staal Archieven - Utilities

PMC bouwde de afgelopen twee jaar een fabriek in Delfzijl waarin het met asbest vervuild staal zodanig verhit dat de asbestvezels kapot gaan en het staal smelt. Dat innovatie soms een lange adem heeft, weten de initiatiefnemers inmiddels. Hun volharding leidde wel tot een duurzame oplossing voor een groeiend probleem.

Bij de aankondiging van de aandeelhouders van Purified Metal Company (PMC) dat ze een fabriek wilden bouwen om met asbest vervuild staal te recyclen, zullen velen zich achter de oren hebben gekrabd. De investering was immers fors. En dat voor een technologie die zich nog niet had bewezen en voor een nog niet bestaand probleem. Het asbeststaal mocht immers gewoon worden gestort.

De volhoudende aandeelhouders, waarvan Nathalie van de Poel er één van is, kregen echter het gelijk aan hun kant. Het langverwachte stortverbod is in juli in werking getreden en inmiddels verwerkte de fabriek de eerste 450 ton aan asbesthoudend staal. Van de Poel: ‘Dat wil overigens nog niet zeggen dat schrooteigenaren ons massaal weten te vinden. Dat iets niet mag worden gestort, wil niet automatisch zeggen dat het niet gebeurt. Ik rijd nu dan ook stad en land af om partijen te informeren over onze milieuvriendelijke oplossing die ook nog eens circulair staal oplevert. We hebben net een samenwerkingsverband met Renewi getekend dat zijn containers met asbesthoudend staal naar onze fabriek zal sturen. Maar we kunnen nog veel meer staal verwerken.’

Kinderziektes

Tot nog toe wordt alleen al in Nederland jaarlijks zestig tot tachtigduizend ton met asbest vervuild staal gestort. PMC bouwde de afgelopen twee jaar een fabriek in Delfzijl waarin het vervuilde staal zodanig wordt verhit dat de asbestvezels kapot gaan en het staal smelt. Daarmee is het asbest onschadelijk geworden, terwijl het ruwijzer dat overblijft weer kan worden ingezet in producten. Grootste uitdaging daarbij was om een gesloten systeem te ontwerpen zonder emissies naar de omgeving.

De dagelijkse praktijk bleek weerbarstiger dan de ingenieurs van tevoren hadden bedacht. ‘Het eerste jaar moesten we nog veel kinderziektes oplossen’, zegt Van de Poel. ‘Het werken met hoge temperaturen onder onderdruk leverde toch behoorlijk wat uitdagingen op. Dit was echter wel een voorwaarde voor het veilig werken met asbest en zware metalen. We wilden dat er absoluut niets schadelijks in het milieu terecht zou kunnen komen. Daarmee zijn we ook een stuk milieuvriendelijker dan de traditionele staalindustrie. De traditionele staalfabrieken gebruiken ook schroot, maar ze voorkomen niet dat de gassen die daarbij vrijkomen in het milieu terecht komen.’

Putdeksels

Het gerecyclede staal, met een koolstofgehalte van 3,5 procent, is een hoogwaardige grondstof die ingezet kan worden door staalfabrikanten om nieuwe staalproducten te produceren. Zo maakt een klant van PMC er putdeksels van. ‘Dankzij de hoge staalprijs kunnen we kosteneffectief produceren’, zegt Van de Poel. ‘Ik zou komend jaar dan ook partijen willen aanbieden om hun met asbest vervuilde schroot om niet te verwerken. Het storten van het vervuilde staal kost gemiddeld honderd euro per ton. Bovendien draagt het circulair verwerken van een afvalproduct bij aan de duurzaamheidsagenda van bedrijven. Maar we moeten echt de markt op gang brengen om het jaarlijkse volume van 150.000 ton te halen.’

Zodra de fabriek in Delfzijl op volle toeren draait, wil PMC nog vijf vergelijkbare fabrieken bouwen in Europa. Van de Poel: ‘We krijgen al aanvragen voor het verwerken van met asbest vervuild staal uit Duitsland, Griekenland en zelfs New York. Die laatste zoekt een duurzame oplossing voor het recyclen van zijn metrostellen. We denken dan ook genoeg animo te hebben voor onze duurzame oplossing. Het mooie is dat als we een nieuwe fabriek bouwen, we de geleerde lessen van afgelopen jaar kunnen meenemen in het ontwerp.

Northern Enlightenmentz tijdens Eemsdeltavisie

Tijdens Eemsdeltavisie 2021: Truth or dare gaan we in gesprek met onder meer innovators, wetenschappers en experts uit de industrie over innovaties..Eemsdeltavisie (4 november CIC Delfzijl) is ook dit jaar weer het podium voor de Northern Enlightenmentz-verkiezing. In willekeurige volgorde presenteren Uppact, Senbis, Ocean Grazer en Purified Metal Company hun innovaties aan het publiek in het Chemport Innovation Center.

> Bekijk het volledige programma en schrijf snel in!

Zowel Tata Steel als ArcelorMittal willen de CO2-uitstoot van hun staalproductie flink verminderen. Beide bedrijven zetten daarom in op Direct Reduced Iron (DRI) technologie en elektrische ovens. Een methode waarmee staal­bedrijf SSAB in Zweden onlangs voor het eerst bijna fossielvrij staal wist te produceren.

ArcelorMittal kondigde eind september aan 1,1 miljard euro te investeren in de vestiging in Gent. De staalproducent wil een installatie voor direct gereduceerd ijzer (DRI) (zie kader) bouwen met een capaciteit van 2,5 miljoen ton. Daarnaast bouwt de staalproducent op dezelfde locatie twee nieuwe elektrische ovens. Tegen 2030 leidt deze nieuwbouw tot een vermindering van ongeveer drie miljoen ton CO2-emissies per jaar.Zodra de DRI-installatie en elektrische ovens zijn gebouwd, komt er een overgangsperiode waarin de productie geleidelijk van hoogoven A naar de DRI-installatie en elektrische ovens verschuift. Daarna sluit het bedrijf hoogoven A omdat deze dan het einde van de levensduur heeft bereikt.

Nog niet fossielvrij

Begin september maakte ArcelorMittal ook al bekend dat het steun krijgt van de Duitse overheid voor de bouw van een fabriek op industriële schaal voor direct gereduceerd ijzer op waterstofbasis. Deze komt in Hamburg te staan. De demonstratiefabriek moet de basis leggen om staal te produceren zonder koolstofemissies. De staalproducent produceert in Hamburg overigens al staal met behulp van de DRI-technologie, maar gebruikt daarbij nog aardgas in het proces. Daardoor is de route niet fossielvrij.

In dezelfde maand dat ArcelorMittal zijn aankondigingen deed, liet Tata Steel IJmuiden weten volop te koersen op de productie van groen staal via de waterstofroute. Om dat te kunnen doen wil Tata Steel ook gebruikmaken van DRI in combinatie met elektrische ovens, ook wel vlamboogovens genoemd. Waar Tata Steel de waterstof vandaan gaat halen, is nog niet duidelijk (zie kader). Het bedrijf schetst wel een scenario waar het eerst aardgas inzet als brandstof dat ze geleidelijk kan aanvullen met waterstof. Gezien het feit dat Tata de CCS-route loslaat, zal blauwe waterstof geen rol meer spelen.

Direct Reduced Iron technologie

Wat is die technologie waar die staalproducenten nu op inzetten? Bij de Direct Reduced Iron technologie wordt staal gemaakt op basis van aardgas of waterstof. Tijdens de reductie wordt de zuurstof uit ijzererts verwijderd waarna ijzer overblijft. In een traditioneel proces gebeurt dit met behulp van kolen of cokes. Het gebruik van aardgas of waterstof zorgt voor een enorme afname in de CO2­uitstoot.

Het ijzer dat uit de DRI-installatie komt, ook wel sponsijzer genoemd, wordt vervolgens bewerkt in een elektrische oven. Hierin wordt het sponsijzer en schroot gesmolten, dat daarna in een staalfabriek kan worden gevormd tot plakken.

In mei begon HYBRIT met de bouw van een waterstofopslagfaciliteit op proefschaal.

Zweden

Wat Tata en ArcelorMittal doen, vertoont veel gelijkenissen met de plannen van staalproducent SSAB in Zweden. Het bedrijf produceerde onlangs met de DRI-technologie staal met gebruik van fossielvrij geproduceerde waterstof.

Dit maakt het mogelijk ongeveer negentig procent van de uitstoot in de staalproductie te verminderen. SSAB werkt samen met mijnonderneming LKAB en energieleverancier Vattenfall in het Hybrit-project om in 2026 als eerste fossielvrij staal op industriële schaal op de markt te brengen. Daarvoor hebben de partijen naast de staalfabriek van SSAB in Luleå in Zweden een pilotfabriek staan.

De waterstof die SSAB in het directe reductieproces gebruikt, wordt opgewekt door elektrolyse van water met duurzame elektriciteit. De waterstof kan direct worden gebruikt of opgeslagen voor later gebruik. In mei begon HYBRIT met de bouw van een waterstofopslagfaciliteit op proefschaal, naast de pilotfabriek voor directe reductie in Luleå.

Athos-project stopt

Project Athos richtte zich de afgelopen jaren op de ontwikkeling van een grootschalig CO2 -transport, -hergebruik en -opslagproject in het Noordzeekanaalgebied. Net als EBN, Gasunie en Port of Amsterdam was Tata Steel nauw bij dit project betrokken. Het ingeschatte beschikbare CO2-volume van Tata Steel was het fundament voor de conceptuele en technische uitgangspunten van het project. Het besluit van Tata Steel om versneld over te gaan op de DRI-technologie betekent daarom dat het project Athos in de huidige vorm niet kan voortbestaan.

De Athos-partners onderzoeken de komende maanden de mogelijkheden om Tata Steel zo goed mogelijk te faciliteren in een nieuwe koers. Zo willen ze bijdragen aan de regionale CO2-reductieopgaven in het Noordzeekanaalgebied en de uitvoering van het Klimaatakkoord.

Door in het proces ijzerertspellets te gebruiken die al warm zijn, worden enorme hoeveelheden energie bespaard.

Fabriek op industriële schaal

Ondertussen bouwt het Zweedse bedrijf in Gällivare aan een productie-installatie voor fossielvrij sponsijzer (zie kader DRI-technologie). Deze moet over vijf jaar klaar zijn. De industrialisatie moet beginnen met de eerste demonstratiecentrale, die in 2026 klaar is, voor de productie van 1,3 miljoen ton fossielvrij sponsijzer. De demonstratiecentrale wordt geïntegreerd met de productie van ijzerpellets. Het doel is om de productie van sponsijzer tegen 2030 uit te breiden tot een volledige industriële schaal van 2,7 miljoen ton om aan SSAB en andere klanten grondstoffen voor fossielvrij staal te kunnen leveren.

De nieuwe fabriek wordt om een aantal redenen in Gällivare gebouwd. Het is in de buurt van de mijnbouwproductie en -verwerking van LKAB. Door in het proces ijzerertspellets te gebruiken die al warm zijn, worden enorme hoeveelheden energie bespaard. Bovendien hoeft er dertig procent minder gewicht te worden getransporteerd, omdat met waterstofgas de zuurstof uit het ijzererts wordt verwijderd. Gällivare biedt ook goede toegang tot duurzame elektriciteit van Vattenfall.

staal

(c) Wikimedia

Waterstof Tata Steel

Tata Steel wil, zodra er voldoende en betaalbare waterstof beschikbaar komt, overschakelen naar staalproductie op waterstof. Wellicht maakt het bedrijf daarbij gebruik van het project H2ermes. Samen met Nobian en Havenbedrijf Amsterdam onderzoekt Tata Steel daarin de mogelijkheden voor het opzetten van een honderd megawatt waterstoffabriek op het terrein van de staalproducent in IJmuiden.

Deze installatie kan in de toekomst met duurzame elektriciteit tot 15.000 ton groene waterstof per jaar produceren. In dit proces wordt ook zuurstof geproduceerd. Met de zuurstof en waterstof kan Tata Steel op duurzamer staal produceren en zijn CO2-uitstoot flink verminderen.

Port of Amsterdam richt zich op de infrastructuur voor de verdere distributie van groene waterstof. Dit dient als basis voor de ontwikkeling van nieuwe producten en groene brandstoffen en het aantrekken van circulaire industrieën. Daarnaast kan de waterstof worden gebruikt voor verduurzaming van de regio door deze bijvoorbeeld te gebruiken voor emissievrij openbaar vervoer en transport, verwarming van gebouwen of nieuwe vormen van groene chemie in het havengebied.

ArcelorMittal wil steenkool vervangen door hoogwaardige biokool als grondstof voor zijn staalproductieproces. ArcelorMittal start hiervoor in Gent een proefproject.

Het Nederlandse bedrijf Perpetual Next levert de biokolen dat het produceert met haar hoogtemperatuur torrefactietechnologie. De samenwerking start met een eerste levering van 30.000 ton biokool voor de hoogoven in Gent. Uiteindelijk is de levering opschaalbaar naar 350.000 ton biokool op jaarbasis.

Verdubbeling

Voor de productie van staal worden kolen ingezet, om onder meer ijzer uit ijzererts te halen.De wereldwijde staalproductie in 2020 bedroeg 1,86 miljard ton ruwstaal. Daarvan werd zeventig procent geproduceerd in hoogovens die fossiele steenkool gebruiken. Verwacht wordt dat de vraag naar staal tegen 2050 zal zijn verdubbeld ten opzichte van het huidige niveau. Bij een ongewijzigd beleid leidt dat tot een verdubbeling van de CO2-uitstoot.

Torrefactie

De torrefactietechnologie van Perpetual Next zet biomassa om in biokool met dezelfde eigenschappen als fossiele steenkool. De biomassa is afkomstig uit door FSC-gecertificeerde bossen. De technologie zet de grondstoffen via een thermisch raffinageproces om in biokolen. Hierdoor ontstaat een relatief betaalbare hernieuwbare grondstof met een hoge energiedichtheid. De gepatenteerde technologie is eigendom van Perpetual Next.

 

Bij ArcelorMittal Belgium zijn vier reusachtige bioreactoren aangekomen voor het Steelanol-project. De bioreactoren vormen het centrale element van de nieuwe installatie van het Gentse staalbedrijf. Zij kunnen industriële gassen die vrijkomen tijdens het staalproductieproces omzetten in duurzame ethanol

De vier bioreactoren zijn in maart per schip geleverd. De afgelopen weken zijn alle vier de bioreactoren rechtop geplaatst. De aankomst en het inhijsen van de bioreactoren vormen het laatste grote onderdeel van de Steelanol-bouwfase en het begin van de volgende fase om leidingen te installeren en de installaties aan te sluiten.

De Steelanol-installatie van 165 miljoen euro, produceert 80 miljoen liter duurzame ethanol per jaar. Dit komt overeenkomt met bijna de helft van de huidige jaarlijkse vraag in België. De duurzame ethanol die de Steelanol-installatie produceert, kan worden gebruikt als brandstof voor transport of als bouwsteen voor de productie van chemicaliën. De verwachting is dat de installatie in 2022 operationeel is.

Het proces

De omzetting van industrieel gas in duurzame ethanol vindt plaats in vier bioreactoren. Elke bioreactor bestaat uit een tank met vloeistof, voedingsstoffen en in de natuur voorkomende micro-organismen. Een belangrijk element van het proces is om het gas goed in de vloeistof te mengen, zodat de micro-organismen de omzetting van het koolstofhoudende gas naar ethanol kunnen voltooien. Om maximale circulariteit na te streven, maakt een waterbehandelingsinstallatie het hergebruik van water, de terugwinning van waardevolle voedingsstoffen en de productie van energie uit verkregen biogas mogelijk.

Toekomst

Het proces dat bij ArcelorMittal wordt toegepast, kan niet alleen gebruik maken van de industriële gassen van de huidige staalproductiemethoden. Het kan zich aanpassen naarmate de industrie overschakelt op toekomstige staalproductietechnologieën met een grotere input van groene waterstof. Hierdoor kan de toepassing voor koolstofrecycling evolueren naarmate de beschikbare rest- en afvalstromen veranderen.

ArcelorMittal Belgium heeft zijn hoogoven B in Gent officieel ingehuldigd, nadat deze is vernieuwd. Het is volgens het bedrijf nu een van de meest moderne en efficiënte hoogovens ter wereld wordt, zowel op het vlak van productiviteit als van lagere CO2-emissies.

In september 2020 is gestart met de vernieuwing van de oven. In februari was het project klaar. De hoogoven heeft een geoptimaliseerde vorm gekregen. Verder is ArcelorMittal overgeschakeld naar een nieuw PLC-platform en zijn de veiligheidsconcepten naar een hoger niveau gebracht. Daarnaast is er een nieuwe netwerkinfrastructuur gekomen, is de procescomputersoftware aangepast en zijn modellen voor de sturing van de nieuwe hoogoven geoptimaliseerd. Voor de hoogovenvernieuwing is 5.000 ton staal en 3.000 ton vuurvast materiaal gebruikt. Daarnaastis er 265 kilometer aan elektrische kabels getrokken.

Afval als grondstof

De vernieuwde hoogoven zorgt voor een efficiënter brandstofgebruik en speelt daarmee een belangrijke rol in de vermindering van de CO2-uitstoot van de site en het bereiken van haar klimaatdoelstellingen. ArcelorMittal Belgium wil met het Gentse hoogovenproject Europa helpen om de CO2-uitstoot tegen 2030 met dertig procent te verminderen ten opzichte van 2018. Als groep heeft ArcelorMittal de ambitie om tegen 2050 klimaatneutraal te zijn.

In de hoogovens wil het bedrijf fossiele koolstof vervangen door groene en circulaire koolstof en waterstof. Ook wil ze steeds meer afvalstoffen inzetten als grondstof. Via het Torero-project (indienstname 2022) kan het bedrijf afvalhout uit containerparken voorbewerken tot biokoolstof die geschikt is voor het hoogovenproces. Ook lopen twee projecten waarbij plasticafval in de vorm van poeder of gas in de hoogoven kan worden geïnjecteerd.

De eerste recyclingfabriek voor vervuild staal ter wereld is eind september geopend in Delfzijl. Purified Metal Company kan hier staal dat bijvoorbeeld is vervuild met asbest of chroom-6 een nieuw leven geven. Er is zoveel interesse om schroot in te leveren voor recycling dat het niet bij deze ene fabriek gaat blijven.

In Nederland komen jaarlijks tienduizenden tonnen vervuild staalschroot vrij, bijvoorbeeld van gebouwen, treinen, schepen en industriële installaties. Dit staal wordt nu gestort, waardoor een waardevolle grondstof verloren gaat. Of het wordt schoongemaakt, een lastig en kostbaar werk. Voor chroom-6 is er op het moment zelfs geen andere goede oplossing dan de nieuwe fabriek.

Proces

Het gepatenteerde proces van Purified Metal Company (PMC) is vrij simpel. Het normale proces van staalsmelten gebeurt bij temperaturen boven de 1500 graden Celsius, het smeltpunt van staal. Bij die temperatuur zijn alle asbestvezels al lang vernietigd. ‘Wit asbest gaat al kapot bij 700 graden en andere vezels hebben een iets hogere temperatuur nodig. Bij 1040 graden Celsius zijn alle vezels vernietigd’, zegt Jan Henk Wijma, CEO van PMC. ‘Door verhitting vallen alle asbestvezels uiteen in zand, glas en magnesiumoxide. Drie schone grondstoffen voor hergebruik.’

‘We willen kosten voor de samenleving verlagen. We willen het recyclen niet duurder maken dan het storten.’

Jan Henk Wijma, CEOPurified Metal Company

Belangrijk is echter wel dat er geen asbestvezels of andere vervuilingen in de lucht terechtkomen. Daarom heeft de fabriek een volledig gesloten verwerkingsproces. Luchtsluizen, onderdruk in de fabriek en speciale filters voorkomen dat asbestvezels, chroom-6 en andere gevaarlijke stoffen bij het transport, de overslag en de verwerking vrijkomen en zich kunnen verspreiden. Ook de rookgassen uit de fabriek zijn volledig schoon.

Chemische samenstelling

Uiteindelijk is het verontreinigde staalafval na het proces omgevormd tot Purified Metal Blocks (PMB). Deze stalen blokken worden gegoten in een baksteenformaat en zijn volledig vrij van vuil. Door het compacte formaat kunnen de PMB’s efficiënt en gericht worden ingezet in productieprocessen in staalfabrieken en gieterijen.

De Purified Metal Blocks worden in batches van twintig ton verkocht. Elke batch heeft een unieke chemische samenstelling. Deze hangt af van wat er aan de voorkant de fabriek is ingegaan. ‘Dat kan verschillen van RVS tot constructiestaal’, legt Wijma uit. ‘Pas nadat het gesmolten is, kunnen wij zien wat de samenstelling is.’

Die verschillende chemische samenstellingen kunnen een voordeel zijn voor staalfabrieken en gieterijen. Zij kunnen kiezen welke batch voor hen interessant is. Wijma: ‘Ze kunnen zelfs nuttig gebruikmaken van de legeringen die erin zitten. Dat kan namelijk een besparing opleveren. Nikkel is daar een mooi voorbeeld van. Het is ontzettend duur materiaal. Als er een procentje in zit, is dat al bijna honderd euro per ton waard. Dat is echt waardevol voor bedrijven.’

Nog een voordeel voor de staalproducenten is dat ze door het gebruik van de blokken van PMC 75 procent minder CO2 uitstoten dan fabrieken die staal uit ijzererts maken.

Opgespaard

De nieuwe fabriek kan al rekenen op veel interesse. Verschillende Nederlandse bedrijven, zoals BASF, Shell, DOW en Prorail, hebben zich al gemeld om hun schroot in te leveren.

Industrielinqs nu 3 maanden gratis ontvangen?

Dit artikel komt uit de tweede editie van het Industrielinqs magazine, dat zich richt op de procesindustrie, energiesector en onderlinge infrastructuur. Met het magazine verbinden we industriële ketens zodat ze van elkaar kunnen leren. Belangrijke thema’s zijn: innovatie, energietransitie, onderhoud en veiligheid.

Gebruik kortingscode ILQS20GRATIS voor een gratis proefabonnement

Wijma: ‘Ik heb van een aantal bedrijven begrepen dat ze het afgelopen half jaar hun schroot hebben opgespaard, zodat ze het niet naar de stort hoefden te brengen in afwachting van onze opening. Dat is heel mooi nieuws.’ Zelf heeft PMC op twee locaties ook al een paar duizend ton vervuild schroot liggen. ‘Dat is gelijk serieus’, zegt Wijma.

Ook bedrijven uit andere Europese landen en de VS weten PMC al te vinden. ‘Het laat zien dat de kern van het probleem in westerse landen identiek is’, zegt Wijma. ‘Onze oplossing is daar een milieuvriendelijk alternatief voor dat kosten bespaart. Dat zijn onze drivers. We willen kosten voor de samenleving verlagen. We willen het recyclen niet duurder maken dan het storten.’

Meerdere fabrieken

De fabriek biedt werk aan dertig mensen. Wanneer ze op volle capaciteit draait, komen daar nog eens 35 arbeidsplaatsen bij. Met de bouw van de fabriek is een investering van zeventig miljoen euro gemoeid. De fabriek in Delfzijl kan, eenmaal op maximale capaciteit, 150.000 ton schroot per jaar verwerken, equivalent aan het gewicht van vijftien Eiffeltorens. Daar wordt in drie jaar tijd naartoe gewerkt.

Met die capaciteit kan PMC het vrijgekomen staal uit Nederland recyclen, aangevuld met wat staal uit België en Duitsland. Voor het schroot uit de andere geïnteresseerde landen is nu dus eigenlijk geen plek. Daarom heeft het bedrijf al plannen voor meerdere fabrieken wereldwijd. In Duitsland heeft PMC zelfs al een locatie in de omgeving van Leipzig op het oog.

Financiering

De financiering voor deze volgende fabrieken zal een stuk gemakkelijker gaan dan de eerste fabriek in Delfzijl. ‘De Europese investeringsbank vond ons eerste project veel te risicovol’, zegt Wijma. ‘Maar ze heeft nu aangegeven een rol te willen spelen in meerdere van onze fabrieken.’

CO2- en grondstoffenbesparing

Door staal te recyclen tot nieuw staal hoeft er geen nieuw staal geproduceerd te worden via delving en opwerking. Per kilo Purified Metal Blocks (PMB’s) bespaart PMC ruim twee kilo primaire grondstoffen (1,4 kilo ijzererts, 0,8 kilo steenkool en 0,3 kilo kalksteen), vergeleken met het delven en opwerken van nieuw staal. Daarnaast bespaart het bedrijf per kilo geproduceerde (en dus gerecyclede) PMB’s de uitstoot van één kilo C02, vergeleken met het delven en opwerken van nieuw staal.

Tijdens het recyclingproces worden verschillende verontreinigingen met de rookgassen meegevoerd. In het zeer geavanceerde rookgasreiningssysteem worden deze onschadelijk gemaakt. De verontreinigingen (minder dan één procent van het binnenkomende vervuilde staalschroot) worden verzameld en vervolgens gestort.

Het project Carbon4PUR neemt de volgende stap in het onderzoek naar de omzetting van afvalgas uit de staalindustrie in grondstoffen voor kunststoffen. Het consortium wil onder ideale omstandigheden het proces op industriële schaal testen. De beoogde locatie daarvoor is Fos-sur-Mer, nabij Marseille in Zuid-Frankrijk, waar een staalfabriek van ArcelorMittal en een chemische fabriek van Covestro naast elkaar staan.

Op laboratoriumschaal heeft het Carbon4PUR-project al veelbelovende resultaten laten zien. Zo zijn er al testhoeveelheden van polyol-tussenproducten verkregen uit zowel CO als CO2. Fos-sur-Mer zou een ideale locatie zijn voor een proeffabriek waarin de processen worden opgeschaald naar reële industriële omstandigheden

Fysieke scheiding van CO en CO2

Carbon4PUR is een consortium van veertien industriële en academische partners uit zeven landen en wordt gecoördineerd door Covestro. Dit sectoroverschrijdende project, dat loopt tot 2020, wordt gefinancierd door de Europese Unie en is gericht op het onderzoek naar en de ontwikkeling van een nieuwe technologie die gasstromen uit staalfabrieken, lees CO en CO2, kan omzetten in polyolen. Van cruciaal belang daarbij is dat de fysieke scheiding van CO en CO2 wordt vermeden om het proces efficiënt en economisch haalbaar te maken.

Lees ook het artikel over project Steel2Chemicals, waarbij chemiebedrijf Dow Benelux in Terneuzen de restgassen van staalfabrikant ArcelorMittal in Gent wil gebruiken om producten te maken.

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.

Van Merksteijn International (VMI) heeft bij de Italiaanse onderneming Danieli deze week de technische uitrusting voor een geïntegreerde staalfabriek besteld. De fabriek zal in de Eemshaven worden gebouwd. De totale investering wordt geschat op 260 miljoen euro en levert directe werkgelegenheid op voor ongeveer 300 mensen.

Volgens Van Merkensteijn wordt deze ultramoderne ‘Green Steelmill’ de wereldwijde standaard  op het gebied van circulariteit, duurzaamheid en innovatie. De fabriek in de Eemshaven zal binnen 2,5 jaar gereed zijn waardoor de inbedrijfstelling in de tweede helft van 2020 zal plaatsvinden. Als alles mee zit, start de bouw van de fabriek  in het eerste kwartaal van 2019.

Zelfvoorzienend

Straks moet in de Eemshaven een hele keten verrijzen. Van het smelten van schroot tot vloeibaar staal tot aan het uitwalsen van knuppels tot walsdraad. De productiecapaciteit na de bouw van de eerste fase zal rond de 900.000 ton walsdraad zijn. In 2017 heeft de VMI Group rond 1,13 miljoen ton walsdraad verwerkt tot eindproducten zoals wapeningsstaal en hekwerk producten. Vanwege een structureel tekort aan walsdraad in de EU is VMI momenteel gedwongen een groot deel het benodigde walsdraad van buiten de EU te importeren. Staalschroot is echter wel in voldoende mate beschikbaar binnen de EU. En omdat de totale capaciteit van VMI Group ruim 2,3 miljoen ton is, wil VMI verdere groei mogelijk maken, door deels zelfvoorzienend te worden.

Als de staalindustrie gaat samenwerken met de chemische industrie kan dit de CO2-uitstoot in Europa fors verminderen. Door hergebruik van staalgas kan de samenwerking potentieel een reductie van 57 miljoen ton CO2 per jaar opleveren. Voor Nederland zou dit vijf miljoen ton zijn, oftewel een tiende van de Nederlandse doelstelling voor emissievermindering voor de industrie.

Dit hebben adviesbureau Metabolic en onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen berekend in opdracht van onder andere het Institute for Sustainable Process Technology. Zij hebben de resultaten gepubliceerd in het rapport CarbOn-monoxide RE-use through industrial SYMbiosis between steel and chemical industries (CORESYM). Ook Nuon, Tata Steel, AkzoNobel, Dow, ArcelorMittal en TKI Energie en Industrie zijn bij het rapport betrokken.

Zonde

Bij de productie van staal komt staalgas vrij, dat voor achttien tot dertig procent uit koolmonoxide bestaat, voor 15 tot 25 procent uit kooldioxide en verder uit stikstof en een relatief kleine hoeveelheid waterstof. De staalfabrieken verbranden de koolmonoxide in energiecentrales en dat is eigenlijk zonde, want chemiebedrijven kunnen koolmonoxide heel goed als grondstof gebruiken. Bovendien ontstaat bij die verbranding CO2, zelfs twee keer zoveel als bij de verbranding van kolen.

Een uitdaging vormt nog het efficiënt afscheiden van CO uit grote volumes staalgas. De ontwikkeling van de technologie hiervoor is al redelijk ver gevorderd. Het scheidingsproces levert een stroom van vrij zuivere CO2 op.

Betrokken overheid

Het implementeren van grootschalig hergebruik van staalgas naar producten vraagt wel om een actieve en betrokken overheid, stelt het ISPT. Daarmee doelt het instituut op financiële steun van de nationale overheden en de Europese Unie. ‘Uiteindelijk levert het in een kringloop brengen van koolstof per euro veel meer CO2-emissiereductie op dan andere oplossingen, waaronder het afvangen en opslaan van CO2. De Nederlandse regering kan het geld voor CO2-opslag daarom maar beter meteen investeren in nieuwe technologie, waaronder die voor hergebruik van staalgas’, zegt Tjeerd Jongsma, directeur van ISPT.

Grote volumes

Het gaat in productie van staal om grote volumes koolmonoxide. Daarom ligt het voor de hand die in te zetten voor de productie van chemicaliën die ook in grote volumes worden gebruikt. Op de korte termijn zou dat waterstofgas kunnen zijn. Dat bespaart aardgas, aangezien waterstof nu voornamelijk van aardgas wordt gemaakt. Ook leent de koolmonoxide zich voor de productie van methanol, ethanol, vervanging van nafta en synthetische brandstoffen.

Steel2Chemicals

AkzoNobel werkt in Duitsland al aan een project om CO2 uit staalproductie om te zetten in nuttige grondstoffen voor de chemie, weet Marco Waas, director RD&I and Technology van AkzoNobel. ‘Met de kennis en kunde die in Nederland voorhanden is, kunnen we deze technologie ook hier inzetten om het verschil te maken.’

Ook Dow Benelux in Terneuzen heeft een soortgelijk initiatief opgepakt. Binnen het project Steel2Chemicals werkt het chemiebedrijf samen met ArcelorMittal in Gent om de restgassen van de staalproductie te gebruiken om producten van te maken. ‘Op basis van koolmonoxide verwachten wij een vervanger voor nafta te kunnen maken en langs die weg koolmonoxide in te zetten voor de productie van kunststoffen. Daarnaast zouden we best methanol van een derde partij willen afnemen, die dit maakt op basis van CO uit staalgas’, verklaart Kees Biesheuvel, Innovation manager bij Dow in Terneuzen.

Carbon4PUR

Covestro wil in het consortium Carbon4PUR staalgas gebruiken voor de productie van polyolen. In Fos-sur-Mer in Zuid-Frankrijk, liggen een staalfabriek van ArcelorMittal en een productiebedrijf van Covestro naast elkaar. Daar wordt een proefproject opgestart om nieuwe technologie te testen. Deze elimineert de stap waarbij afvalgas eerst moet worden gescheiden in verschillende afzonderlijke componenten. In plaats daarvan zal het gasmengsel via een chemo-katalytisch proces rechtstreeks worden omgezet in bouwstenen en halffabricaten voor polyurethanen.
Download het rapport via www.ispt.eu

Lees hier meer over het project van Dow en ArcelorMittal.

Lees hier meer over het project van Covestro.