Oplossingen voor verduurzaming van bestaande fabrieken
Natuurlijk vraagt de transitie om compleet nieuwe productiemethoden, maar de beoogde emissieloze fabrieken staan er niet van vandaag op morgen. Daarom zijn ook oplossingen nodig om bestaande installaties in de chemie, staal- en kunstmestsector een kleinere footprint te geven. Denk bijvoorbeeld aan SEWGS, een techniek die TNO ontwikkelde om restgassen te scheiden en CO2 af te vangen. Een potentiële spil in de transitie van de industrie, zo bleek tijdens een recente online talkshow.
In het Zuid-Spaanse Puertollano staat momenteel de grootste elektrolyzer voor de productie van waterstof in Europa, met een vermogen van 20 megawatt. Die draait volledig op zonne-energie. Met deze groene waterstof maakt producent Fertiberia eerst ammoniak en vervolgens kunstmest. Een zeer elegante en hoopgevende ontwikkeling.
Toch zal het nog een poos duren voordat een significant deel van de kunstmest in de wereld op die manier wordt geproduceerd. In Puertollano gaat het nu slechts om tien procent van de totale productie. De rest van de kunstmest wordt nog steeds gemaakt van waterstof uit aardgas en stikstof uit de lucht. Fertiberia heeft plannen om de groene route op meerdere locaties op te schalen, maar dat heeft wel veel tijd nodig.
Innovatieve technologie
Klimaatveranderingen wachten niet. Daarom is het verstandig om ook oplossingen te verzinnen die op de kortere termijn de uitstoot van CO2 verminderen. Bijvoorbeeld end-of-pipe oplossingen die bestaande fabrieken van hun CO2-uitstoot ontdoen, ofwel decarboniseren.
Joey Dobrée van Stamicarbon, onderdeel van de Maire Tecnimont group en ontwerper van kunstmestfabrieken, ziet verschillende stappen om de CO2-uitstoot van de kunstmestproductie te verminderen. ‘Al decennialang doen we er veel aan om het energiegebruik van bestaande fabrieken te verminderen. Daar hebben we inmiddels ook verschillende succesvolle technologieën voor. Daarnaast zoeken we naar mogelijkheden om de CO2-uitstoot van deze fabrieken te verminderen. Afvangen, bijvoorbeeld met innovatieve technieken als SEWGS hoort daar ook bij. En de derde route is de inzet van innovatieve technologie, waardoor helemaal geen CO2-uitstoot meer is.’
Zaligmakende oplossing
Een van de mogelijkheden is de inzet van groene waterstof, zoals bij Fertiberia in Puertollano. Dobrée: ‘Daar wordt veel over gesproken, maar helaas nog niet zo veel in gedaan. De eerste stapjes zijn weliswaar gezet, maar de weg is nog lang. Het wordt lastig om op korte termijn grote stappen te zetten in de vervanging van bestaande fabrieken door volledig groene installaties.
Daarom kijkt Stamicarbon op de kortere en middellange termijn vooral ook naar de afvang en recycling van CO2. ‘SEWGS is een veelbelovende manier om CO2 af te vangen en her te gebruiken. Het kan zelfs een cruciale rol spelen. We kunnen met SEWGS zelfs afgevangen CO2, bijvoorbeeld uit de staalindustrie, gebruiken om in een reactie met ammoniak ureum te produceren. Het is niet de alles zaligmakende oplossing, maar je kunt wel de CO2-footprint uit beide industrieën reduceren.’
Waterdamp
Ook in de staalindustrie zijn er meerdere routes richting verduurzaming. Eric de Coninck, general manager bij Arcelor Mittal onderscheidt er drie. Ten eerste circulair staal. Schroot kan met duurzaam opgewekte energie worden omgesmolten. De Coninck: ‘Momenteel exporteert Europa enorme hoeveelheden schroot naar Turkije. We zouden die ook hier kunnen houden en zelf omsmelten met groene stroom. In sommige landen is het zelfs toegestaan om daar kernstroom voor te gebruiken.’
De vraag naar staal is echter nog groeiende. Daarom zal in de toekomst ook nog productie van nieuw, virgin staal uit erts nodig zijn. Arcelor Mittal ziet daarvoor twee paden. Het meest innovatief is de inzet van aardgas en op den duur groene waterstof. Zolang aardgas wordt gebruikt, is er wel nog steeds uitstoot van CO2, zij het minder. Om deze uitstoot te reduceren is dus afvang nodig, gecombineerd met opslag of hergebruik. Zodra aardgas wordt vervangen door blauwe of groene waterstof is er alleen nog maar uitstoot van waterdamp.
Bouwstenen
Een andere mogelijkheid is om de bestaande hoogovens in stand te houden en de restgassen af te vangen en her te gebruiken. Voordeel is dat bestaande installaties behouden kunnen worden. De restgassen bestaan uit waterstof, koolmonoxide (CO) en kooldioxide (CO2). De waterstof en koolmonoxide worden al grootschalig ingezet als brandstof. De Coninck: ‘Nu al vangen veel staalbedrijven de gassen af. Het is natuurlijk de kunst om dat zo effectief mogelijk te doen. De SEWGS-technologie van TNO zou ons kunnen helpen om waterstof, ongeveer zestig procent, koolmonoxide en kooldioxide van elkaar te scheiden. Met de chemische industrie kunnen we dan samenwerken om deze bouwstenen te combineren. Met Dow werken we samen om daaruit nafta te produceren. Bijvoorbeeld ethanol met Lanzatech. Polyolen met Covestro. En uiteraard moet het overtollige CO2 opgeslagen worden.’
Hoe werkt SEWGS?
Het SEWGS-proces combineert twee processtappen in één reactor. Het eerste proces staat bekend als de water-gas-shift reactie, waarbij stoom (H2O) koolmonoxide omzet in kooldioxide en waterstof. Omdat dit een zogenaamde evenwichtsreactie is, zullen delen van de gewenste stoffen waterstof en kooldioxide weer terugreageren in de ongewenste stoffen, water en koolmonoxide. De reactie houdt zichzelf in evenwicht en het is onmogelijk om een volledige omzetting te bereiken. Om deze ongewenste terugreactie zoveel mogelijk te voorkomen, wordt bij conventionele processen meestal veel stoom gebruikt.
Dit is echter niet nodig als een bedrijf het SEWGS-proces gebruikt. Het tweede proces voorkomt deze ongewenste reactie. De reactor bevat een vast adsorptiemateriaal dat selectief zure stoffen bindt. Kooldioxide hecht zich daardoor aan het oppervlak van het adsorptiemateriaal. Daardoor kan het kooldioxide niet meer met waterstof reageren. Een bijkomend voordeel is dat andere zure stoffen, zoals waterstofsulfide, zich ook aan het oppervlak van het adsorptiemiddel binden.
De combinatie van deze processen in één reactor resulteert in een veel efficiënter proces, waardoor minder energie verloren gaat. Het grootste deel van de afgevangen kooldioxide komt gewoon vrij wanneer de druk in de reactor wordt verlaagd, maar voor het laatste beetje CO2 dat in het adsorptiemateriaal achterblijft, is een stoomspoeling nodig. De warmte van het proces is daarvoor geschikt. En omdat het vaste adsorptiemiddel hoge temperaturen kan verdragen, is zo’n stoomspoeling heel goed mogelijk.
