveau gebracht. Daarnaast is er een nieuwe netwerkinfrastructuur gekomen, is de procescomputersoftware aangepast en zijn modellen voor de sturing van de nieuwe hoogoven geoptimaliseerd. Voor de hoogovenvernieuwing is 5.000 ton staal en 3.000 ton vuurvast materiaal gebruikt. Daarnaast is er 265 kilometer aan elektrische kabels getrokken.

Groene koolstof

De nieuwe ‘state-of-the-art hoogoven’ dient als platform om nieuwe technologie en nieuwe grondstoffen in te kunnen zetten. In de hoogovens wil de staalproducent fossiele koolstof vervangen door groene en circulaire koolstof en door groene en circulaire waterstof. Nu worden nog fossiele varianten gebruikt in het proces. Bijvoorbeeld om de grondstof ijzererts te verwerken. Dit is een combinatie van ijzer en zuurstof. Voor de staalproductie moet het ijzergehalte richting de honderd procent gaan. De zuurstof moet dus worden verwijderd. Dat doet het bedrijf nu met fossiele koolstof.

ArcelorMittal zet voor dit proces al steeds meer groene waterstof in. Maar heeft ook nog alternatieven nodig, want er is bij lange na niet genoeg groene waterstof beschikbaar. Ze zet daarom in op groene koolstof. Met de ‘Torero-installatie’ kan het bedrijf vanaf eind 2022 houtafval verwerken tot biokoolstof die geschikt is voor het hoogovenproces.

Bio-ethanol

Bij het gebruik van koolstof ontstaat CO en CO2. Om die twee te scheiden, bouwt ArcelorMittal een installatie. Daarnaast bouwt ze ook nog een installatie, Steelanol genaamd, die de CO vervolgens met behulp van bacteriën omzet in bio-ethanol. Deze moet in 2022 operationeel zijn. En samen met chemiebedrijf Dow in Terneuzen draait het staalbedrijf een pilotproject om CO om te vormen tot synthetische nafta. Verder loopt er nog een project om restgassen van de cokesfabriek en de chemische industrie naar de hoogoven te begeleiden waar ze fossiele brandstoffen kunnen vervangen.

Ook kijkt ArcelorMittal waar ze de CO2 in kan zetten om nuttige producten te maken voor de maatschappij. Zo loopt er een project om CO2 op te slaan in beton en onderzoekt ze samen met de Universiteit Gent of CO2 kan worden gebruikt om eiwitten te maken voor diervoeding.

Afval

ArcelorMittal richt zich echter niet alleen op het emissieprobleem, maar ook op het afvalprobleem. De staalproducent wil zijn hoogovens inzetten als afvalverwerkers. Via het Torero-project kan het bedrijf afvalhout uit containerparken voorbewerken tot biokoolstof die geschikt is voor het hoogovenproces. Ook lopen twee projecten waarbij plasticafval in de vorm van poeder of gas in de hoogoven kan worden geïnjecteerd.

Dan is er ook nog het eigen afval. Dat probeert het bedrijf te hergebruiken. Het hoogovenslak wordt ingezet in de cementindustrie. Een andere vorm van slak, LD-slak, wordt gebruikt in waterbouwwerken.

Impact op de site

De vernieuwing van de hoogoven had een behoorlijke impact op de site van ArcelorMittal in Gent. Met maar één van de twee hoogovens draaiende, kon er maandenlang minder worden geproduceerd. Daar was al rekening mee gehouden door van tevoren extra stock aan te leggen. Hoewel Covid-19 lastig was voor het werken tijdens de vernieuwing, zorgde het er ook voor dat er minder vraag was naar staal.

ArcelorMittal Belgium

ArcelorMittal Belgium heeft vestigingen in Gent, Luik, Genk en Geel en telt 5.000 medewerkers. De totale directe en indirecte tewerkstelling wordt op 30.000 banen geraamd. Het bedrijf produceert hoogwaardig staal voor de meest uiteenlopende toepassingen in de automobielsector en andere industriële sectoren zoals de groene-energiesector, bouwsector, witgoedsector en de
verpakkingssector.