polymeren Archieven - Utilities

Het Antwerpse D-CRBN kan met behulp van plasma CO2-moleculen splitsen en er zo chemische bouwstenen van maken. Die kunnen dienen als grondstof voor biobrandstoffen, chemicaliën en polymeren. De start-up wil een plasmareactor in de haven van Antwerpen bouwen in 2029.

Hoe is D-CRBN ontstaan?

‘D-CRBN is een spin-off van de Universiteit Antwerpen’, legt mede-oprichter David Ziegler uit. ‘Het idee achter D-CRBN komt uit de onderzoeksgroep Plasmant. We zijn een zeer nieuw bedrijf, maar hebben al tien jaar onderzoek achter ons. De bedoeling is nu om in de Antwerpse haven een industrieel consortium te maken met een paar grote spelers om te kijken waar onze technologie in het proces past. We focussen ons op de petrochemie en metaalsector.’

Wat doen jullie?

‘Wij gaan CO2 capteren. Via plasmareactoren trekken we de moleculen uit elkaar. Waarna we CO (koolstofmonoxide, red.) en O (zuurstof, red) overhouden. CO wordt gebruikt als bouwstof voor polymeren, chemicaliën en biobrandstof. We gaan van een afvalstof naar een bouwsteen.’

Andere technologieën kunnen ook CO2-moleculen splitsen. Wat is het voordeel van jullie technologie?

‘Ons systeem is heel robuust. In de industrie komt er ook wel eens een zwavelhoudende component in de CO2-stroom terecht. Dat tast de efficiëntie van ons systeem niet aan. Je kunt bij ons injecteren wat je wilt, de CO2 breekt gewoon af. Wat ook heel interessant is, is dat we geen vierkante kilometers nodig hebben om onze installatie te plaatsen. We hebben in ons hoofd om in 2029 een industriële plant te plaatsen die één miljoen ton CO2 per jaar kan verwerken. Het gaat om een vrij kleine fabriek. Dat past perfect in gebieden waar nog weinig plaats is.’

Hoe ver zijn jullie nu?

‘We zijn in contact met alle grote spelers in de haven van Antwerpen. Maar dat zijn beginnende gesprekken. Met behulp van een techno-economische analyse kunnen bedrijven kijken of ons proces in hun werkwijze past. Wij maken een businesscase waarmee bedrijven de technologie kunnen vergelijken met andere technologieën en kunnen beslissen of het wat voor hen is. Dit jaar gaan we een paar van die analyses uitvoeren. Met die kennis willen we in 2021-2023 een pilootinstallatie opstellen. Van daaruit gaan we opschalen.’ Tussen 2023 en 2026 wordt de unit opgeschaald zodat hij 30.000 ton CO2 per jaar kan omzetten. In 2029 moet dan de industriële installatie die één miljoen ton CO2 per jaar om kan zetten klaar zijn.

Hoe gaan jullie de techniek toepassen?

‘Dat hangt van de klant af. Er zijn twee businessplannen. We kunnen werken met een unit on site. Ook willen we een CO2-hub maken op een centrale plek bouwen in de Antwerpse haven. Dat wordt het NextGen District, een plek waar innoverende bedrijven rond een circulaire economie zich kunnen vestigen. Via pijpleidingen kan CO2 naar ons toekomen en producten kunnen wij doorverkopen en doorsturen naar andere bedrijven. Bedrijven die CO2 emitteren en CO rechtstreeks in hun proces kunnen gebruiken, zullen kiezen voor een unit on site. Ben je alleen een uitstoter van CO2, dan verkoop je de CO waarschijnlijk liever en maak je gebruik van onze centrale installatie.’

Wat zijn uitdagingen voor jullie?

‘Een industriële plant in 2029 is heel ambitieus, net als de klimaatdoelstellingen voor 2030 om veertig procent minder broeikasgassen uit te stoten. Alles zit eigenlijk mee om mensen te duwen naar verandering. Het opschalen willen we echt met partners doen. We zijn een customer funded bedrijf. We willen onze technologie niet pushen in de markt. We willen met onze klanten meegroeien. Als blijkt dat de technologie niet iets is dat ze willen, dan zullen we wel ons best doen, maar we gaan niet honderden miljoenen investeren om onze technologie te pushen. De kans op slagen is dan heel klein. De kostprijs van een industriële installatie is natuurlijk een uitdaging. Maar ik denk dat die in een industriële omgeving zeker en vast meevalt. We spreken voor de grote unit over een bedrag van 150 tot 170 miljoen euro. Dat is voor ons heel veel geld. Maar als dat voor de industrie een goede return of investment is, dan valt dat mee. Een andere uitdaging is dat we energie nodig hebben. Die energie moeten we groen aangeleverd krijgen en zal uit wind- en zonne-energie moeten komen.’

Zijn jullie de oplossing voor het CO2-uitstoot in de industrie?

‘Ik denk dat D-CRBN een van de mogelijke oplossingen is om de klimaatdoelen te halen. Naast ons zijn heel veel concurrerende technologieën nodig. Wat ik zie is dat er weinig technologie al op industriële schaal is. Het zit allemaal nog in pilotfases. We moeten heel hard ons best doen om de klimaatdoelstellingen te halen.’

Is jullie technologie ook buiten Antwerpen beschikbaar?

‘We richten nu op Antwerpen om op te schalen, dat is onze achtertuin. Daarna willen we de techniek overal in kunnen zetten.’

Voor grootschalige energieopslag is de redox-flowbatterij veelbelovend. Een team onderzoekers van de TU Eindhoven, DIFFER en MIT ontwikkelde een compleet nieuwe electrode met honingraat-poriën die de elektrochemische reactie verbetert. Het materiaal maakt de batterij efficiënter en breder inzetbaar voor verschillende toepassingen. Bovendien kan men het nieuwe membraan makkelijker, goedkoper en op grote schaal produceren.

Batterijen werken op redoxreacties; moleculen die elektronen uitwisselen. De reductor verliest een elektron waarna de oxidator een elektron absorbeert. In het geval van een batterij zijn ze gescheiden van elkaar. Het resulterende ladingsverschil creëert een stroom van elektronent.

Hoewel redox-flow-batterijen veelbelovend zijn, zijn de kosten nog te hoog voor grootschalige toepassing. Onderzoekers van de TU/e en DIFFER werkten samen met MIT-wetenschappers aan het ontwerp van nieuwe elektroden om de efficiëntie van dit type batterij te verhogen.

Stroomsnelheid én reactieoppervlak

Hoe sneller de elektronen stromen, hoe meer elektriciteit de batterij genereert. De elektrode van een redox-flowbatterij heeft daarom een poreuze structuur. Hoofdonderzoeker Antoni Forner-Cuenca van de TU/e: ‘Hoe groter de poriën, hoe makkelijker het elektrolyt er doorheen kan stromen en hoe lager het drukverlies. Maar als de poriën te groot zijn, doen we afstand van het grote oppervlak. Idealiter wil je dus een hoge stroomsnelheid én een groot reactieoppervlak.’

Op dit moment gebruiken redox-flowbatterijen conventionele koolstofvezelelektroden. Deze zijn ontworpen voor lage temperatuur brandstofcellen. Maar deze elektroden zijn complex en duur om te produceren. Het productieproces maakt het bovendien moeilijk om de driedimensionale structuur van de poriën aan te passen aan de gewenste toepassing.

Forner-Cuenca: ‘We moesten terug naar de tekentafel om een beter presterende elektrode te ontwikkelen. Het ontwerp en de keuze van de materialen is daarbij volledig heroverwogen en verbeterd. Geïnspireerd door de membraanwetenschap en -technologie gebruikten we polymeerfasescheiding om de elektrodestructuur te kunnen controleren.

We beginnen daarbij met een vloeibare oplossing en twee polymeren. Door het materiaal onder te dompelen in water, krijg je een poreuze structuur. Eén van de polymeren lost namelijk op. Door te spelen met de samenstelling, het oplosmiddel, de temperatuur en andere parameters kunnen we de poreuze structuur van de elektrode zo nauwkeurig regelen. Het waren deze inzichten die de basis vormden voor ons nieuwe ontwerp.’

Eenvoudiger en goedkoper

Na talloze computersimulaties én experimenteel werk wisten de onderzoekers een materiaal te ontwikkelen waarbij de poriegrootte en -vorm in de elektrode gemakkelijk kunnen worden aangepast. Dat kan door de hoeveelheden oplosmiddel en polymeren te variëren. Forner-Cuenca: ‘Het fabricageproces van ons nieuwe materiaal is veel eenvoudiger en goedkoper. Daarbij biedt het een grotere veelzijdigheid en is het gemakkelijker op te schalen. Het toont aan dat het wel degelijk mogelijk is om een elektrode te maken met zowel een gunstig bulk-elektronentransport als een groot reactieoppervlak.’

Honingraat

Eén van de ontwikkelde structuren bleek een schot in de roos: een ‘honingraat’-elektrode met een zeer veelbelovende combinatie aan grote en kleine poriën. Dat maakt deze structuur geschikt voor grootschalige energieopslag. De grote poriën garanderen de hoge stroomsnelheid, als ware het een snelweg. En de kleine poriën daartussen zorgen voor voldoende reactieoppervlak, de N-wegen.

Duitse polymerenproducent Covestro en Nederlandse binnenvaartcoöperatie NPRC werken samen om de zouttransportvloot op de Rijn om te bouwen naar schepen die op waterstof varen. Dat maakten de partijen begin februari bekend. Twee jaar geleden werd al bekend dat NPRC ook met chemiebedrijf Nouryon (inmiddels Nobian genaamd) binnenvaarttransport op groene waterstof onderzoekt.

In termen van transportvolume is zout de belangrijkste grondstof voor de Covestro-vestigingen in Noordrijn-Westfalen. Covestro en NPRC willen twee waterstofschepen in de vaart brengen vanaf 2024. Daarbij kijken zij eerst naar de technische en economische haalbaarheid van het project. Zo wordt het technisch ontwerp van de romp geoptimaliseerd, zodat de schepen zelfs bij laagwater kunnen worden ingezet. Ook onderzoeken de partijen de mogelijkheid om groene waterstof uit Covestro’s eigen chloorelektrolyse te gebruiken om de binnenschepen te bunkeren.

Ketenverantwoordelijkheid

Covestro wil haar bedrijf volledig in lijn brengen met de circulaire economie en op lange termijn broeikasgasneutraal produceren. Daarbij wil ze ook indirecte emissies verminderen. CEO van NPRC Femke Brenninkmeijer ziet de samenwerking met de polymerenproducent als een geweldig voorbeeld van de kansen die zich voordoen als alle stakeholders in de logistieke keten zich verbinden tot duurzaamheid. ‘Dit partnerschap met Covestro biedt een solide en betrouwbare basis voor onze coöperatie van individuele binnenvaartondernemers om de enorme investering aan te gaan die nodig zijn om om te schakelen naar zero-emissie vervoer. Deze vorm van gezamenlijke ketenverantwoordelijkheid is naar mijn idee de toekomst van innovaties in de logistiek.’

Rijn-Alpencorridor

Het internationale project maakt deel uit van het RH2INE-Initiatief (Rhine Hydrogen lntegration Network of Excellence) van onder andere het Duitse ministerie van Economische Zaken van Noordrijn-Westfalen en de Nederlandse provincie Zuid-Holland. Doel is een klimaatneutrale transportroute op de Rijn-Alpencorridor en zo invulling geven aan de Europese Green Deal. RH2INE streeft ernaar om, ook met andere partners uit het consortium, tussen Rotterdam en Keulen meerdere waterstofschepen in de vaart te hebben.

15 miljoen euro

Ook met Nobian in Delfzijl onderzoekt NPRC of ze een binnenvaartschip voor honderd procent op waterstof kan laten varen. De groene waterstof wordt lokaal geproduceerd door Nobian. De intentie is om binnen enkele jaren het schip m.s. Antonie, van Lenten Scheepvaart, zout te laten vervoeren van Nobians zoutfabriek in Delfzijl naar de Botlek in Rotterdam. Dit initiatief maakt onderdeel uit van de Green Deal van (demissionair) minister van Nieuwenhuizen (Infrastructuur en Waterstaat). De minister heeft vijftien miljoen euro beschikbaar gesteld voor de ontwikkeling en productie van schonere scheepsmotoren voor de binnenvaart.