CO2 als grondstof Archieven - Utilities

Een proefinstallatie op Rotterdam The Hague Airport gaat dagelijks duizend liter synthetische kerosine maken op basis van CO2, waterstof en groene stroom. De proeffabriek haalt CO2 uit de lucht en produceert waterstof met duurzame elektriciteit.

Rotterdam The Hague Airport en een Europees consortium onder leiding van EDL Anlagenbau Gesellschaft zijn nog bezig met de voorstudie. Zij willen diverse innovatieve maar bewezen technieken aan elkaar knopen tot een demo-installatie die kerosine uit lucht kan maken.

Zo kan de Direct Air Capture techniek van Climeworks CO2 uit buitenlucht filteren. Elektrolyse-cellen van Sunfire kunnen het gas vervolgens omzetten in syngas. Daarna kan Ineratec via Fischer-Tropsch synthese het syngas omzetten in synthetische olie. En tot slot werkt EDL de synthetische olie op tot kerosine. EDL verzorgt ook de gehele proces integratie.

SkyNRG is verantwoordelijk voor de commercialisatie-strategie binnen de studie. De eerste afnemer is Transavia. Deze vliegmaatschappij heeft zich aan het project verbonden en aangegeven in de toekomst via duurzame kerosine haar CO2 uitstoot te willen verlagen.

Opschalen

Het Havenbedrijf, Rotterdam The Hague Airport en Rotterdam The Hague Innovation Airport gaan ook alvast uitzoeken wat ervoor nodig is om zo’n fabriek op te schalen. Wat zijn de technische uitdagingen bij het bouwen van grotere installaties? Wat is de benodigde ruimte? En waar kan dit soort productie het beste plaatsvinden?

Voor de Rotterdamse industrie is CO2 een restproduct. In de haven wordt op het moment gewerkt aan grootschalige infrastructuur voor CO2, groene stroom en waterstof. De haven is daarmee een voor de hand liggende locatie voor grootschalige fabrieken die kerosine maken. Bovendien liggen vanuit de haven leidingen naar met name Schiphol voor het transport van kerosine. De initiatiefnemers van de studie roepen petrochemische bedrijven op aan te haken bij het onderzoekstraject. Ook andere partijen die een relevante bijdrage kunnen leveren, zijn welkom om mee te doen.

SkyNRG

Overigens onderzoekt SkyNRG met KLM, SHV en Schiphol ook de mogelijkheden van een productiefaciliteit voor duurzame kerosine in Delfzijl. In deze fabriek zou groene waterstof worden gecombineerd met afval- en reststromen, zoals gebruikte frituurolie. De beoogde capaciteit van de fabriek is 100.000 ton kerosine en 15.000 ton bioLPG per jaar.

Veel technologie voor afvang en hergebruik van CO2 staat nog in de kinderschoenen. Toch zijn een paar toepassingen al dagelijkse praktijk. Denk bijvoorbeeld aan de bemesting van gewassen in tuinbouwkassen en van algen. En een ding was ook duidelijk tijdens het eerste CO2 Smart Use Congres in Rotterdam: de aandacht voor de recycling van CO2 groeit momenteel enorm.

Jarenlang ging het in discussie vooral voor de inzet van CCS, ofwel de afvang en opslag van CO2. En nog steeds is de opslag van grote hoeveelheden CO2 in bijvoorbeeld lege gasvelden onder de Noordzee een serieuze optie. Met name het Rotterdamse Porthos-initiatief is zeer ambitieus op dit terrein. Toch kan het lineair opslaan van CO2 niet op alle bijval rekenen. Het is onder meer niet bepaald circulair. Er wordt waardevolle koolstof zonder enig nut onder de grond gestopt. Volgens verschillende experts komen we echter niet onder CCS uit als we op korte, maar ook langere termijn de CO2-uitstoot drastisch willen reduceren.

Dead dog

De afgelopen jaren is echter steeds meer aandacht gekomen voor circulaire ketens, ook op het gebied van CO2. Bijvoorbeeld als circulaire grondstof voor de chemie, ofwel Carbon Capture and Utilisation (CCU) . Zo zet chemiebedrijf Covestro al enige tijd CO2 om in polyurethaan, waaronder andere matrassen van worden gemaakt. Twintig procent van de in het Duitse Dormagen geproduceerde polyurethaan komt uit kooldioxide. De site in Dormagen heeft echter een belangrijk voordeel: er staat tevens een fabriek waarbij enorm veel CO2 bij vrijkomt. Die energie is nodig om van CO2 ook weer daadwerkelijk tot leven te wekken. Immers CO2 wordt algemeen gezien als een dead dog, ofwel het afvoerputje van de chemie. Er moet enorm veel energie bij om er chemisch wat mee aan te vangen.

Ras tempo

Dat was ook de teneur van bij veel van de sprekers van het CO2 Smart Use Congres. Een belangrijke voorwaarde voor het succes van chemische recycling van CO2 is dat groene energie grootschalig en betaalbaar beschikbaar komt. Volgens sommige experts is de betaalbaarheid slechts een kwestie van tijd. De kostprijs van duurzaam opgewekte stroom daalt wereldwijd enorm. In zonovergoten gebieden duikt de kilowattuurprijs van zonnestroom inmiddels onder de twee cent. En ook windstroom uit de Noordzee wordt in ras tempo goedkoper.

Een groter probleem lijkt de beschikbaarheid van groene stroom. Er moeten bijvoorbeeld nog veel meer windparken op zee worden gebouwd om aan de sterk toenemende vraag naar duurzame stroom te voldoen. Want we willen ook massaal overstappen naar elektrisch rijden, groen waterstof produceren en ook huishoudens verder elektrificeren, stelde prof. Earl Goetheer (TNO) tijdens het congres. Hij verwacht niet dat de groei aan duurzaam opgewekte stroom de komende decennia de sterk toenemende vraag op alle terreinen zal aankunnen.

Koolmonoxide

Het is daarom ook zaak om slim met de mogelijkheden om te gaan. Dat begint natuurlijk bij de ontwikkeling om de CO2-uitstoot bij de bron te reduceren. Ook kan een toenemende inzet van koolmonoxide (CO) als chemische bouwsteen een belangrijke stap zijn. CO is een veel flexibelere bouwsteen dan CO2, eerder een levendige puppy. Nu wordt bijvoorbeeld in de staalindustrie de afgas CO nog grootschalig omgezet in elektriciteit, met een enorme CO2 uitstoot als gevolg. Tata en ArcelorMittal onderzoeken momenteel de mogelijkheden om het CO aan de chemie te leveren. Interessant in dat licht was ook de presentatie van het Deense Haldor Mistoe, dat een technologie ontwikkelt om van CO2 koolmonoxide toemaken.

Dat op andere terreinen de inzet van CO2 al dagelijkse praktijk is, laten Omega Green en Ocap zien. Deze partijen zetten CO2 al daadwerkelijk in voor respectievelijk de bemesting van algen en van gewassen in tuinbouwkassen in de nabijheid van de Rotterdamse industrie. Ook de mineralisatie van CO2, het binden van kooldioxide aan mineralen, is al goed mogelijk. Uitdaging op dat vlak is om daar ook echt geld mee te verdienen. Dat kan als de gemineraliseerde stoffen ook daadwerkelijke bruikbare producten of chemische bouwstenen opleveren.

Summit

Bloc, organisator van het congres, wil de mogelijkheden van CCU nog veel meer op de kaart zetten. Zo organiseert het ook een side-event op 11 december tijdens de European Industry & Energy Summit 2019 in Amsterdam. Lees ook het recente artikel over CCU in Petrochem.

 

Het Canadese bedrijf Carbon Engineering werkt aan een betaalbare en opschaalbare manier om CO2 uit de atmosfeer te vangen. Afgelopen week publiceerde het een studie in het wetenschappelijke tijdschrift Joule. Het bedrijf claimt dat zijn techniek inmiddels zes keer goedkoper is dan alternatieven.

Waar het bij concurrenten zoals het Zwitserse Climeworks nog 600 dollar per ton kost, ligt de verwachte prijs bij het bedrijf in Canada  flink lager: tussen de 94 en 232 dollar per ton geoogste CO2. De nieuwe studie moet daarom een discussie over de kosten uitlokken. ‘We proberen directe luchtopvang op een serieuze manier te commercialiseren. En om dat te doen, moet iedereen in de toeleveringsketen aanwezig zijn’, stelt oprichter van Cabon Engineering David Keith, tevens klimaatfysicus van Harvard, in Nature.

Synthetische brandstof

De extractie-installaties van het bedrijf in Squamish, nabij Vancouver, gebruiken waterkracht om de CO2 uit de lucht te halen. De volgende stap is het economisch aantrekkelijk maken van het proces. Dit hangt sterk af van factoren die per locatie verschillen, zoals de hoeveelheid energie die nodig is voor de extractie en beschikbare subsidies. Juist daarom werkt het bedrijf aan een techniek om de opgevangen CO2 om te zetten in synthetische brandstof. De CO2 wordt gecombineerd met waterstof, dat wordt gemaakt door de elektrolyse van water.

CO2-belasting

De brandstof die hieruit voortkomt, kan op zichzelf worden gemengd of gebruikt als benzine, diesel of vliegtuigbrandstof. Wanneer die wordt verbrand, stoot het dezelfde hoeveelheid CO2 uit die het heeft gebruikt om het te maken, dus het is effectief CO2-neutraal. Wel kost het nog altijd meer dan een vat olie, waarmee het vooralsnog alleen aantrekkelijk is op plekken waar een CO2-belasting geldt, waaronder Canada.

 

 

Glastuinders in de kop van Noord-Holland gaan hun gewassen voortaan laten groeien met BIO-CO2 dat wordt gewonnen uit de rookgassen van de bio-energiecentrale van HVC in Alkmaar. HVC bouwt daarvoor een CO2-afvanginstallatie als demonstratieproject. Dit is een tussenstap naar een full scale-installatie.

Chris Kuijten, directeur HVC: ‘Afvangen van bio-CO2 uit rookgassen en afzetten als plantenvoeding aan tuinders leek een utopie, maar is na vier jaar voorbereiding werkelijkheid. HVC installeert momenteel in Alkmaar een afvang-installatie als demonstratieproef bij de bio-energiecentrale; de warmtebron die ook ruim 4.800 huishoudens in de regio Alkmaar van groene warmte voorziet. De installatie gaat dit jaar in bedrijf en we gaan het benutten van BIO-CO2 samen testen met de glastuinders uit de kop van Noord-Holland.”

De BIO-CO2 uit de rookgassen worden nuttig hergebruikt door de glastuinders die zo geen gebruik hoeven te maken van fossiel aardgas. Eén ton van BIO-CO2 van HVC betekent een besparing van een halve ton CO2 uit aardgas. Kuijten: ‘HVC is het eerste bedrijf dat CO2-afvang uit een bio-energiecentrale realiseert in Nederland en deze omzet in vloeibare CO2 voor tuinders in de regio.’

HVC wint direct de BIO-CO2 terug uit de rookgassen waardoor HVC zelf de directe CO2-emissie vermindert. Gekoppeld aan de bio-energiecentrale voorkomt de afvanginstallatie jaarlijks dat zo’n vier kiloton aan CO2 nutteloos in de atmosfeer verdwijnt. Glastuinders maken nu gebruik van CO2 uit fossiele aardgasinstallaties om hun tomaten en andere gewassen sneller te laten groeien. Vooral op zomerse dagen is hieraan behoefte. Eén ton BIO-CO2 bespaart een halve ton fossiele CO2 uit aardgas.  De CO2 moet eerst vloeibaar gemaakt zijn om het te kunnen vervoeren. Dit gaat dan in tankwagens die de ‘plantenvoeding’ in forse opslagtanks bij de kassen overpompen.

Demo

De bouw van de CO2 demo-proefinstallatie is een tussenstap voor het realiseren van een grotere afvanginstallatie als regionale bron voor BIO-CO2 en het behalen van de Noord-Hollandse Green Deal CO2 voor glastuinbouwbedrijven. De externe toevoer van CO2 is een belangrijke randvoorwaarde voor de energieverduurzaming in de glastuinbouwsector. Planten hebben in de zomer extra CO2 nodig voor optimale groei. Veel tuinbouwbedrijven doseren daarom nu al extra CO2 in de kassen.

Warmte

De bio-energiecentrale van HVC levert naast BIO-CO2 aan de glastuinders ook warmte aan ruim 4.800 klanten in Alkmaar, Heerhugowaard en Langedijk. Uiteindelijk is het de bedoeling om ruim 15.000 woningen en bedrijven van groene duurzame warmte te voorzien. De bio-energiecentrale waar houtafval  wordt verbrand, is feitelijk een grote CV-ketel voor de regio. Bij de verbranding van het houtafval komt stoom vrij en daarmee wordt water opgewarmd dat via warmteleidingen naar woningen en bedrijven in de regio wordt gebracht. Zo kunnen klanten hun huizen en bedrijven groen verwarmen. Het afgekoelde water gaat terug naar HVC. Daar wordt het weer opgewarmd en gaat weer naar klanten toe.

Afvalverwerker AVR start in 2019 met de bouw van een grootschalige installatie die jaarlijks zestig kiloton CO2 kan afvangen. Air Liquide zal de kooldioxide transporteren naar glastuinbouwers. AVR streeft er naar uiteindelijk achthonderd kiloton CO2 af te vangen en te gebruiken (CCU).

De CO2 die vrijkomt bij AVR na verbranding van restafval dient als belangrijke grondstof voor de groei van gewassen als alternatief voor CO2 uit aardgas. Over een jaar moet deze installatie op de locatie van AVR in Duiven operationeel zijn. Het afvalenergiebedrijf draagt met deze stap direct bij aan de CO2 -reductie van Nederland en haar klimaatdoelstellingen.

De bouw van de CO2 -afvanginstallatie in 2019 betekent dat naar verwachting zestig kiloton CO2 afgevangen én gerecycled wordt. Dit is vijftien procent van de totale CO2 -uitstoot in Duiven. De CO2 die straks wordt afgevangen bij AVR, transporteert Air Liquide naar glastuinbouwgebieden in Nederland. Daar is CO2 nodig om groente, zacht fruit, bloemen en planten te laten groeien. Met name in de zomer hebben tuinders veel CO2 nodig om hun gewassen te laten groeien. Wanneer AVR ook een afnemer in de winter vindt, kan de CO2 worden afgevangen met een maximale capaciteit van honderd kiloton.

Testcase

Michiel Timmerije, Director Energy & Residues bij AVR: ‘Deze eerste installatie is voor AVR na lang werken en ontwikkelen een testcase die afvanginstallaties in de toekomst nog efficiënter moeten maken en helpt restafval honderd procent te benutten. Zo doen we onderzoek naar de mogelijkheden van de bouw van een soortgelijke CO2 -afvanginstallatie op onze locatie in Rozenburg (Haven Rotterdam). We streven naar het afvangen én toepassen van jaarlijks acht kiloton CO2 . Daarvoor kijken we niet alleen naar de glastuinbouw, maar ook naar duurzame toepassingen van CO2 , bijvoorbeeld in bouwmaterialen zoals beton, basischemie voor plastics en biobrandstoffen. Daar kunnen we alle hulp vanuit zowel de overheid, politiek maar ook het bedrijfsleven en start ups goed bij gebruiken.’

BioMCN in Delfzijl investeert in een nieuwe methode voor de productie van bio-methanol. Daarbij wordt CO2, die bijvoorbeeld vrijkomt bij biogasproductie, geïnjecteerd in de reactor van het bedrijf. Door CO2 te binden aan haar restgas waterstof kan BioMCN extra groene methanol produceren. Het bedrijf ziet deze investering als belangrijke stap op weg naar de verdere vergroening van het productieproces.

BioMCN is een van de finalisten van de Enlightenmentz of the Year verkiezing in de categorie Project. De winnaars worden tijdens het congres Het Nieuwe Produceren op 19 april bekend gemaakt. Een Project Enlightenment is een industriële investering met duidelijke verduurzamende doelstellingen. Door te investeren in een nieuwe installatie wordt bijvoorbeeld structureel veel water of energie bespaard of komt een grote CO2-reductie tot stand. Het project kan ook de footprint verlagen door gebruik van duurzamere grondstoffen.

Wie zit erachter?

BioMCN, sinds 2015 een volle dochter van OCI NV, produceert in Delfzijl methanol uit aardgas. Daarnaast wordt op basis van groengas-certificaten bio methanol geproduceerd. Door inzet van dit groen gas voldoet dit deel aan de eisen van biobrandstof voor bijmenging in brandstoffen. Dit is een groeiende markt, te meer omdat in 2020 de verplichte bijmenging naar tien procent wordt opgeschroefd.

Wat doet het nieuwe proces?

Waterstof was bij BioMCN tot voor kort een restproduct. Door waterstof echter aan CO2 te binden, kan het bedrijf extra groene methanol te maken. Door een molecuul kooldioxide (CO2) aan drie moleculen waterstofgas (H2) te binden, ontstaat een molecuul methanol (CH4O) en een molecuul water (H2O). Dat betekent dat twee derde van de reststroom waterstof in biomethanol wordt omgezet. Bovendien wordt CO2 die anders wordt uitgestoten, hergebruikt in het productieproces. Inmiddels produceert BioMCN op deze manier al biomethanol.

Hoe groen is deze omzetting?

De CO2 die wordt ingezet, is van biogene oorsprong. In plaats van de CO2 uit te stoten wordt deze door BioMCN hergebruikt. Door inzet van CO2 wordt extra biomethanol geproduceerd. Een eis om methanol groen te mogen noemen, is dat er meer dan vijftig procent CO2 is bespaard ten opzichte van fossiele productie. Daarnaast verbetert door de inzet van de CO2 ook de carbon footprint van de grijze methanol.

Wat is de volgende stap?

Het project van BioMCN kan een vliegwiel zijn naar verdere verduurzaming en vergroening van de productie van methanol. Als de ervaringen met CO2-injectie positief blijven, kan een volgende stap zijn om te kijken naar afvang van eigen – deels groene, deels grijze – CO2 voor het productieproces.

Daarnaast oriënteert BioMCN zich op de mogelijkheid tot inzet van hernieuwbare waterstof als grondstof. Denk bijvoorbeeld aan hernieuwbare waterstof geproduceerd door elektrolyse van water met hernieuwbare stroom. Met de inzet van hernieuwbare waterstof zou het energie-intensieve proces van steam reforming kunnen worden vermeden. Wat oorspronkelijk begon als een efficiëntieverbetering in het proces kan daarmee in de toekomst een hoofdproces worden. Het huidige project kan in Noord-Nederland dus een belangrijke rol spelen in de transitie naar grootschalige inzet van waterstof en een verstevigde inzet van elektrochemie.

Ook onderzoekt BioMCN de optie om via vergisting rechtstreeks biogas in te nemen als procesgas en eventueel stookgas. Bij inzet als procesgas wordt zowel de aanwezige methaan als de CO2 omgezet naar biomethanol

Waarom moet BioMCN de Project Enlightenmentz winnen?

Al jaren staat BioMCN te boek als een innovatief bedrijf, dat niet altijd de wind mee had. Maar ondanks lastige marktomstandigheden en wisselingen van eigenaren, heeft het zich staande gehouden en is niet opgehouden met innoveren. Met deze nieuwe ontwikkeling, waarbij CO2 als grondstof wordt ingezet en de reststroom waterstof niet langer wordt verbrand maar een hoogwaardigere toepassing krijgt, laat het bedrijf weer zien dat het vooroploopt. Bovendien bereidt het bedrijf de weg voor duurzamere chemische routes als elektrochemie met grondstoffen uit de nabije omgeving.

Het Nieuwe Produceren 2018

Kennisplatform ‘Het Nieuwe Produceren gaat op 19 april tijdens haar congres in Scherpenzeel onder andere op zoek naar voorbeelden van upcycling. Onder het motto ‘Niet compenseren, maar accelereren’ komen die dag verschillende sprekers aan het woord die vanuit hun eigen expertise ingaan op het thema.

De dag wordt geopend met een lezing door televisiemaker Rob van Hattum (VPRO Tegenlicht). Met zijn documentaires ‘Afval=Voedsel’ vestigde hij tien jaar geleden de aandacht op het idee van cradle-to-cradle, een gedachtegoed dat inmiddels wijdverspreid is. Maar hoe kijkt hij inmiddels aan tegen deze beweging?

In de middag volgt onder andere een lezing van prof. Henk Akkermans (World Class Maintenance). Volgens hem kan de enorme hoeveelheid beschikbare data ons helpen om verouderde industriële installaties te verbeteren, zodat ze ook in de toekomst zullen voldoen aan de steeds hogere eisen op het gebied van veiligheid, energie-efficiëntie en het verkleinen van de CO2-afdruk.

Verder zal Petrus Postma (Bloc) een presentatie verzorgen over CO2 als grondstof, volgens hem misschien wel de ultieme vorm van upcycling. De afsluitende lezing wordt verzorgd door Rob Stevens (Wepa). Wepa Nederland produceert al meer dan tachtig jaar hygiënepapier en innovatieve oplossingen voor toiletruimten. Het bedrijf is toonaangevend op het gebied van duurzaam en maatschappelijk verantwoord ondernemen.

Meer informatie over het congres vindt u op:  www.hetnieuweproduceren.nu/jaarcongres

Brightlands Chemelot Campus heeft het project EnOp overgenomen. Deze internationale samenwerking onderzoekt de omzetting van koolstofdioxide in brandstoffen en bouwstenen voor de chemie. CO2 als grondstof.

Het project EnOp, oorspronkelijk een initiatief van kennismakelaar NanoHouse, richt zich op de chemische opslag van energie. Het spitst zich toe op zeven technologieën om CO2 om te zetten naar brandstoffen en in te zetten als koolstofbron voor slimme materialen.

Proeffabrieken

EnOp onderscheidt daarbij directe en indirecte omzetting. Directe technologieën zetten CO2 via zonlicht om in brandstoffen en chemische bouwstenen. Denk daarbij aan de productie en valorisatie van algen en het gebruik van nanodeeltjes en halfgeleiders. Indirecte technologieën zetten CO2 om met duurzame stroom. Dat kan plasmatechnologie en elektrochemische processen.
De technologieën verkeren echter nog in de kinderschoenen. Dit maakt het moeilijk voor bedrijven om in te stappen en investeringsbeslissingen te nemen. De ambitie van EnOp is om CO2-omzettingstechnologieën door te ontwikkelen tot pilot-processen.  Daarna kunnen ze in samenwerking met bedrijven worden opgeschaald.

Op de Brightlands Chemelot Campus zijn door veel faciliteiten beschikbaar, waaronder proeffabrieken. Op de campus is verder veel ervaring aanwezig met het opzetten van onderzoek via instituten als Chemelot InSciTe, Brightlands Materials Center en Aachen-Maastricht Institute for Biobased Materials.

4 miljoen

Aan het EnOp-project nemen tien partners deel: drie uit Nederland (TNO, TU Eindhoven, Dutch Institute for Fundamental Energy Research Differ), zes uit Vlaanderen (KU Leuven, Universiteit Gent, Universiteit Antwerpen, Universiteit Hasselt, Vito, Thomas More-hogeschool) en één uit Duitsland (Universiteit RWTH Aachen-DWI).
EnOp beschikt over een budget van 4 miljoen euro. De helft komt van de EU, de rest wordt opgebracht door de deelnemende partijen.