VoltaChem Archieven - Utilities

In een nieuwe studie onderzoekt Voltachem de haalbaarheid van waterstofproductie door afvalverbrandingsinstallaties. De studie richt zich op de ReEnergy centrale in Roosendaal. Door ongeveer een derde van de 20 megawatt elektrische stroomopwekking voor de productie van waterstof te gebruiken, zou de installatie substantieel kunnen bijdragen aan de energietransitie, met name in de regio Roosendaal.

Ruim de helft van het verbrande afval in Roosendaal is biogeen. Daardoor kan ongeveer 53 procent in 2019 en 54 procent in 2018 van de elektriciteit van ReEnergy als duurzaam worden beschouwd. De studie ReFuel richt zich op de omzetting van deze duurzame elektriciteit in koolstofarme waterstof, transportbrandstoffen en chemische grondstoffen.

Pilot-schaal

Het uiteindelijke doel van de studie is de bouw van een industriële elektrolyse-installatie. Die moet in staat is om met een volledige belasting van 8000 uur per jaar te draaien. Daardoor moet de investering zo effectief mogelijk worden ingezet. Om dit te bereiken, moet de technologie eerst op pilot-schaal worden getest en de haalbaarheid van het ReFuel-concept worden aangetoond.

De studie wordt gecoördineerd door ECN onderdeel van TNO – mede-initiatiefnemer van VoltaChem – en wordt uitgevoerd samen met SUEZ, Engie, Odura en Sunfire.

De industrie kan op korte termijn al deels overschakelen van gasgestookte technieken naar systemen die met groene stroom warmte opwekken. Dat stellen ECN en TNO.  Om dat aan te tonen ontwikkelen ze een hybride energiesysteem. Op momenten dat er veel elektriciteit beschikbaar komt uit zon en wind schakelt de gasinstallatie uit. Dan wordt de proceswarmte uit duurzaam opgewekte elektriciteit gemaakt. Komende tijd wordt het systeem bij drie bedrijven in de praktijk getest.

De industrie moet op korte termijn al alternatieven zoeken voor het Groningse aardgas. Minister Wiebes (EZK) heeft bijvoorbeeld 200 grootverbruikers van laagcalorisch aardgas per brief laten weten dat het onontkoombaar is dat zij binnen vier jaar omschakelen op hoogcalorisch aardgas of een duurzaam alternatief.

Geleidelijke transitie

Hybride energiesystemen kunnen daar een belangrijke rol in spelen, stellen TNO en ECN. De technologie moet slim en naadloos kan schakelen tussen gas en elektriciteit. Daardoor moeten de productieprocessen in de bedrijven ongestoord verlopen. Het consortium realiseert deze oplossing in het project “Industrial Hybrid Energy System”, dat onlangs van start is gegaan. Warmte maken van elektriciteit, ook wel Power-2-Heat genoemd, is een eerste stap in de transitie naar volledige elektrificatie van de industrie. Daarmee wordt het gebruik van fossiele brandstoffen op termijn volledig overbodig gemaakt.

rtemagicc_green_hybrid_png-pngElektrificatie van de industrie is pas interessant voor verduurzaming als de elektriciteit uit duurzame bronnen afkomstig is. Volledige elektrificatie uit duurzame bronnen is op korte termijn echter onhaalbaar, weten ook ECN en TNO. ‘Het zal een geleidelijke transitie die op korte termijn hybride en flexibele oplossingen vergt.  De industrie profiteert zo van het groeiende aanbod aan duurzame elektriciteit en levert hiermee een bijdrage aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet.

Het hybride systeem gaan ECN en TNO testen en demonstreren bij drie bedrijven: mengvoederbedrijf E.J.Bos, leverancier van olien en vetten Sime Darby Unimills en Emmtec Services, dat op het gelijknamige bedrijventerrein in Emmen stoom levert aan verschillende industriele afnemers.

Scenario’s

ECN en Huikeshoven werken mee aan het ontwerpen en plaatsen van een elektrisch verwarmingselement van 1-3 megawatt (MW) in de bestaande ontgasser. Hier onderzoeken ze de effecten van de elektrificatie op het primaire productieproces. TNO werkt  samen met de bedrijven Sympower, Scholt Energy Services, en de eRisk Group aan de flexibele en naadloze schakeling tussen gas en elektriciteit. De schakelmomenten zullen afhankelijk zijn van factoren als een stijgend aanbod van zonne- en windenergie en dalende energieprijzen.

Ook economische variabelen worden bekeken. Zo wordt met netwerkbedrijf Alliander onderzocht wat er gebeurt bij variabele transport- en capaciteitstarieven. En wat gebeurt er bij  verschillende scenario’s, zoals sterke groei van wind op zee en het sluiten van kolencentrales?

Het project maakt onderdeel uit van het innovatieprogramma Voltachem. Het heeft een duur van drie jaar een een budget van 1,5 miljoen euro. Het wordt mede mogelijk gemaakt door de topsector Energie.

Kooldioxide (CO2) is vooral bekend als broeikasgas dat bijdraagt aan de opwarming van de aarde. Minder bekend is dat het ook een grondstof kan vormen voor de productie van hernieuwbare brandstoffen en chemicaliën. In een consortium van Shared Innovation Program VoltaChem werken zes partners de komende twee jaar aan een project waarin CO2 met duurzaam opgewekte elektriciteit op grote schaal wordt omgezet in mierenzuur. Dit kan worden ingezet als brandstof, als conserveringsmiddel in diervoeders, voor energieopslag en als chemische bouwsteen. Het resultaat: lagere productiekosten, een lagere CO2-uitstoot en een bijdrage aan het duurzame energiesysteem van de toekomst.

Tot op heden wordt mierenzuur – zo genoemd omdat mieren en andere insecten het kunnen produceren – vrijwel uitsluitend geproduceerd uit fossiele grondstoffen. Op laboratoriumschaal is eerder aangetoond dat mierenzuur ook kan worden geproduceerd met behulp van CO2 en elektriciteit: directe elektrochemische conversie van CO2. Daarbij wordt eerst water met elektriciteit omgezet in waterstof en zuurstof. De waterstof wordt vervolgens direct gebruikt om de CO2 met behulp van elektriciteit om te zetten in mierenzuur.

Dit nieuwe project zet de volgende stap in de ontwikkeling naar een industrieel proces. Eind 2017 wordt er een elektrochemische reactor opgeleverd die op kleine schaal continu mierenzuur kan produceren met gebruik van fluctuerende hoeveelheden hernieuwbare  energie (zon en wind). Op basis van deze resultaten wil VoltaChem vervolgens in 2018 aantonen dat het proces ook op industriële schaal kan worden toegepast.

Mierenzuur

Door CO2 als grondstof te benutten en door duurzaam opgewekte energie te gebruiken, ontstaat CO2-neutraal mierenzuur. Een ander voordeel is dat je mierenzuur kunt gebruiken als vloeibaar en relatief veilig opslagmedium voor waterstof, bijvoorbeeld als brandstof in voertuigen. Waterstofgas heeft namelijk als nadeel dat je het onder hoge druk moet vervoeren en opslaan en dat het erg brandbaar is. Tot slot kun je mierenzuur gebruiken om duurzame energie op te slaan als er een overproductie van wind- of zonne-energie is.

 Samenwerking

In het project ‘Power-2-FA: Direct electrochemical conversion of CO2 to formic acid’ werken de volgende zes partijen de komende 2 jaar samen:

  1. TNO is vanuit VoltaChem projectcoördinator en gaat onderzoeken hoe mierenzuur op basis van CO2 met behulp van duurzame elektriciteit op grote schaal betaalbaar in een continu industrieel proces geproduceerd kan worden. TNO kijkt ook naar de invloed van een fluctuerend elektriciteitsaanbod op de efficiëntie van het systeem.
  2. Coval Energy heeft een innovatieve elektrochemische technologie ontwikkeld om mierenzuur te produceren uit CO2. en zal samen met TU Delft op kleine schaal demonstreren dat de technologie geschikt is om mierenzuur met de benodigde kwaliteit en snelheid te produceren. Daarna wordt gekeken naar industriële opschaling.
  3. TU Delft zal tests uitvoeren met de kleinschalige opstelling en zal voor de optimalisatie van de mierenzuurproductie fundamentele expertise en geavanceerde rekenmodellen inzetten op het gebied van elektrochemische reacties en materialen, en opschaling.
  4. CE Delft voert een studie uit naar de gehele keten, van mierenzuurproductie tot toepassing, inclusief een levenscyclusanalyse (LCA). Zij gaan na wat ervoor nodig is om de koolstofcyclus sluitend te krijgen en wat de potentiële impact van de productie van mierenzuur is op het energiesysteem van Nederland.
  5. Mestverwerking Friesland wil CO2 uit haar mestverwerkings- en biogasinstallaties omzetten naar het waardevolle product mierenzuur. In het project wordt nagegaan hoe gas uit de biogasinstallaties van Mestverwerking Friesland kan worden ingezet als CO2-bron.
  6. Team FAST is een TU/e studententeam dat een stadsbus wil laten rijden op mierenzuur. Het eerste 1 meter schaalmodel is gerealiseerd en in juli zullen zij ’s werelds eerste bus op mierenzuur laten rijden. De duurzame productie van mierenzuur is daarbij essentieel.