DOW Archieven - Utilities

De staalindustrie kan zijn koolmonoxide-emissies drastisch verlagen door delen van zijn koolstofemissies te leveren aan de chemische industrie. Dit concludeert ISPT naar aanleiding van het Coresym-onderzoek naar industriële symbiose.

De staalindustrie heeft tot nog toe geen alternatieven voor het gebruik van cokes voor het smelten van staal. De chemische industrie is op zijn beurt voornamelijk afhankelijk van fossiele olie en aardgas. Een samenwerkingsverband tussen de Universiteit van Groningen, ISPT, Nuon, Tata Steel, Dow, Arcelor Mittal en het TKI Energie & Industrie onderzocht of het mogelijk was koolmonoxide van de staalindustrie in te zetten in de chemische industrie. Het project heet officieel: CarbOn-monoxide RE-use through SYMbiosis between steel and chemical industries (CORESYM) en heeft als doel de koolstofemissies van zowel de staal- als de chemische industrie terug te dringen. En met succes. In theorie zou deze vorm van industriële symbiose jaarlijks 57 miljoen ton CO2-emissies kunnen vermijden. Dat is 1,3 procent van de totale Europese CO2-emissies.

Koolmonoxide

Tijdens de productie van staal komt veel restgas vrij. Dit gas bestaat voor achttien tot dertig procent uit koolmonoxide, voor vijftien tot 25 procent uit kooldioxide en verder zit er nog stikstof en waterstof in. De staalbedrijven verbranden tot nog toe de koolmonoxide in energiecentrales, waar de koolmonoxide wordt omgezet in kooldioxide. Dit is zonde omdat koolmonoxide een waardevolle koolstofbron is voor de chemische industrie. Bovendien wordt bij de verbranding van koolmonoxide twee keer zoveel kooldioxide geproduceerd als bij de verbranding van steenkool.

Methanol

Het CORESYM-onderzoek richtte zich dan ook op de vraag of het mogelijk was de restgassen van de staalindustrie in te zetten in chemische basisproducten. In eerste instantie zou het waterstofgas kunnen worden gebruikt in de chemische industrie. In een later stadium zou ook koolmonoxide kunnen worden ingezet als grondstof voor de productie van methanol of ethanol. Deze stoffen kunnen nafta vervangen als grondstof voor diverse chemische producten zoals ethyleen, polypropyleen en synthetische brandstoffen.

Het gebruik van restgassen als grondstof voor de chemie kan de CO2-emissie van de staalindustrie met twintig tot 35 procent terugdringen. Op den duur zou de staalindustrie de synthetische brandstoffen die van hun eigen restgassen worden gemaakt weer inzetten in hun proces. Op die manier sluit men de koolstofkringloop.

Hoewel deze vorm van industriële symbiose in theorie meer CO2 kan besparen dan welke andere CO2-besparende oplossing dan ook, zijn er wel behoorlijke investeringen voor nodig. De deelnemers aan de studie willen dan ook graag verder met het ontwikkelen van de techniek en infrastructuur, maar vraagt wel om steun van de overheid.

Wilt u meer weten over Industriële symbiose en CORESYM? Tijdens het congres Industrie & Energie op 12 december geeft Andreas ten Cate een masterclass over dit onderwerp.

 

 

Het is geen geheim dat de chemische industrie de grootste industriële watergebruiker is. Er is de Europese Unie dan ook veel aan gelegen om dat watergebruik terug te dringen. Speciaal daarvoor riep ze het E4Water-project in het leven. Dow Benelux, Inovyn en Procter & Gamble haalden zeer goede resultaten die zeker vervolg krijgen.

Om ecologische redenen, maar zeker ook op economische grondslag is het verstandig om het watergebruik terug te dringen en het afvalwater te beperken. Als bonus neemt daardoor namelijk ook het energieverbruik af. Nu heeft een aantal grote chemische bedrijven al veel maatregelen genomen, maar de Europese Unie startte vier jaar geleden een zestal pilotprojecten onder de naam E4Water om nog een stapje verder te gaan. Niet alleen werd gekeken naar technische innovaties die het waterverbruik beperkten of nieuwe waterstromen toegankelijk maakten, maar men keek ook naar economische haalbaarheid en belemmeringen in wet- en regelgeving. Daarnaast spoorde men de deelnemers aan om mogelijkheden te onderzoeken om samen te werken met andere bedrijven of andere sectoren zoals de agrarische. Uiteraard wilden de initiatiefnemers van het project dat de succesvolle innovaties ook bij andere chemische bedrijven toepasbaar waren. Die laatste wens is redelijk uitdagend omdat industrieel watergebruik doorgaans wordt bepaald door lokale omstandigheden. Uiteindelijk koos men een zestal onderzoeksprojecten in België, Frankrijk, Denemarken, Spanje én Nederland. Een aantal heeft wel degelijk interessante resultaten gehaald die wellicht ook buiten de eigen bedrijfsgrenzen kunnen worden toegepast.

Omgekeerde elektrodialyse

Een van de deelnemers van het project was Dow Benelux dat de waterinname, verbruik en lozing op de site in Terneuzen al grotendeels optimaliseerde. Desondanks blijft Dow zoeken naar verdere verbetering en milde ontzilting zou daar een stevige bijdrage aan kunnen leveren. Waterspecialist Niels Groot was namens Dow betrokken bij het E4Water project. ‘Uitgangspunt voor ons waren de waterstromen die normaal gesproken zouden worden gespuid’, zegt Groot. ‘Behandeld proceswater (Bioxwater), regen en oppervlaktewater (spuikomwater), en water dat wordt gespuid bij het koelen van onze processen (koeltorenspui), verdwijnen normaal gesproken in de Schelde. Deze stromen bevatten teveel anorganische zouten om ze in het proces te kunnen hergebruiken en ook sproeiwater voor de landbouw moet zoeter zijn dan het water van deze stromen is. We wilden dan ook kijken of het mogelijk was het zoutgehalte zover terug te dringen dat het in ieder geval bruikbaar is in het koelproces of als gietwater voor de landbouw.’

Na een desk en lab studie kwamen twee scheidingstechnieken als meest veelbelovend uit de bus: nanofiltratie en omgekeerde elektrodialyse, in het engels Electrodialysis Reversal (EDR). Projectpartner Evides Industriewater bouwde en bedreef de pilotinstallatie, die het water eerst in een flocculator met ijzerdosering leidde, waarna de het slib werd verwijderd via een lamellenseparator, daarna volgde nog een ultrafiltratiestap voordat het water in de nanofiltratie dan wel de EDR-unit terecht kwam.

De resultaten die werden behaald waren wisselend, afhankelijk van de bron, maar ook van de gekozen techniek. Zo was de behandeling van het spuikomwater voor zowel de nanofiltratie als de EDR geen enkel probleem. Al presteerde EDR hier wel iets beter met een tien procent hogere wateropbrengst. Het Biox-water veroorzaakte toch de nodige fouling op de nanofiltratie-membranen, wat tot een te beperkt terugwinningspercentage leidde, terwijl EDR op dit water vrij probleemloos functioneerde.

Het water dat van de koeltorens komt is het meest lastige. De geleidbaarheid en het chloride- en sulfaatgehalte is veel hoger dan in de andere stromen en ook de organische vervuiling is significant hoger. Met name nanofiltratie had moeite met deze waterstroom. Groot: ‘Beide technieken konden het zout prima verwijderen, maar nanofiltratie had vooral last van afzetting van biologische vervuiling (TOC) op de membranen. Hierdoor moesten de membranen redelijk vaak worden schoongemaakt en kon uiteindelijk maar veertig procent van het water worden teruggewonnen. In de EDR-unit worden alleen geladen deeltjes afgescheiden en door de regelmatige ompoling worden de ion-selectieve membranen in feite steeds schoongespoeld. Omdat TOC vooral bestaat uit ongeladen moleculen, die niet door de membranen heen gaan, wordt TOC niet verwijderd via deze techniek. Dit heeft uiteindelijk wel gevolgen voor hergebruik van het water. De geleidbaarheid van het water was goed, maar het TOC-gehalte was nog 25 milligram per liter. Als we dit water als koeltoren voedingswater zouden gebruiken zouden we alsnog problemen kunnen krijgen. Om dit water te gebruiken is daarom nog een aanvullende verwijderingsstap nodig.’

Het lijkt er dus op dat EDR als de meest robuuste technologie uit de bus is gekomen. Het enige nadeel van EDR is, is dat de technologie duurder is dan nanofiltratie. ‘Nanofiltratie blijft om die reden interessant, maar dan zullen we het probleem van organische vervuiling eerst moeten oplossen’, zegt Groot. ‘Dat zou vooral in de voorbehandeling moeten gebeuren. We zijn er dan ook over aan het denken om een project op te starten waarbij we gebruik maken van zogenaamde wetlandsystemen. We hebben de ruimte om water gecontroleerd in een wetlandsysteem te spuien en biologisch te stabiliseren. Via een goed ontwerp kun je de zuiveringsprocessen sturen en goede resultaten bereiken.’

Hergebruik van Bioxwater en spuikomwater zou dan ook een volgende stap kunnen zijn in het verder verduurzamen van het watergebruik van Dow Benelux. De geschatte prijs van het water van tussen de 45 en 65 cent per kuub is nog redelijk. De behandeling van koelwaterspui zou pas interessant zijn als de waterstress hoger wordt of de voorbehandeling verbetert. Groot: ‘We zijn in ieder geval tevreden over de resultaten en het onderzoek krijgt nog zeker vervolg.’

Water van de buren

Een andere interessante case binnen het E4Water onderzoek was die van de Antwerpse vestiging van Inovyn (voorheen Solvic). Het bedrijf staat op hetzelfde terrein als Ineos en men had het idee opgevat om het afvalwater van Ineos te gebruiken als basis voor de productie van gedemineraliseerd proceswater. Helaas bleek in het water veel roetdeeltjes en kunststofvezels te zitten die de ultrafiltratie verstopten. De tweede optie: het produceren van proceswater uit brak oppervlaktewater was succesvoller. Hier werd een combinatie van ultrafiltratie en een twee-staps (zee- en brakwater) RO (reverse osmose) ingezet. Groot: ‘Dit project was zeer succesvol en produceert zo’n twaalf kuub per uur. Inovyn is nog met de evaluatie bezig of dit ook full scale kan worden uitgevoerd.’

Ook interessant was het idee om zout afvalwater van een ander buurbedrijf te gebruiken voor de productie van chloor via membraanelektrolyse. Uit de proef bleek dat water met een zoutgehalte van tien tot veertien procent inderdaad kon worden gebruikt als grondstof voor chloor. Lagere concentraties waren ook mogelijk. Desondanks waren zowel de investeringskosten als de operationele kosten dermate hoog dat de terugverdientijd varieerde tussen de 5,8 en 7,8 jaar. Maar als die kosten dalen, is de technologie veelbelovend.

Waterketen

Inovyn heeft ook een vestiging in Spanje en zoals te verwachten valt, is de waterstress daar groter. De pvc-fabriek keek dan ook met name naar mogelijkheden om de waterkringloop binnen het eigen proces te sluiten. Grootste uitdaging in de waterstromen was de aanwezigheid van polyvinyl alcohol, dat reageert met het kunststof van membranen. Uiteindelijk kwam men op een combinatie van een membraan bioreactor met Integrated Permeate Channel (IPC) membranen die de polyvinyl alcohol verwijderde gevolgd door een ontzilting stap. Men keek naar zes verschillende ontzilting technologieën en combinaties daarvan. De meest succesvolle combinatie was die van membraandestillatie, twee reverse osmose stappen gevolgd door capacitive deionisation. Uiteindelijk koos men in de testen voor reverse osmose met polyamide membranen omdat deze technologie een goede verhouding had tussen kosten en prestaties. ‘Met name dankzij de hoge waterprijzen in Spanje, was dit proces zeer succesvol en waardevol voor Inovyn’, zegt Groot. ‘Maar het bedrijf heeft andere argumenten om de waterkringloop te sluiten. Het loopt namelijk significant risico op productieverlies in tijden van droogte. Rekening houdend met de kosten die hiermee gepaard gaan, is de terugverdientijd één jaar.’

Zeep

De casus van Procter & Gamble leverde interessante resultaten op voor de consumptie- en genotsmiddelenindustrie. Om hygiënische redenen moet de apparatuur en leidingen van deze industrie regelmatig worden gereinigd. Doordat men steeds efficiëntere cleaning in place (CIP) methoden gebruikt is de concentratie van detergenten (zeep) redelijk hoog. Deze afvalstroom is moeilijk te behandelen. Veel van het water wordt dan ook chemisch, biologisch of via geavanceerde oxidatieprocessen behandeld voordat het naar het riool gaat. In sommige gevallen worden de afvalstoffen zelfs verbrand.

Het onderzoek richtte zich op het terugwinnen van de zeep en grondstoffen in het water. Het lukte de onderzoekers om via een buizenmembraan het water en het concentraat te scheiden. Het water wordt verder behandeld in een MBR, maar het concentraat is interessanter. Het bestaat namelijk uit oppervlakte-actieve stoffen, die kunnen worden hergebruikt als industrieel reinigingsmiddel. Een van de uitdagingen hierbij was dat er nog bacteriën in het concentraat zaten. Men zocht ook een pasteurisatietechniek die niet teveel energie kostte en vond dit in de vorm van Ohmic heating, waarbij stroom door een geleider wordt gestuurd, waardoor deze verhit. Groot: ‘Uiteindelijk heeft Procter & Gamble besloten om deze technologie in meerdere fabrieken in te zetten. Men bouwde een mobiele installatie en deze behandelde sinds de ingebruikname in 2015 in een fabriek in China 3000 ton hoog geconcentreerd waswater. Het bedrijf past de technologie inmiddels ondermeer toe in Tsjechie en Brazilie.’

 

 

Een van de positieve cases in het Power-to-products onderzoek dat ISPT uitvoerde, is die van stoomrecompressie bij chemiebedrijf DOW Terneuzen. Industrial Energy Experts (IEE) werkte een zestal mogelijke toepassingen uit en kwam tot de conclusie dat mechanische stoomrecompressie zowel economisch als energetisch een zeer interessante optie was. DOW deelde die conclusie en inmiddels heeft het bedrijf een Duurzame Energie Innovatie (DEI)-subsidie gekregen voor de bouw van een pilotinstallatie.

ISPT, CE Delft en Berenschot onderzochten in opdracht van de Topsector Energie de mogelijkheden voor power to products. De vraagstelling in het project was hoe, tegen welke kosten en opbrengsten en onder welke voorwaarden de procesindustrie haar elektriciteitsvraag kan flexibiliseren. Hierdoor kan de procesindustrie gebruik maken van goedkope duurzame elektriciteit én een bijdrage leveren aan netstabiliteit in het licht van het Energieakkoord.

Egbert Klop, algemeen directeur van IEE, legt uit hoe industriële grootverbruikers kunnen profiteren van prijsschommelingen op de elektriciteitsmarkt. ‘Eerlijk gezegd is stoomrecompressie eerder een efficiencymaatregel dan een nieuwe manier van peakshaving. Degelijke installaties zijn dermate kapitaalintensief dat ze het best renderen als ze volcontinu of daar in de buurt kunnen produceren. En het idee van load balancing was juist om pas te produceren als de elektriciteitsprijzen laag zijn en de productie te stoppen zodra er een tekort aan elektriciteit dreigt te ontstaan. Daarmee zou de businesscase van een dergelijke investering aardig onderuit worden gehaald. Ook de capaciteit speelt een rol. Onder de tien ton stoom per uur, hoef je er eigenlijk niet aan te beginnen. In het geval van DOW gaan we dan ook een installatie realiseren die tien ton stoom met een druk van drie bar ophoogt naar een druk van twaalf bar.’

Klop: ‘Stoomrecompressie is een variatie op mechanische damprecompressie. Nadat stoom is gebruikt, heeft het condensaat nog vaak een, zij het lagere, energetische waarde. Hierdoor ‘flasht’ – verdampt – een gedeelte van het condensaat en wordt omgezet in stoom. Een andere aantrekkelijke variant is dat lagedruk reststoom, die niet meer kan worden gebruikt in het productieproces, als voeding voor stoomrecompressie wordt gebruikt. Vervolgens wordt de stoom weer gecomprimeerd, waardoor de druk en daarmee de temperatuur oploopt. De benodigde elektrische energie die daarvoor nodig is, is veel lager dan de thermische energie die zo’n systeem oplevert. De coëfficiënt of performance (COP) ofwel de verhouding geproduceerde warmte versus de ingevoerde hoeveelheid elektriciteit kan dan ook oplopen tot een waarde van negen tot soms wel elf. Ofwel één megajoule elektrisch levert elf megajoule thermisch op.’

Randvoorwaarden

Met zulke gunstige cijfers, lijkt het bijna een no-brainer om stoomrecompressie in te zetten. Klop waarschuwt echter voor onjuiste positieve verwachtingen. ‘Je moet wel aan een aantal randvoorwaarden voldoen voordat je dit soort technologieën kunt toepassen. De eerste voorwaarde is al eerder genoemd: capaciteit Je moet aardig wat stoom verbruiken en reststoom hebben om de redelijk hoge investering te kunnen terugverdienen. Daarnaast moeten de boekhouders de reststoom geen waarde toekennen. Als de restwarmte wordt gewaardeerd tegen de gasprijs, dan blijft er weinig investeringsruimte over. In de meeste gevallen wordt er niets met de restwarmte gedaan en is zo’n boekhoudkundige waardering dan ook slechts een papieren exercitie. En uiteraard heeft ook de gasprijs invloed op de business case.’

Binnen deze voorwaarden wisten we bij DOW tot een viertal positieve cases te komen. Wat opviel was dat de nieuwbouwsituaties tot de beste resultaten leidden. Een dergelijk systeem in een bestaande installatie inbouwen is vaak een stuk complexer en dat drukt de businesscase.’

De realisatie van de pilot-installatie die DOW eind dit jaar start, is wel in een bestaande productie plant. ‘In eerste instantie is het de bedoeling ervaring op te doen met stoomrecompressie’, zegt Klop. ‘Dankzij de DEI-subsidie is het mogelijk de onrendabele top af te vlakken. DOW wil de ervaringen gebruiken voor  toekomstige investeringsafwegingen en opschaling van stoomrecompressie.’

Zes cases onderzocht

Het onderzoek van IEE richtte zich in eerste instantie op een zestal cases. Vier van die cases waren greenfield-projecten en twee brownfield. De brownfield cases hadden een  input tussen  circa tien en twintig ton stoom per uur met een einddruk van 12 respectievelijk 36  bar. Klop: ‘Hoewel een van de twee brownfield-projecten technisch nog wel haalbaar bleek, waren ze allebei economisch niet interessant. Je gaat toch van procescondities uit die niet zijn geoptimaliseerd op stoomrecompressie. Het inbouwen van een dergelijke installatie in een bestaand systeem is redelijk complex en resulteert in te hoge investeringen. Juist bij  greenfield-project kan je vanaf de ontwerpfase  rekening houden met het opwaarderen van reststoom.’

De greenfield-projecten kwamen heel wat positiever uit de test. Met name de schaalgrootte, ofwel het stoomvolume, was doorslaggevend voor het succes. Daarbij gold: hoe hoger de druk en temperatuur van de reststoom en hoe lager de drukverhouding, hoe gunstiger de casus uitpakte. Dat het volume een rol speelde bleek uit twee cases die van dezelfde procescondities en dezelfde opwaardering in druk en temperatuur uitgingen. Het enige verschil was dat in de casus A werd uitgegaan van een capaciteit van vijftig ton stoom per uur terwijl in casus B dit was beperkt tot tien ton stoom per uur. De verdiencapaciteit  van casus A is daarmee een factor drie beter dan van B; de eenvoudige terugverdientijd ligt op ongeveer 2 jaar.  Klop: ‘De schaalgrootte is een belangrijke factor. Beneden de tien ton stoom zou je in de meeste gevallen stoomrecompressie niet moeten inzetten. Aan de andere kant van het spectrum zijn er weinig belemmeringen: een capaciteit van meer dan honderd ton stoom per uur is technisch mogelijk en economisch aantrekkelijk.

Een derde casus die doorgerekend is met een capaciteit van 50 ton stoom per uur, een einddruk van 35 bar en een drukverhouding van circa 3, leverde een nog beter economisch rendement.

Proven technology

Wat ook opviel in het onderzoek was de conclusie dat stoomrecompressie nauwelijks een rol zou kunnen spelen in peakshaving. Klop: ‘In onze berekeningen hadden de elektriciteitsprijzen geen dominante  invloed op de business case. Dat komt vooral doordat de elektriciteitsconsumptie relatief laag is. Het opschakelen op het moment dat er veel stroomaanbod is, heeft dan ook niet heel veel zin. Technisch kan het ook niet: het in bedrijf nemen van een grote compressor vergt tijd en voorbereiding. Het zou wel mogelijk zijn om de productie bij heel hoge prijzen stop te zetten.’

Klop wil stoomrecompressie zeker niet wegzetten als laaghangend fruit, ‘daarvoor zijn de investeringen te hoog en is de machinerie en de inpassing in het proces te complex’, maar er zijn wel degelijk grote stoomverbruikers in Nederland die kunnen optimaliseren met deze techniek. ‘We hebben het hier over ‘proven technology’ die al jarenlang wordt toegepast. De risico’s zijn dus niet zo groot en hebben vooral te maken met de ontwikkelingen op de energiemarkt. Hoe groter het verschil tussen de gas- en elektriciteitsprijs, hoe gunstiger de business case uitpakt.’

Als de kostprijs van water het uitgangspunt is, dan is een businesscase moeilijk sluitend te krijgen. ‘Maar het wordt heel anders als je de energiebesparing gaat meerekenen’, zegt Lambèr Paping. ‘De meeste innovatie is dan ook te vinden op het snijvlak van water en energie. Maar dat begint wel bij het hebben van een idee.’

 

Lambèr Paping heeft een lange loopbaan achter de rug in de watersector en kreeg de ruimte om zijn ideeën uit te voeren. De eerste 33 jaar was dat bij chemiebedrijf Dow dat de verstandige keuze maakte om de eigenwijze waterexpert de vrijheid te geven te experimenteren met nieuwe manieren om water te hergebruiken, de waterkringloop te sluiten of mosselen in het koelwater te ‘managen’. Daarna deed hij in een andere industriewater-vorm hetzelfde op de TU Delft. ‘Wil je innoveren, dan moet je je niet laten remmen door emoties, angsten of hebzucht’, zegt Paping. ‘Als je alle risico’s wilt managen, krijg je niks voor elkaar.’

‘Innovatie begint bij een idee’, doceert Paping, die zijn diensten inmiddels aanbiedt als zelfstandig consultant. ‘Als een idee goed is, neem je andere partijen mee in je denkwijze en krijgt het meer gestalte. Het is goed om al direct een marsroute in je hoofd te hebben en ik ga dan meestal al snel naar fase twee van de innovatiecyclus. Door eerst een miniopdracht samen uit te voeren, kan je al zien of anderen ook gaan en blijven meedoen en of je idee dus draagkracht heeft. Uiteraard helpen de palmares uit het verleden bij de snellere acceptatie van een nieuw idee, maar ook die bieden niet altijd een garantie voor de toekomst.’

Mosselen

Voordat het al te abstract wordt, geeft Paping een voorbeeld van mosselen in koelwatersystemen. ‘De mosselaangroei in het koelwater was een serieus probleem waarvoor we geen afdoende oplossing hadden. Het helpt in zo’n geval om terug te gaan naar de basis. Blijkbaar vinden mosselen het fijn om zich te nestelen in de inlaten van het koelwatersysteem en de vraag is natuurlijk waarom dat zo is. Nu kan je daar allerlei experts bij betrekken, maar mijn uitgangspunt was: vraag het de mossel zelf. Wat vindt hij fijn aan de omstandigheden en hoe kunnen we die zo veranderen dat hij zich niet meer nestelt? Gelukkig vond ik al snel partners die konden meedenken over het plan van aanpak en die ook de nodige financiën bij elkaar konden krijgen. Want vergeet niet dat innovatie wel degelijk geld kost. Onderzoeksbureau Kema en de Vlaamse Ingenieurskamer haakten dan ook aan en met de Provincie Zeeland als publieke partner werd dit een mooi voorbeeld van hoe publiek private samenwerking tot praktische oplossingen kan leiden.

In fase twee voerden we experimenten uit met de meet-mosselen en keken welke middelen het juiste effect sorteerden. Uiteindelijk bleek dat mosselen niet zo van zeer verdund bleekwater hielden en juist pulserend chloreren, of te wel de lage-doseer-chlorering meestal volledig uitzetten, bracht hier uitkomst.’

Koelwater

Ook het idee van kalkloos koelwater heeft Paping lang beziggehouden en besprak dat bij SKIW (Stichting Kennisuitwisseling Industriële Watersystemen). ‘Mineralen in koelwater verstoren de circulaire processen. Uiteindelijk zal je moeten flushen omdat de concentratie van de anorganische stoffen te groot wordt. Met dat flushen wordt veel energie weggegooid. Ik had al lang het idee om die hardheid er van tevoren uit te halen zodat de kringloop niet wordt verstoord. Nu is dat in kleinere systemen, met name comfortkoeling, nog wel te realiseren. Maar in de procesindustrie, met hoge druk, grote volumes en hoge temperaturen vergt dat een langer traject van idee naar toepassing. Zeker omdat een procesverstoring grote gevolgen kan hebben.

Bij de genoemde omstandigheden kan je geen trial and error toepassen in het veld en dus zal je samen eerst een papieren exercitie moeten houden om de theoretische modellen te staven. Daarna zal je uitentreuren moeten testen hoe een warmtewisselaar reageert op dit zuurdere water. Vergelijk het met de Parijs Dakar-rally: daar test men ook eerst alle onderdelen onder extreme omstandigheden voordat men een vrachtwagen de woestijn instuurt. Ook hier is dankzij het TKI Water een mooie publiek private samenwerking ontstaan tussen onderzoeksinstituut KWR, Brabant Water, Evides Waterbedrijf, Pidpa, Tata Steel en SABIC.’

Kringloop

Hoewel de onderzoeken van Paping niet direct werden gedreven door geld, heeft hij toch behoorlijk wat geld bespaard voor zijn vroegere werkgever en de huidige opdrachtgevers. ‘Nu moet je je met water niet rijk rekenen. Een euro per kuub zet in de meeste terugverdienberekeningen geen zoden aan de dijk. Maar het wordt heel anders als je de energiebesparing gaat meerekenen. Ik probeerde dan ook altijd de potjes bij mijn energiecollega’s aan te spreken om mijn projecten te financieren. Dow was al heel vroeg bezig met het sluiten van kringlopen en dat heeft ze geen windeieren gelegd. De energierekening bij dat soort grote petrochemische bedrijven loopt al snel in de miljarden en met een paar promille energiebesparing via de waterroute had ik mijn jaarsalaris al ruim terugverdiend. Laat die Paping maar zijn projecten uitvoeren, dacht men aldaar. Dat gaat wel goed komen.’

Veel van die projecten beperkten zich niet tot de bedrijfsgrenzen. ‘Wanneer je het hebt over waterkringloopsluiting dan is de techniek vaak nog de minste uitdaging. Het succes ervan is afhankelijk van de samenwerking in de regio tussen de stakeholders en we hebben het geluk gehad dat de gemeente Terneuzen en de provincie Zeeland welwillend stonden tegenover samenwerking. De gemeente levert tenslotte het gebruikte water, de provincie beslist over het buitengebied en zorgde voor de nodige vergunningen voor de infrastructuur. Daarnaast ging het Waterschap het water uiteindelijk op proceswaterniveau verkopen en zorgde Evides Industriewater voor de technologie om dat alles mogelijk te maken. Behalve dat het complexe projecten zijn met complexe vergunningstrajecten, zorgt samenwerking ook voor het nodige financiële draagvlak. Doordat alle betrokken partijen vertrouwen hadden in de nieuwe innovatieve mogelijkheden die het idee van kringloopsluiting kon opleveren, was het mogelijk de druk op zoetwateronttrekking in de locale regio aanzienlijk te verkleinen.

Inmiddels zit waterbesparing en energiebesparing in het DNA van het bedrijf en de aanpak van Terneuzen is bijna een op een gekopieerd naar andere sites van Dow. Ik denk dat de blijvende prioriteit die het bedrijf aan zijn watergebruik heeft gegeven doorslaggevend is geweest in de behaalde successen. Dat is dan ook de les die andere bedrijven uit die successen kunnen trekken: zet als bedrijf water blijvend in je top tien prioriteiten.’

Energie

Water is gelijk aan energie, zo eenvoudig zouden bedrijven moeten kijken naar hun kringlopen. Paping: ‘Als je vooruit wilt, zal je alles moeten aanpakken wat thermisch te heet is. Alle warmte die met condensaatsystemen terugkomt, is terug te winnen. Het probleem is alleen dat veel ergens in het proces verdwijnt. Die stromen in kaart brengen, kan al heel wat winst opleveren. Dat is nauwelijks innovatief, maar eerder laag hangend fruit. Bij een prijs van zeventig dollar per barrel kost iedere 25 graden Celsius per kuub dat de put in verdwijnt een euro. Vergelijk je energieverlies met de olieprijs en je weet wat je jaarlijks weggooit. Thuis weet men heel goed dat lang douchen veel geld kost doordat de gasrekening oploopt. De drinkwaterrekening is daar maar een fractie van. De industrie kan ook door die bril blijven kijken. Het sluiten van de kringloop biedt kansen, dus ook over de eigen bedrijfsgrenzen heen.’

Katalysator

Intussen zijn de ideeën nog niet opgedroogd. ‘De chemische industrie maakt in haar processen heel wat gebruik van katalysatoren om processen te versnellen. Waarom zou de watersector daar geen gebruik van kunnen maken om zijn afvalwater efficiënter te behandelen.

Voor tuinbouwers in het Westland zijn handjes en energie de grootste kostenpost. Water wordt ook zoveel mogelijk hergebruikt totdat er ergens een boze bacterie opduikt die de flora bedreigt. Hier is veel aan te doen door ozon te gebruiken, maar er zijn altijd wel een paar boosdoeners die de dans weten te ontspringen. Mijn idee is om er een katalysator tussen te zetten die de reactie versnelt zodat ook die laatste componenten worden vernietigd. Eerlijk gezegd kwam ik op het idee door mijn auto, waar water uit de uitlaat kwam. Ik vroeg me af welke katalysatoren zij gebruikten en of ik die eventueel ook zou kunnen inzetten in zuiveringsprocessen. Topcats als internationaal specialist in uitlaatgasnabehandeling heeft mij uitstekend geholpen en ook hier ben ik ervan overtuigd dat een belangrijk deel van de innovatie moet komen uit samenwerking met private dan wel publieke partijen.

Het polishen van water tot de laatste nanogram is in veel industrietakken een uitdaging. Bij een temperatuur van achthonderd tot duizend graden wordt uiteindelijk bijna alles omgezet in koolzuur en water. Zo doet de natuur het ook. Waarom zouden we de natuur bij lagere temperaturen niet een handje helpen en processen katalytisch versnellen? Het zou ook een oplossing kunnen bieden voor de problemen die nu opspelen in de waterzuivering ten dienste van het verder realiseren van de waterkringloop, zoals medicijnresten, pesticiden en herbiciden die nu nog niet meer verder volledig te verwijderen zijn. Bacteriën kunnen deze niet verwijderen omdat ze uit meer dan acht koolstofatomen zijn opgebouwd en dus zal je naar rigoureuzere methoden toe moeten, zoals katalyse.’

Visie

Paping: ‘Water is gelijk aan energie, waardoor het mogelijk is de voetafdruk te verminderen door juist te gaan versnellen. We continueren dan ook samen de bewezen succesvolle relatie tussen water en energie en dragen zo bij aan een verdere reductie van  de ecologische voetafdruk. Die reductie bereiken we door de inzet van omzettingssnelheid via waterkatalysatoren. De huidige obstakels om grootschalig water en daarmee energie, meerdere malen te hergebruiken in iedere regio wordt nu nog onnodig verstoord door micro-verontreinigingen. Door juist te gaan focussen op de volledige verwijdering van deze nano’s, kunnen we nu letterlijk een andere weg inslaan op basis van een additionele zienswijze. De verhoging van de omzettingssnelheid via katalysatoren biedt mogelijkheden om het rendement eenvoudig te vergroten.’

 

 

De Amerikaanse chemiereus Dow vestigde zich vijftig jaar geleden in zoutwaterdelta Terneuzen. Innovatie en samenwerking met publieke en private partijen zorgden ervoor dat het bedrijf zijn waterfootprint aanmerkelijk verkleint. R&D-directeur Henk Pool: ‘Wat wij hier doen is geen rocket science, maar het vergt wel enige inspanning bij de publieke en private partijen om samen te werken.’

Dow Terneuzen vierde in oktober nog zijn vijftigjarige bestaan. Hoewel R&D-directeur Henk Pool de begindagen van de Amerikaanse chemiereus in Zeeland niet meemaakte, weet hij wel dat de toegang tot proceswater een rode draad vormt in de geschiedenis. ‘Vanaf het begin was duidelijk dat we ons vestigden in een erg gevoelig gebied waar water niet zomaar voorhanden was’, zegt Pool. ‘Het zilte grondwater is niet geschikt om als proceswater in te zetten, maar we gebruiken wel veel water voor onze productie. Dow Terneuzen moest dan ook wel samenwerken met het waterschap, de toenmalige waterleidingmaatschappij, de gemeente Terneuzen en de provincie Zeeland om de watervoorziening veilig te stellen. Dat begon met het gebruik van Belgisch polderwater dat via de regionale spaarbekkens bij ons in Terneuzen terecht komt. De toenmalige waterexperts van Dow beseften zich dat het aantrekkelijker was om dat water als basis te gebruiken voor de productie van stoom of als koelwater dan het zilte water uit de Westerschelde. Destijds waren we dan ook de eerste partij die de term industriewater gebruikte en daarmee waren we, zij het noodgedwongen, onze tijd ver vooruit. We gebruiken dat polderwater overigens nog steeds, maar het is lang niet voldoende om te kunnen voorzien in de circa 21 miljoen kuub water die we jaarlijks gebruiken. De waterschaarste in dit gebied maakt het noodzakelijk om constant creatief te blijven nadenken over manieren om op een betaalbare manier de beschikking te houden over schoon, zoet water.’

Misschien wel de meest innovatieve oplossing die Dow alweer een tijd gebruikt, is de inzet van effluent als productiewater. Op RWZI De Drie Ambachten zuivert het Waterschap Zeeuws-Vlaanderen het huishoudelijke afvalwater van de gemeente Terneuzen. Huisleverancier Evides Industriewater bouwde een pompinstallatie bij de afvalwaterzuivering, vanwaar het water via een leiding naar haar eigen waterinstallatie nabij het terrein van Dow wordt verpompt. Sinds februari 2007 stroomt daar ruim 450 kuub effluent per uur doorheen. Evides Industriewater bouwde op het Dow-terrein een MBR met RO om zo het water geschikt te maken als ketelwater voor de stoominstallaties van Dow. ‘Dat water gaat ook nog eens twee keer rond’, zegt Pool. We hergebruiken namelijk ons eigen productiewater ook weer als koelwater. Op die manier gebruiken we het water dus drie keer: een keer door de gemeente Terneuzen en twee keer door Dow.’

Watervisie

De vestiging in Terneuzen is niet de enige Dow site met waterschaarste. Pool: ‘De situatie in Saudi Arabië is vergelijkbaar met die in Terneuzen. Ook daar is voornamelijk zilt water voorhanden en zoekt men naar duurzame oplossingen. De wereldwijde watervisie van Dow is daar zeer helder in: we spelen een leiderschapsrol in de wereldwijde watercrisis door een nieuwe standaard neer te zetten voor duurzaam watergebruik en -management. Dat we in Terneuzen verder daarmee zijn dan in Saudi Arabië heeft met name te maken met die lange historie en het feit dat we qua partnerships veel meer vervlochten zijn met de publieke en private partijen in de directe omgeving. Dat vraagt om een betrokken en actieve houding van het management, maar ook om capabele bestuurders bij onze partners.’ De R&D directeur is lid van het managementteam van Dow Benelux en Pool verzekert dan ook dat de watervoorziening hoog op de strategische agenda staat. Het thema water heeft een apart hoofdstuk in het jaarlijkse duurzaamheidsverslag en we steken behoorlijk wat geld in onderzoek en samenwerking  naar oplossingen voor de waterproblematiek.’

Pool wil dan ook graag de awareness verhogen bij vergelijkbare bedrijven die de komende tien jaar wellicht voor dezelfde problemen worden gesteld als Dow Terneuzen. ‘Veel industriële bedrijven gaan er van uit dat water altijd beschikbaar is en er zijn er bij die geen alternatieve infrastructuur hebben voor het geval dat er bronnen wegvallen. Het feit dat wij vooroplopen heeft met name te maken met de urgentie die hier vanaf het begin was voor het spreiden van de risico’s voor de zoetwatervoorziening. Maar die spreiding is niet alleen uit noodzaak geboren. Technisch gesproken is het voor ons mogelijk om al ons water uit de Biesbosch te halen. Die single source-aanpak zorgt echter niet alleen voor een kwetsbare watervoorziening, maar is ook verre van duurzaam. Dow Terneuzen gebruikt ongeveer vijf keer meer water dan de bewoners van Terneuzen bij elkaar. We hebben de maatschappelijke plicht om onze voetafdruk te verkleinen. Bedrijven zullen altijd moeten kijken wat ze kunnen besparen, waar ze water in de eigen processen kunnen hergebruiken, maar ook naar wat de omgeving ze biedt. Wat wij hier doen is geen rocket science en we delen onze kennis en ervaring breeduit. Er wordt wel eens beweerd dat het voor bedrijven lastig is om met publieke partijen samen te werken, maar Dow Terneuzen bewijst dat het wel kan.’

Samenwerking

Pool heeft geen geheim recept voor een vruchtbare publiek private samenwerking, maar kan wel de randvoorwaarden aangeven die het succes mede bepalen. ‘Een advies dat ik daarbij wil meegeven is dat de samenwerkende partijen zich bij hun leest moeten houden. Wij kennen ons eigen proces en organisatie het beste en datzelfde geldt voor een waterschap of een provincie of een kennisinstelling. Blijf je richten op je span of control en vergroot de scope door meer partijen te betrekken bij de samenwerking. De eerste stap die je als bedrijf sowieso moet nemen is een interne check uitvoeren of je fysiek in staat bent over de eigen grenzen heen samen te werken. Voldoet de bestaande infrastructuur en zo niet ben je bereid daarin te investeren? Vervolgens zal je je moeten verdiepen in de bestaande watersystemen. Wat is er al voorhanden? Kan je je eigen processen daarin integreren. De laatste, maar misschien wel meest belangrijke stap is de bestuurlijke samenwerking. Je zult op gelijkwaardige bestuurlijke niveaus moeten bouwen aan de relatie met de betrokken partijen. Alleen als je dezelfde taal spreekt en elkaar vertrouwt, krijg je daadwerkelijk dingen voor elkaar. Wij zijn bewust eerst de samenwerking aangegaan met de gemeente en het waterschap om vervolgens samen naar een oplossing te zoeken. We hebben allemaal belang bij een robuust watersysteem, maar wel vanuit onze eigen scope. Als je elkaars belangen respecteert, kunnen daar de mooiste oplossingen uit voortkomen.’

Onderzoek

Pool zou geen R&D directeur zijn als hij niet even een paar onderzoeksprojecten zou kunnen noemen waar Dow bij betrokken is. Op het gebied van industriewater kan hij uit een rijke bron tappen. ‘Sinds vorig jaar zijn we betrokken bij het Water Nexus Project dat wordt geleid door NWO-STW. Dit is een zeer intensief onderzoekstraject naar watervoorziening in waterschaarse kustgebieden waar we samen met Shell de industriële watergebruikers vertegenwoordigen. Het mooie van dit project is dat integraal wordt gekeken naar de waterbalans voor zowel de industrie als de landbouw, de omgeving en de lokale bevolking. Ook op kennisgebied worden alle krachten gebundeld. Zowel Wageningen Universiteit als de technische universiteiten, kennisinstituten zoals Deltares en RHDHV zetten hun kennis in om de individuele componenten die al bekend zijn om te vormen tot een model voor het gehele watersysteem. Het credo van dit vijfjarige onderzoek is dan ook: zout waar het kan, zoet waar het moet.

Concreet wordt er bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar wat een wetlandomgeving kan bijdragen aan het watersysteem. Een deel van het water kan op natuurlijke wijze worden voorbehandeld vóór het daadwerkelijke ontziltingsproces plaatsvindt. Inmiddels hebben we al wat resultaten geboekt, maar het is nu nog te pril om echte resultaten te noemen. Laten we zetten dat we wat technology readiness op een niveau van drie a vier zitten. Dat wil zeggen dat er stappen zijn gezet, maar dat er nog wel wat modelleerwerk moet worden gedaan.

Ook het E4water-project is een interessant onderzoek naar de behandeling van brak water. Het onderzoek dat in 2012 startte loopt bijna ten einde en volgens Pool zijn de resultaten hoopgevend. ‘Kortgezegd komt het er op neer dat we het volume van het effluent uit de RWZI van de gemeente Terneuzen willen vergroten. In het project zijn twee nieuwe ontziltingstechnieken onderzocht bij de Evides Waterfabriek. Het is helaas nog te vroeg om daar al te veel over te zeggen, maar het is wel duidelijk dat een van de twee technieken dicht tegen de beloofde kostprijs van veertig cent per kuub zit.’

In hetzelfde rijtje past het Improved Project dat Evides Industriewater, de Universiteit Gent en negen bedrijven, waaronder Dow Terneuzen, in het grensgebied Nederland-Vlaanderen begin 2016 starten. ‘Improved’ staat voor: Integrale Mobiele PROceswaterunit Voor een Economische Delta.

Het mag duidelijk dat de stad Dow, die het terrein van Dow Terneuzen eigenlijk is, zeer verweven is met de stad Terneuzen en de provincie Zeeland. Pool: ‘Als wij water gebruiken heeft dat invloed op de omgeving. En hetzelfde geldt voor de bedrijven om ons heen. We zijn er dan ook allemaal bij gebaat een robuust watersysteem te ontwerpen dat al die functies van water voor de toekomst behoudt. Als laatste wil ik dan ook Waterkringloop Zeeuws Vlaanderen noemen als ultieme samenwerking tussen een twintig tal partners. Het is maar weer een bewijs dat publiek private samenwerking wel degelijk mogelijk is.’