Hoewel het opslaan en recirculeren van CO2 vaak in één adem worden genoemd, zijn het twee heel andere takken van sport. Beide opties zijn noodzakelijk om de CO2-uitstoot terug te dringen en de energie- en grondstoffen­transitie vlot te laten verlopen. Volgens Earl Goetheer van TNO en Peter Moser van RWE moeten toegevoegde waarde en energie­verbruik wel in balans zijn om de businesscase en de levenscyclusanalyse sluitend te krijgen.

Soms kunnen ontwikkelingen die al lang gaande zijn ineens in een versnelling komen. Want waar CCUS-expert Earl Goetheer van TNO tijdens de European Industry & Energy Summit begin december nog hoopvol meldde dat de ondertekening van het Rotterdamse CCS-project Porthos in 2022 zou plaatsvinden, kwamen de betrokken partijen voor het einde van 2021 al met het verlossende woord. Air Liquide, Air Products, ExxonMobil en Shell gaan definitief in zee met Porthos voor het transport en de opslag van CO2. De bedrijven gaan vanaf 2024 samen jaarlijks 2,5 miljoen ton CO2 van hun installaties in Rotterdam afvangen.

De snelheid waarmee het project nu van de grond komt, heeft veel te maken met de zorgen die de Europese Unie en het nieuwe Nederlandse kabinet hebben uitgesproken rondom klimaatverandering. In het regeerakkoord is voorlopig 35 miljard euro vrijgemaakt voor vergroening van de industrie. CCUS is daar een niet te missen onderdeel van. Of zoals Goetheer het beschrijft: ‘Het is onderdeel van het team dat nodig is om de CO2-emissies met de helft terug te dringen in 2030 en zelfs geheel te stoppen in 2050.’

‘Beide vormen, CCU en CCUS, zijn nodig om echt alle CO2 uit het systeem te halen.’

Earl Goetheer, expert carbon capture & utilisation TNO

Goetheer somt de andere teamleden nog even op: ‘Hernieuwbare, biologische grondstoffen, elektrificatie, proces efficiency en circulaire grondstoffen zijn allemaal belangrijke spelers in de transitie. Je kunt niet zomaar één van de vijf opties wegnemen zonder dat het hele team instort. CCS mag van de vijf in vele ogen de minst aantrekkelijke zijn, maar is wel noodzakelijk om snel CO2-uitstoot te beperken. En het afvangen en ondergronds opslaan van kooldioxide is ook niet nieuw. De Noren doen het al sinds 1996 in het offshore Sleipner-veld. Waar men een ondergrondse waterhoudende laag gebruikt om inmiddels twintig megaton CO2 op te slaan.’

Businesscase

Dat de ontwikkelingen nu sneller gaan, heeft natuurlijk veel te maken met de ingrepen van de Europese en rijksoverheid in het energiesysteem. Het Emission Trade Scheme (ETS) was ooit al ingericht om de CO2-uitstoot terug te dringen, maar de prijzen van twintig euro per ton uitstoot zette de industrie nog niet in beweging. ‘Inmiddels zien we prijzen van rond de tachtig euro per ton en dat maakt een hoop projecten een stuk interessanter’, zegt Goetheer. ‘De bij het Porthos-project betrokken partijen berekenden namelijk dat het afvangen, transporteren en offshore opslaan van de CO2 van een aantal Rotterdamse fabrieken zo’n vijftig euro per ton zal kosten. De huidige ETS-prijzen dekken de investering dus al en de verwachting is dat de prijzen alleen nog maar zullen stijgen.’

Nederland is overigens verre van de enige met CCS-ambities. De meeste landen rond de Noordzee hebben wel plannen klaarliggen voor een vorm van afvang en opslag. Zo meldden de Noorse kranten onlangs nog een investering van 2,1 miljard euro in CCS bij een cementfabriek en een afvalenergiecentrale. ‘Het verschil tussen de projecten in zowel Nederland als Noorwegen zit met name in de keuze voor afvang vóór of na verbranding. De oorsprong van de CO2 in het Noorse Sleipnerveld is aardgas dat voordat het aan land werd gebracht werd gescheiden in blauwe waterstof en CO2. De CO2 die van de fabrieken komt, zal vanaf de schoorsteen worden afgevangen, dus na verbranding. Deze vorm van CO2-afvang is een stuk minder eenvoudig en efficiënt en dus duurder dan de variant voor verbranding. In Rotterdam kiest men dan ook voor de variant waarbij eerst blauwe waterstof wordt gemaakt uit aardgas om de CO2 vervolgens op te slaan. Bijkomend voordeel is dat men op dezelfde manier de productiegassen die vaak overblijven bij petrochemische processen kan decarboniseren.’

co2

In Niederaussem (Duitsland) zoekt RWE de meest waardevolle toepassing van het kooldioxide molecuul.(c) RWE

Natuurlijk heeft niet ieder proces de luxe om blauwe waterstof te kunnen inzetten. Net als de Noren, verbrandt ook het Nederlandse AVR koolstofrijke afvalstromen om er elektriciteit en warmte van te maken. Ook hier vangt men na die verbranding de CO2 in de rookgassen af om dit vervolgens naar tuinders in de nabije omgeving te brengen. ‘Normaal gesproken zou AVR in de winter geen afzet meer hebben’, zegt Goetheer. ‘De groeiperiode is immers voorbij, maar momenteel is er zelfs een tekort aan CO2 in de markt. En dus gaat de CO2 nu naar industriële afnemers.’

‘Bepaalde vormen van biomassa kunnen de nodige energie leveren om de tekorten waar nodig op te vullen.’

Peter Moser, hoofd emissiereductietechnologie RWE

Grondstof

Die laatste toepassing is een voorbeeld van carbon capture and utilization, ofwel CO2 niet opslaan, maar gebruiken als grondstof. Hoewel CCU vaak voor het gemak wordt gecombineerd met CCS (CCUS), zijn het volgens Goetheer twee andere takken van sport. ‘Ook hier geldt dat beide vormen nodig zijn om echt alle CO2 uit het systeem te halen. Nu is CO2 voor de tuinbouwsector nog redelijk eenvoudig. Er chemische grondstoffen van maken, is echter best complex en energie-intensief. CO2 bestaat namelijk voor 73 procent uit zuurstof, is vaak niet puur en ook niet gratis. Wie op een economisch en ecologisch verantwoorde manier CO2 wil hergebruiken, moet dan ook rekening houden met een aantal vuistregels. De eerste is dat je niet zou moeten streven naar volledige CO2-reductie. Er is namelijk heel veel energie nodig om ook dat laatste beetje aan te pakken. Streef bovendien naar een zo hoog mogelijke moleculaire massa. En houd waar mogelijk de functionaliteit van het molecuul intact. Probeer ook niet tegen de wetten van de thermodynamica in te gaan en laat de levenscyclusanalyse leidend zijn voor de keuzes die je maakt.’

In de hiërarchie die uit de vuistregels van Goetheer komt bovendrijven hebben koolwaterstoffen de meeste waarde, maar de productie ervan gaat wel gepaard met veel energie. Wat dat aangaat zijn chemische bouwstenen als mierenzuur interessanter omdat niet alle zuurstof eruit hoeft te worden gereduceerd. De kunst is dus de balans te vinden tussen toegevoegde waarde en energiekosten.

Negatieve emissies

Die hiërarchie moet Peter Moser, hoofd emissiereductie technologie van RWE, als muziek in de oren klinken. De Duitse energiegigant krijgt in de nabije toekomst een andere rol in het industriële landschap. Circulaire CO2 is daarbij een belangrijk element. Gezien de beperkte toegang van de Duitse vestigingen tot offshore opslaglocaties, focust RWE zich sowieso meer op CCU. ‘Als we dat slim doen, kunnen we zelfs negatieve emissies bereiken’, zegt Moser. ‘RWE heeft al ervaring met de inzet van biomassa voor de opwekking van energie en warmte. Hoewel we ook veel geld steken in duurzame energiebronnen als zonne- en windenergie, heeft het energiesysteem nog steeds basislast nodig. Je moet immers capaciteit achter de hand hebben als de zon niet schijnt en de wind niet, of niet hard genoeg waait. Een deel van die dunkelflaute is op te vangen met waterkracht of batterijen, maar zelfs als we alles optimaal kunnen inzetten, is dat niet genoeg om de huidige vraag af te dekken. Laat staan als de vraag toeneemt. Bepaalde vormen van biomassa kunnen de nodige energie leveren om de tekorten waar nodig op te vullen. De CO2 die we afvangen aan de schoorsteen kunnen we vervolgens gebruiken als basis voor diverse chemische bouwstenen of transportbrandstoffen voor bijvoorbeeld de luchtvaart.’

Chemische basisproducten

De mooie plannen van Moser worden gestaafd door een groot aantal onderzoeksprojecten waar RWE bij betrokken is. Het bedrijf heeft zelfs een eigen CCU Campus in Niederaussem. Daar zoekt men de meest waardevolle toepassing van het kooldioxide molecuul. Het meest eenvoudig is nog altijd om CO2 in te zetten voor de groei van planten of direct als procesgas voor de industrie. Maar de hogere toegevoegde waarde ligt bij de chemische industrie, met name polyurethaan of in energieopslag in koolwaterstoffen.

Neem bijvoorbeeld Align-CCUS, dat CO2 van bruinkoolcentrales opvangt en omzet in onder andere Dimethyl Ether (DME), een synthetische brandstof die een duurzaam alternatief is voor diesel. Bijkomend voordeel is dat bij de verbranding geen stikstof ontstaat en DME geen zwavel bevat. Een ander consortium van bedrijven en onderzoeksinstellingen kijkt onder de naam Take-Off naar de inzet van CO2 en waterstof voor de productie van sustainable aviation fuel (SAF).

c02

Met rioolslib als basis wil RWE samen met BP een keten inrichten waar alle energie en grondstoffen van de biomassa wordt gebruikt. (c) Adobestock

Ook aan de chemiekant is RWE betrokken bij een aantal interessante projecten. Zo bekijkt het bedrijf in het Ocean-project of het mogelijk is op elektrochemische wijze oxaalzuur te produceren uit CO2. Door oxidatie en reductiereacties te combineren denkt men het stroomverbruik te kunnen temperen.

Terwijl de onderzoekers in het Loter.CO2M-project proberen de productie van methanol uit CO2 te vereenvoudigen. De geproduceerde methanol is basis voor een scala aan basischemicaliën.

Methanol of alcohol heeft overigens ook veel belangstelling als transportbrandstof. Nu al wordt bio-ethanol aan benzine en diesel toegevoegd, maar kan met enige aanpassingen ook puur worden gebruikt als transportbrandstof. RWE rondde het MefCO2 project al af en biedt ook onderdak aan het EcoFuel-project dat de C3 en C4 alcoholen meeneemt in het onderzoek.

Alle onderzoeken komen ongeveer samen in het project NRW-Revier-Power-to-BioJetFuel, waar RWE momenteel de haalbaarheid van bestudeert. Met rioolslib als basis wil RWE samen met BP een keten inrichten waar alle energie en grondstoffen van de biomassa wordt gebruikt. Het slib kan worden verbrand of via hogetemperatuurconversie worden omgezet in biogas. De kooldioxide die bij de verbranding wordt afgevangen kan samen met waterstof uit elektrolyse weer worden omgezet in synthetische vliegtuigbrandstof. De demonstratiefabriek zou jaarlijks tienduizend ton product moeten produceren.

Waterstof kan een belangrijk onderdeel zijn in het toekomstige energiesysteem. Groene waterstof heeft daarbij de voorkeur. Toch zien experts blauwe waterstof uit organische stromen als noodzakelijke tussenvorm om de markt snel tot wasdom te laten komen. Voorwaarde voor deze vorm van waterstof is carbon capture and storage (CCS, red.). Een rapport van de universiteiten van Cornell en Stanford sabelde de milieuvoordelen van blauwe waterstof echter neer. Inmiddels hebben meerdere experts zich uitgesproken tegen de conclusies. Met name de aannames rond methaanlekken zijn zeer ruim bemeten.

Het hele artikel lees je in de speciale (digitale) editie van Industrielinqs, Dossier Waterstof

Zowel de Rijksoverheid als de Europese Commissie zien de afvang en opslag van kooldioxide (carbon capture and storage, CCS) als noodzakelijke stap in de energietransitie. Om klimaatverandering een halt toe te roepen, moeten CO2-emissies snel drastisch omlaag. Het aandeel duurzame energie is echter nog zo laag, dat deze het fossiele energieverbruik nog maar nauwelijks kan vervangen. CCS biedt hiervoor op de korte en middellange termijn een sneller en goedkoper alternatief.

Het volledige thema-artikel over CCS lees je in de digitale editie van Industrielinqs magazine!

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

Verder in dit nummer

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

Dit en meer leest u in Industrielinqs 6, 2021!

De Tweede Kamer riep met de motie Moorlag het ministerie op om maximaal te bevorderen dat de Nederlandse staalindustrie kan blijven innoveren en verduurzamen. De afspraken over de CO2-reductie tussen de Rijksoverheid en Tata Steel zijn nu vastgelegd in een expression of principles .

Tata Steel Nederland staat voor een grote verduurzamingsopgave, zowel op het gebied van CO2-reductie als op het gebied van milieu en overlast voor de omgeving. Het staalbedrijf maakte al eerder afspraken met de Rijksoverheid over CO2-reductie. In overleg met EZK scherpte het bedrijf  haar plannen verder aan. De staalproducent streeft er naar om in 2030 jaarlijks vijf megaton CO2-uitstoot minder uit te stoten. Dit gaat een flinke stap verder dan de proportionele bijdrage van Tata Steel aan het Klimaatakkoord.

CCS en blauwe waterstof

Ondertussen diende Tata Steel een notitie in bij de Omgevingsdienst Noordzeekanaalgebied. Daarin staan de plannen voor CCS-project Athos. De notitie zal via de Omgevingsdienst ter inzage worden gepubliceerd. Het project kan leiden tot een aanzienlijke vermindering van de CO2  uitstoot van de  staalfabriek in IJmuiden. Het project behelst afvang van CO2 vanuit de Hoogovens en opslag daarvan in lege gasvelden op zee, meer dan 50 kilometer vanaf de kust.

Bovendien wil het staalbedrijf zijn restgassen inzetten voor de productie van jaarlijks 100.000 ton waterstof. De CO2 die hierbij overblijft zal ook worden opgeslagen. Het blauwe waterstofgas kan men inzetten voor de productie van staal of worden geleverd aan een nationaal toekomstig waterstofnet.

Vijf miljoen ton CO2

Als de plannen worden goedgekeurd en de benodigde financiering wordt overeengekomen, zou dit leiden tot veertig procent reductie van de CO2 uitstoot van Tata Steel IJmuiden in 2030. Dit staat gelijk aan vijf miljoen ton minder uitstoot per jaar. Het zou ook een belangrijke stap zijn richting de CO2 neutrale ambitie van Tata Steel in Europa uiterlijk in 2050. Het bedrijf heeft daarbij wel financiële en regelgevende steun nodig van de overheid.

Omgeving

Tegelijkertijd investeert Tata Steel in een betere lokale leefomgeving. Hier zijn al grote stappen gezet, zoals de hal waarin de slak wordt verwerkt waardoor de uitstoot van grafiet niet meer voorkomt. Ook kondigde het staalbedrijf een aanvullend milieu investeringspakket aan van 300 miljoen euro.

Europese fondsen

De voornemens van Tata Steel Nederland voor CO2-reductie zijn ambitieus en passen binnen de doelen van het Klimaatakkoord om te sturen op kostenefficiënte CO2-reductie. Tegelijkertijd is ook duidelijk dat de CO2-reductieplannen niet kunnen worden gehaald zonder dat aan enkele belangrijke randvoorwaarden wordt voldaan. Daarom zet het kabinet zich in om knelpunten op het gebied van bijvoorbeeld infrastructuur en vergunningverlening die noodzakelijk zijn voor de CO2-reductie weg te nemen. Ook denkt de Rijksoverheid mee over mogelijkheden om de nodige investeringen financieel mogelijk te maken met de bestaande fondsen, zowel nationaal als Europees.