Innovatieve ontwikkelingen als industrie 4.0 en bijvoorbeeld de inzet van CO2 als grondstof vragen om een nuchtere aanpak. Juist dan kunnen er stappen worden gezet, ook in een ambitieus chemiebedrijf als Covestro. CTO Klaus Schäfer over digitalisering: ‘Misschien is de komende stap voor de meeste mensen kleiner dan voorgaande grote veranderingen.’

Onlangs was de chief technology officer (CTO) van Covestro, Klaus Schäfer, een dagje op de Maasvlakte in Rotterdam om de officiële aankondiging bij te wonen van een innovatief investeringsproject. Op hun gezamenlijke productielocatie bouwen LyondellBasell en Covestro een nieuwe verbrandingsinstallatie en een biologische verwerkingsfabriek van afvalstromen. Met deze investering van maar liefst 150 miljoen euro moet het afvalwater van de bestaande fabrieken op de site op een biologische manier worden omgezet in warmte. Dat kan dan weer ter plekke in de vorm van stoom worden ingezet in de bestaande productieprocessen op de Maasvlakte-site. Met de nieuwe installaties verwachten de twee bedrijven de CO₂-uitstoot van het productieproces met 140.000 ton per jaar te verminderen. Dat is een reductie van twintig procent.

De CTO van Covestro is duidelijk verguld met deze nieuwe investering. Misschien ook omdat de twee bedrijven met het project technologisch en innovatief duidelijk hun nek uitsteken. Schäfer: ‘Als je het benadert vanuit de people, planet, profit gedachte, dan zit de plus vooral in de eerste twee. Op het gebied van het milieu is het natuurlijk een geweldig project en de investering levert ook nieuwe banen op. Alleen op het gebied van winst houdt het eigenlijk nog niet echt over. Het is een grensgeval. We verliezen er geen geld op, maar het levert ook niets op.’ Dat kan overigens wel veranderen. Bovendien lopen de bedrijven met de investering op de Maasvlakte voor op toekomstige Europese en Nederlandse regelgeving. Verwacht wordt dat soortgelijke investeringen sowieso moeten worden gedaan.

Scherper

Het past in ieder geval prima bij de strategie van Covestro, het vroegere Bayer MaterialScience. Het concern wil leiderschap tonen als het gaat om de inzet van koolstof in hoogwaardige producten en ook op het vlak van energie-efficiëntie. Voormalig topman Patrick Thomas stelde zelfs openlijk de vraag of de politieke doelstellingen voor de industrie op het vlak van CO2-reductie en energie-efficiëntie misschien significant scherper kunnen. Een geluid dat de laatste tijd wel vaker wordt gehoord, maar nog niet veel uit de monden van topmensen van grote bedrijven. Of dat moeilijk is en om lef vraagt? ‘Nee’, stelde Thomas een paar jaar geleden. ‘Het lijkt me juist veel moeilijker om te volgen dan te leiden.’

Volgende stap

Een visionaire CEO weet doorgaans veel mensen te inspireren. Het is echter onder andere aan de technici om goede ideeën te verwezenlijken. En om er nuchter en verstandig naar te kijken. Zo ook aan Klaus Schäfer, de hoogste technicus van het bedrijf.

Nuchter is hij bijvoorbeeld over de digitalisering van de industrie en de volgende stap: Industry 4.0 en het gebruik van big data. Digitalisering is immers niet iets van de laatste tijd. Al decennialang is het proces gaande. ‘Misschien is de komende stap voor de meeste mensen kleiner dan voorgaande grote veranderingen’, stelt hij. Natuurlijk zullen er andere kwaliteiten nodig zijn, maar dat zullen de mensen aankunnen. ‘Indertijd was de overstap van pneumatische naar elektronische aansturing van productie-installaties ook een grote stap. De overgang naar DCS-systemen vroeg ook veel van de flexibiliteit van mensen. Misschien wel meer dan nu nodig is. Dat is allemaal goed gegaan, dus de volgende stap redden we ook.’

Onderhoud

Op het gebied van technologie is er op dit vlak ook weinig nieuws onder de zon. Sinds jaren verzamelt het bedrijf al productiegegevens op verschillende locaties. ‘Onze sites, onder andere in Antwerpen, zijn op een hoog niveau gedigitaliseerd. We hebben al modellen voor chemische reacties en de gezondheid van installaties. Belangrijk is nu dat we de data die we op elke plaats in de wereld verzamelen, daadwerkelijk gaan ophalen en wereldwijd met elkaar verbinden.’

Covestro wil de informatie op grote schaal gebruiken bij de verbetering van processen. Om de digitalisering van nieuwe productiefaciliteiten te bevorderen, heeft Covestro daarom het mondiale programma Optimized System Integration (OSI 2020) gelanceerd. Het hart van OSI 2020 is het nieuwe Integrated Plant and Engineering Platform. In de nabije toekomst zullen belangrijke datasystemen van operationele activiteiten worden verbonden met dit platform. Schäfer: ‘Het moet zorgen voor één duidelijke uniforme benadering.’

Van daaruit zijn er veel mogelijkheden. Zo is het de bedoeling om zogenoemde digital twins te creëren voor alle Covestro-productielocaties. Dat zijn virtuele versies van de fabrieken. Het is zeer handig om een digitaal equivalent van een installatie te hebben. Op die manier kunnen ontwerpers en bijvoorbeeld datawetenschappers – vaak op afstand – samen met operationele mensen werken aan de optimalisatie van fabrieken en bijvoorbeeld ‘wat als’-scenario’s ontwikkelen. Zo kunnen ontwerpfouten worden opgespoord, bijvoorbeeld tijdens de bouwfase van een fabriek, het onderhoud en de revisie van installaties. Het maakt het ook mogelijk om bijvoorbeeld op grond van data-analyse de productiecapaciteit te vergroten.

Betere integratie

Het verder digitaliseren van de productie wereldwijd is één van de drie niveaus waarop Covestro verder wil digitaliseren. Schäfer: ‘Het volgende niveau is de interface met klanten.’ Chemiebedrijven zijn vaak onderdeel van grote productieketens en staan bijna nooit aan het einde daarvan. Ze staan niet in directe verbinding met de consument. ‘Er heeft nog nooit bij ons een consument een grote zak met MDI gekocht.’ Door datasystemen van verschillende partners in de keten aan elkaar te koppelen, kunnen veel meer processen op elkaar worden afgestemd. Zo kan een chemiebedrijf nog beter reageren op gewenste specificaties. ‘Ook maakt het co-creatie gemakkelijker. Samen met klanten nieuwe producten ontwerpen, waarbij bijvoorbeeld innovaties in kunststoffen kunnen worden meegenomen.’

Schäfer haalt zo’n innovatie uit zijn binnenzak tevoorschijn. Een zwart plaatje met het formaat van een mobiele telefoon. ‘Wat is dit, denk je?’ Hij tikt er een paar keer op. Het klinkt en voelt als een stukje metaal. Aluminium, om preciezer te zijn. Maar dat is het natuurlijk niet. Schäfer: ‘Het is composiet uit onze nieuwe fabriek in Zuid-Duitsland. Een innovatie van een kleine onderneming die we hebben opgeschaald. Dit materiaal kan metalen behuizingen van bijvoorbeeld laptops en smartphones vervangen, of frames van racefietsen. Het is goedkoper en ook duurzamer dan lichte metalen.’ Toepassingsgebieden te over. Denk ook aan auto’s die door de toepassing van kunststoffen al veel lichter zijn geworden. Natuurlijk is het succes van dergelijke materialen afhankelijk van onder andere de producenten van consumentenartikelen. Die moeten het in hun producten willen gebruiken. Een betere integratie van digitale systemen kan daar uiteraard bij helpen.

Alibaba

Met het derde niveau van verdere digitalisering begeeft Covestro zich op het vlak van nieuwe businessmodellen. ‘Als we meer gegevens hebben van bijvoorbeeld de installaties van onze klanten, dan kunnen we vanuit onze expertise suggesties doen om hun processen te verbeteren. Momenteel hebben we met vijf klanten een programma lopen. Het wordt een community voor het delen van ideeën. Op die manier kunnen we gezamenlijk nieuwe businessmodellen ontwikkelen.’

tekst gaat verder onder de afbeelding
digitalisering

Schäfer: ‘We moeten onze klanten goed kennen en ze helpen met de nieuwe producten te leren omgaan.’

Wel komt dan het intellectuele eigendom ter sprake. Want van wie is welke kennis en informatie? En hoe beveilig je dat? ‘Dat is zeker een belangrijk onderwerp. We moeten daar goede systemen voor ontwikkelen en ons vooral laten inspireren door andere sectoren. Denk bijvoorbeeld aan het Amerikaanse patiëntensysteem in de zorg. Informatie wordt uitgewisseld, maar wel gedepersonaliseerd. Dat kan natuurlijk ook met gevoelige informatie in industriële ketens.’

Ook wordt het mogelijk om beter te reageren op andere, relatief nieuwe businessmodellen zoals Alibaba. ‘Steeds meer zijn schepen varende warenhuizen. Klanten kunnen onder andere via Alibaba materialen van een schip kopen.’ Met name bij serieproductie kunnen verschuivingen optreden. ‘Daarbij zijn er twee mogelijkheden: made to forecast en made to order. Er zal steeds meer flexibiliteit van de batchproductie worden gevraagd om hier optimaal en sneller op te reageren.’

Dode hond

Met een eveneens nuchtere blik kijkt Schäfer naar de duurzame ambities van de chemische industrie en van Covestro in het bijzonder. Vooral doen wat nu technisch mogelijk en economisch haalbaar is, lijkt zijn credo. Zo haalde het concern een paar jaar geleden de internationale pers met de installatie die CO2 omzet in polyurethaan, in het Duitse Dormagen. Twintig procent van het uiteindelijke product heeft kooldioxide als grondstof. Schäfer: ‘CO2 is een dode hond, je kunt er weinig mee. Om kooldioxide te activeren, heb je immers heel veel energie nodig. Dat is misschien mogelijk als er exotherme processen in de buurt zijn waarvan we de energie kunnen gebruiken, zoals in Dormagen.’ Covestro heeft samen met de Universiteit van Aken een katalysator ontwikkeld die de activeringsenergie voor CO2 verlaagt om een chemische reactie te laten plaatsvinden. De ontwikkelde katalysator is in dit geval de sleutel tot succes.

Er wordt momenteel veel gesproken over elektrochemische routes en ook Covestro onderzoekt ze uitvoerig. Vooral voor de langere termijn. ‘Laatst vertelde een deskundige van een collega-bedrijf me dat de productie van waterstof via elektrochemische weg nog achtmaal duurder is dan de gangbare route.’

Nieuwe machines

Zelf heeft de CTO op de kortere en middellange termijn veel verwachtingen van koolmonoxide. ‘Dat is meer een jong hondje. Daar kun je chemisch al meer mee dan met CO2. We onderzoeken onder andere hoe we van CO2 eerst CO kunnen maken, om zodoende veel meer mogelijkheden te hebben. We zoeken daarnaast een samenwerking met de staalindustrie, omdat in hoogovens naast veel CO2 ook veel CO vrijkomt.’

Hier passen wederom relativerende, nuchtere woorden. Innovatieve processen leveren vaak ook andere producten op. ‘We moeten onze klanten goed kennen en ze helpen met de nieuwe producten te leren omgaan. Vaak zijn ze enthousiast als we duurzamere producten leveren. Dat enthousiasme wordt echter een stuk minder als ze horen dat ze hun installaties moeten aanpassen of zelfs nieuwe machines nodig hebben. Daarom is het natuurlijk belangrijk dat we ze daar dan ook in ondersteunen.’

Groningen Seaports en Pipelife gaan samen een infrastructuur voor het transport van groene waterstof aanleggen in Delfzijl en de Eemshaven. Pipelife levert de gasbuizen en Groningen Seaports zorgt voor de aanleg. Kunststof leidingen kunnen kosten van het gebruik van waterstof enorm verlagen.
Groningen Seaports en Pipelife zijn met dit project een van de finalisten van de Northern Enlightenmentz verkiezing. Een verkiezing die de industrie in de noordelijke provincies in Nederland wil inspireren bij het toepassen van hoopgevende innovaties. De winnaar wordt bekendgemaakt tijdens het congres Eemsdeltavisie op 17 oktober in Delfzijl.

Om wie gaat het?

Havenbeheerder Groningen Seaports en producent van kunststof buizen Pipelife.

Wat gaan Groningen Seaports en Pipelife doen?

De twee willen in eerste instantie vier kilometer aan infrastructuur aanleggen om groen waterstof te transporteren. Het doel is om binnen een jaar tijd de leiding te realiseren. Deze gaat waterstof gemaakt met duurzame energie uit windmolens en zonneparken transporteren naar met name chemiebedrijven in de regio Groningen.

Waarom kunststof leidingen?

De inzet van groen waterstof is nog duur. Daarom moeten alle zeilen worden bijgezet om verschillende onderdelen in deze toekomstige keten goedkoper te maken. Veel aandacht is er inmiddels voor kostenreductie van elektrolyse, de omzetting van water in waterstof. Ook op andere vlakken zijn er mogelijkheden. Bijvoorbeeld bij het transport. Groningen Seaports en Pipelife hebben twee nieuwe kunststof buistypes ontworpen. Een eenvoudige van PE voor lage druk en een met aramide versterkte pijpleiding voor de hoge druk.

Wat zijn de voordelen van kunststof pijpleidingen?

Het voordeel van kunststof pijpleidingen is dat ze goedkoper zijn dan stalen. Niet alleen in de aanschaf, maar ook in de aanleg. Zelfs de homedruk-variant, die meer dan zestien bar aan kan, wordt straks geleverd op haspels van ongeveer drie diameter en is zodoende eenvoudig uit te rollen. Bovendien vergen ze veel minder onderhoud en zijn ze niet corrosiegevoelig. Bovendien is er al enige ervaring met het gebruik van kunststofleidingen bij het transport van olie, aardgas en waterstof. Met name in het Midden-Oosten zijn kunststofverbindingen in zwang. Wereldwijd is al meer dan 3000 kilometer aangelegd.

Waterstof kan een belangrijke oplossing bieden voor fluctuaties in het groene energieaanbod. Elektriciteit van windmolens kan omgezet in en opgeslagen worden als waterstof. Waterstof kan op haar beurt weer omgezet worden naar grondstof of brandstof voor diverse chemie- en industriële bedrijven.

Waarom moeten Groningen Seaports en Pipelife winnen?

Waterstof kan een belangrijke oplossing bieden voor fluctuaties in het groene energieaanbod. De inzet van waterstof is echter nog erg duur. Bij verlaging van de kosten gaat het vaak over het goedkoper maken van het hart van het systeem: het productieproces. In dit geval elektrolyse. Maar ook op andere vlakken kunnen kostenreducties een nieuwe technologie aantrekkelijk maken, bijvoorbeeld in de infrastructuur. Het gebruik van kunststofleidingen kan de kosten van waterstof significant verlagen.

Het havenbedrijf is er van overtuigd dat het met groen waterstof dezelfde kant op gaat als met offshore wind. Er zal een tijdje geld bij moeten, de onrendabele top moet er af, maar uiteindelijk gaat het op eigen benen staan.

Eemsdeltavisie 2018: Factory as a forest

In de Industrieagenda voor de Eemsdelta durven de opstellers het aan: in 2050 kan het chemie- en energiecluster nettogebruiker zijn van CO2. Geen reductie, maar herstel! Net als bomen, die zijn niet CO2-neutraal, maar zetten kooldioxide juist om. Het vraagt wel een andere manier van kijken. CO2 is daarbij geen probleem, maar potentiële grondstof. De eerste projecten zijn er. Wat is er op termijn nog meer mogelijk?

Bij Eemsdeltavisie op 17 oktober in Delfzijl onderzoeken we hoe de industrie nog meer kan leren van hoe bossen functioneren: Factory as a Forest. Schrijf u nog snel in!

We zitten midden in de vierde industriële revolutie. We hebben de beschikking over een breed scala aan technische trends en innovaties die ook nog eens allemaal met elkaar verbonden zijn. Het internet of things is een van de grote motoren die deze industriële revolutie aandrijft. Maar ook big data, virtual en augmented reality en autonome of zelfs coöperatieve robots vormen pijlers waarop de fabriek van de toekomst steunt.

Sinds de derde industriële revolutie, waarin de computer en digitalisering hun intrede deden, hebben diverse ontwikkelingen zich aangediend, die hier naadloos op aansluiten. Zonder computers geen internet of things, zonder digitalisering geen big data. Deze nieuwe ontwikkelingen hebben een enorme impact op onze manier van werken. Het stelt ons bijvoorbeeld in staat om de toekomst te voorspellen (predictive maintenance), we kunnen de uptime verhogen, maatwerk leveren aan klanten en de veiligheid verbeteren. Bovendien zijn in een goed op elkaar afgestemd systeem minder voorraden nodig, gaat de flexibiliteit omhoog, en neemt de efficiency toe.

Internet of things

Het internet of things is misschien wel de grootste en meest omvattende ontwikkeling uit deze industriële revolutie. Het gaat hier over de ontwikkeling waarbij apparaten via het internet gegevens kunnen uitwisselen. Alles is met alles verbonden. Met de aanvulling ‘industrial’ wordt het gebruik van internet of things-technologieën om productieprocessen en industriële processen te verbeteren, bedoeld. De ‘things’ in dit verband zijn cyber-physical systems (CPS): voorwerpen die beschikken over software en rekenkracht. Voor een productiesysteem kan dit worden uitgebreid met sensoren en speciale software waarmee een apparaat of installatie zelf een diagnose kan stellen en beslissingen kan nemen.

Hans Sintemaartensdijk is manager innovation asset management bij Tata Steel. Volgens hem is het industrial internet of things (IIoT) iets waar je niet aan kunt ontkomen. ‘Het is de vooruitgang. Voorheen kon je nog afwachten wat de concurrent ging doen, maar dat kun je je niet meer veroorloven. Het moet sneller, slimmer, betrouwbaarder en om dat te bereiken, moet je als onderneming je pijlen richten op IIoT.’ Tata Steel heeft IIoT omarmd en zoekt uit waar de winst zit.

Onder de streep

Om het maximale uit IIoT the kunnen halen, moet het bestuderen van de data een samenwerking zijn tussen een technoloog, iemand vanuit productie en iemand vanuit maintenance. ‘Vanuit deze verschillende perspectieven heeft ieder een eigen belang, maar samen kunnen zij beslissingen nemen die in het belang zijn van het bedrijf.’ Sintemaartensdijk geeft een voorbeeld: ‘Vanuit productie wil men weten of een apparaat ook sneller kan draaien, zodat meer kan worden geproduceerd. Ondertussen kiest maintenance liever voor dertig procent snelheidsreductie omdat het apparaat dan langer mee gaat.’

Uiteindelijk gaat het om cijfers onder de streep. Toen Sintemaartensdijk 32 jaar geleden begon bij de voorloper van Tata Steel, Hoogovens/Corus, had het bedrijf ongeveer zestienduizend medewerkers in dienst. ‘Nu zijn dat er ongeveer negenduizend, maar we zijn meer gaan draaien.’ Deze automatiseringsslag heeft er ook toe geleid dat banen zijn gaan verschuiven. ‘De onderhoudsspecialist van vroeger hoeft niet meer persoonlijk waar te nemen. Hij kan vertrouwen op de data die wordt verzameld.’

IIoT helpt ook om stilstand te voorkomen en om op exact het juiste moment onderhoud uit te voeren en onderdelen te vervangen. ‘We kunnen bijvoorbeeld slijtageprocessen van roterend materiaal in kaart brengen. We hebben hierdoor ontdekt dat we het vervangen van onderdelen soms wel een paar weken konden uitstellen. Dat levert veel geld op.’

Verwaarden

Simon Jagers van Semiotic Labs ziet volop potentie in big data. Hij verwacht dat er de komende jaren veel verandert. ‘We zijn er nog lang niet, maar vanaf nu gaat het wel snel. Over vijf jaar wordt alle nieuwe equipment gemonitord.’

Met big data worden datasets bedoeld die zo groot en complex zijn, dat ze niet met de reguliere datamanagementtools of traditionele dataverwerkingsapplicaties kunnen worden verwerkt. Er zijn ingewikkelde algoritmes nodig om verbanden te leggen en conclusies te trekken. ‘Vanuit onderhoudsperspectief is data pas waardevol als je op basis hiervan mitigerende maatregelen kunt nemen’, legt Jagers uit. Hij heeft zich met zijn bedrijf gestort op het verwaarden van data. ‘Hoe kun je beschikbare data efficiënt benutten om te zorgen dat het je bedrijfsvoering ten goede komt? Dat is eigenlijk de centrale vraag.’

Om op basis van big data maintenance aan te sturen, moet een heel proces worden gevolgd. ‘Verschillende sensoren genereren data en dit wordt naar de cloud gestuurd. Hier draai je vervolgens algoritmes op.’ Een algoritme is een reeks instructies, die wordt gebruikt om een probleem op te lossen. Uiteindelijk zal hier ‘actionable information’ uit voort komen, waardevolle, bruikbare inzichten over de gezondheid van de machines. ‘Maintenance wil immers weten of hij werkzaamheden moet uitvoeren en ook wanneer en hoe.’ Alles is erop gericht om de hoogste mate van beschikbaarheid van kritieke apparatuur te waarborgen door middel van datagedreven inzichten.

Verhogen productiviteit

De afgelopen jaren is de industrie sterk gedigitaliseerd. Bandbreedte en computers werden betaalbaar en dankzij het internet of things kon alles aan alles worden gekoppeld. Met deze data kunnen we vervolgens veel efficiënter werken. Volgens Egbert-Jan Sol draagt dit sterk bij aan het verhogen van de productiviteit van bedrijven. Sol is vanuit TNO programmadirecteur van het Smart Industry bureau.

Bedrijven gebruiken in toenemende mate sensoren. ‘Voorheen was dit te kostbaar, maar bedrijven zien de voordelen. Er wordt efficiënter gewerkt.’ Zo zijn er bijvoorbeeld installaties die voorheen twee keer per jaar werden stilgezet voor inspectie, die dankzij sensortechnologie nu real-time worden gemonitord en alleen worden stilgezet voor just-in-time onderhoudswerkzaamheden. Het is een besparing op de inzet van medewerkers, op gebruik van reserveonderdelen die voorheen preventief werden vervangen en een verbetering van de uptime. ‘Een grote productiviteitsstijging is dus haalbaar, mits bedrijven investeren in nieuwe technologie. Ook omdat er weinig mensen op de arbeidsmarkt beschikbaar zijn, word je gedwongen om te investeren in technologieën om de productiviteit van het aanwezige personeel te vergroten.’

Impact

Inzetten op digitalisering, big data of het industrial internet of things loont. Daar zijn de experts het wel over eens. Tijdens de Scheldeconferentie 2018 in Antwerpen zei professor Paul Matthyssens, decaan en professor Antwerp Management School en professor Universiteit Antwerpen, dat het belangrijk is dat we een andere mindset gaan krijgen. ‘De traditionele productie mindset moeten we veranderen in een IoT-mindset. We moeten op een andere manier naar producten en diensten gaan kijken. We gaan in een slimmere wereld leven waar continu sprake is van optimalisatie. We kunnen informatiegedreven handelen en dat is een hele andere manier van werken.’

tekst gaat verder onder de afbeelding
maintenance

(c) Laura van der Linde

De impact van deze industriële revolutie op de industrie is volgens Matthyssens groots. ‘We kunnen veel meer maatwerk leveren. Door datagedreven te werken, kunnen we voldoen aan individuele vragen van klanten. Verder zullen grenzen van industrieën vervagen en wordt samenwerking vreselijk belangrijk.’ Dat vraagt naast een andere mindset ook om andere businessmodellen en natuurlijk de bereidheid om te investeren in innovaties. ‘De wereld draait niet meer om losse initiatieven, maar om gezamenlijke waardecreatie binnen de keten. Het betreft hier met recht een revolutie en we moeten mee. Stel uzelf gerust de vraag of het bedrijf nog wel toekomst heeft, als u niet mee verandert’, aldus Matthyssens.

Eindeloos

Digitalisering gaat niet alleen over data. Het biedt ons ook de mogelijk om bijvoorbeeld een digital twin te maken van belangrijke assets. Wanneer wijzigingen moeten worden aangebracht aan een asset, kunnen deze eerst worden getest op een digitale kopie. Bert van der Linden, senior lecturer IA&IT bij ATS en consultant op het gebied van smart industry, vertelt dat Rijkswaterstaat digital twins maakt van sluizen. ‘Wanneer deze digital twin constant wordt gesynchroniseerd met de werkelijkheid, dan is deze altijd hetzelfde als het origineel. Maar dan wel met extra opties, zoals bijvoorbeeld de mogelijkheid om ook de geschiedenis van onderdelen te bekijken.’

Van der Linden benoemt ook virtual en augmented reality als trends. ‘Deze technieken bieden ons de mogelijkheid om de mens bijna letterlijk te laten rondlopen in de virtuele, digitale wereld. Ik denk dat augmented reality, waarbij je een digitale laag legt over de werkelijkheid, een belangrijke technologie voor de toekomst gaat zijn. Het biedt ons de mogelijkheid om beter geïnformeerd en sneller te kunnen handelen.’ Wat dat betreft zijn de mogelijkheden eindeloos.

Marathon

Wieger Tiddens heeft vanuit de Universiteit Twente onderzoek gedaan naar het daadwerkelijk implementeren van de beschikbare technieken uit de vierde industriële revolutie. De focus van zijn onderzoek was gericht op predictive maintenance, maar in het algemeen geldt dat deze technieken effectief en gericht moeten worden ingezet. ‘Doe dit alleen daar waar het zinvol is’, zegt Tiddens. Volgens hem is belangrijk om eerst het ambitieniveau te bepalen. ‘Dat is voor iedereen verschillend en dit is ook bepalend voor de keus voor de technieken. Uiteindelijk is het toepassen van predictive maintenance moeilijker dan de techniek zelf. Het monitoren van pompen, trillingskasten of lagers, dat kunnen we. Maar om betere onderhoudsbeslissingen te kunnen maken op basis van de data die je verzamelt, moet je eerst randvoorwaarden creëren en weten wat belangrijk is voor de toekomst van jouw onderneming.’

Volgens Tiddens willen we allemaal het liefst ‘een marathon lopen zonder te trainen’, maar volgens hem vergt de implementatie gedegen voorbereiding. Wie aan de slag gaat met deze technieken moet volgens Tiddens sowieso eerst stil staan bij drie hoofdproblematieken: ‘Sta stil bij het selecteren van de juiste componenten – welke data is bruikbaar en begrijpen we wat we met deze data willen, het selecteren van de juiste techniek afgestemd op het ambitieniveau van een onderneming. En ten slotte moet van tevoren worden nagedacht over de businesscase.’ Het is volgens Tiddens dus belangrijk om eerst stil te staan en te begrijpen wat mogelijk is en wat ermee kan worden bereikt. ‘Daarna kun je gaan trainen en lessen trekken uit deze trainingen om vervolgens die marathon te gaan lopen.’

 

Openingsfoto: Wim Raaijen

Stercore maakt van mest duurzame energie en koolstof, zonder dat hierbij afvalstoffen bij ontstaan. Zo draagt het bedrijf bij aan de oplossing voor het mestprobleem en biedt een alternatief voor fossiele brandstoffen.
Stercore is met dit project een van de finalisten van de Northern Enlightenmentz verkiezing. Een verkiezing die de industrie in de noordelijke provincies in Nederland wil inspireren bij het toepassen van hoopgevende innovaties. De winnaar wordt bekendgemaakt tijdens het congres Eemsdeltavisie op 17 oktober in Delfzijl.

Wie zit er achter?

Het Drentse Stercore, dat in 2016 is opgericht. Het bedrijf maakt groen gas en koolstof uit hernieuwbare grondstoffen zoals mest en digestaat uit co-vergisters. Stercore heeft de vergunningen voor de bouw van haar eerste fabriek in Emmen bijna rond en mogelijk worden nog dit jaar vergunningaanvragen voor twee andere fabrieken in Havelte en Kampen ingediend.

Welke technieken worden gebruikt?

Stercore gebruikt bekende en bewezen technologieën voor biothermisch drogen, vergassing en gasopwaardering. Deze technieken heeft ze verfijnd en op een slimme manier aan elkaar geknoopt. Jansen: ‘Uniek is dat bij onze vergassingstechnologie teervorming wordt voorkomen, waardoor geen zeer dure nageschakelde technieken nodige zijn. Daarnaast voorkomt dit ook weer extra down time. Een andere innovatie van ons is onze eigen methanisatie-installatie. Hiermee kunnen we het ruwe gas dat we produceren omzetten in gas van Groningse aardgaskwaliteit. Een methanisatie-installatie kan je van de plank af kopen, maar dan is het heel erg duur en een groot apparaat. Wij hebben zelf een modulair systeem ontworpen dat kleiner is. Ook andere kleine groengasproducenten kunnen dit straks gebruiken.’

Waar komen de grondstoffen vandaan?

Stercore maakt gebruikt van stapelbare droge mest en digestaat uit co-vergisting die van vaste leveranciers komt. Jansen: ‘Met onze software kunnen we snel analyses maken van de stoffen die onze fabriek ingaan. Deze moeten binnen een bepaalde bandbreedte passen zodat wij de juiste eindproducten krijgen. Dan gaat het met name om de bio-based carbon.’

Wat zijn de voordelen van deze groengasfabriek?

De fabriek is een (deel)oplossing voor aardgas, het mestprobleem en de verschraling van landbouwgronden. Als de fabriek in Emmen volledig operationeel is, kan deze 20 miljoen kubieke meter netto per jaar aan groen gas produceren. Directeur Hans Jansen: ‘Het Emmtec-terrein, waar de fabriek naast komt te staan, heeft een gasgebruik van 12.000 kubieke meter per uur. Onze installatie kan zo’n 3000 kubieke meter gas per uur produceren. Wij vergroenen het industrieterrein dus met een kwart. Dat is gigantisch. Gasterra wil ons gas bijvoorbeeld de komende twaalf jaar heel graag afnemen.’

Ook helpt Stercore Nederland van mest af. We hebben jaarlijks miljoenen tonnen aan stapelbare droge mest. Stercore kan met elke te plaatsen installatie 350.000 ton droge mest van 35 procent droge stof verwerken.

Van de koolstof maakt het bedrijf hoogwaardige organische meststoffen en bodemverbeteraars om verschraalde gronden tegen te gaan. De 30 miljoen kilo CO2 die jaarlijks bij het productieproces vrij komt, kan door de tuinbouw worden gebruikt. De warmte die vrij komt, kan via een warmtenet of direct aan industrie worden geleverd.

Jansen verwacht dat zijn bedrijf na ongeveer vijf jaar zonder SDE-subsidie winstgevend is. ‘Dat komt doordat ons hele proces is gericht op de eindproducten bio-based carbon en gas, en wij geen afval hebben. Bij andere groengasproducenten resteren er nog afvalstoffen die op hun beurt moeten worden verwerkt. De kosten daarvan zijn doorgaans hoger dan de opbrengsten.’

Waarom moet Stercore de Northern Enlightenmentz winnen?

Jansen: ‘Wij hebben geen afval en creëren meerwaarde met onze producten in de gehele keten. Daarnaast kan onze technologie de industrie en glastuinderij helpen verduurzamen met ons groen gas, de groene CO2 en onze warmte. Ook verduurzamen wij niet alleen Nederland met onze organische meststoffen, wij kunnen wereldwijd helpen om de verschraling van landbouwgronden te voorkomen en wij sluiten de mineralenkringloop. Onze groengasfabriek heeft alleen maar voordelen.’

Eemsdeltavisie 2018: Factory as a forest

In de Industrieagenda voor de Eemsdelta durven de opstellers het aan: in 2050 kan het chemie- en energiecluster nettogebruiker zijn van CO2. Geen reductie, maar herstel! Net als bomen, die zijn niet CO2-neutraal, maar zetten kooldioxide juist om. Het vraagt wel een andere manier van kijken. CO2 is daarbij geen probleem, maar potentiële grondstof. De eerste projecten zijn er. Wat is er op termijn nog meer mogelijk?

Bij Eemsdeltavisie op 17 oktober in Delfzijl onderzoeken we hoe de industrie nog meer kan leren van hoe bossen functioneren: Factory as a Forest. Schrijf u nog snel in!

Ook de petrochemie profiteert van de gemakken van industrie 4.0. De inzet van sensoren, drones, robots en allerhande informatie en communicatietechnologie maakt de branche niet alleen efficiënter, maar ook stukken veiliger. Een laatste toevoeging maakt dat maar weer duidelijk. De ExR-1 Robot voert inspecties uit in ATEX-omgevingen zonder zelf een gevaar te vormen voor de installatie die hij inspecteert.

Nu zijn robots niet geheel nieuw, maar in explosiegevoelige gebieden gelden andere regels. Met name van belang is de ATEX/IECEx-certificering die zeer hoge eisen stelt aan de gebruikte materialen en componenten in een installatie. Samir El Awadi, commercieel directeur van ExRobotics, beschrijft de zorgvuldigheid waarmee de certificering tot stand komt. ‘De ATEX/IECEx-normen zijn ontwikkeld voor stationaire installaties. Om die installaties explosieveilig te maken, maakt men doorgaans gebruik van robuuste en vaak zware componenten. Een inspectierobot die zo lang en ver mogelijk de assets moet inspecteren, moet juist zo licht en mobiel mogelijk zijn. We hebben dan ook zowat alle onderdelen van de robot gedwongen zelf moeten ontwikkelen om ze vervolgens stuk voor stuk te certificeren bij de Amerikaanse keuringsinstantie UL. Vervolgens moesten we ook het productieproces certificeren, net als de samenstelling van de onderdelen. De weg naar een explosieveilige robot was dan ook lang, maar het voordeel is dat we nu wel zeer eenvoudig wijzigingen kunnen aanbrengen in het ontwerp. Normaal gesproken moet je namelijk voor iedere wijziging een nieuwe certificeringsronde doorgaan. Maar omdat onze processen al geborgd zijn, kunnen we een sniffer of bijvoorbeeld infraroodcamera toevoegen zonder de integriteit van het ontwerp aan te tasten.’

Verdachte plekken

NAM krijgt binnenkort de primeur en zal tien ExR-1 robots inzetten voor de inspectie van een aantal onbemande gaswinlocaties. El Awadi: ‘Deze robots worden via een laptop en joystick op afstand bestuurd door de operators van NAM. Normaal gesproken moeten de locaties van de toezichthouder een paar keer per week visueel worden geïnspecteerd. Nu kunnen ze diezelfde inspectie uitvoeren vanuit hun veilige en comfortabele operatorroom. Of zelfs vanuit Brazilië, zoals Shell onlangs nog demonstreerde.’

Om die taak goed te kunnen uitvoeren, is de robot voorzien van één achttien megapixel camera aan de voorkant en twee videocamera’s. Verder heeft de robot een microfoon aan boord en, indien gewenst, een gassensor. Zo nodig kan de camera inzoomen op verdachte plekken, waarna de operator kan beslissen of ingrijpen nodig is. Uiteraard kan een operator ook meters uitlezen of meeluisteren met de robot naar afwijkende geluiden.’

Algoritmes

De configuratie van de robot bij NAM is nog redelijk sober, zegt productie en maintenance manager Joris Grotenhuis van NAM. ‘We kiezen bewust voor een versie die met name geschikt is om onze operationele controles te kunnen uitvoeren. Daarvoor hebben we eigenlijk alleen beeld en geluid nodig. Normaal gesproken loopt een operator over een productielocatie en kijkt en luistert of er afwijkingen zijn. Een robot zou hetzelfde moeten doen en kan bijvoorbeeld ook de stand van een manometer checken. Door een robot in te zetten, besparen we in ieder geval de reistijd van een fieldoperator, alsook van onze werkvoorbereiders die van een afstand de actuele situatie op de site kunnen bekijken, wat zowel de veiligheid als de efficiency ten goede komt.’ De operator doet nog steeds de schouw, dus die tijd win je niet. Maar hij doet dat wel vanaf kantoor.

Grotenhuis: ‘We zijn ons er van bewust dat deze ontwikkeling nog in de kinderschoenen staat, met een heel ontwikkelingstraject voor de boeg. We gaan de komende periode ervaring opdoen en dit concept verder uitwerken. Eerst willen we zelf ervan overtuigd raken dat dit soort controles veilig kunnen worden uitgevoerd met een robot, voor we in gesprek gaan met de toezichthouder om een deel van de controlerondes door robots te laten uitvoeren. Vooralsnog hebben we er ook bewust voor gekozen om de operator live mee te laten kijken, maar het zou best kunnen dat we in de toekomst veel meer data kunnen vastleggen en intelligentie kunnen toevoegen.

Het feit dat we nu een ATEX-veilige robot kunnen inzetten, is voor ons al een eerste stap. We hebben nu tien stuks van deze systemen die op tien locaties worden ingezet. Met name de kleinere remote locaties waar operators minder vaak komen voor operationele handelingen zijn geschikt voor de inzet van robots. Uiteraard willen we weten of we alle informatie kunnen verzamelen die we nodig hebben, maar ook wat de daadwerkelijke tijdsbesparing is.’

Big data, digitalising en remote proactive monitoring zijn voor het concern belangrijke innovatiegebieden om veiligheid verder mee te verbeteren, productie te optimaliseren en kosten te reduceren. Robotisering zou daar een onderdeel van kunnen zijn. Grotenhuis: ‘Door intelligentie aan deze innovatieve technologie toe te voegen, kan dat ook goed uitpakken voor het verder verhogen van de veiligheid en beschikbaarheid van de installaties. Met de juiste algoritmes zou het namelijk mogelijk moeten zijn om vroegtijdig patroonafwijkingen te detecteren en daar op te handelen.’

Klimmen en dalen

Geheel nieuw zijn de robots overigens niet. Het team dat aan deze robots werkte, was ook de grondlegger van de zogenaamde Sensabot. Deze robot inspecteert al sinds 2016 de assets van een productiesite van Shell in Kazachstan. El Awadi: ‘De omstandigheden in Kazachstan zijn met temperaturen van rond de mintwintig graden Celsius behoorlijk extreem. Een inspectie is in deze omstandigheden dan ook geen pretje. In dit soort omstandigheden, waar inspecteurs vaak extra beschermende kleding nodig hebben om hun werk te kunnen uitvoeren, bieden robots een uitkomst. De robots doen hun werk bij temperaturen van min veertig tot plus vijftig graden Celsius en zijn ongevoelig voor eventuele procesgassen.’

Anders dan de ExR-1 robot, kan de Sensabot ook klimmen en dalen. Daarvoor zijn aan de zijkant van de installaties speciale rails aangelegd. Deze robot heeft bovendien een aantal camera’s en sensoren op een uitschuifbare arm, waardoor hij zeer flexibel kan worden ingezet. De ExR-1 is wat eenvoudiger uitgevoerd, maar heeft bewezen voldoende informatie te verschaffen om eventuele risico’s te kunnen detecteren of uitsluiten.

Eenvoudiger en consistenter

Inmiddels wordt ook gewerkt aan een nieuwe generatie robots die meer autonoom werkt. Daarvoor rondde ExRobotics begin dit jaar een succesvolle proef af bij Shell Pernis. Een robot inspecteerde via het zogenaamde ‘follow the line’-principe een deel van de site. Hij volgt een van tevoren vastgelegd traject en legt daarbij beeld en geluid vast, dat daarna kan worden uitgelezen. Behalve dat het inspectiewerk eenvoudiger wordt, wordt het ook consistenter uitgevoerd, waardoor de beelden eenvoudiger te vergelijken zijn met eerdere situaties.’

Uiteraard moet ook een robot worden gevoed, en de robots detecteren zelf wanneer ze naar het docking station moeten. De actieradius is zo’n vijf kilometer op één lading, waar de robot ongeveer twee uur over doet. Daarna zal hij zelf het docking station opzoeken, dat in een veilige zone moet staan. Daar zal het twee dagen duren voor een volledig lege accu weer is geladen.

Enerpy richt zich op het herwinnen van grondstoffen en energie uit problematisch organisch afval. De technologie van het bedrijf heeft gelijkenissen met pyrolyse, maar is flexibeler toepasbaar en een stuk efficiënter. Het bedrijf heeft een demofabriek in Delfzijl en wil binnen twee jaar een commerciële plant hebben.
Enerpy is
 met dit project een van de finalisten van de Northern Enlightenmentz verkiezing. Een verkiezing die de industrie in de noordelijke provincies in Nederland wil inspireren bij het toepassen van hoopgevende innovaties. De winnaar wordt bekendgemaakt tijdens het congres Eemsdeltavisie op 17 oktober in Delfzijl.

Wie zit er achter?

De Enerpy Groep. Dit bedrijf bestaat uit een aantal ondernemingen in Nederland en Paraguay. De technologie achter de installatie van Enerpy kent namelijk haar oorsprong in het Zuid-Amerikaanse land. Daar is het proces bedacht door een Duitse wetenschapper. Vervolgens is het in Europa doorontwikkeld en opgeschaald. De technologie is wereldwijd geoctrooieerd.

Wat doet Enerpy?

Enerpy zet organische reststromen om in grondstoffen. Van biomassa, plastics, huishoudelijk afval, en oude autobanden worden olie, gas en carbon gemaakt. Het duurt duizenden, zo niet miljoenen jaren voordat organisch materiaal door natuurlijke processen in aardolie is omgezet. Met behulp van Enerpy’s technologie is het echter mogelijk om dit materiaal in enkele uren te transformeren. De techniek van Enerpy lijkt op pyrolyse, maar is veel energiezuiniger. Directeur Jos Koopmans: ‘Wij noemen onze technologie radiolyse. Voor het thermische kraakproces gebruiken wij namelijk straling. Straling kost energie, omdat je warmte moet maken, maar de warmteoverdracht is bijna een op een.’

Hoe werkt de techniek?

Om organische afvalstoffen om te zetten in grondstoffen worden deze in een gesloten reactor blootgesteld aan microgolven. Door middel van straling wordt het afval verhit en worden molecuulketens gebroken. In gasvorm verlaten deze moleculen de reactor om vervolgens onder speciale condities in condensors te worden getransformeerd naar oliën en – in sommige gevallen – in water en organische zuren. Een deel van het gas blijft in gasvorm, wat voor hergebruik in verschillende vormen geschikt is. In de reactor blijft na het proces de vaste grondstof carbon achter.

Voor de oven van de demoplant in Delfzijl kan het bedrijf zowel houtsnippers als gas gebruiken. De restwarmte wordt gebruikt voor het opwekken van elektriciteit of het verwarmen van water. Het afval komt bij afvalverwerkingsbedrijf Renewi vandaan. Koopmans: ‘Samen kijken wij naar reststromen waar Renewi of niks mee kan of waarvoor zij een meer duurzame of waardeverhogende verwerkingsmogelijkheid zoekt. Nu komen de meeste van deze afvalstromen in de verbrandingsoven terecht. Dan hebben we het onder andere over autobanden, luiers, computer afval, bermgras, plastics, ppc’s en nog veel meer. Voor de verschillende reststromen kunnen we dezelfde techniek gebruiken, alleen de manier van invoeren en de temperatuur zullen wel verschillen. De eerstkomende periode richten we ons voornamelijk op plastics.’

Wat voor producten maakt Enerpy?

Koopmans: ‘Het laaghangende fruit voor ons zijn brandstoffen voor de maritieme wereld en voor de cementindustrie. Onze oliën zijn daar nu al voor in te zetten. Maar we willen hoogwaardigere producten maken voor de chemische industrie. Ons hoofddoel is om aromaten voor die sector te produceren.’

Wat is de volgende stap?

In de komende twee jaar wil Enerpy in Delfzijl verschillende reststromen gaan testen en parameters uitzoeken om snel tot een industriële installatie te komen. ‘Binnen nu en twee jaar willen we een commerciële plant hebben waar we 100.000 tot 200.000 ton reststroom per jaar kunnen verwerken’, zegt Koopmans. ‘Onze demoplant kan nu 500 tot 1000 kilo per uur verwerken.’

Het bedrijf is al in gesprek met verschillende partijen over afname van zijn producten. ‘Maar we kunnen pas gericht en gedetailleerd met afnemers praten als we precies weten wat de samenstellingen van onze producten zijn.’

Waarom moeten jullie de Northern Enlightenmentz verkiezing winnen?

‘Onze technologie heeft straks een enorm grote impact in de chemische industrie, omdat het gebruik van fossiele grondstoffen minder wordt en het hergebruik van grondstoffen omhoog moet’, zegt Koopmans. ‘Ik denk dat wij bovenaan die keten staan om nieuwe grondstoffen te produceren. Daarnaast kan radiolyse pyrolyse vervangen en daardoor voor veel energiebesparing zorgen bij bedrijven die deze of een gelijksoortige techniek gebruiken.’

Eemsdeltavisie 2018: Factory as a forest

In de Industrieagenda voor de Eemsdelta durven de opstellers het aan: in 2050 kan het chemie- en energiecluster nettogebruiker zijn van CO2. Geen reductie, maar herstel! Net als bomen, die zijn niet CO2-neutraal, maar zetten kooldioxide juist om. Het vraagt wel een andere manier van kijken. CO2 is daarbij geen probleem, maar potentiële grondstof. De eerste projecten zijn er. Wat is er op termijn nog meer mogelijk?

Bij Eemsdeltavisie op 17 oktober in Delfzijl onderzoeken we hoe de industrie nog meer kan leren van hoe bossen functioneren: Factory as a Forest. Schrijf u nog snel in!

‘Hoe meer regels, hoe onveiliger het wordt’ was een stelling tijdens het congres Deltavisie in juni. In tegenstelling tot andere stellingen waar na toelichting en discussie forse verschuivingen optraden in stemgedrag, was dat bij deze stelling niet het geval. Bijna iedereen was het meteen met die stelling eens en dat bleef zo, ook na de toelichting en de discussie. Ook ik was voor.

Op de weg naar huis sloeg echter de twijfel toe en kwam een van mijn favoriete citaten uit het boekje De kwanten in mij op: “Ik weet het niet, sprak Bommel dromerig, het is mij vreemd te moede. Soms denk ik, dat ik weet wat het is, maar nee. Als ik dan even nadenk, weet ik het niet, als je begrijpt wat ik bedoel”.

Focus

Deze heer van stand omschrijft mijn dilemma. Bij te weinig regels kan het fout gaan, omdat gevaarlijke situaties niet worden onderkend, maar bij te veel regels zie je door de bomen het bos niet meer en kun je een cruciale regel over het hoofd zien. Bij de poort van een productiesite van een multinational heb ik eens geweigerd het briefje met regels waar ik mij aan te houden had voor akkoord te tekenen: zo veel regels op anderhalf A4-tje, dat kon ik niet onthouden. Aan de vast door juristen verzonnen procedure van deze Amerikaans multinational deed ik niet mee: geen systeembevrediging, mijn lezers kennen mij. Daarbij, als jurylid van de Responsable Care Award van de VNCI waarvoor ik op bezoek kwam, zou ik nimmer alleen worden gelaten. Ik neem aan dat de vergezellende medewerker wel dat anderhalf A4-tje uit zijn hoofd kent.

Na een korte consternatie aan de poort, mocht ik toch naar binnen. Als enige overigens die niet getekend had. Minder regels dus, met de focus op regels die je wel kunt onthouden. Logisch toch?

Nadenken

Soms blijken regels zelfs onzinnig, omdat bij het opstellen ervan niet aan alles is gedacht. Te veel regels schakelen het menselijk brein met inzicht uit. Een mooi voorbeeld daarvan was Air Transat Flight 236 van Toronto naar Lissabon. De piloten werden tijdens deze vlucht in 2001 geconfronteerd met een forse onbalans in de hoeveelheid brandstof in de beide vleugeltanks. De linker- en rechtertank moeten ongeveer even vol zijn. Als dat niet zo is, schrijft de procedure voor om de niveleerklep tussen de twee tanks te openen. Dat deden de piloten ook: voorschrift is voorschrift. Echter, een simpele rekensom had hen geleerd dat de hoeveelheid brandstof die uit de te lege tank was verdwenen zo fors was dat deze nooit door de motoren kon zijn verbruikt. Een forse lekkage dus. Door het openen van die niveleerklep liep nu ook de andere tank leeg. Gevolg: het vliegtuig kwam boven de oceaan volledig zonder brandstof te zitten en werd een zweefvliegtuig. Gelukkig was de gezagvoerder een ervaren zweefvliegpiloot en zette de Airbus 330 op de Azoren op een militair vliegveld aan de grond. Alle inzittenden hebben dit overleefd. Die piloten hadden die regel dus beter niet kunnen opvolgen, of nog veel beter: die regel had er niet moeten zijn. Dan hadden de piloten zelf moeten nadenken en conclusies moeten trekken.

Dat nadenken deed een onderhoudsmonteur in mijn naftakraker wel. Hij moest een aftapleiding over een betonnen vloer naar een afvoerputje aanleggen. Om dat afvoerputje zat een betonnen randje waarin hij een kleine doorgang moest maken. Eén of twee klappen met de hamer, meer niet. Maar ja, staal op beton is brandgevaarlijk werk. Dus moest hij naar de controlekamer voor een werkvergunning brandgevaarlijk werk en moest een operator met hem mee met een monsterapparaat. Een heel gedoe voor die paar klappen bij dat putje waar hij alleen water zag stromen. Hij besloot het voorschrift te negeren, gaf een klap met de hamer met een forse steekvlam als gevolg. Wat hij niet wist, was dat het water afkomstig was van een waterringpomp van een acetyleenblower.

Veel regels? Weinig regels? Nadenken? Ollie B.Bommel zei het al: het is mij vreemd te moede.

Henk Leegwater is onafhankelijk consultant.
Reacties welkom: henk.leegwater@lexxin.com

In de natuur gebeurt het al: bacteriën zetten kooldioxide om in koolmonoxide. Die processen gaan echter te langzaam om op industriële schaal toe te passen. Een juiste katalysator moet het wel mogelijk maken, maar er moeten dan ook nog veel fundamentele vragen worden beantwoord over de exacte werking van het proces. Hetzelfde geldt voor de productie van ammoniak, stelt hoogleraar Marc Koper. ‘Het is in principe mogelijk om stikstof en water direct via een elektrolysecel naar ammoniak om te zetten.’

Het klimaatakkoord is over één ding zeer duidelijk: er moeten in rap tempo alternatieven worden gevonden voor fossiele brandstoffen. Om dat te bereiken, zal worden ingezet op verdere elektrificatie van de energievoorziening, de inzet van waterstof als energiedrager en biomassa als koolstof- en energiebron. Voor de industrie geldt daarbij dat ook de afvang en opslag dan wel gebruik van kooldioxide wordt meegenomen om de periode te overbruggen die de transitie nu eenmaal nodig heeft.

Windenergie

Inmiddels is al fors geïnvesteerd in de opschaling van het Nederlandse offshore windvermogen. De komende twaalf jaar groeit het aandeel offshore-windenergie van een capaciteit van 17 naar 84 terawattuur in 2030. Op land komt daar nog eens 35 terawattuur bij. Bij elkaar is dit ongeveer gelijk aan het huidige jaarlijkse elektriciteitsverbruik van plusminus 120 terawattuur. Voor een deel zal die elektriciteit hard nodig zijn omdat het gasgebruik de komende jaren langzaamaan wordt afgebouwd. Maar elektrificatie biedt ook een alternatief voor de hogetemperatuurwarmte die de petrochemische industrie nu gebruikt om koolwaterstoffen te kraken.

tekst gaat verder onder de afbeelding
elektrochemie

(c) North Sea Wind Power Hub

De ogen van de koolstofchemie zijn steeds meer gericht op elektrochemie, een vakgebied dat eerder een beetje in de vergetelheid was geraakt. Dat is bij Marc Koper overigens verre van het geval. De hoogleraar Katalyse en Oppervlaktechemie wijdde zich de afgelopen twintig jaar aan het doorgronden van elektrochemische processen en verwacht daar de komende jaren nog veel drukker mee te zijn. ‘De belofte van dit soort processen is groot’, zegt Koper. ‘Het is thermodynamisch mogelijk om elektrochemische processen op kamertemperatuur te bedrijven. De efficiency van elektrochemische processen is daarmee energetisch efficiënter dan een kraker die veel energieverlies kent in de vorm van warmte.’

Efficiencyslag

Koper is ervan overtuigd dat elektrochemie een belangrijke rol kan spelen in de energietransitie naar een duurzamere energievoorziening en efficiënter energiegebruik. Wanneer de industrie en de samenleving daarvan kunnen profiteren, is echter mede afhankelijk van fundamenteel onderzoek naar de wisselwerking tussen elektronen en moleculen. ‘Er zijn al elektrochemische processen – redoxreacties – bekend die kooldioxide met behulp van katalysatoren direct kunnen omzetten in etheen. Onderzoeksgroepen die daarmee goede resultaten hebben bereikt, rapporteerden zelfs een efficiency van zestig procent. Op eenzelfde manier kan kooldioxide worden gereduceerd tot koolmonoxide. Dat het mogelijk is, bewijst de natuur, waar bacteriën dit ook doen. Die processen gaan echter te langzaam om op industriële schaal toe te passen. Industriële elektrochemische processen zouden dit gecontroleerder en grootschaliger moeten doen.’

Om elektrochemische processen te versneller zodat ze commercieel kunnen worden ingezet, kan je twee dingen doen: de hoeveelheid energie verhogen of goede katalysatoren inzetten. Koper: ‘De afgelopen jaren is veel onderzoek naar dat laatste gedaan. De uitdaging daarbij is dat de tot nog toe gebruikte materialen, zoals bijvoorbeeld platina, zeer duur zijn. Het onderzoek richt zich zowel op alternatieve, goedkopere materialen als op het zo efficiënt mogelijk inzetten van platina. Dat laatste is al aardig gelukt bij de katalysator die in een commerciële brandstofcelauto is te vinden. Het is echter nog een uitdaging om dezelfde efficiencyslag op grote schaal toe te passen.’

Chloorproductie

Voor de reductie van kooldioxide naar koolmonoxide moeten nog veel fundamentele vragen worden beantwoord over de exacte werking van het proces en de fysische werking van het binden of breken van koolstofmoleculen. ‘Om op commerciële schaal te produceren, moeten die processen immers langer dan een paar uur werken en dat doen ze vooralsnog niet. Vaak is de katalysator instabieler dan gehoopt of ontstaat vervuiling in of vanuit het elektrolyt. Het zal dan ook nog wel even duren voordat elektrochemische cellen die CO2 omzetten, op de gewenste levensduur van vijf jaar zitten.’

Wat betreft andere vormen van elektrochemie is men echter al veel verder. ‘Chloorproducenten maken al jaren gebruik van elektrochemie’, zegt Koper. ‘Ook de elektrolytische productie van waterstof is een elektrochemisch proces. Als de overheid toch besluit om CO2 af te vangen, zou het interessant kunnen zijn om dit gas direct elektrochemisch om te zetten naar etheen of andere koolwaterstoffen. Anderzijds is het mogelijk CO2 met elektrolytisch waterstof te laten reageren tot een synthetische brandstof in een meer conventioneel chemisch proces. In beide gevallen is er een duurzaamheidslag gemaakt door de CO2 te recyclen.’

Volharding

De tegenwerping dat de productie van elektrolytisch waterstofgas nog te duur is, wuift Koper direct weg. ‘De huidige generatie elektrolysers zijn alleen nog niet concurrerend met fossiele waterstofproductie omdat het uitstoten van CO2 gratis is. Het succes van waterstofgas is dan ook meer afhankelijk van politieke keuzes dan van wetenschappelijke doorbraken. Natuurlijk wordt de businesscase gunstiger naarmate elektrolysers betaalbaarder worden, maar dat wil niet zeggen dat er geen gezonde markt voor zou zijn. Het streven blijft om een zo hoog mogelijke stroomdichtheid te halen, zodat het conversieverlies zoveel mogelijk kan worden beperkt. De afgelopen jaren zijn op het gebied van waterstoftechnologie dan ook diverse vorderingen gemaakt. Dat zijn echter geen grote doorbraken, maar eerder incrementele verbeteringen die waterstof uit de elektrolyse van water steeds interessanter maken voor een aantal toepassingen.’

Koper noemt de inspanningen van autofabrikanten Toyota, Honda en Hyundai als voorbeeld van volharding. ‘Die bedrijven hebben al zeer vroeg hun pijlen op waterstoftechnologie gericht en plukken daar nu eindelijk de vruchten van. Inmiddels gebruiken ze een combinatie van platina en kobalt als katalysator, wat net zo stabiel is als alleen platina. Daarmee zijn de prijzen van de brandstofcellen commercieel een stuk aantrekkelijker. Dit soort doorbraken zijn nauwelijks te forceren, maar zijn het resultaat van jarenlang onderzoek. Soms hebben we dus gewoon geduld nodig.’

tekst gaat verder onder de afbeelding

Siemens has developed this PEM (proton exchange membrane) electrolyser module for the research facility in Linz. With a capacity of 6 megawatts, the plant will be able to produce 1,200 cubic meters of “green” hydrogen an hour. (c) Siemens

Efficiënte technologie

Gelukkig zijn er steeds meer industriële bedrijven die geloven in de mogelijkheden van elektrochemie. Uiteraard gebruikt AkzoNobel al jaren elektrochemische processen voor de productie van chloor. Maar inmiddels investeren ook bedrijven als Covestro steeds meer in elektrochemie. Het bedrijf investeerde in de zeer efficiënte oxygen-depolarized cathode technologie, waarmee chloor kan worden geproduceerd met een kwart minder energie dan huidige methodes. Shell investeert eveneens in onderzoek naar elektrochemische processen, net als Siemens, dat met name zeer actief is op het gebied van water-elektrolysers voor het maken van elektrolytisch waterstof. Maar volgens Koper investeert het bedrijf ook in onderzoek naar CO2-elektrolysers.

Stikstofchemie

Een industrietak waar misschien nog wel de meest significante resultaten met elektrochemie te behalen zijn, is de stikstofchemie, meent Koper. ‘Als het deze branche lukt de waterstof die ze nu uit aardgas produceren, te vervangen voor elektrolytisch waterstof, zou dat een enorm verschil kunnen maken. De productie van ammoniak staat ongeveer gelijk aan CO2-uitstoot en deze sector is daarmee een van de grootste CO2-uitstoters. Naast het conventionele proces waarbij waterstof bij hoge temperatuur en druk met stikstof reageert, is het in principe ook mogelijk om stikstof en water direct via een elektrolysecel naar ammoniak om te zetten. Ook hier is de natuur het beste voorbeeld: het nitrogenase-enzym zet stikstof met water om in ammoniak. Deze klassieke redoxreacties worden elektrochemisch gestuurd. Maar hier geldt eveneens dat we dat proces graag gecontroleerd en grootschalig willen nabootsen, en daar zijn we op dit moment nog ver van verwijderd.’

Nu beginnen

Hoewel het groeipad van elektrochemie op het eerste gezicht nog erg lang lijkt, benadrukt Koper dat de industrie niet moet wachten met investeren. ‘CO2-elektrolysecellen evenaren nog lang niet de levensduur van water-elektrolysecellen. We zitten nog met veel hiaten en onbeantwoorde fundamentele vragen. Het onderzoek vordert wel gestaag en naarmate de maatschappelijke druk groter wordt, komen er wellicht ook meer fondsen vrij. Hoewel doorbraken zich moeilijk laten forceren, helpt het wel degelijk als meer mensen gerichter onderzoek doen naar een oplossing voor het CO2-probleem. In de tussentijd kan men al voldoende ervaring opdoen met de elektrochemische productie van etheen uit kooldioxide en water. Dat is niet alleen een beter alternatief voor het in de grond stoppen van CO2, maar daarmee ontstaat ook een volwassen markt en infrastructuur rondom kooldioxide en waterstof. Op het moment dat de technologie voor directe omzetting van CO2 volwassen genoeg is, kan ze dan snel worden toegepast.’

Openingsfoto: Zero Emission Resource Organisation