Karen de Lathouder vult haar functie als CEO BP Nederland zichtbaar met veel energie en plezier in, al was het maar omdat ze zich nu ook over de retail van de BP stations mag buigen. ‘Een heel andere wereld, waar je veel dichter op de klant zit’, aldus De Lathouder. ‘Dat is ook zeer leerzaam voor onze andere activiteiten. Want we zullen de klant moeten meenemen in de transitie waar we nu voor staan.’ Lees het volledige interview met De Lathouder in het juni-nummer van Petrochem.

Verder in deze editie een artikel over schaarste en hoe daarmee om te gaan. Staal, aluminium, papier, hout en computerchips: het is of helemaal niet te krijgen, of tegen absurd hoge prijzen. De combinatie van hoge energieprijzen, de nasleep van de coronacrisis en de onzekere Oekraïnecrisis zetten de industrie momenteel voor grote dilemma’s. De hoge prijs van staal en andere bouwstoffen maken een projectbegroting haast onmogelijk.

Plantmanager Henk Feddes van Corbion staat voor een heel andere uitdaging. De vraag naar melkzuur is wereldwijd gestegen, maar de ruimte op het historische CSM-terrein is beperkt. Toch lukt het hem en zijn team met incrementele stappen steeds efficiënter te produceren en op te schuiven in de waardeketen. Vakmanschap en eigenaarschap zijn daarin belangrijke factoren.

Lees er meer over in het juni-nummer van Petrochem. Bij de lezers op 29 juni op de mat, maar nu tijdelijk online al door te bladeren.

De ontmanteling van de kolencentrale van EPZ in Borssele is in volle gang. Met een klein aantal medewerkers wordt de centrale stukje bij beetje met de grond gelijkgemaakt. Een uitdagende klus voor de sloper die op een klein terrein moet werken, direct naast een kerncentrale.

Nog maar twee gebouwen staan overeind: het ketelhuis en de machinehal met daarin turbines, generatoren en transformatoren. Eerder al sneuvelden onder meer een paar blikvangers in het landschap van Zeeland. Zo is de 170 meter hoge schoorsteen, tot vorig jaar het hoogste punt van de provincie, van boven naar beneden ‘afgeknabbeld’ met een flinke hydraulische betoncrusher. En de kenmerkende kolenbandbrug is in delen naar een sloopterrein vervoerd. Eind volgend jaar moet er alleen nog maar een groene weide over zijn.Vanuit milieuoverwegingen moest de kolencentrale van EPZ in Borssele in 2015 sluiten. Toen dat bekend werd, kwamen er volgens plantmanager Martin Oosterveld allerlei vragen om de centrale te demonteren en vervolgens ergens anders weer op te bouwen. ‘We hebben die vragen voorgelegd aan de aandeelhouders. Die hebben toen heel expliciet gezegd dat de centrale moet worden gesloopt. Anders verplaats je het probleem.’

Sloopgereed

Oosterveld werkt al sinds de start van de kolencentrale in Borssele en na de ontmanteling gaat hij met vervroegd pensioen, tenzij er nog iets anders leuks op zijn pad komt. ‘Het is alsof hij voor mij is gebouwd.’ Van de 115 mensen die EPZ in 2015 nog in dienst had, zijn er naast Oosterveld nog maar vijf over. Ook allemaal zestigers. Twee collega’s zijn inmiddels met pensioen maar werken nog in deeltijd. De anderen moeten aan het eind van dit project laten weten of ze nog willen blijven als er werk is, kiezen voor een baan buiten EPZ of met vervroegd pensioen gaan.

Toen de kolencentrale uit bedrijf werd genomen, heeft EPZ eerst de tijd genomen om de ontmanteling voor te bereiden. De installatie is sloopgereed gemaakt. Olie en andere chemicaliën in de proces- en hulpsystemen zijn afgevoerd. Ook is de installatie zoveel mogelijk gereinigd.

Daarnaast ging veel aandacht uit naar het ontvlechten en loskoppelen van de infrastructuur rond de kolencentrale. Zowel de kolencentrale als de kerncentrale maakten gebruik van een aantal hulpsystemen die op het terrein van de kolencentrale waren geplaatst zoals water, riool en elektra.

Niks meer waard

De aannemerscombinatie Schotte/Meuva helpt met de verdere ontmanteling. Schotte sloopte eerder al de kolenvergassercentrale in Limburg. In 2019 begon de combinatie aan de centrale in Zeeland. ‘Het is wel eens raar als wij komen’, vertelt hoofduitvoerder Ad Vermeulen. ‘Mensen hebben duizenden uren doorgebracht om zo’n fabriek netjes te houden. We hebben hier in de kolencentrale bijvoorbeeld een elektroman lopen, die heel erg begaan is met de installatie. En dan knippen wij een turbine of elektromotor kapot. Hij zit daar dan naar te kijken en zegt: ‘Weet je wel wat dat waard is?’. Ja, niks meer. Mensen vragen ons wel vaker of we weten wat we weggooien. Maar voor ons worden die materialen weer grondstoffen.’

Gebouwen als buffer

Het was voor de slopers best wel een klein gebied om in te werken, vertelt Vermeulen. ‘We hebben een route uit moeten stippelen. Wat we eerst gingen slopen zodat we materialen konden afvoeren en bij een volgend stuk konden komen. Als we op het ene stuk slopen, kunnen we een ander gedeelte voorbereiden op ontmanteling. Denk daarbij aan asbestsanering en het verwijderen van andere gevaarlijke stoffen.’

‘Mensen hebben duizenden uren doorgebracht om zo’n fabriek netjes te houden.’

Ad Vermeulen, hoofduitvoerder Schotte/Meuva

Door gebouwen zo lang mogelijk te laten staan en eerst alles eruit te slopen, vermijden de slopers zoveel mogelijk geluid- en stofoverlast. Vermeulen: ‘Vervolgens halen we de hoogtes weg en verkleinen we alles. Uiteindelijk komen we dan bij de fundaties uit. Het is een heel doordacht systeem om op te kunnen schuiven.’

De 170 meter hoge schoorsteen, tot vorig jaar het hoogste punt van de provincie Zeeland, is van boven naar beneden ‘afgeknabbeld’ met een hydraulische betoncrusher.

‘We werken eigenlijk naar de kerncentrale toe’, vult Oosterveld aan. ‘De gebouwen die nu nog staan, hebben we de hele tijd mooi als buffer gehad. Sowieso moet alles veilig, maar er mag ook geen hinder ontstaan richting de kerncentrale. Een aantal hulpsystemen staan maar een paar meter van onze gebouwen af. Dus je moet afspraken maken over de bereikbaarheid daarvan. Ook staat er een kantoorgebouw deels tussen de te slopen gebouwen. In sommige situaties moeten de medewerkers uit de ondersteunende afdelingen van de kerncentrale daarom ergens anders werken.’

Radioactiviteit

Daarnaast was ook het verwijderen van radioactieve besmetting een uitdaging. Door de verbranding van steenkool en het gebruik van ongebluste kalk zijn er op twee plaatsen in de installatie natuurlijke radioactieve stoffen achtergebleven. ‘In kolen zit een toefje radioactiviteit’, legt Oosterveld uit. In het proces werden de kolen fijn vermalen en de vuurhaard ingeblazen van wel 1.300 tot 1.500 graden Celsius. De onverbrande deeltjes worden dan vloeibaar en nemen de radioactieve deeltjes op en hechten zich op de wand van de vuurhaard.’

Het team van Vermeulen moest externe specialisten erbij vragen om te helpen bij het saneren van de vuurhaard met radioactiviteit. Uiteindelijk is er een hele tent omheen gebouwd. Toezichthouder ANVS (Authoriteit Nucleaire Veiligheid en Stralingsbescherming) zag erop toe dat het werk goed werd uitgevoerd. In delen is de vuurhaard naar een aparte locatie gebracht waar met staalstralen de radioactieve laag is verwijderd. Daarna kon het staal pas worden afgevoerd naar de hoogovens. Vermeulen: ‘Dat was een behoorlijke uitdaging. Van vijfhonderd ton vervuild materiaal zijn we naar misschien nog geen twee ton gegaan. Het kost heel veel inspanning, maar hoort bij het proces.’ Wat niet helemaal vrij kon worden gemaakt van radioactieve besmetting is naar een speciale stort gebracht.

Twee kerncentrales

Eind volgend jaar is de ontmanteling klaar. Op een deel van het voormalig kolenpark is al een zonnepark gebouwd van 21 megawatt. Een ander gedeelte van het terrein is overgedragen aan het havenschap en daar heeft een grondstoffenbedrijf een uitbreiding op gedaan. EPZ wil op de rest van de ruimte twee kerncentrales bouwen, maar zover is het nog niet.

Historie kolencentrale

1969: Naast de geplande kerncentrale verrijst ook een op olie en gas gestookte elektriciteitscentrale.

1971: De bouw van een tweede olie- en gasgestookte centrale start.

1974: De oliecrisis maakt duidelijk dat olie voor elektriciteits­opwekking geen blijvende keuze kan zijn.

1983: Na tien jaar olie te hebben gestookt, stapt de exploitant (toen PZEM) over op kolenstook. Er komt een grote ombouw-­operatie op gang.

1987: De kolencentrale wordt in gebruik genomen.

Jaren 90: De impact van de kolencentrale op het milieu is steeds meer een issue.

1998: Start met bijstook van biomassa.

2014: De Nederlandse politiek wil kolencentrales sluiten. Ombouw naar een volledige biomassacentrale blijkt niet haalbaar.

2015: De centrale wordt een maand eerder dan gepland uit bedrijf genomen na enkele ernstige bedrijfsongevallen, waarvan één dodelijk ongeval.

25 tot 50 man

‘Met hoeveel mensen denk je dat we hier werken?’, vraagt hoofduitvoerder Ad Vermeulen. Hij moet lachen bij de gok van tweehonderd mensen van de redacteur, die haar gok baseert op de enorme aantallen extra medewerkers die bij een onderhoudsstop aanwezig zijn. ‘We werken met 25 tot 50 mensen. Bij een onderhoudsstop ligt alles stil en wordt er gewerkt aan installaties, worden ze schoongemaakt en zijn er veel inspecties.’

Het aantal medewerkers is weinig, omdat er nooit boven of onder elkaar kan worden gewerkt. ‘We breken van boven naar beneden af of andersom. Er is altijd gevaar dat iemand wordt geraakt. We doen veel zwaar hijswerk. Overal waar we hijsen moeten we het gebied afzetten. We werken steeds in kleine teams. Daarom proberen we wel steeds in andere zones bezig te zijn met anderen en daar voorbereidende werkzaamheden te doen. Veiligheid garanderen is superbelangrijk.’

Daarbij maken de slopers gebruik van veel machines die spullen klein kunnen knippen en stukken kunnen sorteren. ‘We proberen een groot deel machinaal te doen. Dan hoeven er geen mensen tussen te lopen, wat weer minder risico betekent.

Schaarste aan grondstoffen kan ervoor zorgen dat we in de toekomst niet genoeg groene waterstof kunnen produceren om ambities waar te maken. En het kan zelfs de hele energietransitie hinderen. Weinig mensen zijn zich bewust van dit probleem. Tegelijk is het ook de vraag wiens probleem die schaarste eigenlijk is.

Het volledige artikel lees je in de digitale editie van Industrielinqs magazine!

Digitaal magazine Industrielinqs: CO2-emissies moeten snel drastisch omlaag. Het aandeel duurzame energie is echter nog zo laag, dat deze het fossiele energieverbruik nog maar nauwelijks kan vervangen. CO2-opslag (CCS) biedt hiervoor op de korte en middellange termijn een sneller en goedkoper alternatief.

Verder in dit nummer

Schaarste aan grondstoffen kan energietransitie hinderen, leggen energietransitie-consultants Anastasia Gavrilova en Sara Wieclawska van TNO uit. Hygro onderzoekt het inbouwen van een elektrolyzer in de voet van een windturbine. Plasmatechnologie in een Californische fabriek zet afval om in waterstof.

Dit en meer leest u in Industrielinqs 6, 2021!

Afvalverwerker HVC en slibverwerker SNB doen de komende maanden een proef met terugwinning van fosfaat uit verbrandingsas. Dit is de as die overblijft na thermische verwerking van zuiveringsslib.

Als de proef succesvol uitpakt, is dit meteen ook een belangrijke stap naar het realiseren van een fabriek op grotere schaal. Deze zou meer dan tachtig procent van het fosfaat uit de verbrandingsas moeten terugwinnen in de vorm van fosforzuur. HVC en SNB denken aan een fosfaatfabriek die zo’n 60.000 ton per jaar – alle verbrandingsas van de twee bedrijven – kan verwerken tot circa 12 miljoen kilo fosforzuur. Dit product is onder meer geschikt voor het maken van kunstmest.

Als de bouw van de fabriek doorgaat, zou het de eerste fosfaatfabriek in zijn soort in Nederland zijn. Maar zover is het nog niet. Voor een definitieve beslissing zijn er nog tal van vervolgstappen nodig, vooral op het gebied van financiering en technische uitwerking.

Technologie

Voor de test gebruiken de twee partners technologie van Remondis Aqua om het fosfaat terug te winnen. Proeven op laboratoriumschaal met deze technologie waren eerder al succesvol. De technologie is gebaseerd op een nat-chemische techniek, waarbij verschillende zuren het fosfaat in de verbrandingsas omzetten in fosforzuur.

Fosfaatbalans

Fosfaat is een eindige grondstof die in een beperkt aantal landen, met name buiten Europa, wordt gewonnen in fosfaatmijnen. As uit zuiveringsslib bevat bijna net zoveel fosfaat als fosfaaterts. Met de productie van fosforzuur zou de fabriek van HVC en SNB de Nederlandse fosfaatbalans met circa dertig procent verbeteren. Dat wil zeggen dat dertig procent van het fosfaat dat nu verloren gaat met afval via zuiveringsslib straks wellicht wordt teruggewonnen voor hergebruik.

Overigens kan de fabriek naast fosforzuur ook gips, ijzer/aluminium-zouten en een resterende as-fractie produceren. Al deze producten zijn geschikt voor hergebruikt. Het gips als bouwstof, de ijzer/aluminium-zouten voor gebruik op rioolwaterzuiveringen. Voor de afzet van de as-fractie denken de twee bedrijven aan verschillende toepassingen als vulstof in beton en asfalt.

Teijin Aramid is volop in beweging. De producent van supersterke aramidevezels, waaronder Twaron, zet vol in op een circulaire productieketen. Met de belangrijkste installaties in Noord-Nederland. COO Edward Groen: ‘Door de productie in één land te houden is het gemakkelijker om schaalvoordelen te benutten. Onze ambitie is om het beste high performance vezelbedrijf van de wereld te zijn.’

Het is een bijzonder verhaal. Vorig jaar zou Edward Groen bij Teijin Aramid de stap maken van sitemanager in Delfzijl – en daarvoor Emmen – naar de topfunctie op het gebied van duurzaamheid binnen het bedrijf. En hij had daar ook echt veel zin in. Hij was echter nog maar een paar weken in zijn nieuwe functie, toen de chief operations officer (COO) zijn afscheid bekend maakte. Het waren een paar mooie duurzame dagen, maar Teijin Aramid had hem toch nog meer nodig aan het hoofd van de operaties. Met zijn kennis en ervaring was het duidelijk dat hij de vertrekkende COO moest opvolgen. En zo geschiedde.

De productieketens van Teijin Aramid zijn volop in beweging. En ja, vooral ook in combinatie met verduurzaming. Dus die connectie blijft. Groen: ‘Alles is er op gericht om onze footprint zo klein mogelijk te maken, zowel op het gebied van energiegebruik als de grondstoffen.’

Een belangrijke doelstelling van het bedrijf is een circulaire aramideketen. Op dat vlak heeft het bedrijf in het verleden al verschillende stappen gezet. Met name in het recyclen van de aramidevezel. Daarmee won het in 2012 de Responsible Care prijs van de VNCI. Omdat het bedrijf toen al zeer innovatieve en circulaire stappen zette.

Toeleveranciers

Nu lijkt de volgende stap aanstaande, naar biogebaseerde grondstoffen. Om nog onafhankelijker te worden van fossiele feedstock. Samen met technologiebedrijven BioBTX en Syncom is Teijin Aramid er de afgelopen jaren in geslaagd om in het laboratorium biobased Twaron-vezels te maken. Om dat voor elkaar te krijgen waren bio-aromaten nodig. BioBTX produceerde benzeen, tolueen en xyleen uit ruwe glycerine, een bijproduct van biodieselproductie. Deze aromaten zijn vervolgens door Syncom omgezet in specifieke bouwstenen zoals paraxyleen. Daarna kon Teijin Aramid er haar polymeer en garen van maken. Deze chemische bouwstenen maken ze niet zelf. Het bedrijf krijgt deze grondstoffen vanuit locaties van diverse toeleveranciers in Europa. Daardoor kunnen de fabrieken in Delfzijl en Emmen tijdens de pandemie ook doordraaien, stelt Groen. ‘Om biogebaseerde vezels te produceren is het nu belangrijk om met onze toeleveranciers te praten. Zij moeten daar in investeren.’ Een proces dat nog grotendeels zijn beslag moet krijgen.

Warmteterugwinning

Meer impact op de kortere termijn heeft de grootste onderhoudsstop in de historie van het bedrijf, binnenkort in Delfzijl. Tussen half april en half juni zijn hiervoor dagelijks 800 tot 900 extra mensen op het Chemiepark Delfzijl aan het werk. Dat de stop zo groot is, heeft twee redenen. Groen: ‘Sowieso willen we het interval tussen turnarounds verlengen. Uiteindelijk willen we van een stopcyclus van twee naar vier jaar. Nu zit er in de tussenfase nog drie jaar tussen.’ Minder stops dus, maar per stop wel meer werkzaamheden. Dan worden de turnarounds per keer vanzelf groter.

De andere reden is dat tijdens de komende stop ook veel voorbereidingen worden getroffen voor een grote uitbreiding. Groen: ‘Uiterlijk zomer 2022 willen we de productie met 25 procent hebben uitgebreid. Veel nieuwe equipment voor die uitbreiding wordt tijdens de stop geplaatst.’

circulaire

‘Alles is er op gericht om onze footprint zo klein mogelijk te maken, zowel op het gebied van energiegebruik als de grondstoffen.’

Edward Groen, chief operations officer Teijin Aramid

Deze uitbreiding heeft ook verduurzamende aspecten. Zo biedt de nieuwe schaalgrootte in de productie nieuwe kansen op het gebied van energie-efficiëntie. ‘Door de grotere productiecapaciteit straks, kan bijvoorbeeld de bouw van een installatie voor betere droogtechniek wel uit. Voorheen was dat een lastige rekensom.’

Elektrische warmtepomp

Schaalgrootte was ook een belangrijke reden om de productie in Nederland uit te breiden en niet elders in de wereld een nieuwe fabriek neer te zetten. Daar is serieus naar gekeken. De conclusie was echter dat het beter mogelijk is om marktleider te blijven door de productie vooralsnog in één land te concentreren.

Sinds een paar jaar heeft Twaron van Teijin meer marktaandeel dan het concurrerende Kevlar van Dupont. In Azië zijn nieuwe concurrenten in opmars, maar Teijin wil concurrenten telkens een stapje voor blijven. Groen: ‘Wij willen het beste én grootste high performance vezelbedrijf van de wereld zijn. Zo kunnen we nu makkelijker verduurzamende stappen zetten op het gebied van energie.’ In Delfzijl komt daardoor dus betere droogtechniek binnen handbereik. Groen: ‘In Emmen zetten we een verdere stap in elektrificatie. In de uitbreiding zit bijvoorbeeld een installatie voor mechanische damprecompressie, een soort grote elektrische warmtepomp.’

Landingsparachute

De Twaron-vezel is ongeveer zeven keer zo sterk als staal bij gelijk gewicht. Bovendien zijn de vezels licht qua gewicht en zijn ze zijn bestand tegen relatief hoge temperaturen. Dat maakt ze geschikt voor uiteenlopende toepassingen. Van kogelwerende vesten tot helikopterbladen en sleep- en hijskabels.

De bijzondere vezel is in het verleden ontwikkeld door AkzoNobel, dat het in de jaren tachtig van de vorige eeuw op de markt bracht. Eind 2000 zijn de Twaron-activiteiten overgenomen door het Japanse bedrijf Teijin Limited. Voor de aramide-activiteiten is Teijin Aramid opgericht, met een hoofdkantoor in Arnhem. De productie van het polymeer en garen en vezels gebeurt voornamelijk in respectievelijk Delfzijl, Emmen en Arnhem. In Delfzijl produceert het bedrijf het basismateriaal voor het product Twaron. Hier worden allereerst de monomeren PPD en TDC geproduceerd. Deze monomeren worden vervolgens in een gesloten proces samengevoegd, zodat er een uniek aramidepolymeer (polyparafenyleentereftal-amide, PPTA) ontstaat. In een aparte installatie wint Teijin oplosmiddelen terug voor hergebruik. Na het drogen wordt het polymeer verpakt en vervoerd naar de andere grote productielocatie van Teijin Aramid in Emmen, waar er Twaron-garen, -vezels en -pulp van worden gemaakt. In Arnhem staat ook een fabriek waar pulp wordt geproduceerd.

circulaire

‘Iedereen roept Industrie 4.0, maar het gevaar van dergelijke grote termen is dat we vergeten er aan te beginnen.’

Edward Groen, chief operations officer Teijin Aramid

Teijin Aramid heeft ook productielocaties in Japan en Thailand, waar geen Twaron, maar andere aramidevezels worden geproduceerd. Waaronder Technora. Deze para-aramide vezel heeft onlangs nog een rol gespeeld bij de landing op mars. ‘De ophangkoorden en de riser van de landingsparachute zijn gemaakt van Technora,’ vertelt Groen met enige trots. Met name de sterkte van de vezel was doorslaggevend. De Mars Perseverance Rover draagt de zwaarste last van alle missies naar de Rode Planeet tot nu toe. Tijdens uitvoerige tests heeft het parachutesysteem bewezen een belasting van 31.751 kilogram te kunnen dragen, onder extreme omstandigheden op Mars. Ofwel temperaturen van -63 graden Celsius, vaak voorkomende stofstormen en atmosferische elektriciteit.

Behapbaar

De katalysator voor groei is operational excellence. Verduurzaming is daar een onderdeel van, maar Groen ziet ook veel kansen op het gebied van digitalisering. Met name van het wereldwijde enterprise resource systeem. Het is de bedoeling dat Teijin straks één wereldwijd gestandaardiseerd digitaal dataplatform heeft dat een geïntegreerde business planning mogelijk maakt. Zodat verkoop, voorraadbeheer en productie optimaal op elkaar worden afgestemd.

Ook op het gebied van productie en onderhoud ziet hij veel kansen voor digitalisering en bijvoorbeeld de voorspelbaarheid van de installaties. Maar hij is tegelijkertijd ook realistisch. ‘Iedereen roept maar Industrie 4.0, maar het gevaar van dergelijke grote termen is dat we vergeten er aan te beginnen. Wellicht dat een autonome fabriek in de toekomst ook bij ons mogelijk is, maar daar zijn we nog lang niet. Ik denk dat we vooral veel moeten experimenteren en telkens stapjes zetten. Door de mensen in het veld erbij te betrekken, krijg je ze ook daadwerkelijk mee. Op het gebied van predictive maintenance bijvoorbeeld. Dat terrein is nog steeds relatief nieuw. Door experimenten aan te gaan, bijvoorbeeld zoals bij ons met een smart helmet, ontstaat draagvlak om ook volgende stappen te zetten.’ Dan raken mensen volgens Groen enthousiast en komen ze ook zelf met ideeën.

Het moet volgens Groen op deze manier ook behapbaar blijven. ‘We gaan nu richting die enorme stop in het voorjaar. En de mensen hebben het nu al druk in de normale dagelijkse praktijk. Onze fabrieken in Delfzijl en Emmen zijn al complex en er is veel te bevatten voor medewerkers. Als je dan ook nog het idee geeft van de toekomst die nog groter en ingewikkeld is, dan gaat er nu niks gebeuren.’ Stap voor stap experimenteren en implementeren dus.

De chemische en voedingsmiddelenindustrie kunnen niet blijven voortborduren op bestaande energiebronnen en grondstoffen. Volgens CTO Marcus Remmers van DSM staan we aan de vooravond van een biotechnologie-revolutie om de uitdagingen op gebied van klimaat, stikstof en biodiversiteit aan te gaan. Op den duur hebben we voor melk en vlees veel minder koeien nodig en produceert de chemie materialen onder andere uit de zon, de wind en CO2. Maar voor we daar zijn, moeten we nog door verschillende fases.

Als het gaat om transformatie dan heeft DSM een rijke historie. Met name wat betreft haar kernactiviteiten. Van het winnen van steenkool uit de Dutch State Mines, via productie van basischemicaliën, naar een gerenommeerde speler in de fijnchemie en biotechnologie. Dat die transformatie nog steeds bezig is, blijkt wel uit het recente voornemen om onder andere de productie van coatingharsen te verkopen aan chemiebedrijf Covestro. En misschien eindigt die gedaantewisseling wel nooit.

Marcus Remmers (DSM): ‘Topprioriteit nu is het decarboniseren van de energievoorziening.’

Ook op het gebied van procestechnologie zijn verschillende stappen gezet. Zo maakte DSM na de overname van Gist-Brocades eind vorige eeuw uitgebreid kennis met fermentatieprocessen. Een stap die veel impact heeft gehad. Juist die biochemische processen vormen nu het motorblok van het moderne DSM.

Decarboniseren

Op het vlak van de productieprocessen verandert er volgens chief technology officer (CTO) Marcus Remmers de komende decennia nog veel meer. Dat moet ook echt, stelt hij. ‘Er zijn grote uitdagingen op het gebied van het klimaat. En vergeet ook de problemen op het vlak van biodiversiteit niet.’ Willen we over enkele decennia nog op een leefbare wereld vertoeven met voldoende voedsel en middelen voor negen miljard mensen in 2050, dan moet er veel veranderen. Remmers: ‘Topprioriteit nu is het decarboniseren van de energievoorziening. Op die manier kunnen we veel CO2-uitstoot voorkomen.’

biotechnologieStraks moeten geen koolstofhoudende brandstoffen, maar duurzame elektronen de eerste viool spelen. ‘Het is daarom essentieel dat er enorm wordt geïnvesteerd in het elektriciteitsnet en duurzame energieopwekking, zoals zonne- en windenergie.’

Melkeiwitten

Decarbonisatie is echter niet een oplossing die overal op past. Als het gaat om de productie van voedsel en materialen, dan is en blijft koolstof een essentiële bouwsteen. Dan past eerder de term recarbonisatie. Waar het decarboniseren van energie vooral gericht is op het aanpakken van de klimaatcrisis, kan recarbonisatie ook oplossingen bieden op het gebied van biodiversiteit.

Remmers: ‘Ik denk dat we daarom aan de vooravond staan van een revolutie op het gebied van biotechnologie. Biowetenschappen kunnen ons namelijk helpen bij de uitdagingen waarvoor we staan. We moeten vooral ons voedsel en onze materialen op een veel duurzamere manier produceren. Als we op de oude voet doorgaan, hebben we sowieso veel te weinig grond tot onze beschikking om de groeiende wereldbevolking van eten te voorzien. De biodiversiteit komt steeds meer onder druk te staan. Met de bestaande methoden komen we er gewoon niet. Voedzame melkeiwitten kunnen we naast uit dieren ook uit reststromen halen. Op het gebied van vleesproductie zijn er ook veel interessante innovatieve ontwikkelingen. Cellulaire landbouw staat nog in de kinderschoenen, maar opent een scala aan nieuwe technologische mogelijkheden.’

Logische energiedrager

Cellulaire landbouw is een nieuwe industrie waarin dierlijke producten worden nagemaakt of vervangen op basis van dierlijke cellen. Denk bijvoorbeeld aan leer- en zuivelproducten. En zelfs vlees. Met de stamcellen van één gram spierweefsel kan straks ruim tienduizend kilo vlees worden gemaakt. In theorie betekent dit dat er volgens deskundigen maar honderdvijftig koeien nodig zijn om genoeg stamcellen te produceren om kweekvlees te maken voor de gehele wereldbevolking. Met de hedendaagse wetenschap is het al mogelijk om melk te maken zonder dat daar een koe aan te pas komt. De herkomst van onze voeding kan er over enkele decennia dus heel anders uitzien. Het zou zo maar kunnen dat bij elkaar straks minder landbouw- en veeteeltgrond nodig is om een veel grotere wereldbevolking te kunnen voeden. Doordat de voedselproductie veel efficiënter is ingericht.

Ook op het vlak van materialen zijn verschillende stappen mogelijk om veel efficiënter met grondstoffen om te gaan. Volgens Remmers is het zelfs denkbaar dat over een paar decennia het grootste deel van de grondstoffen cyclisch is. Met het recyclen van afvalplastics worden nu al stappen gezet. Maar dat kan straks nog veel verder gaan. Zo zijn er al initiatieven om chemische bouwstenen te winnen uit koolmonoxide (CO), een belangrijk afgas uit de staalindustrie. Nog een stapje verder gaat de recycling van kooldioxide. Lukt het om op den duur grootschalig CO2 uit geconcentreerde – met name industriële – bronnen om te zetten in chemische bouwstenen, dan lijkt een belangrijke cirkel gesloten. Of straks ook grootschalig CO2 uit de atmosfeer wordt gehaald, is volgens Remmers zeer twijfelachtig. ‘Dat kost heel veel energie. Ik denk niet dat dat op een efficiënte manier is te realiseren.’

De revival van elektrochemie zal een belangrijke rol spelen. CO2 wordt nu nog gezien als het afvoerputje van de chemie. Om CO2 weer nuttig te kunnen maken, heeft het volgens Remmers een ‘energie-upgrade’ nodig. De meest logische energiedrager daarvoor is groene waterstof, verkregen uit de elektrolyse van water. Met verschillende koolwaterstoffen als tussenproduct is veel meer aan te vangen. Het lijkt een mooi vooruitzicht, maar daar zijn we nog lang niet, waarschuwt Remmers. ‘Dergelijke conversies hebben een laag technology readiness level (TRL, red.) en zijn nog zeer inefficiënt.’

Duizend fabrieken

Er zijn nog wat stadia te doorlopen. Remmers heeft zijn visie op de rol van biotechnologie al eerder gegeven tijdens enkele presentaties. Hij trekt daarbij een parallel met de ontwikkeling van telecomnetwerken, van 1G naar 5G, waarbij de functionaliteit steeds meer toenam. Volgens hem zullen er ook vijf generaties van fermentatieprocessen zijn.

De eerste twee generaties zijn nagenoeg bekend. Zo zetten processen van de eerste generatie bioprocessen landbouwproducten als maïs, tarwe, suikerriet en suikerbiet om in verschillende bouwstenen. Via hydrolyse van zetmeel en fermentatie van suikers produceren ze ethanol, butanol, verschillende voedingsmiddelen, ingrediënten voor veevoeder en ook chemicaliën. De eerste generatie is inmiddels redelijk volwassen. Remmers: ‘Wereldwijd staan al meer dan duizend fabrieken van deze eerste generatie.’

Syngas

De tweede generatie staat beduidend meer in de kinderschoenen. Bij deze processen gaat het om de omzetting van niet-eetbare delen van gewassen. Denk aan cellulose en lignine. Deze bouwstenen concurreren dus niet met de voedselproductie. Remmers schetst twee routes van deze tweede generatie. De eerste route lijkt het meest op die van de eerste generatie. Na voorbewerking van de biomassa volgt hydrolyse van de cellulose en daarna fermentatie van de suikers. Het deel dat niet via fermentatie is om te zetten in ethanol, butanol of chemicaliën, kan na thermochemische conversie in warmte en stroom worden omgezet en mogelijk ook in brandstoffen en chemische bouwstenen. De status? In de wereld staan nog geen tien fabrieken die op deze manier commercieel bio-ethanol produceren. Het blijkt lastiger dan gedacht en heeft daarom tijd nodig.

tekst gaat verder onder de afbeelding

‘We staan aan de vooravond van een revolutie op het gebied van biotechnologie.’

De andere tweede generatieroute begint met het vergassen van de biomassa. Op die manier wordt syngas geproduceerd, een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Via fermentatie van syngas kunnen verschillende chemische bouwstenen worden verkregen. Denk aan ethanol, butanol, maar ook aceton, butaandiol en andere chemicaliën. Interessant aan deze route is dat ook afgassen uit bijvoorbeeld de staalindustrie worden ingevoegd. Die bestaan ook voor een groot deel uit syngas. Sinds 2018 produceert een fabriek van de Shougang Group in China op deze manier ethanol uit syngas uit haar staalfabrieken. Daarbij gebruikt het een proces van Lanzatech, dat momenteel commerciële fabrieken bouwt in Zuid-Afrika en Californië. Ook in het Vlaamse Gent wordt op het terrein van staalproducent Arcelormittal een fabriek gebouwd die op die manier biobrandstoffen produceert uit afgassen.

Proteïnen

In de derde generatie draait het met name om de opkomst en de omzetting van fotosynthetische microalgen. Voordeel is dat ze relatief snel zonlicht en CO2 omzetten in hoogwaardige biomassa. De kweek van algen is bovendien zeer intensief en op een relatief klein oppervlakte kan een hoge opbrengst worden gerealiseerd. Ook op plaatsen die minder of niet geschikt zijn voor landbouw. Via verschillende conversie en scheidingstechnieken gaat de industrie volgens Remmers in de toekomst een grote variatie aan producten uit algen halen. Denk aan chemische bouwstenen, maar ook proteïnen voor voedsel en voeder en bijvoorbeeld kunstmest.

Totale integratie

Dan de vierde generatie. In die generatie gaat duurzaam opgewekte stroom en dus elektrochemie volgens Remmers een belangrijke rol spelen. De processen uit de eerste en tweede generatie krijgen dan een extra dimensie. De suikers uit de eerste twee generaties kunnen worden verrijkt met bouwstenen die worden geproduceerd uit CO2 en groen waterstof. Denk aan methanol, methaan, mierenzuur en koolmonoxide. Dat levert een geïntegreerde productie met uiteenlopende producten, van ethanol en butanol tot voedsel- of voedingsingrediënten en chemische bouwstenen, zonder CO2-emissies. Het lijkt misschien een eindfase, juist door die totale integratie.

Biodiversiteit

Toch ziet Remmers daarna juist nog een mogelijke stap. Hij noemt die de volledige e-fermentatie. Hij filosofeert erover of dat wellicht deze uiteindelijke fase is. Materialen, chemische bouwstenen, brandstoffen en warmte worden dan wellicht geproduceerd uit koolstof, water en elektronen. Verkregen uit CO2 en duurzame energiebronnen als wind en zon. De integratie met voedsel en voeder wordt dan mogelijk weer ontvlochten. Onze voedingsmiddelen, zelfs vlees, komen dan uit de akkerbouw. Remmers: ‘Ontkoppeling? Ik zie het meer als een efficiëntieslag. Met name om de biodiversiteit weer ruim baan te geven.’

Covestro heeft de eerste levering duurzame benzeen ontvangen van Total. Het chemiebedrijf zet dit in als grondstof voor aniline, waarmee ze vervolgens MDI (difenylmethaandi-isocyanaat) produceert. Dit is de basis voor polyurethaan hardschuim, dat wordt gebruikt in bijvoorbeeld isolatiemateriaal.

Het duurzame benzeen, ISCC Plus-gecertificeerd, is geproduceerd door het platform van Total Raffinage en Petrochemie in het Franse Normandië. Van daaruit is het vervoerd naar de Antwerpse vestiging van Covestro.

‘Door de samenwerking met Total ondersteunen wij onze klanten in de hardschuimsector om hun productie nog duurzamer te maken en zich ook als een duurzame speler te positioneren,’ zegt Daniel Meyer, wereldwijd verantwoordelijk voor het segment Polyurethanen bij Covestro. ‘Zij kunnen deze drop-in oplossing onmiddellijk in hun bestaande productieprocessen gebruiken zonder dat hiervoor technische aanpassingen nodig zijn.’

Scheikundigen van de Rijksuniversiteit Groningen hebben samen met collega’s van AkzoNobel een nieuw proces ontwikkeld om biomassa om te zetten in een coating van hoge kwaliteit. Deze aanpak kan op den duur grondstoffen uit aardolie, zoals acrylaat, vervangen door duurzame bouwstenen voor de productie van coatings, harsen en verf. Een artikel over het nieuwe proces is op 16 december gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

De onderzoekers hebben lignocellulose gebruikt als basis. Dit is de meest voorkomende vorm van biomassa op aarde, ongeveer 20 tot 30 procent van de houtige delen van planten bestaat eruit. Maar vooralsnog wordt dit doorgaans verbrand in energiecentrales of gebruikt voor de productie van biobrandstof.

‘Je kunt lignocellulose met zuur kraken tot de chemische bouwsteen furfural, maar dat moet je dan vervolgens nog aanpassen om er coatings mee te maken’, legt promovendus George Hermens uit. Hij gebruikte een proces dat de Groningse groep in de afgelopen decennia heeft ontwikkeld om furfural om te zetten in een verbinding met de naam hydroxybutenolide, die lijkt op acrylaat. ‘Voor de chemische omzetting zijn alleen licht, zuurstof en een simpele katalysator nodig. Ook ontstaat er geen afval. Het enige bijproduct is methylformaat, dat weer nuttig is als vervanger van chloorfluorkoolstof, de CFK’s, in andere processen.’

Reactief

Een deel van de structuur van het hydroxybutenolide lijkt erg op acrylaat, maar omdat het deel van het hydroxybutenolidemolecuul dat sterk kan reageren aanwezig is in een ringstructuur, is het minder reactief dan acrylaat. ‘Dus onze uitdaging was om het molecuul verder aan te passen zodat er bruikbare polymeren mee te maken zijn.’ Dit gebeurde door verschillende groene of van bio-grondstoffen gemaakte alcoholen te koppelen aan het hydroxybutenolide. Zo ontstonden vier zogeheten alkoxybutenolidemonomeren. Deze monomeren zijn met behulp van een starterverbinding en UV-licht relatief gemakkelijk om te zetten in polymeren en coatings.

Voor twee verschillende stappen in het proces is door AkzoNobel een patent aangevraagd. Hermens werkt inmiddels aan de productie van een andere bouwsteen die is afgeleid van furfural, om andere soorten coatings te kunnen maken.

De Europese Commissie ondertekende de grant agreement voor Water Mining. Met dit project is een bedrag van zeventien miljoen euro gemoeid. Betrokken partijen, zoals de TU Delft, gebruiken dit geld voor demonstratieprojecten van innovatieve oplossingen op het gebied van water.

Als onderdeel van het project Water Mining bouwen wetenschappers faciliteiten in Cyprus, Spanje, Portugal, Italië en Nederland. Hiermee demonstreren ze nieuwe technieken voor terugwinning van nutriënten, mineralen, energie en water uit industrieel en stedelijk afvalwater en zeewater. Het publiek-private consortium bestaat uit 38 publieke en private partners  in twaalf landen. De TU Delft leidt het onderzoek.

Het Water Mining-project moet praktische voorbeelden geven voor de implementatie van het zogeheten Water Framework Directive. Deze Europese richtlijn moet de overgang naar een circulaire economie bevorderen. Het project sluit daarnaast aan bij de recentelijk gepresenteerde Europese Green Deal. De demonstraties zullen enkele eerder ontwikkelde innovatieve technologieën integreren. Men verwacht dat de eindproducten met toegevoegde waarde zoals water, platformchemicaliën, energie, nutriënten en mineralen regionale economische ontwikkeling stimuleren.

Hoogleraar Environmental Biotechnology Mark van Loosdrecht van de TU Delft: ‘Water is essentieel voor de gezondheid van de mens, zeker in stedelijke gebieden. Het wegspoelen van sanitair afval uit de stad is een van de belangrijkste functies. Dit programma zal helpen bij het terugwinnen van dit water en bij het omzetten van afvalbestanddelen in grondstoffen, en zal op die manier bijdragen aan een sterkere circulaire economie.’

Maatschappelijke inbedding

De manier van implementatie van de nieuwe technologie zal samen met een aantal belanghebbenden worden ontworpen. Via wetenschapsmusea zoals NEMO in Nederland en Living Labs in heel Europa nodigt het project ook het publiek uit om mee te denken over de maatschappelijke impact en mogelijke aandachtspunten. Met behulp van augmented reality presenteert het project de wetenschap achter de technologie, de gemeten ecologische voetafdruk en de eventuele maatschappelijke impact.

Water Mining wil een voorbeeld zijn voor de maatschappelijke inbedding van technologische innovaties. ‘We zijn van plan om meer dan 24 workshops te organiseren met deskundigen, beleidsmakers, de industrie, civiele gemeenschappen en het publiek om de innovaties te laten zien en de implicaties ervan te bespreken, zoals de ecologische voetafdruk, lokale veranderingen en gevolgen’, zegt Patricia Osseweijer, hoogleraar Biotechnology and Society aan de TU Delft en coördinator van het project.

Samenwerking

Nieuwe technologie voor de behandeling en ontzilting van afval- en zeewater vereist nieuwe regels en voorschriften, evenals nieuwe businessmodellen. Samen met de industrie, stadsbesturen en regionale waterorganisaties zullen dit soort beleids- en verdienmodellen worden ontwikkeld. Samenwerking is essentieel om de kosten te verlagen en de efficiëntie en maatschappelijke opbrengsten te verhogen.

Dr. Dimitris Xevgenos, die met Mark van Loosdrecht en Patricia Osseweijer deel uitmaakt van het coördinerende team: “Water Mining is geen concept dat van de ene op de andere dag is ontwikkeld. Het is een proces geweest van bijna tien jaar, dat is uitgevoerd met onderzoeksgroepen die verschillende expertises meebrengen. Deze groepen zijn nu lid van het projectconsortium, en staan te springen om bij te dragen aan de systematische innovatie die nodig is om de overgang naar een circulaire economie daadwerkelijk te laten plaatsvinden.’

Het Water Mining-project gaat op 1 september 2020 van start.