Elektrificatie lijkt vaak de heilige graal voor de industrie om af te stappen van fossiele brandstoffen. Dat gaat echter gepaard met behoorlijk wat uitdagingen, waar de industriële sector zelf niet altijd invloed op heeft. Alle ketenpartijen zijn nodig om de elektrificatie te versnellen. Hier volgen vijf uitdagingen én mogelijke oplossingen.
Uitdaging 1: Onderwijs en training
De energietransitie vergt nieuwe vaardigheden van bestaande en toekomstige medewerkers in de procesindustrie. Naast elektrificering en het gebruik waterstof neemt ook de digitalisering van processen in bedrijven toe. Al deze ontwikkelingen stellen extra eisen aan bestaande en toekomstige werknemers in de (proces) industrie. De vraag is hoe bedrijven hierop inspelen. Nemen zij zelf het initiatief om hun werknemers bij te scholen of laten zij dit aan andere partijen zoals het onderwijs of gespecialiseerde partijen over?
Shell
Shell is volop bezig met het elektrificeren van processen. ‘Steeds meer apparatuur wordt elektrisch aangedreven. Hiervoor zijn we voortdurend op zoek naar gemotiveerde elektriciens’, stelt een woordvoerder. ‘Het is niet zo dat de operators hier specifiek bijscholing voor nodig hebben, want onze operators werken in de huidige installaties al met deze technieken.
Naast elektrificering zet Shell net als veel andere bedrijven ook in op digitalisering. ‘Denk aan het gebruik van tablets, robots en drones om controles en inspectiewerkzaamheden efficiënter te maken’, stelt de woordvoerder. ‘Al onze medewerkers worden inhoudelijk binnen hun vakgebied getraind naar de standaarden die binnen Shell en de Nederlandse wet gelden. Wij leiden onze mensen vooral intern op. Als operators of onderhoudstechnici binnenkomen bij ons starten ze met een intern opleidingsprogramma. Maar voor sommige trainingen moeten we de expertise extern halen, dat heeft te maken met de eisen die gesteld worden aan certificering.’
Tata Steel
Tata Steel heeft ambitieuze plannen om de productie van staal te verduurzamen. Elektrificatie is hiervan een onderdeel naast nieuwe installaties zoals een DRP (Direct Reduction Process) waarbij steenkool wordt vervangen door groene waterstof.
De vergroening van het productieproces vraagt volgens een woordvoerster van Tata Steel om een uitbreiding van de kennis van werknemers. ‘Onze mensen zijn al elektrotechnisch opgeleid. De uitbreiding van de kennis zit hem vooral in het feit dat het om nieuwe installaties gaat en dus ook om nieuwe technieken.’
Dit betekent voor de werknemers meer cursussen op de werkplek en programma’s en opleidingen in fasen. Zo kan er per fabriek kennis worden opgebouwd. ‘Voor elke nieuwe fabriek worden speciale opleidingsmodules gemaakt. Ook gaan mensen met behulp van de leveranciers van deze installaties aan de slag. Zo leren ze van anderen die deze installaties al hebben staan en ermee werken.’
Daarnaast kent Tata Steel een eigen bedrijfsschool, de Academy, die zorgt voor modules hoe om te gaan met de toekomstige installaties. Niet alle bedrijven beschikken over eigen opleidingsmogelijkheden. Zij zijn afhankelijk van de kwaliteit van schoolverlaters en het lesaanbod van gespecialiseerde partijen.
Om de mismatch tussen onderwijs en arbeidsmarkt te verkleinen worden de contacten tussen het bedrijfsleven en het onderwijs nauwer. Zo leveren bedrijven praktijkcases en gastsprekers aan terwijl docenten stagelopen in bedrijven om uit eerste hand de kennisbehoefte vast te stellen.
Onlangs maakte het kabinet bekend 40 miljoen euro subsidie toe te kennen aan 36 projecten die zijn ingediend in het kader van het Leven Lang Ontwikkelen (LLO)-Katalysator. De LLO-Katalysator is een investering vanuit het Nationaal Groeifonds met als doel om binnen regio’s en sectoren leven lang ontwikkelen te bevorderen. De projecten richten zich op regionale samenwerkingen tussen de arbeidsmarkt en het onderwijs. Specifieke focus ligt hierbij op het om- en bijscholen van vakmensen voor de energie- en grondstoffentransitie.
Uitdaging 2: Netcongestie en onbalans
Netcongestie is misschien wel de grootste uitdaging voor de elektrificatie van productieprocessen. Bedrijven waar het technisch wellicht al mogelijk is, moeten soms jaren wachten op een verzwaring van hun stroomaansluiting. Naast uitbreiding van het net, kunnen bedrijven die flexibel kunnen omgaan met het elektriciteitsnet daarvoor een oplossing bieden. Niet alleen als het gaat om afname, maar ook om teruglevering.
De grote toename van zonne- en windenergie leidt regelmatig tot de situatie waarin de vraag naar transportcapaciteit groter is dan de beschikbare netcapaciteit (netcongestie) of de situatie waarin het aanbod onverwacht groter is dan de vraag (onbalans). De netbeheerders lossen dat op door flexibel vermogen in te zetten, waarbij ze een klant verzoeken een deel van de gecontracteerde transportcapaciteit niet te gebruiken, of om op bepaalde momenten meer of minder af te nemen of in te voeden dan gepland.
Tennet en Hoogweg Paprikakwekerijen
Zo is Tennet een samenwerking aangegaan met een paprikateler. Indien nodig koopt TenneT capaciteit in bij Hoogweg Paprikakwekerijen. ‘Als TenneT zijn we verantwoordelijk om het gehele net in balans te houden. En op sommige momenten kunnen wij een noodvermogen aanwenden bij dergelijke bedrijven om hun aggregaten of warmtekrachtkoppeling te kunnen gebruiken bij een tekort of uit te laten schakelen bij een overschot aan stroom op het net’, legt Joris van den Elshout, inkoper van energie bij TenneT, uit.
‘Door de groei van wind- en zonnestroom heeft TenneT meer en diverse contracten nodig om het net te balanceren. Als de zon schijnt dan schakelt de teler zijn gasgestookte warmtekrachtkoppeling (wkk) uit en zet zijn elektrische boiler aan. Zo kan TenneT uitschieters op het net voorkomen. De teler krijgt hier een vergoeding voor.’
Naast de balanceringsdiensten is er volgens Van den Elshout een steeds groter wordende behoefte aan congestiediensten. ‘Deze contracten zijn eenvoudiger te sluiten en helpen om meer ruimte op het net te creëren. Door je zonnepanelen uit te schakelen bij een gelijk vallende piek of je koelcel uit te schakelen is het mogelijk dat we een extra aansluiting kunnen realiseren.’
De ACM heeft onlangs het licht definitief op groen gezet voor komst van tijdsduur- en tijdsblokgebonden transportrechten en tijdsgebonden transporttarieven. De autoriteit hoopt dat de maatregelen ervoor zorgen dat grootverbruikers goedkoper uit zijn als zij het stroomnet niet of minder gebruiken tijdens piekmomenten. Dat moet hen motiveren om ruimte te maken voor andere verbruikers en producenten.
Van den Elshout: ‘Uiteindelijk gaan we van een vraaggedreven energiesysteem naar een aanbodgedreven systeem met niet gegarandeerde aansluitingen. Je krijgt een korting op je tarief als we je op bepaalde momenten kunnen vragen om af te schakelen. Voor de grootverbruikers is het van belang om hier alvast op voor te sorteren.’
Uitdaging 3: Gebrek aan stroomcapaciteit
Bedrijven met plannen om uit te breiden of te verduurzamen door elektrificatie van hun productieproces, zien hun plannen steeds vaker vastlopen op de beperkte of niet aanwezige capaciteit op het elektriciteitsnet. In het Friese Hallum werken nu vijf grote bedrijven en de inwoners van het dorp samen met Liander, Firan en Ekwadraat aan de opzet van een energiehub om hun toekomst veilig te stellen.
Hoewel Hallum een klein dorp is, behoort het in energiebehoefte tot de top 5 van Friesland. Het dorp telt drie grote bakkerijen, Hellema, Van der Meulen en Helwa, een metaalbedrijf (Oreel) en De Vries (logistiek en transport). Deze bedrijven hebben een gezamenlijk gecontracteerd vermogen van 6,4 MW. Met plannen voor het uitbreiden van de productie, activiteiten en elektrificatie van onder andere gasovens is de verwachting dat dit zal moeten worden uitgebreid naar 32 MW.
In Hallum wordt gekeken hoe door het gebruik van duurzame energie, een koppeling tussen bedrijven, opslag en een slim energiemanagementsysteem, zoveel mogelijk stroom direct kan worden gebruikt of opgeslagen om het energienet zoveel mogelijk te ontzien. Door deze energiehub kan de energiebehoefte in de toekomst worden beperkt tot 21MW.
‘Het moeilijke aan het opzetten van een energiehub is niet de technologie’, stelt Jonas Dijkstra, adviseur Energietransitie bij Ekwadraat. ‘Het is wel complex maar dat is met de nodige creativiteit wel op te lossen. Met voldoende techniek en slim sturen kom je daar wel uit. Het draait vooral om bewustwording onder bedrijven dat er actie moet worden ondernomen om de toekomstige energiebehoefte veilig te stellen.’
Daarnaast is er ook een goede synergie van bedrijven nodig om een grotere potentie te creëren voor een technisch ontwerp. ‘Als het allemaal dezelfde bedrijven zijn die gelijktijdig dezelfde grote vraag hebben en daar moeilijk mee kunnen schuiven dan wordt het moeilijk’, aldus Dijkstra.
“De bakkerijen in Hallum hebben een 24×7 proces of willen hiernaartoe uitbreiden. De metaalbewerker is in het weekend en buiten kantooruren dicht. De vraag was hoe zij hun zonne-energie in het weekend naar de buren kunnen krijgen. Het transportbedrijf doet nu nog niets elektrisch maar wil hier wel naartoe. Op dit moment is dat niet mogelijk, maar als de energiehub er komt kan hij flexibel gebruik maken van zonne-energie. Ook de inwoners van Hallum kunnen meewerken door bijvoorbeeld de elektrische auto op een ander tijdstip te laden.’
Voor de deelnemende bedrijven betekent de energiehub een organisatorische uitdaging. ‘Energie is iets wat er automatisch is en wat van jezelf is. Nu ga je afstemmen met je buren. De afspraken die je maakt, moet je nakomen om de energiehub, waarin alle apparaten slim worden aangestuurd, goed te laten draaien’, aldus Dijkstra.
Er wordt al twee jaar samengewerkt tussen ondernemers, gemeente en provincie en de netbeheerder om tot een oplossing te komen. Op dit moment ligt er een technisch ontwerp voor Hallum. Voorwaarde is wel dat het elektriciteitsnet wordt verzwaard. In de plannen van Liander staat een verzwaring van het onderstation in 2027. Dan kunnen de bedrijven de aansluiting krijgen die ze nodig hebben om de energiehub op te starten.
Volgens Dijkstra is nog niet te voorspellen wanneer de energiehub volledig in werking is. ‘Het zijn projecten van de lange adem. Ik kan niet zeggen of het in 2030 of 2032 werkt. Vanaf 2027 hebben we in ieder geval de technische mogelijkheden om het uit te voeren. Dan moet ook worden gekeken of er voldoende financiering uit subsidieregelingen of eigen vermogen beschikbaar is.’
Uitdaging 4: Voldoende productie groene stroom
Om de industrie duurzaam te elektrificeren is veel groene stroom nodig, héél veel groene stroom. Voor 2030 is minimaal 30 TWh extra elektriciteit nodig voor de industrie. Voor 2050 is de industriële energiebehoefte zelfs 80 tot 130 TWh. De Nederlandse overheid zet daarom in op de ontwikkeling van heel veel offshore windenergie. In 2030 moet er tenminste 49 TWh aan offshore windenergie worden geproduceerd. Qua opgesteld vermogen ambieert het kabinet in 2040 50 GW en in 2050 70 GW.
Om deze ambitie te behalen, worden de komende jaren duizenden windturbines gebouwd voor de Nederlandse kust. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO) organiseert de tenders voor de vergunningen voor de bouw en exploitatie van nieuwe offshore windparken. Bedrijven zitten echter niet meer massaal te springen om in te schrijven op de tenders. Het financiële risico van de ontwikkeling van de offshore windparken is groot. Shell, met de windparken Hollandse Kust Noord (via CrossWind), Borssele III en IV (Blauwwind) en Egmond aan Zee in bedrijf en Hollandse Kust West (Ecowende) in ontwikkeling, is één van de grotere spelers.
Het bedrijf ziet projecten voor windenergie echter niet meer zo zitten en gaat haar uitgaven ervoor beperken. Eneco en Equinor trokken zich dit jaar nog terug uit de tender voor de concessies IJmuiden Ver Alpha en Beta. De bedrijven gaven aan dat de huidige benadering voor de aanbesteding niet ‘toekomstbestendig’ is. Dat heeft er volgens de ondernemingen vooral mee te maken dat er te veel op het financiële aspect van de projectvoorstellen gestuurd wordt. Hiermee zou de aanbesteding welhaast een veiling worden. Om de financiële risico’s te reduceren zou de overheid overwegen om één van de tenders die het eind 2025 uitschrijft (IJmuiden Ver Gamma en Nederwiek I) op te splitsen in twee losse blokken waar een opgesteld vermogen van 1 GW elk moet komen.
Zeevonk II
De twee meest recent toegekende kavels zijn IJmuiden Ver Alpha en Beta. De windenergiegebieden liggen ongeveer 62 kilometer uit de kust en worden aangesloten op het stroomnet op zee via twee platforms met een verbinding naar land. De elektriciteit van kavel Alpha landt aan in Borssele en de elektriciteit van kavel Beta landt aan op de Maasvlakte.
In het ontwerp van het windpark IJmuiden Ver Beta is specifiek gekeken hoe de opgewekte elektriciteit het beste kan worden geïntegreerd in het energiesysteem en hoe overbelasting van het stroomnet op land kan worden voorkomen. Kavel Beta wordt ontwikkeld door Zeevonk II, een joint venture van Vattenfall en Copenhagen Infrastructure Partners (CIP). Zeevonk II zal een elektrolyser met een capaciteit van één gigawatt gaan bouwen in de haven van Rotterdam. Doordat de elektriciteit van het windpark op de Maasvlakte aan land komt en de elektrolyser daar in de buurt wordt gebouwd, hoeft de elektriciteit niet eerst verder het stroomnet op. Dit ontlast de druk op het stroomnet. Tussen de windturbines bouwt het consortium een drijvend zonnepark met een vermogen van 50 MW.
Uitdaging 5: Technologie
Het elektrificeren van ‘de industrie’ is meer dan de installatie van zonnepanelen, een warmtepomp of e-boiler. Vaak moeten processen worden aangepast. Belangrijk daarbij is dat er op een holistische manier naar het bedrijf wordt gekeken. Warmtepompen spelen een centrale rol in het terugwinnen en opwaarderen van proceswarmte. En met de voortschrijdende technologie worden warmtepompen ook voor hogere temperatuurtoepassingen beschikbaar. Er blijven echter sectoren die moeilijk kunnen overstappen naar een volledig elektrische energievoorziening. Denk aan de cement- en staalindustrie, en vooralsnog ook de petrochemie. Toch speelt ook hier elektriciteit een belangrijke rol in de verduurzaming.
Elektrolyse en e-fuels
Waterstof is het sleutelmolecuul in de decarbonisering van de industrie. Elektrolyse van water met behulp van groene elektriciteit moet ervoor zorgen dat dit op een duurzame manier breed inzetbaar wordt. Waterstof kan dan bijvoorbeeld dienen als brandstof voor ketels om hoge temperaturen te bereiken. Of in hydrotreating processen in de olieraffinage.
Elektrolyse is niet alleen voor de productie van waterstof interessant. Een recentere ontwikkeling is het toepassen van elektrolyse of plasmatechnologie om CO2 om te zetten in chemische bouwstenen zoals synthese gas, methanol en mierenzuur. Hieruit kunnen e-fuels, olefines en zelfs proteïnes worden gemaakt. ‘Het is een strategische wens van de overheid om e-fuels, zoals SAF en e-methanol in Nederland te produceren, om zo minder afhankelijk te worden van import van fossiele grondstoffen uit het buitenland. Tegelijkertijd denken bedrijven die hun CO2-uitstoot willen terugbrengen steeds vaker na of ze afgevangen CO2 kunnen gebruiken als grondstof, in plaats van het ondergronds op te slaan’, zegt Yvette Veninga, leider van de programmalijn ‘power-2-integrate’ van VoltaChem – het innovatieprogramma op het gebied van industriële elektrificatie van TNO.
Zuurstof
Technologie op dit gebied is volop in ontwikkeling. Elektrolyse van water om waterstof te produceren lijkt misschien al mainstream te zijn door de vele projecten die aangekondigd worden. Maar, zegt Veninga, daar kan zeker nog meer efficiency worden behaald. ‘Eigenlijk wil je aan beide elektrodes waardevolle producten maken. Bij de elektrolyse van water wordt aan de ene elektrode waterstof gemaakt, maar wat doe je met het zuurstof aan de andere elektrode? Daar wordt nu aan gewerkt om te kijken of daar meer mee te doen is. Ook bedrijfszekerheid en veiligheid zijn belangrijke onderwerpen waar aandacht voor nodig blijft bij het toepassen van de elektrolyzers op grote schaal in een industriële omgeving.’
CO2
Het gebruik van CO2 in een elektrochemisch proces is volgens Veninga complexer. ‘Je hebt hier te maken met meer componenten en reacties die met elkaar in balans moeten zijn. Bij de productie van methanol moet water uit de reactor worden verwijderd om het reactie-evenwicht de goede kant op te verschuiven.’ Veninga denkt dat er nog veel onderzoek nodig is om de technologieën en processen te optimaliseren. ‘Dat gaat bijvoorbeeld om het verhogen van de stabiliteit en selectiviteit van katalysatoren. Hoe kun je de processen sturen? En heel belangrijk, hoe schaal je de processen op?’ Het kan volgens de programma-manager van VoltaChem nog wel tien tot vijftien jaar duren voor de nieuwste technologie ook industrieel op grote schaal kan worden toegepast. ‘Per productapplicatie moet er gekeken worden welk type CO2 bron beschikbaar is en welke technologie vervolgens het beste kan worden toegepast.’
