Industrielinqs 9-2021 Archieven - Utilities

De cementindustrie is goed voor vier procent van de wereldwijde CO2-emissies. Vele ogen zijn dan ook gericht op de inspanningen van de sector om de uitstoot terug te dringen. Omdat er haast is geboden, bewandelt Jan Theulen van HeidelbergCement vele parallelle emissiebeperkende paden. CO2-opslag ziet hij daarbij als tussenstation: ‘We kunnen veel mooiere toepassingen verzinnen.’

Het is niet zo heel vreemd dat de cement­industrie goed is voor vier procent van de wereldwijde CO2-emissies. Het portlandcement, dat grotendeels in beton wordt verwerkt, is op water na de meest gebruikte commodity. Het proces van het sinteren van een mengsel van kalksteen, silicium, aluminiumoxyde en ijzeroxyde kost bovendien veel energie. Bij temperaturen van zo’n 1450 graden Celsius wordt de koolstofdioxide uit de kalksteen gedreven en daarna kunnen de grondstoffen kristalliseren en sinteren tot klinker. Hoewel de trommelovens behoorlijk wat energie verbruiken, is het proces zelf verantwoordelijk voor de meeste CO2-uitstoot. De uit de kalksteen vrijkomende koolstof komt immers als CO2 in de atmosfeer terecht.

Toch vindt het Duitse HeidelbergCement steeds meer alternatieven die de emissies kunnen terugdringen. Het bedrijf benoemde zelfs Jan Theulen tot groepsdirecteur alternatieve bronnen. Een functie die de Limburger als een maatpak lijkt te passen. Theulen begon bij de bekende ENCI-fabriek in Maastricht. Toen die de deuren sloot, werd hij steeds meer het duurzame geweten van het bedrijf. ‘Als Europese cementproducent zijn we ons zeer bewust van onze verantwoordelijkheid’, zegt Theulen.

‘We hebben dan ook harde targets gesteld voor de gehele groep. In die laatste toevoeging zit de grootste uitdaging omdat we ook productielocaties in Azië en Afrika hebben. Ongeveer de helft van onze omzet komt uit Europa en de Verenigde Staten, de rest komt van elders. Toch is het gelukt de flinke CO2-reductietargets voor 2030 voor ons gehele bedrijf vijf jaar naar voren halen. Misschien komt dat doordat we het eerste bedrijf binnen de cementsector zijn dat werkt met een bonussysteem dat is gerelateerd aan de CO2-prestaties. Dat zien we dus echt terug in de emissiereductie.’

Alternatieve brandstoffen

Theulen ziet dat de targets tot 2025 nog kunnen worden gehaald met de traditionele middelen. ‘We kunnen aan twee kanten van de productie sleutelen: aan de kant van de energievraag en de grondstoffen. De cementindustrie gebruikt al jaren afgedankte autobanden als brandstof voor de trommelovens. Dat klinkt misschien niet zo duurzaam, maar is eerlijk gezegd een van de beste manieren om autobanden te verwerken. De banden zijn binnen enkele minuten op een temperatuur van meer dan duizend graden en bevatten bovendien staal. Dat staal kunnen we weer gebruiken als hulpstof in het cement. We vermijden op deze manier de inzet van fossiel steenkool en de aanvoer van staal, terwijl de banden ook nog voor zo’n 28 procent uit een natuurproduct bestaan: rubber.’

Bioslib, het organische residu dat ontstaat bij rioolwaterzuivering, vormt een andere waardevolle alternatieve brandstof en grondstof voor de cementproductie. ‘Traditioneel laten waterschappen het slib in afvalenergiecentrales verbranden om de energie om te zetten in stroom. Vervelend voor de centrales is echter dat het slib voor veertig procent uit anorganische materialen bestaat. Wij kunnen het silicium, aluminium en calciumoxide in het slib juist goed gebruiken in ons cement. Ik vindt het dan ook vreemd dat waterschappen zich meer gaan richten op de productie van biogas. Dan benut je maar een deel van de waarde van het slib. In onze cementovens benutten we 93 procent van het thermisch vermogen plus de residuen.’heidelbergcement

‘We zijn het eerste bedrijf binnen de cement­sector dat werkt met een bonussysteem dat is gerelateerd aan de CO2-prestaties.’

Jan Theulen, groepsdirecteur alternatieve bronnen HeidelbergCement

Ook aan de grondstofkant weet Heidelberg al veel alternatieven voor klinker te vinden. Denk bijvoorbeeld aan vliegas, het residu dat overblijft uit de verbranding van steenkool. ‘Gezien de marktomstandigheden zal de beschikbaarheid van die grondstof de komende jaren wel afnemen, maar we hebben inmiddels ook daar weer alternatieven voor. Zo zijn er bepaalde kleisoorten met dezelfde eigenschappen als klinker, maar die dus geen koolstof bevatten. En dan weten gespecialiseerde bedrijven ook steeds beter gesloopt beton terug te brengen naar de oorspronkelijke grondstoffen, waaronder de cementfractie.’

CO2-afvang

Toch zal ook Heidelberg meer moeten doen om CO2-emissies te beperken. Vandaar dat de site in het Noorse Brevik al vanaf 2011 experimenteert met post combustion CO2-afvang en opslag. In 2023 wordt de pilot uitgebouwd, alhoewel een installatie die jaarlijks vierhonderdduizend ton CO2 zal afvangen eigenlijk de pilot-fase wel is ontgroeid. ‘Ook bij dit soort technologie moeten we heel goed naar de lange en korte termijn kijken’, zegt Theulen.

‘In Noorwegen kunnen we aansluiten bij het Northern Lights CCS-project en zetten we in op traditionele afvangmethoden. Bij een project met een investeringssom van driehonderd miljoen euro wil je geen experimentele technologie inzetten. Tegelijkertijd kijken we bijvoorbeeld in België en Polen naar andere vormen van CO2-afvang. Zo werken we mee aan het zogenaamde Leilac-onderzoek, wat staat voor Low Emissions Intensity Lime And Cement, waar de CO2 uit het calciumcarbonaat direct wordt afgevangen. Doordat de CO2 niet mengt met de andere procesgassen, is deze heel zuivere stroom eenvoudig af te vangen en op te slaan. In het Belgische Lixhe draait al sinds 2016 een redelijk grote pilotinstallatie met succes. Ik ben vanaf het begin zeer nauw betrokken geweest bij dit project en het is dan ook een beetje een kindje geworden. De installatie vangt de proces-uitstoot tot 95 procent af, dat is zestig procent van de CO2 die vrijkomt bij de cementproductie.’

Ook in het Poolse Górazdze zoekt Heidelberg naar nieuwe mogelijkheden om de CO2-uitstoot te beperken. Het is volgens Theulen een eerste stap om ook Oost-Europa te mobiliseren om een bijdrage te leveren aan decarbonisatie. Hier beproeft men een op enzymen gebaseerd CCS-proces dat gebruikmaakt van restwarmte uit het proces. Ze onderzoeken ook of kan worden aangesloten op het Northern Lights project, met een leiding richting Noorwegen. ‘In de basis verschillen cementovens niet heel veel van elkaar’, zegt Theulen. ‘Door een breed portfolio op te bouwen van verschillende technieken, kunnen we redelijk snel zien welke techniek onder welke omstandigheden het meeste oplevert. Door deze parallelle aanpak denken we snel te kunnen schakelen en de beste technieken doorontwikkelen voor de overige sites.’

Oxyfuel

Een andere kansrijke ontwikkeling is het zogenaamde Oxyfuel-concept. Theulen: ‘De afvang van CO2 met aminen is redelijk kostbaar, wat dat aangaat levert het Leilac-project al behoorlijke kostenbesparingen op. Maar daarmee vang je alleen de CO2 af uit het klinker. Bij Oxyfuel recirculeren we de rookgassen uit de productie en voegen daar zuurstof aan toe. Daardoor kan je het gas recirculeren en verbranden totdat een mengsel met een CO2-percentage van zeventig procent overblijft. Je houdt dus bijna pure CO2 over op onderdruk dat je heel eenvoudig onder druk kunt zetten en afvoeren. We bouwen nu met vier cementconcerns een proeffabriek om de technologie te testen. Die samenwerking is niet voor niets: we bouwen een installatie van honderd meter lang en tachtig meter hoog. Dat vergt toch een behoorlijke investering. In die zin zijn we ook geen concurrenten van elkaar. We hebben allemaal dezelfde uitdagingen.’

heidelbergcement

‘In onze cementovens benutten we 93 procent van het thermisch vermogen van slib.’

Jan Theulen, groepsdirecteur alternatieve bronnen HeidelbergCement

Tegelijkertijd is cement wel een commodity en ligt carbon leakage op de loer. Het is dan ook zeer belangrijk dat de Europese wet- en regelgeving meegroeit met de eisen die de Europese Commissie stelt aan de industrie. ‘Je kunt cement eenvoudig verschepen en dus zal een carbon border adjustment mechanism ook voor onze industrie noodzakelijk zijn om te overleven.’

Grondstof

Intussen kijkt Theulen ook naar de volgende stappen in de koolstofketen: het nuttig inzetten van CO2 als grondstof. ‘We zien het onder de grond stoppen van CO2 als noodzakelijke tussenoplossing, maar niet als einddoel. Nu al experimenteren we in Marokko met het telen van algen die worden gevoed met koolstofdioxide. Die algen worden weer ingezet als visvoer. Hoewel dit een mooie toepassing is, heb je wel veel ruimte nodig en ruime hoeveelheden hernieuwbare energie. Er zijn niet heel veel plekken op de wereld waar dit samenkomt.’

Dan is de opslag van CO2 in betonproducten wellicht een meer voor de hand liggende oplossing. ‘Hoewel nog veel in de R&D-fase zit, zijn er al goede resultaten behaald met betonrecycling. Slimme brekers kunnen beton terugbrengen naar de oorspronkelijke elementen zand, grof grind en cement. Dat cement heeft natuurlijk al gereageerd met water en bestaat dus grotendeels uit calciumhydroxide. Wanneer je dat calciumhydroxide laat reageren met CO2, ontstaat weer een product dat met water kan uitharden en sterkte kan leveren. Natuurlijk zouden we liever alle CO2 op deze manier opslaan, maar dit is wel een traject met een lange adem.’

Een ander traject is CO2-opslag in zogenaamde precast betonelementen. Door de elementen in conditioneringskamers aan het broeikasgas bloot te stellen, nemen ze CO2 op, wat gunstig is voor de sterkte van het beton. De mogelijkheden binnen de eigen sector, weerhouden Theulen er niet van om ook over de grenzen te kijken. ‘De CO2 uit de Oxyfuelcentrale zouden we natuurlijk ook kunnen gebruiken als basis voor de productie van synthetische brandstoffen. Met name de luchtvaart heeft weinig alternatieven voor fossiele kerosine. Of en wanneer we die route bewandelen, is met name afhankelijk van de beschikbaarheid van groene waterstof. Helaas hebben we geen oneindige hoeveelheid groene elektriciteit, wat de productie van groene waterstof zal beperken.’

heidelbergcement

Marktvraag

Hoewel de prijs voor cement maar een fractie is van de totale kosten van een gebouw, ziet Theulen wel dat steeds meer klanten de CO2-voetafdruk meenemen in hun overwegingen. ‘Met name de overheidsdiensten zoals Rijkswaterstaat trekken nu de kar bij aanbestedingen. Door de ecologische voetafdruk mee te nemen in de gunning, krijgen CO2-besparende producten ook een economische waarde. Gelukkig zien we ook steeds meer aannemers die om een Environmental Product Declaration (EPD, red.) vragen. We hebben de overheid keihard nodig, zowel als launching customer als voor bescherming van de duurzame cementmarkt. Ik denk dat de richting die zowel de EU als de rijksoverheid heeft gekozen met bijvoorbeeld Fit for 55 aardig in onze lijn ligt. Ik snap ook de overweging van de Nederlandse regering om een cap te zetten op CCS. Op de korte termijn hebben we het zeker nodig, maar op de langere termijn hebben we mooie alternatieven met CCU. Zolang de beleidslijnen helder blijven, kunnen we in 2050 echt CO2-neutraal produceren.’

De gemeente waarin ik woon vroeg burgers mee te denken over hoe een aantal wijken van het aardgas zouden kunnen. Nu hebben de ambtenaren goed nagedacht over welke wijken ze als eerste willen aanpakken: een wijk met veel huurwoningen in de lagere prijsklasse, een middenklasse wijk en eentje waar een gemiddeld huis niet onder de zeven ton van de hand gaat. Opvallend is dat de gemeente naast elektrificatie, stadsverwarming en zonneboilers ook hybride warmtepompen en duurzame gassen overweegt. Helemaal van het gas af wil men dus niet.De keuze voor deze drie wijken legt de grootste pijnpunten van de energietransitie bloot: de lastenverdeling. Want waar de duurdere huizen waarschijnlijk een absoluut hogere energierekening hebben, ervaren de huurders hun relatief lagere kosten als zwaardere last. En dus gaat de discussie niet alleen over efficiency en inpasbaarheid, maar ook over sociale gelijkheid.

Je kunt gemakkelijk parallellen trekken tussen de energietransitie op woonwijkniveau en de industriële transitie. Ook de industrie kent partijen met zulke kapitaalsintensieve assets dat hogere energiekosten niet direct het sein voor sluiten of verhuizen zijn. Terwijl er ook genoeg partijen zijn die nu al in de marges werken en waar de hoge gasprijs net de druppel kan zijn. In dat licht lijkt van het gas af de meest voor de hand liggende keuze, ware het niet dat alternatieven nog een stukje duurder zijn. Elektrificatie vraagt om miljardeninvesteringen in duurzame opwekcapaciteit en infrastructuur en ook biobased is niet altijd goedkoper en onomstreden.

De harde realiteit is dat het leeuwendeel van de elektriciteit nog steeds van gascentrales komt, en die rekenen hoge gasprijzen gewoon door in de stroomprijs. De drie kolencentrales zijn momenteel de enige energiebronnen die echt een goed rendement draaien, maar dat is wat betreft emissies ook niet wenselijk.

De roep om politiek leiderschap wordt dan ook steeds groter. Het eindpunt van de energietransitie is bekend, de route er naartoe is echter nog onzeker. Van het gas afgaan kan een verstandige keuze zijn, maar breng dan ook in beeld wie buiten de boot valt. Want welke keuze de nieuwe leiders ook maken: ze moeten draagvlak houden. Anders kan het nog een hele vervelende reis worden richting een CO2-neutrale samenleving.

Zowel Tata Steel als ArcelorMittal willen de CO2-uitstoot van hun staalproductie flink verminderen. Beide bedrijven zetten daarom in op Direct Reduced Iron (DRI) technologie en elektrische ovens. Een methode waarmee staal­bedrijf SSAB in Zweden onlangs voor het eerst bijna fossielvrij staal wist te produceren.

ArcelorMittal kondigde eind september aan 1,1 miljard euro te investeren in de vestiging in Gent. De staalproducent wil een installatie voor direct gereduceerd ijzer (DRI) (zie kader) bouwen met een capaciteit van 2,5 miljoen ton. Daarnaast bouwt de staalproducent op dezelfde locatie twee nieuwe elektrische ovens. Tegen 2030 leidt deze nieuwbouw tot een vermindering van ongeveer drie miljoen ton CO2-emissies per jaar.Zodra de DRI-installatie en elektrische ovens zijn gebouwd, komt er een overgangsperiode waarin de productie geleidelijk van hoogoven A naar de DRI-installatie en elektrische ovens verschuift. Daarna sluit het bedrijf hoogoven A omdat deze dan het einde van de levensduur heeft bereikt.

Nog niet fossielvrij

Begin september maakte ArcelorMittal ook al bekend dat het steun krijgt van de Duitse overheid voor de bouw van een fabriek op industriële schaal voor direct gereduceerd ijzer op waterstofbasis. Deze komt in Hamburg te staan. De demonstratiefabriek moet de basis leggen om staal te produceren zonder koolstofemissies. De staalproducent produceert in Hamburg overigens al staal met behulp van de DRI-technologie, maar gebruikt daarbij nog aardgas in het proces. Daardoor is de route niet fossielvrij.

In dezelfde maand dat ArcelorMittal zijn aankondigingen deed, liet Tata Steel IJmuiden weten volop te koersen op de productie van groen staal via de waterstofroute. Om dat te kunnen doen wil Tata Steel ook gebruikmaken van DRI in combinatie met elektrische ovens, ook wel vlamboogovens genoemd. Waar Tata Steel de waterstof vandaan gaat halen, is nog niet duidelijk (zie kader). Het bedrijf schetst wel een scenario waar het eerst aardgas inzet als brandstof dat ze geleidelijk kan aanvullen met waterstof. Gezien het feit dat Tata de CCS-route loslaat, zal blauwe waterstof geen rol meer spelen.

Direct Reduced Iron technologie

Wat is die technologie waar die staalproducenten nu op inzetten? Bij de Direct Reduced Iron technologie wordt staal gemaakt op basis van aardgas of waterstof. Tijdens de reductie wordt de zuurstof uit ijzererts verwijderd waarna ijzer overblijft. In een traditioneel proces gebeurt dit met behulp van kolen of cokes. Het gebruik van aardgas of waterstof zorgt voor een enorme afname in de CO2­uitstoot.

Het ijzer dat uit de DRI-installatie komt, ook wel sponsijzer genoemd, wordt vervolgens bewerkt in een elektrische oven. Hierin wordt het sponsijzer en schroot gesmolten, dat daarna in een staalfabriek kan worden gevormd tot plakken.

In mei begon HYBRIT met de bouw van een waterstofopslagfaciliteit op proefschaal.

Zweden

Wat Tata en ArcelorMittal doen, vertoont veel gelijkenissen met de plannen van staalproducent SSAB in Zweden. Het bedrijf produceerde onlangs met de DRI-technologie staal met gebruik van fossielvrij geproduceerde waterstof.

Dit maakt het mogelijk ongeveer negentig procent van de uitstoot in de staalproductie te verminderen. SSAB werkt samen met mijnonderneming LKAB en energieleverancier Vattenfall in het Hybrit-project om in 2026 als eerste fossielvrij staal op industriële schaal op de markt te brengen. Daarvoor hebben de partijen naast de staalfabriek van SSAB in Luleå in Zweden een pilotfabriek staan.

De waterstof die SSAB in het directe reductieproces gebruikt, wordt opgewekt door elektrolyse van water met duurzame elektriciteit. De waterstof kan direct worden gebruikt of opgeslagen voor later gebruik. In mei begon HYBRIT met de bouw van een waterstofopslagfaciliteit op proefschaal, naast de pilotfabriek voor directe reductie in Luleå.

Athos-project stopt

Project Athos richtte zich de afgelopen jaren op de ontwikkeling van een grootschalig CO2 -transport, -hergebruik en -opslagproject in het Noordzeekanaalgebied. Net als EBN, Gasunie en Port of Amsterdam was Tata Steel nauw bij dit project betrokken. Het ingeschatte beschikbare CO2-volume van Tata Steel was het fundament voor de conceptuele en technische uitgangspunten van het project. Het besluit van Tata Steel om versneld over te gaan op de DRI-technologie betekent daarom dat het project Athos in de huidige vorm niet kan voortbestaan.

De Athos-partners onderzoeken de komende maanden de mogelijkheden om Tata Steel zo goed mogelijk te faciliteren in een nieuwe koers. Zo willen ze bijdragen aan de regionale CO2-reductieopgaven in het Noordzeekanaalgebied en de uitvoering van het Klimaatakkoord.

Door in het proces ijzerertspellets te gebruiken die al warm zijn, worden enorme hoeveelheden energie bespaard.

Fabriek op industriële schaal

Ondertussen bouwt het Zweedse bedrijf in Gällivare aan een productie-installatie voor fossielvrij sponsijzer (zie kader DRI-technologie). Deze moet over vijf jaar klaar zijn. De industrialisatie moet beginnen met de eerste demonstratiecentrale, die in 2026 klaar is, voor de productie van 1,3 miljoen ton fossielvrij sponsijzer. De demonstratiecentrale wordt geïntegreerd met de productie van ijzerpellets. Het doel is om de productie van sponsijzer tegen 2030 uit te breiden tot een volledige industriële schaal van 2,7 miljoen ton om aan SSAB en andere klanten grondstoffen voor fossielvrij staal te kunnen leveren.

De nieuwe fabriek wordt om een aantal redenen in Gällivare gebouwd. Het is in de buurt van de mijnbouwproductie en -verwerking van LKAB. Door in het proces ijzerertspellets te gebruiken die al warm zijn, worden enorme hoeveelheden energie bespaard. Bovendien hoeft er dertig procent minder gewicht te worden getransporteerd, omdat met waterstofgas de zuurstof uit het ijzererts wordt verwijderd. Gällivare biedt ook goede toegang tot duurzame elektriciteit van Vattenfall.

staal

(c) Wikimedia

Waterstof Tata Steel

Tata Steel wil, zodra er voldoende en betaalbare waterstof beschikbaar komt, overschakelen naar staalproductie op waterstof. Wellicht maakt het bedrijf daarbij gebruik van het project H2ermes. Samen met Nobian en Havenbedrijf Amsterdam onderzoekt Tata Steel daarin de mogelijkheden voor het opzetten van een honderd megawatt waterstoffabriek op het terrein van de staalproducent in IJmuiden.

Deze installatie kan in de toekomst met duurzame elektriciteit tot 15.000 ton groene waterstof per jaar produceren. In dit proces wordt ook zuurstof geproduceerd. Met de zuurstof en waterstof kan Tata Steel op duurzamer staal produceren en zijn CO2-uitstoot flink verminderen.

Port of Amsterdam richt zich op de infrastructuur voor de verdere distributie van groene waterstof. Dit dient als basis voor de ontwikkeling van nieuwe producten en groene brandstoffen en het aantrekken van circulaire industrieën. Daarnaast kan de waterstof worden gebruikt voor verduurzaming van de regio door deze bijvoorbeeld te gebruiken voor emissievrij openbaar vervoer en transport, verwarming van gebouwen of nieuwe vormen van groene chemie in het havengebied.

John Kapteijn is service engineer bij Holland Water. Bij klanten installeert hij systemen waardoor bacteriën zoals legionella zich niet kunnen ontwikkelen, vermeerderen en verspreiden in watersystemen. Dat doet hij zowel in de industrie bij bijvoorbeeld koeltorens, maar ook bij drinkwaterleidingen van hotels en ziekenhuizen.

Hoe zorgt jullie installatie ervoor dat legionella niet kan ontstaan?

‘We plaatsen onze installatie waar het water binnenkomt. In ons systeem zitten koperen en zilveren elektroden. Die geven koper- en zilverionen af aan het water. Die materie gaat door het hele waterleidingnetwerk.’ Deze koper- en zilverionen zijn schadelijk voor bacteriën, waardoor ze zich niet kunnen ontwikkelen.

Wat doe jij bij Holland Water?

‘Ik werk zowel in onze werkplaats als bij klanten. In de werkplaats bouwen en testen we de systemen voordat ze naar een klant toe gaan. Bij klanten installeer, activeer en onderhoud ik de systemen. Daarnaast train ik onze klanten in wat ze zelf moeten doen om de werking van ons systeem te optimaliseren. De installatie is namelijk geen tovermachine. De klant moet zorgen dat het water in beweging blijft om de koper- en zilverionen op hun plek te krijgen. Als er bij ons nieuwe medewerkers komen, dan train ik ze. En ik geef ook training aan buitenlandse klanten. Ik leer ze hoe ze de installatie kunnen onderhouden.’

Wat voor onderhoud is er nodig?

‘Twee tot vier keer per jaar gaan we bij klanten langs voor onderhoud. Tijdens het onderhoud verwijderen we bijvoorbeeld eventuele aanslag, reinigen we het systeem en vervangen we elektrodes als dat nodig is. En als er nieuwe mensen bij de technische dienst van een klant zijn komen werken, geef ik die een kleine training.’

Hoe groot is de installatie waarmee je een watersysteem legionellavrij kunt maken?

‘We hebben verschillende soorten. Een klein systeem voor bijvoorbeeld een b&b met twee kamers past in de meterkast. Maar een systeem voor een hotel waar duizend kubieke meter per jaar doorheen gaat, is zo groot als een groot whiteboard. We kunnen dat vlak tegen de muur hangen, vaak in de kelder van een gebouw. Mensen zijn verbaasd hoe weinig ruimte het inneemt.’

Wat vind je leuk aan jouw werk?

‘Ik ben graag met mensen bezig en met techniek. Als ik een training geef, mag ik altijd graag alle neuzen dezelfde kant op krijgen. Ze noemen ons soms service engineers plus. Ook leuk is dat we behoorlijk aan het groeien zijn en we een steeds breder portfolio krijgen. Nu zijn we bijvoorbeeld bezig met UV-installaties waarmee je ook kunt voorkomen dat er legionella in het water komt. Je krijgt nieuwe producten en nieuwe mensen en daar zit ook weer educatie bij. Zo blijf je aan de gang.’

Techniekhelden

De industrie wemelt van de techniekhelden. Want hoe kunnen we producten maken voor auto’s, smartphones of medicijnen zonder technici die de machines en installaties in conditie houden? De techniekheld mag wat ons betreft best eens op het podium worden gehesen. Ben of ken jij iemand in de procesindustrie of energiesector die enthousiast kan vertellen over hun beroep? Laat het ons weten via redactie@industrielinqs.nl. In ons magazine tonen we de grote verscheidenheid aan beroepen in de industriële omgeving.

Watertechnoloog Niels Groot van Dow Terneuzen leidde een ISPT-project naar stoom en condensaatkwaliteit. Als de resultaten van het onderzoek naar filmvormende amines en condensaatbehandeling ook in de praktijk standhouden, kan dit tot forse waterbesparingen leiden.

Een groot deel van het industriële waterverbruik is gerelateerd aan de inzet van stoom. Verhitting van demiwater zorgt voor flexibele en veilige warmteoverdracht bij diverse chemische processen. Na de hitteoverdracht, condenseert het water waarna het wordt teruggeleid naar de stoomketel. Waar de cyclus weer begint. Helaas is deze cyclus eindig. Omdat er altijd wel verliezen zijn, dikt het water in en neemt de warmteoverdracht af. Maar ook vervuiling uit het stoomsysteem zelf vormt een probleem. Vandaar dat stoom-water systemen in de petrochemische industrie slechts veertig tot zestig procent van het condensaat kunnen hergebruiken. Met dat zogenaamde off spec-condensaat gaat niet alleen restwarmte verloren, maar ook kostbaar demiwater.

Om het stoom-watersysteem te beschermen, voegen bedrijven diverse chemicaliën toe die corrosie zoveel mogelijk moeten beperken. Aan de ene kant vermindert dit vervuiling van condensaat door corrosie tegen te gaan. Maar tegelijk kunnen bepaalde hulpstoffen zelf juist voor vervuiling zorgen via de afbraakproducten ervan.

Al enkele decennia maken alkaliserende en filmvormende amines een langzame opmars in het voorkomen van corrosie van stoom- en watersystemen. Dit zijn organische conditioneringsmiddelen, die de pH van het water verhogen en leidingen van een stoomsysteem met een afdichtende laag bedekken. Theoretisch zou behandeling met dit soort producten er toe moeten leiden dat bedrijven hun stoomsystemen beter kunnen bedrijven, met een lagere faalkans.

‘We maakten ons vooral zorgen om de afbraakproducten die zouden kunnen ontstaan.’

Niels Groot, waterspecialist Dow Terneuzen

Filmvormende amines

Dow en de bedrijven op het Chemelot-terrein zijn zeer geïnteresseerd in ontwikkelingen die hun bedrijfsvoering efficiënter en betrouwbaarder kunnen maken. Zij gaan daarbij echter niet over één nacht ijs. Het afbreukrisico is daarvoor eenvoudigweg te groot. Watertechnoloog Niels Groot van Dow Terneuzen leidde een ISPT-project naar stoom en condensaatkwaliteit, dat mede werd gefinancierd door de Topsector Energie. Samen met David Moed van Evides Industriewater en Peter Janssen van Sitech Services kijkt hij terug op een geslaagd onderzoek. ‘Hoewel er in andere toepassingen al goede resultaten zijn behaald met filmvormende amines, is er nog onvoldoende ervaring met onze productieomstandigheden’, zegt Groot. ‘We maakten ons vooral zorgen om de afbraakproducten die zouden kunnen ontstaan bij de hoge temperaturen en drukken waarop Dow, maar ook vele andere chemische bedrijven opereren.’

Chemelot gebruikt al jaren naar tevredenheid Film Forming Amines (FFA), dus hadden de onderzoekers de mogelijkheid praktijkonderzoek te doen. Tegelijkertijd wilde het onderzoekconsortium met de Universiteit van Gent, Evides Industriewater, Sitech Services, ISPT, KWR en Kurita Europe weten in hoeverre het mogelijk was het off spec-condensaat te polishen en her te gebruiken.

Om de kwaliteit van het ketelwater met de FFA te meten, trok het consortium alles uit de kast. Ze gebruikten een keur aan analytische technieken, zoals vloeistofchromatografie-hoge resolutie massa spectometrie, ionenchromatografie, gaschromatografie en massaspectometrie, high performance liquid chromatografie in combinatie met UV fluorescentie en een total organic carbon-bepaling. De combinatie van technieken is nooit eerder ingezet. Verschillende bemonsteringsrondes lieten zien dat er geen afbraakproducten werden gevormd die corrosie zouden kunnen veroorzaken. Daarmee staafden de onderzoekers de ervaringen van Chemelot met wetenschappelijk gevalideerde feiten.

Condensaatbehandeling

De industriewaterspecialisten wilden ook weten in hoeverre het mogelijk was de condensaatstromen te behandelen, zodat ze weer naar de ketel konden worden geleid. Dat zou wel eens goedkoper en milieuvriendelijker kunnen zijn dan steeds weer vers demiwater te voeden. Daarbij maakten ze wel onderscheid tussen licht en zwaar verontreinigde stromen. De lichtvervuilde stromen kwamen met name uit de ketels zelf, terwijl condensaat uit stoomkraakprocessen vaak zwaarder vervuild zijn met organische en anorganische deeltjes.

Voor de eerste stroom testten de onderzoekers van Universiteit Gent een tweetal technieken, met als referentietechniek de inzet van reeds beproefde mengbed Ionenwisselaars. De eerste techniek heet strong acid cation exchange. De installatie wisselt kationen zoals ammonium en natrium in het water om met protonen. Hierna ging het water ook nog eens langs de mengbed ionenwisselaar, waarbij men ook de toename in prestatie van het mengbed toetste.

De tweede techniek die werd getest was actief kool: een biologische koolstoffilter dat organische componenten afvangt. Na deze stap zuiverde een reverse osmosis membraan het water verder en kwam weer de mengbed ionenwisselaar in actie.

Grof gezegd kwam het eerste alternatief, strong acid exchange, als winnaar uit de bus. Hoewel het tweede wel tot een iets betere kwaliteit water leidde, wegen de extra kosten daar niet tegenop.

Hoge investering

Voor het zwaarder vervuilde water vergeleken de onderzoekers Direct Contact Membrane Distillation (DCMD) met biologische behandeling via een membraanbeluchte biofilmreactor (MABR). Ze testten op labschaal DCMD met twee verschillende membraantypen: een hydrofoob en een oleofoob polyethyleen membraan. De watertechnologen maakten zelf een organisch mengsel, dat ze vervolgens met de twee filters zuiverden. Het oleofobe membraan kon ruim 97 procent van de organische componenten verwijderen, terwijl het hydrofobe membraan doorslag vertoonde door wetting. Dit laatste verschijnsel is een bekend probleem van dit soort membranen. Doordat zich water ophoopt, vormt dit een geleider voor de vloeistofstroom die daardoor ongefilterd doorstroomt.

(c) Adobestock

Bij de MABR-route kon men tot 85 procent van de voornaamste verontreinigingen verwijderen. Maar dan was wel een verblijftijd nodig van acht uur per reactor. Aangezien de gewenste verblijftijd van 3,3 uur aanzienlijk korter is, namen ze deze tijd als referentie. En dan was nog maar zestig procent van de TOC verwijderd. Een nabehandeling met reverse osmose en membraandistillatie kon dit wel oplossen. De onderzoekers concludeerden dan ook dat MABR in vergelijking met een conventioneel biologisch actief slib-systeem weliswaar een wezenlijk kleinere fysieke voetafdruk en lagere operationele kosten heeft maar dat de investeringssom wel aanzienlijk hoger is. Daarmee levert het in deze casus nog niet direct een aantrekkelijke oplossing.

Corrosie

Als laatste onderzocht het consortium of de combinatie van bescherming met filmvormende amines en de afbraakproducten daarvan, nog steeds tot goede bescherming zou leiden. Corrosie kan funest zijn voor het volledige stoom-watersysteem. Uiteindelijk konden ze vaststellen dat alleen de vorming van azijnzuur een bedreiging kon vormen. De FFA-doseringen bleken ook gunstig uit te pakken, met inachtneming van potentieel corrosieve afbraakproducten. Uit de metingen bleek dat een beschermende magnetietlaag was gevormd met een hydrofoob oppervlak. De beschermlaag bleek steviger, gladder en meer uniform dan bij gebruik van louter ammoniakconditionering.

Waterbesparing

De onderzoekers hebben meer vertrouwen gekregen in de inzet van FFA’s in de petrochemie. Ook zeggen de consortiumpartners meer inzicht te hebben gekregen in het opwerken van retourcondensaatstromen. Waardoor ze condensaat-polishing efficiënter en kosteneffectiever kunnen ontwerpen.

Dow Benelux in Terneuzen stelde inmiddels samen met Evides Industriewater een opwerkingsfabriek in bedrijf, die is gebaseerd op de combinatie van strong acid cation exchange in combinatie met mengbed Ionenwisselaars. Dow overweegt ook het hergebruik van zwaar verontreinigd condensaat als proceswater. Men is er echter nog niet uit wat de beste techniek hiervoor is. De belofte is echter groot omdat dit jaarlijks ruim één miljoen kuub waterbesparing kan opleveren.

Onderhoud in een omgeving waar voedingsmiddelen voor kwetsbare mensen worden gemaakt, vraagt om een zeer sterk hygiëne bewustzijn. Voor maintenance manager Joost van Boven ligt de prioriteit vooral bij het in stand houden van de steriele condities van de installaties. Toch lukt het hem ook om de betrouwbaarheid van de assets naar een hoger niveau te tillen. Onder andere door meer tijd te nemen voor analyses en ploegwisselingen.

Nutricia en Danone zullen voor velen geen onbekende zijn in de supermarkt. Toch krijgt niet iedereen te maken met de andere markt die het Franse merk bedient: die van speciale voeding voor kwetsbare mensen. Voor maintenance manager Joost van Boven bepaalt de unieke omgeving waarin hij opereert grotendeels zijn keuzes. Nutricia, binnen Danone onderdeel van de zogenaamde Specialized Nutrition divisie, kan het best worden gezien als een kruising tussen de farmaceutische en voedingsmiddelenomgeving. En dat is ook terug te zien in de keuzes op de werkvloer.

Van Boven: ‘Net als andere voedingsmiddelenproducenten produceren we consumentenproducten die vanuit marketing meebewegen met de consumentenbehoefte. Tegelijkertijd produceren we producten voor kwetsbare mensen. Deze combinatie vraagt veel van een maintenance-organisatie. Want hoewel je ook in de consumentenmarkt rekening moet houden met hygiënische codes zoals HACCP, komen daar in de farma-omgeving nog een paar gradaties bij. We maken producten voor mensen met bepaalde allergieën of die ziek zijn en sondevoeding krijgen. Normaal gesproken krijg je al waarschuwingen van je zintuigen als een voedingsmiddel niet goed is. Je ruikt een andere geur of ziet een vreemde kleur. Als je middelen direct in de maag of darmen voedt, valt die barrière weg. Alles in de fabriek is er dan ook op ingericht om steriel te werken.’

Steriel

Van Boven schetst zijn nachtmerriescenario: ‘Een bacterie kan zich bij kamertemperatuur razendsnel vermenigvuldigen. Die ene bacterie is in tien uur uitgegroeid tot één miljoen stuks. Nu zal je die miljoen bacteriën wel opsporen omdat je dan met een gistende tank te maken krijgt. Maar hoe spoor je honderd bacteriën op? Uiteraard hebben we allerhande barrières opgeworpen om besmetting te voorkomen en bewerken we de producten zodanig dat schimmels, gisten en bacteriën het niet overleven. Het afdoden van deze micro-organismes doen we via het kortstondig verhitten van onze producten via warmtewisselaars of zelfs via direct steam injection waarbij het product kortstondig via een stoominjectie wordt verhit.’

‘Dat iets goed gaat, wil niet zeggen dat het niet beter kan.’

Joost van Boven, maintenance manager Nutricia

Daarnaast krijgt iedereen een stevige training voordat ze aan de slag mogen in de fabriek. ‘Zeker in het steriele gedeelte, van het moment van afdoden tot en met het vullen en sealen van de verpakking, stellen we hoge eisen aan mensen en machines. Gelukkig hebben we ervaren en scherpe mensen die bij iedere ingreep blijven nadenken onder het motto: stop, denk, doe. Zo kan bijvoorbeeld de inhoud van een verpakt reserveonderdeel anders zijn dan wat er op de doos staat. Dat soort dingen worden door onze mensen gecontroleerd voordat iemand het reserveonderdeel gebruikt. Juist om dit te voorkomen hebben we werkinstructies en vier-ogen principes waarin staat wat je moet controleren voordat je een filter vervangt. Als gevolg daarvan sturen we geregeld ook spare parts terug naar de leverancier. Als een verpakking beschadigd is, kan je immers niet meer garanderen dat de inhoud nog integer is. We selecteren en beoordelen onze technici dan ook op heel andere competenties dan de meeste bedrijven. Iemand kan nog zo snel een storing verhelpen; als je niet de juiste procedures volgt, kan je een groter probleem veroorzaken. We willen geen rouwdouwers, maar mensen die zich continu bewust zijn van de gevolgen van hun handelen.’

Spare-beheer

Van Boven kan rekenen op een zeer volwassen technische dienst van zestig werknemers die in vijf ploegen nauw samenwerken met productie. Bij optredende storingen overleggen de breakdown monteurs intensief met operations over de aanpak. Wel is er meer aandacht in zijn team gekomen voor storingsanalyse en documentatie. ‘In het verleden kwam het nog wel voor dat een monteur een storing oploste en snel naar de volgende klus moest. Nu krijgt diegene meer tijd om te documenteren wat werd aangetroffen en wat is gedaan om het op te lossen. In de meeste gevallen voeren we een breakdown-analyse uit om de oorzaak van een storing te achterhalen. Afhankelijk van de impact van de storing starten we in sommige gevallen ook nog een breakdown-eliminatietraject. Kunnen we breakdowns voorspellen en wellicht voorkomen? Dat is overigens niet altijd mogelijk, maar je kunt natuurlijk wel het gevolg van een storing beperken door bijvoorbeeld extra reserveonderdelen op de plank te bewaren.’

Dat spare-beheer is in deze industrietak sowieso een uitdaging. ‘Hoewel we wellicht in negentig procent van de gevallen te maken hebben met standaard onderdelen, vraagt die laatste tien procent wel extra aandacht. Een aantal onderdelen is uniek voor onze machines en kunnen we dus niet zomaar bestellen. Ook dat soort beperkingen moet je meenemen in de keuzes die je maakt.’

Saaie fabriek

Dat ook een volwassen organisatie nog stappen kan zetten, ziet Van Boven als een natuurlijke ontwikkeling. ‘Dat iets goed gaat, wil niet zeggen dat het niet beter kan. Uiteindelijk is een saaie fabriek waar niets onverwachts gebeurt het hoogste doel dat maintenance kan halen. Om dat te halen, moet je net wat extra stappen maken. Dus niet alleen werkorders uitvoeren, maar machines weer op hun basisconditie opleveren. Wie zich eigenaar van een machine voelt, zal altijd meer doen dan alleen maar de vinkjes zetten. Oké is dan niet goed genoeg.’

Uiteindelijk is de conditie van een machine een samenspel tussen maintenance en productie, maar ook bijvoorbeeld samenwerking met toeleveranciers. Sommige machines zijn zo complex dat alleen de leverancier het onderhoud kan uitvoeren.

 

van boven

‘Data krijgt pas waarde als je die kunt koppelen aan de kennis enervaring van technici.’

Joost van Boven, maintenance manager Nutricia

Van Boven: ‘Gezien de eventuele impact van de handelingen, moeten we wel hun werk uitvoerig testen en valideren. Wij blijven tenslotte verantwoordelijk voor de veilige procesvoering. Ook dat is eigenaarschap. Daarbij moet je wel blijven beseffen dat waar mensen werken, fouten kunnen worden gemaakt. Het is vooral de kunst om de kans op foute beslissingen zoveel mogelijk te elimineren. Een pengatverbinding is bijvoorbeeld een redelijk standaard onderdeel, maar als je twee maatvoeringen gebruikt, is de kans aanwezig dat je de verkeerde gebruikt. De zogenaamde centerlining-methode helpt ons om continu te verbeteren. Je kunt ervoor kiezen voor automatische verstelling, controle via een benaderingsschakelaar of zelf het elimineren van de verstelmogelijkheid.’

Overdracht

Een ander verbeterpunt zag Van Boven in de overdracht tussen twee ploegen. ‘Juist in de tijd tussen shifts groeit de kans dat informatie verloren gaat. Als iemand acht uur heeft gewerkt, wil diegene het liefste naar huis, terwijl de nieuwe ploeg graag aan het werk gaat. Door zogenaamde short interval meetings in te plannen, voorkom je dat er gaten vallen in de informatievoorziening. Het is heel verleidelijk om kleinere, kortere storingen niet te rapporteren. Maar als die storingen vaker voorkomen, ontstaat wel een patroon dat je moet doorbreken. We vragen mensen dan ook om gedetailleerd verslag te doen van het aantal storingen, lopende werkorders, materiaalverbruik enzovoorts. Het mooie is dat uit zo’n meeting vaak ook dialogen ontstaan over de beste aanpak van storingen. Daarbij is het cruciaal dat mensen zich vrij voelen om ook fouten te kunnen bespreken. We komen tenslotte bij elkaar om van elkaar te leren en nog eens extra te controleren of alle stappen goed zijn doorlopen, niet om elkaar te veroordelen. Iedereen maakt fouten en we kunnen er alleen maar van leren als we ze delen.’

Documentalist

In de complexe omgeving waarin Nutricia opereert maakt de factor mens het grootste verschil. Maar dat is tevens een van de grootste uitdagingen die Van Boven de komende jaren het hoofd moet bieden. ‘Net als in veel andere takken van sport verwachten wij de komende jaren personeel te zien vertrekken. Zo’n derde van onze populatie gaat met pensioen, bijvoorbeeld. Daarmee dreigen we veel kennis te verliezen. Om dat tegen te gaan, moeten we echt meer kennis gaan vastleggen. Je kunt nog zoveel data verzamelen: het krijgt pas waarde als je die kunt koppelen aan de kennis en ervaring van onze technici.’

Hetzelfde geldt voor de documentatie. De fabriek heeft in dertig jaar heel wat veranderingen ondergaan, maar niet alle veranderingen zijn vastgelegd in de tekeningen. Van Boven: ‘Als we slimmer met onze data willen omgaan, moeten we ook die documentatie op orde krijgen. Sinds een jaar hebben we dan ook een technisch documentalist in het team die ons document- en tekeningbeheer een boost geeft. Maar de verantwoordelijkheid van het documentbeheer houden we wel in de lijn en stellen duidelijk naar elke projectleider dat het project pas klaar is als de tekening af is.’