proeffabriek Archieven - Utilities

Het Amerikaanse Transform Materials heeft Brightlands Chemelot Campus uitgekozen voor een Europese vestiging. Het technologiebedrijf heeft een gepatenteerde netto CO2-negatieve techniek om kosteneffectief commercieel waterstof en acetyleen te produceren. 

De door Transform Materials ontwikkelde technologie maakt gebruik van door microgolven gegenereerd plasma om aardgas van energie te voorzien om acetyleen en waterstof te vormen zonder enige CO2-uitstoot. Er is hierbij namelijk geen verbranding of energie-intensieve elektrolyse nodig. Daarmee biedt het bedrijf een vervanging voor de oude processen in de chemische industrie die onzuiverheden genereren en broeikasgassen vormen. De technologie produceert ook waterstof op een energie-efficiënte manier om te voorzien in een belangrijke behoefte in de snelgroeiende brandstofcelindustrie.

Bij Brightlands zal Transform Materials deze en andere technologieën verder testen en opschalen. De nieuwe locatie in Limburg is voor het bedrijf een belangrijke eerste stap naar meer productielocaties in Europa.

Energy Enlightenment Winnaar 2018 Battolyser neemt binnenkort de eerste demonstratie-unit in gebruik. De demonstratie-installatie met een elektrische opslagcapaciteit van vijftien kilowattuur en waterstofproductievermogen van vijftien kilowatt staat klaar om naar de Magnum Centrale te worden verscheept. Daarna verwacht Proton Ventures snel te kunnen opschalen naar installaties van tien megawatt.

Battolyser, een slimme doorontwikkeling van de Edison batterij, neemt binnenkort de eerste demonstratie-installatie in gebruik. De nikkel-ijzerbatterij die Edison in 1901 ontwikkelde had een relatief laag elektrisch opslagvermogen en bij het opladen trad bovendien elektrolyse op. Zodra de batterij verzadigd was, begon hij waterstof te produceren. Hoogleraar Fokko Mulder van de TU Delft zag met name die laatste eigenschap als pluspunt. Gekoppeld aan zonne- of windenergie kan de batterij eerst stroomtekorten opvangen als de productie terugloopt. De geproduceerde waterstof kan zelfs langer worden opgeslagen of ingezet in de industrie.

Om de werking op grotere schaal aan te tonen, vond ontwikkelaar Proton Ventures in Vattenfall de eerste launching customer. Bij Proton Ventures staat nu de eerste demonstratie Battolyser klaar op skids die binnenkort naar de Magnumcentrale in de Eemshaven worden getransporteerd. Ook het voor de elektrolyse demiwater is onderdeel van het systeem.

Opschalen

Hoewel de opslag capaciteit van kilowattuur (stroom) en kilowatt vermogen (waterstofproductie) nog niet heel groot is, wil men snel opschalen. Daar wil men snel mee beginnen, zeker na de kapitaalinjectie van Koolen industries. ‘Zodra de eerste grootschalige Battolyser-oplossing cyclisch is getest op zuiverheid en efficiëntie van waterstof, zullen we opschalen naar installaties tot tien megawatt’, zegt Proton CEO Hans Vrijenhoef. Die installaties verrijzen bij industriële partners, zonneparken en locaties waar elektriciteit van offshore windparken op grote schaal aan land komt. Uiteindelijk zullen we Battolyser-systemen installeren op gigawatt-schaal.’

Uitvinder Fokko Mulder ziet meerdere voordelen van de battolyser vergeleken met alkaline elektrolysers. ‘Conventionele alkaline elektrolysers moeten blijven doorwerken wanneer de elektriciteit te duur is om waterstof te produceren. Het Battolyser-systeem doet dat niet. Het systeem kan direct schakelen tussen volledige waterstofproductie en het ontladen van de batterij. Daardoor kan het systeem overschakelen van elektriciteit-inkoop bij lage prijzen, naar elektriciteitverkoop bij hoge prijzen.’

Industrieel gebruik

Door zijn vermogen om continu waterstof te leveren, is de Battolyser geschikt voor de productie van ammoniak, methanol en andere processen zoals DRI, of directe reductie van ijzer. De continue aanvoer van waterstof is nodig om shutdowns van fabrieken of procesfluctuaties te voorkomen. De huidige technologieën kunnen dit niet, waarmee de Battolyser een essentieel hulpmiddel wordt om de productie van dergelijke grondstoffen groen te maken.

Grote schaal

Voor installaties op grotere schaal zou de Battolyser de voorkeur kunnen krijgen in de energie-transitie, omdat wordt vertrouwd op elektroden gemaakt van nikkel en ijzer, materialen die in de mijnbouw onder eerlijke werkomstandigheden in ruime mate beschikbaar zijn. Daardoor wordt het mogelijk om Battolyser technologie wereldwijd op te schalen.

Volgens Mulder behaalt de Battolyser een uitstekende totale efficiëntie van maximaal tachtig tot negentig procent. ‘En dankzij zijn zeer robuuste en duurzame karakter levert hij energie voor vele jaren, wat ook beter is dan bestaande technologieën.’

 

Het Phario-project dat in 2019 Water Innovator of the Year werd, gaat de volgende fase in. Vijf waterschappen, Stowa, Paques en HVC sloten een overeenkomst om in Dordrecht een proeffabriek te bouwen. In de fabriek produceren de partijen PHBV, een volledig afbreekbaar en duurzaam bioplastic. PHBV wordt gemaakt uit organische afvalstromen zoals zuiveringsslib, industrieel afvalwater en voedselresten.

Waterschap Brabantse Delta, De Dommel, Hollandse Delta, Scheldestromen en Wetterskip Fryslân maakten in 2016 met behulp van bacteriën die afvalwater zuiveren, het bioplastic PHBV. PHBV is een natuurlijk polyester van hoge kwaliteit. Dit is volledig afbreekbaar onder natuurlijke omstandigheden in zowel grond en composteringsinstallaties als in zoet – en zout water.

Werking

In afvalwater zitten veel vetzuren en in het slib zitten bacteriën. Die bacteriën ‘vreten zich vol’ met de vetzuren. Zoals mensen vet in het lichaam opslaan, slaan deze bacteriën PHBV op. Dit PHBV wordt eruit gehaald, waarna er een poeder overblijft. Dat poeder is de basis voor diverse afbreekbare kunststof producten.

Toepassingen

PHBV is onder andere toe te passen in de land- en tuinbouw. De proeffabriek test bijvoorbeeld biologisch afbreekbare potjes voor de agrarische sector. Hierdoor is het niet meer nodig de gewassen om te potten tijdens de kweek omdat het potje natuurlijk afgebroken wordt.

Een ander voorbeeld is de toepassing van PHBV in zelfhelend beton voor bijvoorbeeld kelders en tunnels. Door de toevoeging ervan worden scheurtjes in het beton vanzelf weer gedicht. Bijkomend voordeel is dat in zelfhelend beton in veel gevallen minder (krimp)wapening gebruikt hoeft te worden, wat weer bijdraagt aan kostenverlaging en minder milieubelasting.

Marktontwikkeling

Na het pilotproject PHARIO onderzochten de betrokken partijen of de markt het product verder kon ontwikkelen, maar dit bleek nog iets te vroeg. De markt voor dit type plastic is op dit moment in ontwikkeling en dat is veelbelovend. De kunststofindustrie, die nu vaak met fossiele plastics uit aardolie werkt, wil eerst voldoende materiaal hebben om de verwerking en het gebruik te testen. De proeffabriek in Dordrecht levert het materiaal hiervoor zodat diverse partners het materiaal kunnen testen.

Operationeel eind 2021

De ervaring uit het PHARIO-project wordt in de proeffabriek gecombineerd met de kennis van partner Paques. Zij ontwikkelt samen met de TU Delft een technologie om PHBV ook uit industrieel afvalwater te halen. De proeffabriek komt bij de slibverwerkingsinstallatie van HVC in Dordrecht te staan. Naar verwachting wordt deze eind 2021 geopend. In de tussentijd wordt een verdere inventarisatie gemaakt van potentiële leveranciers van vetzuren en worden organisaties gezocht voor andere toepassingen van PHBV.

Partners

Afvalwater is voor waterschappen een belangrijke bron van energie en grondstoffen. Sinds 2007 werken de waterschappen steeds intensiever met elkaar en andere partners samen om waardevolle stoffen zoals biogas, cellulose, fosfaat, alginaat, biomassa en dus ook dit duurzame bioplastic, terug te winnen.

Vier partijen gaan samen een pilot-installatie bouwen voor de productie van de groene brandstof mierenzuur uit CO2 van afvalenergiecentrale Twence. Deze zou vanaf 2020 in bedrijf moeten zijn.

Twence werkt samen met Coval Energy, TNO en de TU Delft. In november 2017 tekende Twence een intentieovereenkomst met technologie-ontwikkelaar Coval Energy uit Breda, voor samenwerking bij onderzoek naar de ontwikkeling van brandstoffen uit CO2.
De pilot-installatie wordt in eerste instantie gevoed met CO2 die bij Twence al beschikbaar is vanuit de bestaande natriumbicarbonaatinstallatie.

Coval Energy ontwikkelt technologie om direct uit CO2 en water mierenzuur te maken. Mierenzuur heeft een zeer hoge energiedichtheid –hoger dan de gebruikelijke batterijtechnieken- en kan worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit in de brandstofcel van voertuigen. Door het gebruik van mierenzuur wordt de actieradius van elektrische voertuigen dus fors verhoogd. Voor de chemische industrie hebben CO2 en mierenzuur de potentie om als groene grondstof fossiele grondstoffen te vervangen. De technologie van Coval Energy is zo ver ontwikkeld dat de stap van laboratoriuminstallatie naar industriële pilot gemaakt kan worden.

De proef met de productie van bioafbreekbaar kunststof uit rioolwater krijgt een vervolg. Vijf waterschappen, waaronder waterschap Brabantse Delta, hebben een financiële bijdrage toegezegd aan een demo-installatie voor de productie van Phario. Deze installatie moet in 2021 draaien. Phario werd in 2018 nog verkozen tot Water Innovator of the Year.

Afvalwater is voor waterschappen een belangrijke bron van energie en grondstoffen. Sinds 2007 werken de waterschappen steeds intensiever samen om waardevolle stoffen terug te winnen zoals biogas, cellulose, fosfaat, alginaat, biomassa en dus ook dit duurzame bioplastics, in dit geval van het type PHA. Afhankelijk van de toepassing, kan dit bijdragen aan de reductie van fossiele microplastics in het milieu.

Bacteriën produceren volledig afbreekbaar bioplastic

In 2016 hebben de waterschappen in het pilot project ‘PHARIO’ (PHA uit RIOolwater), met behulp van bacteriën die op grote schaal het afvalwater zuiveren, het bioplastic PHA gemaakt. Het bioplastic ‘PHA’ is een natuurlijk polyester van hoge kwaliteit. Sterk maar ook volledig (koud) afbreekbaar onder natuurlijke omstandigheden. De unieke kwaliteiten van PHA zijn vooral relevant voor toepassingen met een tijdelijke functie zoals coating van kunstmest en zaden, afbreekbare netten en tasjes, folies voor in de landbouw en als alternatief voor visserslood. Het bijzondere van PHA uit afvalwater is ook dat het niet van voedsel is gemaakt. Het is daarmee een van de meest duurzame bioplastics.

Marktontwikkeling

Na de pilot proeven hebben de waterschappen onderzocht of de markt deze ontwikkeling al kon gaan trekken, maar dit bleek voor de markt nog iets te vroeg. De demo-installatie voor PHA uit afvalwater is nodig om de toepassingen verder te ontwikkelen en zeker te zijn van een afzetmarkt. De markt voor dit type plastic is op dit moment in ontwikkeling en veelbelovend. Dee kunststofindustrie, die nu doorgaans met fossiele plastics werkt, wil eerst voldoende materiaal hebben om de verwerking en de applicatie te testen. Deze demo gaat het materiaal hiervoor leveren.

Operationeel in 2021

De waterschappen combineren dit initiatief met een initiatief van HVC om uit hun afvalwater PHA te maken. Hierdoor ontstaat meer slagkracht. De gezamenlijke demo-installatie (PHA2USE) vraagt om een investering waarvoor nu 2,5 miljoen euro financiering vanuit de vijf waterschappen beschikbaar is. Daarnaast investeren HVC en technologieleverancier Paques in het gezamenlijke project PHA2USE. Voor het project loopt een aanvraag voor Europese LIFE+subsidie. Zodra deze subsidie is verkregen, kunnen de waterschappen en hun partners de demo-installatie bouwen. Naar verwachting zal de demo-installatie in 2021 het bioplastics PHA uit riool- en industrieel afvalwater leveren en worden de applicaties verder ontwikkeld. De beoogde locatie voor de installatie is bij de slibverbranding van HVC naast de rioolwaterzuivering Dordrecht van Hollandse Delta. Zo wordt nu Zuid-Holland toegevoegd aan dit oorspronkelijk Brabants, Fries en Zeeuwse initiatief.

Partners

PHARIO wordt uitgevoerd door een consortium bestaande uit de waterschappen Brabantse Delta, De Dommel, Hollandse Delta, Scheldestromen en Wetterskip Fryslân. Zij zijn verenigd in de Energie- en Grondstoffenfabriek. PHARIO vormt straks onderdeel van het PHA2USE project dat medegefinancierd wordt door HVC en Paques. STOWA, SNB, TU Delft en Wetsus steunen het initiatief met verdere kennisontwikkeling.

Het Amsterdamse bedrijf Photanol bouwt een demofabriek waarin ze de productie van chemicaliën uit zonlicht en CO2 gaat testen. De fabriek komt bij AkzoNobel in Delfzijl te staan en moet in 2020 operationeel zijn.

Photanol gebruikt blauwalgbacteriën om chemicaliën te produceren uit fotosynthese. Het bedrijf heeft deze bacteriën genetisch gemodificeerd zodat ze in een microfabriek zijn veranderd. In plaats van dat de organismen het zonlicht en CO2 gebruiken om te groeien, gebruiken ze die energie nu om het product te maken dat is ingebouwd. De chemicaliën die worden geproduceerd kunnen worden gebruikt voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen, cosmetische producten en als grondstof voor de chemische industrie. Lees in een eerder artikel meer over de techniek van Photanol.

Duurzame chemische industrie

De nieuwe aandeelhouders GROEIfonds, Innovatiefonds Noord-Nederland en Investeringsfonds Groningen willen met de bouw van de demofabriek graag de volgende de stap zetten naar commercialisering van de milieuvriendelijke grondstoffen.

Marco Waas, directeur RD&I en Technologie bij Akzo Nobel Specialty Chemicals: ‘De gezamenlijke ontwikkeling van Photanol’s productiecapaciteit maakt deel uit van onze strategische keuze om met innovatieve bedrijven samen te werken om zo een duurzame chemische industrie te kunnen ontwikkelen.’

Voor het eerst in de geschiedenis van de staalproductie is er kans op een technologieshift. Vattenfall, het Zweedse staalbedrijf SSAB en mijnonderneming LKAB hebben in Zweden de eerste spade in de grond gestoken voor de aanleg van een proeffabriek voor staal op basis van waterstof.

De drie bedrijven zijn verenigd in een joint venture onder de naam HYBRIT en investeren gezamenlijk 1.4 miljard Zweedse kronen. Nu nog worden kolen en cokes gebruikt om ijzererts tot ijzer te reduceren. Het idee achter HYBRIT is om waterstof te gebruiken dat geproduceerd wordt met elektriciteit uit fossielvrije bronnen. De uitstoot bestaat dan uit water in plaats van uit CO2. De proeffabriek komt te staan in Luleå, in het noorden van Zweden.

Grote verlaging van de uitstoot

De eerste fase was een haalbaarheidsstudie die voor een groot deel door het Zweeds Energieagentschap is gefinancierd. Het initiatief kan de totale CO2-uitstoot in Zweden met tien procent verlagen. De verlaging in Zweden wordt cruciaal genoemd voor het land om de doelen van de Overeenkomst van Parijs te kunnen halen.

Economisch haalbaar

De doelstelling is om in 2035 een volledig fossielvrij productieproces voor staal te hebben. Het voorbereidende haalbaarheidsonderzoek laat zien dat fossielvrij staal in de toekomst in de markt kan concurreren met traditioneel staal omdat de hoeveelheid elektriciteit uit fossielvrije bronnen zal afnemen terwijl de aan CO2-uitstoot verbonden kosten zullen toenemen.

Staal is in de moderne maatschappij een belangrijk element, en verwacht wordt dat de wereldwijde vraag ernaar zal toenemen. Als er geen nieuw proces voor op erts gebaseerde staalproductie gevonden kan worden, zal de CO2-uitstoot door de staalindustrie in 2050 zowat 25 procent hoger zijn.

Avantium is volop bezig met de voorbereidingen voor de bioraffinaderij op het Chemiepark Delfzijl. Nieuws dat het bedrijf goed kan gebruiken. Vooral nadat onlangs de bouw van de PEF-fabriek in Antwerpen drie jaar is uitgesteld.

In Delfzijl loopt alles voorspoedig op het gebied van organisatie, de vergunningen, de werving en selectie van mensen en de noodzakelijke voorzieningen, zo meldt Avantium. Zo zijn de eerste operators inmiddels aangetrokken. Plant manager Ronny Pals: ‘Zij gaan zich de nieuwe technologie eigen maken. Hun opleidingsniveau is van belang, maar ze moeten ook met onzekerheden kunnen omgaan. Een pilot, een traject met onzekerheden, vraagt om een bepaalde mentaliteit.’
In de keuze voor Delfzijl was de aanwezige infrastructuur belangrijk en tevens expertise over zoutzuur. Ook de kennis en ervaring op andere vlakken speelde mee. Pals: ‘Dan gaat het om het netwerk en de ervaring op het gebied van werving, selectie en vergunningen. En vergeet de aanwezige expertise op gebied van kunststoffen niet.’

Suikerstroop

De bioraffinaderij gaat resthout uit de Nederlandse bossen gebruiken als grondstof. De proefinstallatie zal de technische en economische haalbaarheid onderzoeken van de nieuwe, door Avantium ontwikkelde Zambezi-technologie. Hierbij wordt biomassa die traditioneel niet bestemd is voor de voedselketen op een kosteneffectieve manier en met zoutzuur omgezet in zuivere glucose, lignine en een gemengde suikerstroop. Avantium werkt daarbij samen met AkzoNobel, energiemaatschappij RWE, Chemport Europe en Staatsbosbeheer.

Eiwitten van hoge kwaliteit produceren met grondstoffen uit afvalwater. Dat is de inzet van een uniek innovatief project dat door verschillende overheden en commerciële bedrijven wordt onderzocht. In het kader van “Power to Protein” is de pilotInstallatie op de waterzuivering van Vechtstromen in Enschede geopend.

Het concept Power to Protein biedt de mogelijkheid om van grondstoffen uit afvalwater eiwit te maken die geschikt zijn voor diervoeding en wellicht voor menselijke consumptie. Ammoniak, zuurstof, waterstof en kooldioxide vormen de grondstoffen die door bacteriën worden omgezet in een hoogwaardig eiwit waarvan de kwaliteit vergelijkbaar is met dierlijk eiwit en beter dan plantaardig eiwit.

De natte fractie van zuiveringsslib, dat waterschappen steeds meer vergisten, bevat een forse hoeveelheid ammoniak, die zo nuttig wordt aangewend. Kooldioxide wordt gewonnen uit het biogas, dat bij de vergisting vrijkomt. Waterstof en zuurstof kunnen via elektrolyse van water worden geproduceerd uit hernieuwbare zonne- of windenergie. Hieraan ontleent het project ook zijn naam: Power to Protein.