Voltachem recarboniseert chemische industrie
VoltaChem, het grootste nationale open innovatie programma gericht op industriële elektrificatie staat alweer voor zijn eerste lustrum en volgens Reinier Grimbergen, senior business developer, is er alle reden om dit te vieren. De inzet van elektriciteit voor recarbonisatie van de industrie is nu al voor veel processen haalbaar. En naarmate er meer duurzaam opgewekte elektriciteit beschikbaar komt, wordt ook de businesscase aantrekkelijker. Voltachem blijft dan ook innoveren om de conversie naar waardevolle chemicaliën, waterstof en warmte te kunnen maken op het moment dat er voldoende duurzame elektriciteit beschikbaar is. Het innovatieprogramma is in 2014 opgericht door TNO, ECN en de Topsector Chemie.
‘Laten we vooropstellen dat er niet veel technische belemmeringen zijn om te recarboniseren’, zegt Grimbergen. Hij spreekt bewust niet over decarboniseren omdat koolstof nu eenmaal de basis is van de organische chemie. ‘De energieproductie moet decarboniseren, maar wat betreft grondstoffen is recarbonisatie het streven. CO2 is ook niet het probleem dat we willen aanpakken, maar de uitstoot ervan in de atmosfeer. We zullen nu al moeten nadenken over alternatieve koolstofbronnen voor het geval fossiele koolwaterstoffen worden uitgefaseerd. En we hebben ook duurzame waterstof nodig om waardevolle producten van dat koolstof te kunnen maken. Ook hier geldt weer dat de techniek geen belemmering vormt. In principe kan je elke organische bron gebruiken om er brandstoffen of chemische grondstoffen van te maken. Doorgaans bepaalt de oxidatiegraad van de koolstofbron de energetische waarde ervan. Kortgezegd: hoe meer zuurstof je er afstript, hoe duurder het molecuul wordt. Neem het voorbeeld van CO2: koolstof met veel zuurstof. Je kunt hier elektrochemisch CO van maken en dat met waterstof omzetten naar diverse chemische grondstoffen of brandstoffen, zelfs kerosine voor de luchtvaart.’
Duurzame energie
Dit elektrochemisch strippen kost echter wel veel energie en daar kom je aan de crux van het onderzoek naar power to chemicals, een van de vier programmalijnen binnen Voltachem. We zoeken constant naar de optimale balans tussen waarde en energieverbruik. Daarom zie je bijvoorbeeld veel onderzoek naar de productie van mierenzuur, wat een waardevolle basisstof is voor de chemie waar nog relatief veel zuurstof in zit. Hoe selectiever en efficiënter je zo’n reductiereactie uitvoert, hoe goedkoper een molecuul wordt. Maar uiteindelijk stelt de wet van de thermodynamica dat je altijd energie moet toevoegen. Wil je echt naar een duurzame en circulaire economie overschakelen, dan zal die energie wel uit duurzame bronnen moeten komen. Anders streef je je doel voorbij. Hetzelfde geldt overigens voor power to hydrogen of power to heat. Eerst moet je de energieproductie verduurzamen voordat je elektriciteit inzet als vervanging voor fossiele brandstoffen.
Er is dus een wederzijdse afhankelijkheid tussen de energietransitie en de circulaire economie. Uiteindelijk moet je beide ontwikkelingen zo timen dat je reële doelen haalt tegen acceptabele kosten. Wat reëel en acceptabel is, zijn meer politieke dan wetenschappelijke vraagstukken. Wij als onderzoekers moeten wel de politiek zo goed mogelijk voorlichten over de opties waartussen ze kunnen kiezen. Momenteel zit er nog teveel emotie in de debatten, terwijl beslissingen op wetenschappelijk gestaafde feiten zouden moeten worden gebaseerd.
European Industry & Energy Summit
Tijdens het invitation-only Voltachem side event op de European Industry & energy Summit komt het hele spectrum van power-to-x technologie voorbij. De dag begint echter met een geschiedenisles. Grimbergen: ‘Hoewel Voltachem nog maar vijf jaar oud is, staan we op de schouders van generaties chemici vóór ons. Ernst Homburg weet daar alles van af als emeritus hoogleraar in de geschiedenis van wetenschap en technologie. We zitten zowel in een energie- als grondstoffentransitie, maar de industrie heeft al veel meer transformaties doorgemaakt. Je moet het verleden kennen om het heden te begrijpen, maar ook om ervan te leren zodat we in de toekomst niet dezelfde fouten maken.’
Kunststoffen
De aftrap van Homburg wordt gevolgd door een bijdrage van Michael Carus van het door hemzelf opgerichte Nova Instituut. De Duitse chemicus houdt zich al meer dan twintig jaar bezig met kunststoffen, maar moet zich de afgelopen tijd meer verdedigen. ‘Kunststoffen zijn in het verdomhoekje geraakt, terwijl ze een belangrijke rol kunnen spelen in de circulaire economie’, zegt Grimbergen. ‘De inspanningen van het Nova Instituut passen heel goed in het recarbonisatie adagium van Voltachem. Mits gemaakt van biomassa, afgevangen CO2 of van gerecycled plastic, heeft kunststof unieke eigenschappen die het zeer waardevol maakt.’
Fenix
Een zelfde soort verhaal zal komen van Pierre Barthélemy van de Europese chemiefederatie Cefic. Barthélemy leidt namens Cefic het Fenix-project waar CO2-valorisatie het hoofddoel is. Volgens de chemici kan CO2 worden ingezet voor energieopslag, als grondstof voor diverse polymeren en chemicaliën, maar ook als minerale carbonaat. Voor de omzetting van CO2 naar nuttige grondstoffen kijkt men naar de biologische route (biomassa) maar ook naar directe conversie via zonlicht.
Parallelsessies
Na het plenaire programma, kunnen bezoekers nog kiezen tussen een drietal parallelsessies rondom de thema’s brandstoffen, kunstmest en plastics. ‘Het initiatief van ondermeer KLM om organische reststromen en groene waterstof te gebruiken voor de productie van kerosine, nafta en lpg laat zien dat zelfs de luchtvaart kan verduurzamen’, zegt Grimbergen. ‘SkyNRG kon dan ook niet ontbreken op een congres dat de energietransitie in al zijn facetten belicht. Zo hebben we een aantal partijen bereid gevonden om een pitch te verzorgen over hun bijdrage aan recarbonisatie. Een nieuwe ontwikkeling op dit gebied is geïntegreerde CO2-afvang en conversie. CO2-afvang gebeurt voornamelijk door rookgassen te wassen met amines, die de CO2 absorberen. Normaal gesproken kookt men de kooldioxide uit de amines om het absorbtiemiddel opnieuw in te zetten. Maar je kunt natuurlijk ook de kooldioxide in de amines direct omzetten in chemicaliën. Scheelt een energie-intensieve regeneratiestap.’
