Vaak hebben we minder elegante oplossingen nodig om stappen te zetten naar meer gewenste technologie. Neem bijvoorbeeld het ondergronds opslaan van afgevangen CO2, oftewel CCS. Met gezonde tegenzin denk ik dat we er op korte termijn niet onderuit komen. Het is immers een lineaire oplossing. Je stopt CO2 onder de grond en dat is het dan. Geen extra waarde. Basta, klaar. Maar willen we enige vaart maken met CO2-reductie, dan kunnen we er mogelijk niet onderuit. Bovendien geeft het onderzoeksinstellingen en de industrie tijd en ruimte om andere – vaak veel mooiere technologie – verder te ontwikkelen en op het juiste moment toe te passen.

Wel lijkt het me nodig dat we de inzet van CCS aftoppen. Niet meer inzetten dan nodig! Om meerdere redenen. Immers, ook CCS kost veel geld en hoe meer je erin investeert, bijvoorbeeld met subsidies, des te minder geld er overblijft voor alternatieven. Bovendien, en dat is misschien nog wel essentiëler, ligt hier al bij voorbaat de wet van de remmende voorsprong op de loer. De kans is aanwezig dat bij overvloedige toepassing van CCS minder noodzaak wordt gevoeld om straks veel elegantere technologie versneld toe te passen. Het kan de wind uit de zeilen halen van echte vernieuwing.

Positief beïnvloeden

Op het gebied van waterstof bijvoorbeeld. Er wordt veel gesproken over grijs, blauw en groen. Om de enorme CO2-uitstoot bij de huidige grijze waterstofproductie te elimineren, wordt veel over de blauwe route gesproken. En er zijn ook concrete plannen, met name in Rotterdam met Porthos. Goed dat daar nu ook andere havens bij aansluiten. Door de CO2 af te vangen en ondergronds op te slaan, bijvoorbeeld in uitgeproduceerde offshore gasvelden, is een enorme reductie mogelijk. Op zich kan deze route ervoor zorgen dat er tijd wordt gewonnen om de groene route betaalbaar te maken. Het kost mogelijk een decennium of zelfs meer om waterstof – via elektrolyse uit water – rendabel te maken.

Op zich een goede zaak. Blauw waterstof kan zelfs een wegbereider zijn. Als er meer emissieloos waterstof wordt geproduceerd, kan ook de infrastructuur worden uitgebreid. En dat kan straks het succes van groen waterstof positief beïnvloeden. Gaan we de productie van blauw waterstof echter ongelimiteerd toepassen, dan kan het de groei van groen waterstof juist vertragen. Als de CCS-installaties binnen een decennium zijn afgeschreven, valt daar straks qua kosten moeilijk mee te concurreren.

Kip zonder kop

Bovendien kan een ongecontroleerde woekering van CCS verstikkend werken. Met name voor hoopgevende alternatieven. Op het vlak van waterstof kan bijvoorbeeld de ‘turquoise’ route een gamechanger zijn. Betaalbaarder dan groen en eleganter dan blauw. Via methaanpyrolyse kan emissieloos waterstof worden geproduceerd uit aardgas, zonder CO2-uitstoot. Sterker nog, er ontstaat zuiver koolstof, met tal van toepassingsmogelijkheden. Overal in de wereld wordt er onderzoek naar gedaan, niet door de minste partijen. TNO won er met haar onderzoek onlangs – zeer terecht – de duurzaamheidsprijs Enlightenmentz 2019 mee. Verwacht wordt dat deze technologie tegen 2025 marktrijp zal zijn.

De verwachting is dat deze methode niet duurder zal zijn dan de blauwe route. Als je naar de nodige kapitaalsinvesteringen kijkt, is het wellicht zelfs beduidend goedkoper. Probleem is echter dat wanneer de komende jaren heel veel wordt geïnvesteerd in de blauwe route, er tegen 2025 geen eerlijke afweging meer mogelijk is. Gedane zaken nemen dan geen keer. En het potentieel voor de turquoise technologie krimpt al bij voorbaat.

Dus mijn voorstel aan overheid en industrie zou zijn: ga met de blauwe route aan de slag om het huidige grijze arsenaal emissieloos te maken. Het mag ook wel iets meer zijn om de uitbreiding van de waterstof-infrastructuur een impuls te geven. Maar ga niet als een kip zonder kop te werk. Wacht met grootschalige uitbreiding van de waterstofproductie tot intrinsiek emissieloze routes marktrijp zijn. Eerst turquoise, daarna groen. En misschien komt er ondertussen nog wel een interessant kleurtje bij.

Reageren? Via de mail: wim@industrielinqs.nl of via Twitter: @wimraaijen

BASF in De Meern bestaat vijftig jaar. Kernactiviteit door de jaren heen is de ontwikkeling en productie van katalysatoren. Inmiddels zijn die onmisbaar in tal van chemische processen, maar ook bijvoorbeeld in auto’s. Katalyse gaat wellicht een nog essentiëlere rol spelen, onder meer in de energietransitie. Voor BASF De Meern blijft de wederkerige relatie met Nederlandse universiteiten daarbij een belangrijke impuls.

Veel onderzoekers en ontwikkelaars bij BASF hebben een verleden bij de Universiteit Utrecht. Zo ook Peter Berben, senior research manager bij BASF in De Meern. Ruim drie decennia geleden is hij in Utrecht gepromoveerd. Op Superclaus, een katalytisch proces dat inmiddels in veel fabrieken in de wereld wordt toegepast. Om de uitstoot van zwaveldioxide te verminderen, worden in raffinaderijen en aardgaszuiveringsfabrieken de zwavelhoudende componenten uit gas of oliefracties verwijderd. Daarbij komt de zwavel in de vorm van waterstofsulfide vrij. Dit stinkende – naar rotte eieren – en giftige gas wordt in het Claus-proces, een uitvinding door C.F. Claus uit 1883, omgezet in het onschuldige elementaire zwavel.

Nadeel van dit proces is dat de maximale efficiëntie geen honderd procent is, maar ongeveer 97. Het niet omgezette waterstofsulfide wordt doorgaans verbrand en komt toch als zwaveldioxide in de lucht. Daarom werd indertijd volop gezocht naar een betaalbaar, verbeterd proces met een hogere efficiëntie. Professor John Geus van de Universiteit Utrecht werd door Comprimo, tegenwoordig onderdeel van engineeringsbureau Jacobs, en Gastec, tegenwoordig Kiwa, benaderd om een katalysator en verbeterd proces te ontwikkelen.

Professor Geus en een nog jonge promovendus Peter Berben ontwikkelden eind jaren tachtig in korte tijd een nieuwe katalysator die met hoge selectiviteit zwavel vormt. Deze uitvinding leidde tot zowel een procesoctrooi als een katalysatoroctrooi. De opschaling en de katalysatorproductie werden gedaan door Engelhard in De Meern, dat later door BASF werd overgenomen. De succesvolle vercommercialisering gebeurde onder de naam Superclaus.

Tien ton

Het is volgens Berben een mooi voorbeeld van een publiek-private samenwerking die tot een groot internationaal succes leidt. Bedrijven en universiteiten hebben elkaar bij de ontwikkeling van nieuwe processen hard nodig. En dat geldt zeker ook in het geval van BASF De Meern en de Utrechtse Universiteit. Berben: ‘De vakgroep anorganische chemie en katalyse aan de Universiteit Utrecht is een van de beste van Europa en beschikt over de modernste apparatuur om processen en nieuwe katalysatoren te onderzoeken.’

Op zijn beurt ziet katalyse-professor Bert Weckhuysen ook grote voordelen in de samenwerking met BASF. De Meern is voor hem een belangrijke partner om te exploreren of nieuwe processen levensvatbaar zijn. Als een reactie op laboratoriumschaal werkt, dan moet het belangrijkste nog gebeuren. Weckhuysen: ‘Hoe gaan we van een recept van milligrammen naar grootschalige productie? Het is bijvoorbeeld mooi als je met een nieuwe katalysator een nieuw chemisch product in een laboratorium kunt maken, maar het wordt pas interessant als je het op grote schaal en daardoor betaalbaar kunt produceren. In onze samenwerking gaat het er vaak om dat we de principes ontwikkelen voor het maken van nieuwe katalysatoren, waarna BASF gaat kijken hoe dit het beste in de praktijk kan worden gerealiseerd.’

Katalysatoren en energietransitie

Op het vlak van katalyse ziet Weckhuysen momenteel veel hoopgevende ontwikkelingen. Elektrochemische routes zijn bijvoorbeeld interessant. ‘Er gaat denk ik veel gebeuren op het gebied van power-to-products. Ook een interessant terrein voor katalysatoren.’ Innovatieve elektroden hebben een nog veel grotere reikwijdte. Het is bijvoorbeeld ook niet verwonderlijk dat BASF ook een belangrijke rol wil spelen bij het verbeteren van batterijen, onder andere om de actieradius van elektrische auto’s te vergroten en ze ook betaalbaar te maken. Dat kan een essentiële ontwikkeling zijn in de energietransitie.

Hype op de loer

In de chemische industrie zien Berben en Weckhuysen veel in routes voor hydrogenering, oftewel reacties gebaseerd op het toevoegen van waterstof. Dat wordt helemaal interessant als waterstof grootschalig, betaalbaar en emissieloos gaat worden geproduceerd. Groen waterstof dat wordt geproduceerd door elektrolyse van water is een interessante route, maar vooralsnog duur. De interesse van de heren is daarom ook gewekt door andere waterstofroutes, waaronder bijvoorbeeld methaanpyrolyse. Ook BASF is in Duitsland bezig met de ontwikkeling van deze technologie waarbij aardgas in een reactor wordt ontleed in waterstof en koolstof. Er ontstaat daarbij geen kooldioxide. Volgens BASF is grootschalige vercommercialisering rond 2025 mogelijk.

Weckhuysen wil wel waarschuwen voor te hooggespannen verwachtingen, als het gaat om hoopgevende nieuwe routes. ‘De grootste fout die we als wetenschappers kunnen maken, is dat we iets beloven wat we uiteindelijk niet kunnen waarmaken. Dan gaat de maatschappij ons erop afrekenen als het niet werkt.’

Bovendien kunnen te grote beweringen ook de blik vernauwen. Weckhuysen: ‘Momenteel is er vooral veel aandacht voor hydrogenering van kooldioxide naar methaan. Om op die manier van CO2 een grondstof te maken. Daar doen we ook aan mee.’ Van groot maatschappelijk probleem naar mooie oplossing, dus. Hier ligt echter wel een hype op de loer. Bovendien werkt het vertroebelend. Weckhuysen: ‘Bijzonder interessant, maar ik hoop wel dat deze focus niet de aandacht te veel afleidt van veel andere veelbelovende routes.’ Er zijn volgens hem meer interessante moleculen op een duurzamere manier te produceren. Om op die manier een bijdrage te leveren aan de transitie van onder meer de industrie.

Zeoliet

Onlangs bracht Weckhuysen met zijn vakgroep een andere interessante innovatie in de publiciteit. De Universiteit Utrecht ontwikkelt een reactor die een mengsel van methaan en koolstofdioxide effectief omzet in koolwaterstoffen. Denk daarbij aan aromaten als benzeen. Voor het onderzoek krijgen de onderzoekers een Europese Proof of Concept beurs van 1,5 ton. Nu zijn CO2 en methaan (CH4) beide moeilijk te activeren moleculen. Daardoor kost het veel energie om ze als grondstof te gebruiken voor de chemie. Het team van Weckhuysen werkt aan een zogenaamde zeoliet ZSM-5 membraanreactor. Deze reactor kan een mengsel van CH4 en CO2 effectief omzetten in koolwaterstoffen.

tekst gaat verder onder de afbeelding

Bert Weckhuysen, Universiteit Utrecht: ‘Er gaat denk ik veel gebeuren op het gebied van power-to-products. Ook een interessant terrein voor katalysatoren.’

Springplank

Het zijn allemaal ontwikkelingen waar universiteiten en bedrijven elkaar hard nodig hebben om tot successen te komen. Daarom zijn warme wederkerige relaties bijzonder belangrijk. En vooral dat zit al decennialang goed tussen BASF in De Meern en de Universiteit Utrecht. Weckhuysen prijst vooral de open blik van huidige en voormalige leidinggevenden in De Meern. ‘Als we met ideeën komen, wordt er altijd geluisterd. Als ze nog niet overtuigd zijn, gaan ze er altijd nog serieus over nadenken. Dat communicatieproces is ook omgekeerd richting de universiteit.’ Dat is volgens de hoogleraar een goede basis voor onderzoek en innovatie.

Ook bij de aanwas van nieuwe medewerkers en het bieden van carrièreperspectieven voor studenten speelt de wederkerige relatie een belangrijke rol. Het begint vaak bij stageplekken, maar zoals gezegd hebben verschillende BASF-medewerkers in De Meern hun opleiding gehad in Utrecht. En ook bij andere locaties van BASF, zelfs wereldwijd. Berben: ‘Ik weet dat verschillende voormalige studenten uit Utrecht nu in Ludwigshafen werken.’ In die zin kan De Meern een prima springplank zijn. Hoewel ook velen er langdurig blijven werken. Peter Berben is daar zelf een goed voorbeeld van.

Geschiedenis BASF De Meern

  • 1969: Katalysatorfabriek in bedrijf
  • 1969: Eerste katalysatorproductie
  • 1983: Opening R&D-laboratorium in De Meern
  • 1987: Opstarten van nieuwe katalysatorproductielijn inclusief fluidised bed reactor
  • 1987: Introductie van moderne katalysatoren voor olie en vetten
  • 1987: Opening van kilogramlaboratorium in De Meern
  • 1988: Eerste partij geproduceerde Superclaus-katalysator
  • 2001: Nieuwe fabriek voor FT-katalysator in gebruik genomen
  • 2008: Tweede installatie voor FT-katalysator in gebruik genomen
  • 2015: Worldclass DeNOx-eenheid geïnstalleerd. Het leverde BASF De Meern een nominatie op voor de Responsible Care Prijs 2017 van de VNCI
  • 2019: State-of-the-art afvalwaterinstallatie in gebruik genomen

Innovatieve processen zijn niet een-twee-drie marktrijp. Ontwikkeling heeft gewoon tijd nodig. Tegelijkertijd vraagt de klimaatproblematiek om actie. Oplossingen uitsluiten is daarom onverstandig, stelt professor Earl Goetheer. Zelfs ondergrondse opslag van CO2 hebben we volgens hem op de korte tot middellange termijn nodig. Misschien minder elegant, maar het biedt wel ruimte en tijd aan innovaties om tot wasdom te komen. Aan emissieloze productie van waterstof bijvoorbeeld. Daarmee won TNO onlangs de Enlightenmentz 2019.

Zelf had Earl Goetheer niet verwacht dat TNO met haar molten metal voor methaanpyrolyse de duurzaamheidswedstrijd Enlightenment 2019 zou winnen. ‘De twee andere finalisten hadden, denk ik, een grotere gunfactor’, stelt de hoogleraar elektrochemische omzetting van CO2 aan de TU Delft en principal scientist bij TNO. De andere finalisten zijn volgens hem sympathiek omdat het ondernemende bedrijfjes gaat, technostarters. Het jonge bedrijf Vertoro, dat een groot groen oliebedrijf wil worden en de starter Asbeter die asbest onschadelijk wil maken met afvalzuren. ‘Asbeter staat ook al dicht bij implementatie. Dat maakt het concreet. Dat zou – als we zelf niet mee hadden gedaan – mijn favoriet zijn geweest.’

Het beeld dat buitenstaanders van het veel grotere TNO hebben, is heel anders. Dat snapt Goetheer ook wel. ‘TNO is een technologie-ontwikkelaar. We hebben altijd partijen nodig die de bij ons ontwikkelde technologie gaan gebruiken. Een chemiebedrijf of bijvoorbeeld een bevlogen ondernemer. Daarom is het zo belangrijk om nauw met bedrijven samen te werken. Ik vind samenwerking daarom ook heel stimulerend. Wij kunnen bij TNO veel leren van het ondernemerschap van onze partners.’ Dus ook van de twee andere finalisten van de Enlightenmentz 2019.

Niet genoeg

Bij het winnende proces staat TNO ook volledig open voor samenwerking met marktpartijen. Bijvoorbeeld met BASF, dat zelf deze route van methaanpyrolyse via gesmolten metaal verder aan het ontwikkelen is. Dat bracht het chemieconcern in januari naar buiten tijdens een persconferentie over CO2-besparende innovaties. Met ThyssenKrupp en Linde onderzoekt het deze ‘turquoise’ route. ‘We zijn al met ze in gesprek. Overigens begrijp ik heel goed dat met name Duitse bedrijven met CO2-besparende routes bezig zijn. In Duitsland hebben ze geen lege gasvelden om CO2 in op te slaan. Dus zijn ze er nog meer op gebrand om minder en het liefst helemaal geen CO2 uit te stoten.’ De blauwe route, waarbij waterstof op de traditionele manier wordt geproduceerd, maar de CO2 wordt afgevangen en ondergronds wordt opgeslagen, is in Duitsland nauwelijks mogelijk.

Aan de andere kant is de groene route voorlopig niet op grote schaal realiseerbaar, stelt Goetheer. Noch hier, noch in Duitsland. ‘Tot 2030 is er gewoonweg niet genoeg duurzaam opgewekte elektriciteit. Zelfs niet in Duitsland.’

Hooiberg

In Nederland zijn er wel mogelijkheden om CO2 grootschalig ondergronds op te slaan. Hoewel dat misschien niet de meest elegante route is, komen we er volgens Goetheer niet onderuit. In ieder geval niet als we de klimaatambities serieus nemen. ‘Als we op de huidige voet doorgaan, dan zitten we in 2032 in het traject van boven de twee graden opwarming. We moeten op korte termijn dus maatregelen nemen. Natuurlijk komen er interessante innovaties aan, maar technologieontwikkeling heeft echt tijd nodig.’

tekst gaat verder onder de afbeelding
goetheer

Earl Goetheer, onderzoeker Rajat Bharadwaj en Willem Frens van TNO.

De technologie voor afvang en opslag van CO2 (CCS) en bijvoorbeeld mineralisatie zijn op de korte termijn beschikbaar. Goetheer: ‘We moeten er wel mee aan de slag. Want op den duur CO2 uit de atmosfeer halen, lijkt me echt geen goed idee. Daar is de CO2 enorm verdund aanwezig.’ Dat wordt volgens hem zoeken naar spelden in een hooiberg.

De hoogleraar pleit wel voor een verstandige inzet van CCS. Doen wat moet, maar niet meer dan nodig. Want uiteindelijk stop je de CO2 onder de grond en dat is het dan. Niet echt cyclisch. ‘Ik geloof niet zo in de ideeën om de opgeslagen CO2 er op den duur weer uit te halen om het als grondstof in te zetten. Eenmaal onder de grond, moet je het laten zitten. Het komt er per slot van rekening ook vandaan.’

Toch is hij van mening dat niets bij voorbaat moet worden uitgesloten. ‘Zeker omdat we veel verschillende oplossingen nodig hebben, die elkaar kunnen versterken. Het is en, en, en…’

Meststoffen

Volgens Goetheer biedt CCS een vliegwiel voor methaanpyrolyse. Turquoise waterstof bereidt straks op haar beurt weer de weg voor de groene route. Rond 2025 moet het alternatief van methaanpyrolyse via molten metal marktrijp zijn. Het kost veel minder energie dan de groene route – de elektrolyse van water – en het is waarschijnlijk betaalbaarder dan de blauwe route. Te meer omdat het ook nog een extra product oplevert: koolstof.

Het principe van deze route is eigenlijk heel eenvoudig. Je leidt methaan, aardgas of biogas, door een bad van gesmolten metaal en het waterstofgas ontsnapt en kun je er boven afvangen. De koolstof die bovendien ontstaat, blijft er op drijven, omdat die lichter is dan metaal. Het unieke van het TNO-onderzoek is dat de koolstof met een grote zuiverheid kan worden gescheiden. In het kader van het Voltachem-programma werkt onderzoeker Rajat Bharadwaj aan een vloeibaar zout dat lichter is dan het gesmolten metaal, maar zwaarder dan koolstof. Daardoor is de koolstof er schoon aan de bovenkant af te scheppen.

Koolstof is ook een interessant product, zo schetste Jeroen van Woerden van Cabot een paar maanden geleden in Petrochem. Al heel lang wordt het gebruikt als kleurstof, vulmiddel, maar ook als materiaal dat de eigenschappen van producten positief kan veranderen. Een terrein waar veel groeimogelijkheden liggen, is bijvoorbeeld de batterijenmarkt. Geleidend carbon black kan de functie van batterijen verbeteren, bijvoorbeeld bij het versneld laden van accu’s. Heel interessant voor onder andere elektrische auto’s. En er is niet gauw te veel koolstof, want het kan ook nog altijd worden ingezet als bodemveredelaar omdat het meststoffen en water langer kan vasthouden.

Afgas

Methaanpyrolyse past dus prima in twee industriële productieketens. Die van waterstof – met alle mogelijke vervolgstappen in de chemie en de energie­keten – en die van koolstof. Goetheer gelooft sterk in dergelijke geïntegreerde oplossingen. Sowieso is het belangrijk dat nieuwe innovaties onderdeel van hele ketens kunnen worden, maar het wordt nog interessanter als nieuwe processen extra oplossingen bieden. Zodat er meerdere vliegen in één klap worden geslagen.

goetheer

Earl Goetheer, TNO: ‘We moeten niets bij voorbaat uitsluiten. We hebben veel oplossingen nodig, die elkaar kunnen versterken.’

Hij heeft op dat vlak nog wel een ander voorbeeld. ‘Samen met Avantium onderzoeken we nu een elektrochemische route om CO2 in koolmonoxide om te zetten en tegelijkertijd chloor te produceren. Aan de kathode wordt de CO2 gereduceerd naar CO. Aan de anode ontstaat chloor, dat met de geproduceerde CO kan worden omgezet in fosgeen, een grondstof van polyurethaan’ Goetheer heeft veel vertrouwen in deze ontwikkeling. Slagen TNO en Avantium er in om de kostprijs van de geproduceerde CO nog met ongeveer de helft naar beneden te brengen, dan nemen de kansen enorm toe.

De productie van koolmonoxide uit kooldioxide kan ook prima in het verlengde liggen van een ontwikkeling die nu al gaande is. Koolmonoxide is al een belangrijk afgas van de staalindustrie. Momenteel wordt de CO verbrand om er elektriciteit van te maken, met een enorme CO2-uitstoot als gevolg. Koolmonoxide is echter een prima grondstof voor de chemie, helemaal in combinatie met waterstof. Grote chemiebedrijven als Dow Chemical en Covestro onderzoeken daarom met staalbedrijven Tata Steel en ArcelorMittal hoe ze de weg naar hogere toegevoegde waarde kunnen inslaan voor de afgassen. Op die manier is een enorme CO2-reductie mogelijk. Goetheer: ‘Dat is natuurlijk wat er als eerste moet gebeuren.’ Gaat de chemie meer gebruikmaken van syngas, koolmonoxide en waterstof, dan bereidt dat natuurlijk de weg voor nieuwe innovatieve technologie. Dus ook hier geldt dat de ene stap de vervolgstap enorm kan versterken. Wederom en, en, en dus.

Massa

Toch betekent deze inclusieve benadering niet dat alles maar moet worden onderzocht en ontwikkeld. Er zijn immers ook doodlopende wegen. Zo wordt er momenteel veel gespeculeerd over de mogelijkheid om van CO2 en waterstof methaan te maken, om zo aardgas te vervangen. ‘Er zijn betere ideeën voor de korte en middellange termijn’, stelt Goetheer. ‘Niet voor niets willen we juist het omgekeerde: waterstof uit methaan maken. Het kost niet alleen veel energie om methaan uit waterstof en CO2 te maken, ook is de massabalans niet goed. Met name omdat de zuurstof geen functie meer heeft. Dan kun je beter met kooldioxide en waterstof methanol maken. Dan blijft de zuurstof gedeeltelijk binnenboord en blijft de massa overeind. En het is een veel interessantere grondstof. Om methaan te maken zijn er veel betere routes, zoals met biogas, via superkritisch water wat ze momenteel in Alkmaar bij SCW doen.’

Type kool

Goetheer vindt het ook interessant om naar nieuwe mogelijkheden voor bestaande technologie te zoeken. Zo komt het idee van de zoutlaag om de koolstof te scheiden van een eerder idee om aluminium zuiverder te produceren. Ook het idee van gesmolten metaal als katalysator is niet nieuw. ‘Of daar ook nog meer mee mogelijk is? Dat zou zo maar kunnen. Ik denk dan vooral aan andere input. Zo kunnen we pyrolyseolie als grondstof gebruiken. Dan ontstaan er andere typen koolstof. Ook kunnen we ethaan en propaan inzetten. Misschien ook wel benzeen, tolueen en xyleen. Het zal telkens een andere type kool opleveren. En dat is interessant omdat de vraag ook divers is.’

Vorige maand deed ik mee aan een zweefvliegwedstrijd. Iedereen vliegt dan hetzelfde traject. Logisch dus dat je onderweg de nodige deelnemers tegenkomt, of een stukje samen opvliegt. Op enig moment zag ik een groen, gevuld zakje afkomstig van een naburig vliegtuig, naar beneden suizen. Niet ongevaarlijk, want het had mijn vliegtuig kunnen raken met mogelijk ernstige gevolgen.

Zo te zien was het een urinezakje, want als je vele uren vliegt, moet je niet alleen drinken, maar ook de vochtbalans moet blijven kloppen. Nu is het bij wet niet toegestaan om iets uit een luchtvaartuig te gooien, behalve dan los water of los zand. Dat laatste zal vast voor ballonvaarders bedoeld zijn. Een gevuld zakje mag dus niet en hoeft ook niet. Er zijn oplossingen om alles aan boord te houden. Nieuwsgierigen weten vast wel te googelen hoe zweefvliegers dit probleem oplossen.

Met mijn veiligheidsattitude gevormd door decennia procesindustrie, riep ik via de radio de kist op waarvan ik dacht dat het zakje afkomstig was. We hebben immers geleerd om elkaar te wijzen op onveilig gedrag. De piloot meldde dat dit niet van hem was. Spontaan meldde zich daarop een andere piloot die vol trots zei dat het een biozakje betrof. Prima voor het milieu, maar uiteraard niet voor de veiligheid.

Hulp vragen

Na de finish en weer op de grond sprak ik de bemanning van dit vliegtuig aan op hun onveilige gedrag. Tot mijn grote verbazing kreeg ik te horen: ‘Dan had je maar niet bij ons moeten vliegen’. Uiteraard schrok ik van deze veiligheidsattitude, nog los van het feit dat het een wettelijke overtreding was. Ik heb namelijk vaker aangehaald dat de luchtvaart voorop loopt op het gebied van veiligheid. Maar goed dit waren hobbypiloten. Vandaar dat ik dit incident met een jonge beroepspiloot besprak. Ook hij reageerde niet zoals ik had verwacht. Hij vond dat ik mij daar niet al te druk over moest maken. Alweer een domper. Om zijn veiligheidsattitude te testen vroeg ik hem vervolgens wat hij zou doen als zijn captain naar alcohol zou ruiken. Ook die reactie begreep ik niet. Hij zou namelijk de captain dan aanraden om niet te vliegen door zich ziek te melden. Als hij er een officiële melding van zou maken, zou dat de baan kosten van deze captain. Ik vond dat ongelooflijk.

De volgende dag bij de briefing sprak ik deze piloot hierop nogmaals aan. Als die captain een probleem heeft en er wordt niets aan gedaan, dan kan dit immers een vliegtuig vol mensenlevens kosten. Nam hij deze verantwoordelijkheid? Hij had er over nagedacht en zei terug te komen op zijn eerste reactie. Hij zou de captain dringend verzoeken zijn probleem zelf bij de luchtvaartmaatschappij te melden en om hulp te vragen. Zou hij dat niet doen dan zou de jonge piloot er alsnog een melding van maken. Zorg om repercussies dus.

Naïef

Binnen de gezondheidszorg speelt het probleem van het Medisch Tuchtcollege. De sector heeft daarom enige tijd geleden Veilig Incident Melden (VIM) ingevoerd. Ook de Onderzoeksraad doet alleen aan fact finding en stelt niet de schuldvraag. We moeten immers leren en repercussies bevorderen het melden zeker niet. Een mooi voorbeeld vind ik dat van een monteur die zijn baas kwam melden dat hij een bout had laten vallen in een compressorhuis, waardoor de opstart van de plant zou worden vertraagd. Iedereen had keihard gewerkt om de deadline te halen. Nu zou er veel geld verloren worden. Wat deed de baas? De monteur op zijn falie geven? Nee, hij complimenteerde hem juist. Waarom? Als de monteur niets had gezegd, zou de compressor worden opgestart met zware beschadigingen tot gevolg. Miljoenen aan kosten en enorme productiederving. Niemand had dan geweten wie de fout had gemaakt.

Wat heb ik nu geleerd? In ieder geval dat ik zo naïef was dat ik dacht het melden van incidenten echt vanzelfsprekend was. Nu is mijn vraag: Hoe doen we dit in de procesindustrie? Kennen wij ook de mantel der liefde? Zo ja, de oplossing gaf ik al aan: geen repercussies, maar belonen. Of, zoals ik eerder schreef, misschien het instellen van een Loser Award? Past vast in het kader van briljante mislukkingen.

Reacties welkom: henk.leegwater@lexxin.com

Net als vele andere bedrijven in de Europese chemische sector zet ook BASF in op een grotere flexibiliteit van feedstock voor de verschillende processen om zo kostenefficiënt mogelijk te werken. Op de site in Antwerpen is fors geïnvesteerd in aanpassingen die ertoe leiden dat er naast nafta meer LPG in de steamcracker kan worden ingezet.

Hoewel de steamcracker, die dateert van 1993, vanaf het begin is ontworpen op het kraken van nafta en LPG, waren de hoeveelheden LPG die in het verleden werden gekraakt beperkt. Dat had volgens Philippe Alluyn, vice president operations petrochemicals & derivates van BASF, vooral te maken met de prijsverhouding van nafta tot LPG.

‘Vooral in de laatste jaren is propaan echt interessant geworden, onder meer door de schaliegas-activiteiten in de VS. De hoeveelheden propaan die op de markt worden aangeboden zijn navenant verhoogd, wat de kostprijs ten goede komt. Vandaar dat we in 2017 de goedkeuring van onze raad van bestuur in Duitsland hebben gekregen om te investeren en de steamcracker in de toekomst meer LPG te laten kraken.’

Verdubbelen capaciteit

Als gevolg van de verandering in feedstock veranderen de hoeveelheden van de producten uit de steamcracker enigzins. In vergelijking met nafta is LPG een lichtere grondstof en dat levert ook lichtere eindproducten op zoals ethyleen, methaanfractie en waterstof. ‘Verhoudingsgewijs zullen er minder hogere koolwaterstoffen zoals C4-fractie en aromaten worden geproduceerd. Mochten er tekorten aan deze ontstaan op de site, dan kunnen die op de markt worden aangekocht voor de dekking van de interne behoefte’, aldus Alluyn. Hij tekent hierbij aan dat het niet de bedoeling is om de volledige hoeveelheid nafta door LPG te vervangen. ‘We spreken eerder over veertig tot vijftig procent van onze totale feedstock die als LPG kan worden ingezet. Nu ligt dit percentage LPG rond de vijftien tot twintig procent. Ruwweg gaan we onze LPG-processing capaciteit verdubbelen.’

Methaan als grondstof

Om de steamcracker aan te passen aan het meer kraken met LPG wordt in vier belangrijke onderdelen geïnvesteerd. Allereerst wordt het aantal ovens voor het kraken van LPG uitgebreid van zes naar tien. Omdat er meer methaan en waterstof wordt gevormd bij het kraken van LPG wordt ook de capaciteit van de deepcooling uitgebreid. Hier wordt waterstof van methaan gescheiden bij temperaturen van min 150 graden. Hiervoor wordt de bestaande deepcooling vervangen door een grotere.

Er wordt tevens geïnvesteerd in een nieuwe PSA (Pressure Swing Adsorption) zuiveringsinstallatie. Deze moet ervoor zorgen dat de grotere hoeveelheid waterstof wordt gezuiverd en als grondstof ter beschikking kan worden gesteld aan andere installaties op de site.

De beduidend grotere hoeveelheid methaan die wordt geproduceerd dient, naast de klassieke inzet als voeding in het stookgasnet, tevens als grondstof voor de ammoniak-installatie. ‘Naast het voorzien van voeding aan ons eigen stookgasnet bouwden we dankzij ons project een nog duurzamere integratie met de ammoniak-installatie uit. We kunnen methaan uit de cracker nu ook als grondstof voor het ammoniakbedrijf inzetten. Dit reduceert ons verbruik van aardgas voor onze ammoniakproductie op een significante manier en verstevigt het Verbund op de site’, vertelt Rombout Keldermans, operations manager van de steamcracker. Om dit mogelijk te maken wordt geïnvesteerd in een nieuwe methaancompressor en dito exportleiding om methaan naar de ammoniakinstallatie te kunnen sturen.

Nieuwe LPG-tank

Eigenlijk kent het Feedflex-project nog een belangrijk vijfde onderdeel. Dat betreft geen investering in de steamcracker, maar de bouw van een nieuwe LPG-tank op het centraal tankpark nabij het dok. ‘We hebben nu al een tank van 50.000 kubieke meter inhoud en we gaan naar in totaal 130.000 kubieke meter. Hierdoor kunnen we in de toekomst very large gascarriers verwerken. Dat zijn schepen die meer dan 40.000 ton LPG aanbrengen’, aldus Alluyn. De nieuwe tank is in het eerste kwartaal van 2020 klaar.

tekst gaat verder onder de afbeelding

steamcracker

Deze tankopslag is volgens Keldermans eigenlijk een kleine chemische installatie met het verschil dat er geen chemicaliën worden gemaakt, maar opgeslagen. ‘LPG wordt gekoeld opgeslagen bij min 42 graden. Een LPG-tank is een stukje complexer dan een atmosferische tank. Je hebt heel wat warmtewisselaars en compressoren nodig om de lage temperatuur constant te houden.’

Verbund-site

De site in Antwerpen is een zogenoemde Verbund-site. Alluyn legt uit wat dit betekent. ‘Verbund is de integratie van waardeketens waarbij het eindproduct van de ene installatie als grondstof wordt doorgegeven naar de volgende installatie. Alle installaties op de site zijn met elkaar verbonden via circa 580 kilometer boven- en ondergrondse leidingen, zowel voor transport van producten, utilities zoals bijvoorbeeld perslucht, stikstof, proceswaar, als ook voor stoom. Op deze wijze wordt warmte die vrijkomt bij exotherme processen opnieuw gebruikt voor processen die warmte nodig hebben.’

Ingrijpende veranderingen

Het Feedflex-project wordt gefinaliseerd tijdens de zesjaarlijkse onderhoudsstop van de steamcracker. Het bedrijf wordt dan stilgelegd, en dat biedt de mogelijkheid om de nieuwe onderdelen te integreren in de bestaande configuratie. Alluyn wijst erop dat naast het invoeren van nieuwe projecten de stillegging ook nodig is voor inspecties, onderhoud en het reinigen van de installatie.

Ondanks deze nauwe onderlinge verbondenheid heeft de afstelling van de steamcracker in Antwerpen maar weinig invloed op de andere installaties in het Verbund. ‘Ethyleen, propyleen en andere fracties die anders door de cracker worden geleverd, worden in deze periode van stilstand via de markt aangekocht. De aanvoer gebeurt via pijpleidingen die extern op het Verbund zijn ingeschakeld of via schepen. De logistieke planning is goed voorbereid’, legt Alluyn uit.

steamcracker

De meest uitdagende opgave van de turnaround is volgens Keldermans de medewerkers zo voor te bereiden via opleiding en training dat ze over de juiste kennis beschikken tijdens elke fase van het proces. ‘Veel onderdelen van het project worden verregaand voorbereid voordat de finale inbeddingen gebeuren tijdens zo’n shutdown. Toch hebben die voorbereidende werkzaamheden al heel wat interacties met de lopende installatie. Dat honderd procent waterdicht beheersen, vind ik persoonlijk de grootste uitdaging.’

Alluyn beaamt zijn zorg. ‘Het is geen greenfield project waar je een nieuwe installatie bouwt op een terrein dat nog niet in gebruik is. Het is werkelijk een inbinding in een nog producerende installatie. De turnaround is gepland voor de periode mei-juni. Er zijn dan veel contractors in de installatie werkzaam en dat alles moet worden beheerst door middel van goede afspraken, goede vergunningen en door opvolging ter plekke. Het is een hele uitdaging om de veiligheid en de beschikbaarheid van de installatie honderd procent te houden.’

Digitalisering

Om de medewerkers te trainen hoe ze in de toekomst de steamcracker met zijn nieuwe flexibiliteit moeten bedienen, is er een nieuwe operator trainingssimulator ontwikkeld. Alluyn: ‘We hebben zes maanden voor het begin van de turn-around met deze tool onze operators zo waarheidsgetrouw mogelijk de gemodificeerde installatie leren opereren.’

De ultieme uitdaging is natuurlijk het opstarten van de installatie. ‘We moeten dan snel inspelen op de zaken die eventueel onverwachts opduiken. Ik heb al meerdere opstarts meegemaakt maar het blijft steeds spannend, zeker met de ingrijpende veranderingen die we in onze installatie hebben doorgevoerd’, zegt Keldermans.

Digitalisering is volgens Keldermans ook een belangrijk onderwerp in dit zesjaarlijkse onderhoud. Het biedt immers de mogelijkheid om via data analytics de optimale werking van alle procesonderdelen na te streven. Met behulp van advanced process control is het mogelijk de grenzen die je gevonden hebt 24/7 te testen en aan te passen. ‘Het systeem bekijkt continu de kwaliteit van de steamcrackergrondstof, en houdt daar rekening mee door het verleggen van de meest interessante werkingspunten. Je kunt van een operator niet verwachten dat hij op elk moment die optimalisatie doorvoert, maar van zo’n regelstrategie kun je dat wel verwachten. In de installatie zitten niet minder dan 20.000 metingen en regelingen.’

Tijdens de turnaround wordt ook volop gebruik gemaakt van digitale processen om tijd te besparen en de werkorganisatie te optimaliseren. Er zijn tools ontwikkeld om met behulp van tablets de resultaten en metingen zo snel mogelijk naar de controlekamer te sturen, zodat er sneller kan worden geschakeld en de vele werkvergunningen sneller kunnen worden uitgegeven.

Duurzaamheid en energie-efficiëntie

‘De steamcracker is 26 jaar oud, en in die periode hebben we voor minstens 1 miljard euro extra geïnvesteerd, niet alleen in de uitbreiding van de productie­capaciteit, in het topfit houden van onze assets, in de invoering van nieuwe procesontwikkelingen, maar zeker ook in zaken die ons specifiek energieverbruik en carbon footprint verder optimaliseren’, vertelt Philippe Alluyn. De steamcracker verkeert dan ook op een state-of-the-art niveau. ‘Telkens als we ons vergelijken met anderen proberen we voorop te  lopen, en energie-integratie is iets waar we continu aan werken. Dan biedt zo’n nieuw project zoals Feedflex ook nieuwe kansen aan de ingenieurs om een nog hoger energie-optimum te bereiken.’ Volgens de Solomon-benchmark waar meer dan honderd crackers wereldwijd aan deelnemen, blijkt dat deze installatie inderdaad tot een van de meest energie-efficiënte crackers, zeker in Europa, behoort.

We hebben de komende decennia in Nederland nog gas nodig. ‘Vooral offshore liggen er veel kansen en die moeten we absoluut blijven ontwikkelen.’ Aan het woord is production unit manager offshore Lennard Luijt van de NAM. Hij is verantwoordelijk voor de gehele operatie op de Nederlandse Noordzee van het gasbedrijf. ‘Ik wil dat offshore Nederland de kweekvijver is voor de energietransitie van gas naar nieuwe energievormen.’

Offshore is de plek waar de energietransitie volgens Lennard Luijt (42) moet gebeuren. ‘De infrastructuur is er, we moeten door met nieuwe energievormen.’ Als production unit manager is hij verantwoordelijk voor de gehele operatie op de Noordzee van de Nederlandse Aardolie Maatschappij (NAM). Daaronder vallen acht bemande en negentien onbemande platforms. Hij vindt dat gas een belangrijke rol heeft in de energietransitie. ‘Ik ben echt gepassioneerd over de mogelijkheden van gas. Ons bedrijf is zich aan het positioneren om de energietransitie mogelijk te maken.’

Verduurzaming offshore

Zo werkt NAM aan de verduurzaming van zijn offshore-platformen. Een concreet project is het elektrificeren van het platform bij Ameland. Er is een kabel getrokken van het midden van het eiland naar de NAM-locatie aan de oostkant van Ameland. Het plan is om deze kabel door te trekken naar het offshore Amelandplatform. De planning is om het project in 2022 af te ronden. ‘Dat is snel’, zegt Luijt. De elektrificatie van de productie-unit op Ameland en het Ameland-platform levert uiteindelijk een reductie van 600.000 ton CO2-uitstoot op.

Daarnaast bereiden het Havenbedrijf Rotterdam, Gasunie en EBN gezamenlijk carbon capture usage & storage (CCUS) voor. Bijvoorbeeld in het project Porthos, dat staat voor Port of Rotterdam CO₂ Transport Hub & Offshore Storage. Het project is een publiek-private samenwerking en moet afgevangen CO₂ uit de industrie gaan transporteren naar – en opslaan in – uitgeproduceerde gasvelden diep onder de Noordzeebodem. De uitgeproduceerde offshore-velden en -infrastructuur van NAM zijn geschikt voor deze CO2-opslag.

Grootste gevaar

We hebben veel technische kennis, stelt Luijt. ‘De uitdaging van de transitie wordt dan ook niet het bedenken van nieuwe dingen, maar het realiseerbaar maken ervan.’ Daarom is hij zijn teams aan het klaarstomen voor de toekomst. ‘We doen veel trainingen om multi-skilled medewerkers te krijgen, zodat we echt klaar zijn voor de transitie.’ En daar zit meteen ook zijn grootste uitdaging: het vinden van technisch personeel op mbo- en hbo-niveau. ‘Iedereen is op zoek, maar de mensen zijn er niet. Dat is het grootste gevaar.’ NAM is daarom erg actief werknemers aan het zoeken om de energietransitie mede vorm te kunnen geven. Ze doet dit onder meer door technische studenten uit te nodigen voor ‘The Offshore Experience’. Deze dag staat in het teken van offshore werken, op het gebied van gaswinning en nieuwe energiebronnen.

Creatief

Wat zeker helpt, is dat de offshore-wereld volgens Luijt een enorm innovatieve omgeving is. Zijn collega’s zitten twee weken op het platform en zijn dan weer twee weken vrij. ‘Je zit daar. Als er iets gebeurt, kan je bellen, maar meestal moet je het als team op zien te lossen. Je ziet dat mensen daardoor veel creatiever en innovatiever zijn, want ze moeten het doen met de middelen die er zijn. Dat is het leuke van die omgeving. En het is een werkplek zonder veel rangen en standen. ’s Avonds zit je meestal met zijn allen naar dezelfde tv te kijken.’

tekst gaat verder onder de afbeelding

Noordzee

Het beeld dat de meeste mensen van de offshore-wereld hebben, klopt volgens Luijt dan ook niet. ‘Iedereen heeft in films gezien dat het rough and tough is, maar dat is helemaal niet zo. In een kantooromgeving werk je acht uur met je collega’s, je gaat naar huis en leeft je eigen leven. Offshore leef je 24 uur per dag, twee weken lang met je collega’s samen. Het sociale aspect daarvan wordt vaak onderschat. Het teamgevoel is in het offshoreleven vele malen groter dan op land. Mijn mensen zijn enorme teamspelers. Als je op zee zit en er gebeurt iets in je leven, dan kan je alleen terugvallen op jouw hmi (hoofd mijnbouw installatie, verantwoordelijke op het eiland, red.) en de hmi kan weer alleen op mij terugvallen.’

Diversiteit

Luijt vliegt elke maand naar een ander platform. ‘Dat doe ik bewust, want verschil kan je alleen maken met de mensen in het veld.’ Hij vindt het leuk dat hij in dit werk met veel verschillende nationaliteiten, afkomsten en soorten mensen te maken heeft. De NAM kiest daar ook duidelijk voor, vertelt hij. ‘In het aannamebeleid spelen diversiteit en inclusiviteit een zeer belangrijke rol. Op dit moment worden drie vrouwen opgeleid tot hoofd mijnbouw installatie (HMI), oftewel de baas van het platform. Je ziet nu nog weinig vrouwen in dit soort rollen en dat vind ik enorm jammer. Teams worden veel krachtiger als je er een brede diversiteit van mensen in hebt zitten. Daar geloof ik heel sterk in.’

Lennard Luijt

Als voorbeeld noemt hij zijn managementteam. Dat zijn mensen die juist niet op hemzelf lijken. ‘Daar kies ik bewust voor. Je merkt dat zo’n team door de diverse samenstelling en brede ervaring goed raad weet met onverwachte zaken op een platform. Je kunt ook veel meer met elkaar spelen en brainstormen. Het leuke is dat nu de drie vrouwen die worden opgeleid tot HMI dit in hun omgeving delen, ik steeds meer vragen van vrouwen krijg of het voor hen ook mogelijk is.’

Kennis uitwisselen

Voor de energietransitie is echter meer nodig dan de creativiteit en diversiteit van de werknemers van de NAM. ‘We moeten samenwerken met anderen’, zegt Luijt. ‘Consortia moeten de transitie inzetten. Het kan niet zo zijn dat één bedrijf dat doet. Kijk alleen al waar wind en gas elkaar op gaan zoeken, daar zitten verschillende partijen tussen en die moeten samen werken. Op de Noordzee kan alles perfect aan elkaar worden gelinkt, daar ligt een infrastructuur. Daar moeten we elkaar gaan vinden. Ik zie ook al dat iedereen elkaar veel meer op zoekt. We moeten veel creatiever kijken, anders gaat het te lang duren. In je eentje red je het niet. Vroeger waren bedrijven veel meer gesloten. Nu praten we zelfs als gasbedrijven onderling meer samen. Dat is leuk om te zien. We zijn veel opener naar elkaar. Ook praten we veel meer met onze stakeholders en spelen we een belangrijke rol in steeds meer samenwerkingsverbanden.’

Verschil maken

Luijt wil dat offshore-Nederland de kweekvijver wordt van de energietransitie van aardgas naar nieuwe energievormen. ‘Wij onderzoeken mogelijkheden met waterstof en CO2-opslag en dit is de omgeving om het te doen. Op zee is er ruimte. De kansen die er liggen, hebben meteen een grote impact op de klimaatdoelstellingen, zonder veel impact op de directe omgeving van mensen. Als je ergens het verschil kunt maken, dan is het wel offshore.’

Toekomst

Gas uit Nederlandse kleine velden blijft zeker nog jaren nodig om Nederland van energie te voorzien. Minister Eric Wiebes (Economische Zaken en Klimaat) schreef in mei 2018 een brief over gaswinning aan de Tweede Kamer waarin hij aangaf de investeringsaftrekregeling voor de opsporing en winning van kleine gasvelden te willen verbeteren. De investeringsaftrek is aangekondigd, maar is er een jaar later nog steeds niet. De maatregel kan volgens Luijt een positief effect op het investeringsklimaat hebben. ‘Hij is van groot belang om nieuwe investeringen in de opsporing en winning van kleine gasvelden op het Nederlandse deel van de Noordzee mogelijk te maken. Daarmee kan de infrastructuur die er is goed worden benut voor de productie van Nederlands aardgas en kan er ook voor worden gezorgd dat de infrastructuur beschikbaar blijft voor de energietransitie.’Luijt ziet veel positieve ontwikkelingen offshore. Met de naderende sluiting van het Groningen-gasveld, wordt gaswinning op zee nog belangrijker. Ook biedt de Noordzee andere energiebronnen die een enorme impact zullen hebben op de klimaatdoelstellingen en werkgelegenheid. ‘Ik geloof er dan ook in dat we een grote bijdrage kunnen leveren aan de energietransitie. De toekomst ligt op zee.’

De plantmanager

In deze rubriek ‘De plantmanager’ laten wij elke keer een andere plantmanager aan het woord over zijn werk, visie en bedrijf. Hoe lukt het plantmanagers om succesvol te zijn en kunnen ze anderen daarin inspireren?

Kent u interessante plantmanagers? Mail dan naar redactie@industrielinqs.nl

 

De gevolgen van een gaswolkexplosie in een petrochemische omgeving zijn in de meeste gevallen desastreus. Een bedrijf en haar medewerkers kunnen letterlijk en figuurlijk omver worden geblazen. Denk aan Pasadena (VS, 1989) en Flixborough (VK, 1974), maar ook meer recent Vohburg (Duitsland, 2018). Omdat de mogelijkheden voor het reduceren van de gevolgen van zware gaswolkexplosies vrij beperkt zijn, is in 2004 een onderzoek gestart naar de inhibitie van gaswolkexplosies (Vapor Cloud Explosions of VCE). Wat heeft vijftien jaar research opgeleverd?

Dirk Roosendans is chemical engineer en hoofd van de afdeling process safety expertise & integrity management bij Total in Parijs. Hij was nauw betrokken bij een groots onderzoek naar manieren om een gaswolkexplosie te kunnen remmen. ‘Het onderzoek was erop gericht om VCE’s beter te begrijpen, maar vooral om deze in de kiem te smoren. We gingen op zoek naar een methode om een VCE te onderdrukken naar een niveau waar de gevolgen ervan niet langer desastreus zijn.’ Gaswolkexplosies in het verleden hebben, los van menselijk leed, geleid tot miljoenen euro’s schade. Om voor de toekomst de gevolgen te kunnen inperken, is in internationaal samenwerkingsverband en medewerking van diverse belanghebbende bedrijven en kennisinstituten een project gestart. Roosendans: ‘We hebben na vele jaren theoretisch en experimenteel onderzoek een technologie ontwikkeld die een mitigerend effect heeft op gaswolkexplosies.’

Kansberekening

Op onze aarde bevinden zich duizenden installaties waar dergelijke gaswolkexplosies zouden kunnen plaatsvinden. In de afgelopen veertig jaar zijn er tientallen gaswolkexplosies geweest bij verschillende sites in de wereld. Roosendans geeft enkele voorbeelden: ‘Denk bij de Verenigde Staten bijvoorbeeld aan Piper Alpha in 1988 waarbij 167 mensen om het leven zijn gekomen, Total’s La Mède refinery in 1992, Texas City in 2005 en Buncefield in 2005. Maar VCE’s zijn geen probleem van het verleden. Heel recent, op 1 september 2018, vond bij BayernOil in Vohburg, Duitsland, een explosie plaats die leidde tot een grote brand. Negen mensen raakten hierbij gewond.’ Volgens de statistieken is de kans op een VCE ongeveer 5.10-4 per jaar. ‘Dat is toch minimaal, zou je zeggen. Maar als je dit doorberekent…’

Roosendans maakte voor Total een quick-and-dirty berekening op basis van de grofweg tweehonderd installaties die zich over de hele wereld op verschillende sites bevinden. ‘Dat betekent dat eens in de tien jaar een van die installaties kan worden getroffen door een VCE. Eens in de tien jaar. Statistisch gezien heeft een bedrijf met meerdere installaties dus een aanzienlijke kans om een dergelijke ramp mee te maken. Als je nagaat dat een VCE de kracht heeft om een bedrijf te ‘killen’, dan wil je alles doen om dit te voorkomen.’

Een vierde component

In het geval van een VCE is tijd een factor van levensbelang. In negatieve zin wel te verstaan, want tijd om te vluchten is er eenvoudigweg niet. ‘In Vohberg heeft het alarm geklonken. Men wist dus dat er iets gaande was, maar er was geen tijd om de explosie te voorkomen. Slechts 44 seconden nadat het gasalarm had geklonken, vond de explosie plaats.’ Het was op een zaterdag om 05.00 uur, dus mogelijk is hierdoor het aantal slachtoffers beperkt gebleven.

De factor ‘tijd’ werd door de onderzoekers gezien als een belangrijk gegeven. ‘We hebben ons afgevraagd of het mogelijk zou zijn om een manier te vinden die kan worden ingezet als een quick response tegen een gaswolkexplosie.’ Omdat het altijd goed is om bij de bron te beginnen heeft het team zich in eerste instantie gericht op de aard van de ontbranding. ‘Voor ontbranding is warmte, zuurstof en brandstof nodig. Maar om een kettingreactie in gang te zetten en houden is een vierde component nodig: vrije radicalen. Konden we dit principe gebruiken om een VCE in de kiem te smoren? Dat moest wel, want de andere factoren elimineren was geen optie. In de petrochemische industrie is warmte immers nodig voor het proces, zuurstof is overal om ons heen en de brandstof is het product waar onze business om draait.’ Wat waren de mogelijkheden met dat vierde component? Hoe zouden de vrije radicalen kunnen worden geëlimineerd?

Radicalen absorberen

Dit was de start van een grote reeks aan verschillende experimenten. ‘Het was een zoektocht naar zogenaamde inhibitoren, ook wel radicaalvangers genoemd, die in staat zouden zijn om de radicalen te absorberen. Op te eten als het ware.’ Hiervoor werden veel verschillende kandidaten onderzocht. ‘Wat was de efficiency van de verschillende kandidaten? Welke inhibitoren konden snel en effectief radicalen absorberen?’

De beste inhibitoren werden niet alleen op het gebied van efficiency gekozen, maar ook op de toepasbaarheid in een industriële omgeving. Roosendans: ‘Zo bleek Fe(CO)5, ijzercarbonyl, zeer efficiënt om een vlam te killen, maar hiermee zouden ook mensenlevens in gevaar worden gebracht, en dat is juist iets wat we willen voorkomen. Toch niet geschikt dus.’ Op basis van de tests werden toen vier inhibitoren geselecteerd die wel geschikt zijn bevonden. Dit waren K2CO3 (kaliumcarbonaat), KHCO3 (kaliumbicarbonaat), Na2CO3 (natriumcarbonaat) en NaHCO3 (natriumbicarbonaat). ‘Dit zijn voedseladditieven waar je weliswaar niet te veel van moet eten, maar ze zijn veilig voor de mens. Door het toepassen van deze inhibitoren in de vorm van zeer fijn poeder, waren we in staat om de explosieve schokgolf, die een gevolg is van een snelle verbranding, te minimaliseren.’ Dat is uitgebreid getest in experimenten op verschillende schalen. Van labschaal (volume van twintig liter) tot op industriële schaal (volume van meer dan duizend kubieke meter). De inhibitoren bleken inderdaad in staat om de verbrandingsreacties te vertragen. Hierdoor verloopt het proces trager zodat er geen schokgolf wordt gevormd.

Bruikbare techniek

Het was dus duidelijk dat deze oplossing zou kunnen werken. Tijd voor de volgende stap. ‘Hoe konden we ervoor zorgen dat deze oplossing daadwerkelijk in praktijk kon worden toegepast? We wilden een technologie testen en ontwikkelen die geschikt zou zijn voor injectie van inhibitoren in de vorm van een fijn poeder.’ Hiervoor werden meerdere experimenten uitgevoerd in werkelijke industriële procesinstallaties die zouden worden ontmanteld.

tekst gaat verder onder de afbeelding
gaswolkexplosies

Deepwater Horizon (c) BP

Het doel was in eerste instantie om erachter te komen onder welke condities de gewenste hoeveelheid inhibitorpoeder in een ontvlambaar gasmengsel kon worden geïnjecteerd. ‘We wilden dus de verbrandingssnelheid onderdrukken door een poederwolk op de explosie af te vuren. Toen dit duidelijk was, kozen we ervoor om de vastgestelde eenheden te verhogen met een veiligheidsfactor van 5, die ook zeer gebruikelijk is in de luchtvaart, om echt de werking en daarmee de efficiency te kunnen garanderen.’

In de praktijk

Het mag duidelijk zijn dat explosietesten zo ongeveer de snelste manier zijn om geld te spenderen. ‘Een explosie neemt slechts enkele milliseconden in beslag terwijl de test, alles bij elkaar opgeteld, misschien wel meer dan een miljoen euro kost. Maar meerdere partijen waren overtuigd van de noodzaak en het belang van dit onderzoek. We zijn blij dat we ook echt zijn uitgekomen op een techniek die effectief is.’

Uiteindelijk zijn, nadat het team absoluut overtuigd was van de werking en er tijd was gestoken in een systeem dat goed begrijpt wanneer injectie van de inhibitoren in de gaswolk moet plaatsvinden, er nu twee locaties waar dit systeem wordt ingebouwd. ‘De installatie wordt de komende maanden geïmplementeerd bij een steamcracker-project binnen Total. Dit systeem wordt in het beste geval nooit gebruikt. Maar als het dan toch nodig is, heeft het binnen dertig seconden nadat een lek met VCE-potentieel wordt gesignaleerd, de poederwolk in de benodigde concentratie afgegeven. Deze inzettijd is afgestemd op de meest voorkomende praktijkgevallen.’ Een mooi resultaat van vijftien jaar onderzoek.

Detonatie versus deflagratie

Detonatie en deflagratie zijn twee vormen van gaswolkexplosies. In het geval van een deflagratie gebeurt de voortplanting van het reactiefront door diffusie van warmte en radicalen vanuit dit reactiefront naar het onverbrande gas. Het vlamfront kan snelheden halen van enkele honderden meters per seconde. Een stof of een mengsel dat een deflagratie ondergaat is een ‘Low Explosive’ (LE).In het geval van een detonatie gebeurt de voortplanting van het reactiefront door samendrukken (en dus opwarmen) van het onverbrande gas onder invloed van een schokgolf. In een detonatie zijn het reactiefront en de schokgolf gekoppeld. Het reactiefront in het explosief plant zich sneller voort dan de geluidssnelheid in die stof. Hierdoor ontstaat een hypersone schokgolf en vanwege de zeer hoge snelheden zijn detonaties zeer krachtige en vaak levensgevaarlijke explosies. Een stof die detoneert is een ‘High Explosive’ (HE).

Een detonatie plant zich veel sneller voort dan een deflagratie (enkele kilometers per seconde). De gevolgen van detonaties zijn dan ook veel ernstiger dan van deflagraties. In sommige gevallen kunnen deflagraties overgaan in detonaties. Zowel deflagraties als detonaties hebben het potentieel om zeer zware schade toe te brengen aan gebouwen en procesinstallaties.