The Process Industry towards NetZero and full Circularity

NAP-voorzitter Frank van Ewijk opende de avond en dankte voor de gastvrijheid die de NAP kreeg op de Biotech Campus Delft. Hij besefte dat het lastig aanrijden was met het regenachtige weer en de vele files, en verwelkomde een ieder. Verder meldde hij dat Kevin Pieterse van Bilfinger Tebodin en Ivo van Vliet van Vicoma toegetreden zijn tot het bestuur van het NAP.

Biotech Campus Delft

Bij de maquette van het bedrijfsterrein van de Biotech Campus Delft gaf gastheer Fedde Sonnema in 4 grote stappen een uitleg van de ontwikkeling van deze site sinds 1869. Fedde noemde zich zowel directeur DSM Delft B.V. als directeur Biotech Campus Delft vanwege de recente rebranding; dat zou later in het verhaal duidelijk worden bij de vierde stap.

De eerste stap op deze site werd gezet door Jacques van Marken met de productie van gisten. Deze van Marken was een verlicht entrepeneur met aandacht voor sociale aspecten en een visie op bedrijfsontwikkeling en het belang van wat tegenwoordig R&D heet. Hij haalde de bekende microbioloog Beijerinck uit Wageningen binnen om een laboratorium in te richten. Op deze site werd de merknaam Koningsgist geproduceerd, destijds overbekend in de Benelux, Duitsland en Engeland.

De tweede stap volgde na 1945 met de ontwikkeling en productie van antibiotica; niet voor niets is de campus gelegen aan de Alexander Fleminglaan. De grote verdiensten kwamen daarmee uit de penicilline en minder uit de gist. In de jaren 70 kwam wereldwijd de meeste antibiotica uit Delft; heel anders dan nu waar India en China de voornaamste productielanden zijn en waarbij de marges ook veel kleiner zijn geworden. In de jaren 90 is nog een nieuwe antibiotica plant met een veel efficiëntere en schonere productiemethode neergezet met hulp van DSM.

Een derde stap volgde in de jaren 80, toen naast gist en antibiotica ook levensmiddelen werden ontwikkeld met biotechnologische methoden. Het gaat dan om bijvoorbeeld enzymen en cultures; met als aansprekende voorbeelden het langer vers houden van brood en het laten stollen van kaas. Zo ontstond DSM Food Specialties en met het recente samengaan met Firmenich voor de productie van smaakstoffen is een grote producent op het gebied van levensmiddelen ontstaan.

De vierde stap is van recente datum. Daarbij is de site niet meer een DSM bedrijf maar wordt het een biotechnologie campus met meerdere bedrijven, inclusief R&D-, scale-up- en pilotbedrijven en uiteraard ook DSM-Firmenich. Met ASR Real Estate zijn lange termijn afspraken gemaakt over de ontwikkeling van kantoren en laboratoria. De ambitie is om het personeelsbestand op termijn uit te breiden van de 1400 mensen naar circa 5000-6000 mensen.

Op de vraag wat aan energietransitie wordt gedaan meldt Fedde dat de suiker als grondstof al biobased is. Verder wordt veel stoom geproduceerd met aardgas; de transitie-opgave zit daar voor het grootste deel. Een verandering die nu ontwikkeld wordt is het anders omgaan met biomassa-afval. Dat kan ook afgebroken worden tot methaan dat nuttig ingezet kan worden als voor verwarming. Dat bespaart tevens op de energie die nodig is voor het drogen van biomassa.

Chemelot

De eerste spreker deze avond was Loek Radix, Chemelot executive director. Hij stippelde de weg uit die Chemelot gaat om volledig circulair te worden in 2050 en waarom Chemelot met zijn geïntegreerde structuur daarvoor als beste gepositioneerd is.

Loek nam ons eerst mee in de eerdere transities die de site met succes had ondergaan. Dat begon in 1926 toen de cokesfabriek werd opgericht door de Nederlandse staat met de naastgelegen Staatsmijn Maurits. Overigens werd uit het uitgestoten syngas destijds methaan opgewerkt; de eerste aardgasbubbel was dus niet in Groningen maar in Limburg, zo werd duidelijk. De eerste transitie die destijds met succes werd gemaakt is de overgang van kolen naar (petro)chemie, rond 1967. Overigens was de site nog steeds in eigendom bij de Nederlandse staat met bijvoorbeeld pijpleidingen naar Antwerpen en Rotterdam.

De tweede transitie die plaatsvond was dat de site in privaat eigendom kwam, dus er was geen sprake meer van de Staatsmijnen. Ook die transitie naar DSM als bedrijf is goed verlopen. De derde transitie is de transitie van enkele gebruiker DSM naar een muti-user site. Mijlpaal daarbij is dat DSM vorig jaar ook het laatste bedrijf op de site heeft verkocht.

Het succes van deze eerdere transities geeft ook het vertrouwen dat de vierde transitie van fossiel naar renewable goed zal verlopen.

Inmiddels is Chemelot, met zijn 8 km2 oppervlakte, een van de grootste industrieparken voor chemie en materialen. Naast industriepark is het ook een campus met meer dan 200 bedrijven, een totale omzet van meer dan 10 miljard euro en een productie-output van 7,5 miljard kilo. Het beschikt over een eigen haven vroeger gebruikt voor cokestransport, en heeft een eigen waterzuiveringsinstallatie, met een goede performance in staat bijvoorbeeld om veel verschillende stoffen te monitoren.

Chemelot zit in het centrum van het ARRRA-gebied, Antwerpen, Rotterdam, Roer en Rijn Area, dat 40% van de chemische productie in Europa bijdraagt. Loek hoort wel eens klagen in de Randstad over de afstand naar Chemelot, maar zo grapte hij, dat is nu eenmaal de consequentie als je van de rand van Europa naar het centrum van Europa moet reizen.

De infrastructuur op Chemelot is indrukwekkend met ondermeer 60 km rail, een eigen treinstation, haven/steigers, 800 km pijpleidingen, 50 km wegen, 60 plants en 1 vergunning. Bedrijven als Sabic, OCI, Basic Pharma, Mitsui Chemicals, Air Liquide en Borealis zijn hier gevestigd en zeer onlangs is Envalior verwelkomd. Typisch is dat de meeste bedrijven niet hun hoofdkantoor in Nederland hebben en hebben besloten zich op Chemelot te vestigen. Loek liep een aantal soorten bedrijven langs, zoals die voor recycling, biomedisch, biobased/biotech, en biomedisch. Ook universiteiten, hogescholen en MBO’s zijn hier gevestigd; dagelijks lopen er circa 1.000 studenten rond.

Integratie en waardeketen

Vervolgens lichtte Loek de governance van de Chemelot site toe. DSM is nog steeds de grondeigenaar. Er is een bedrijf USG dat alle utilities op site regelt, van stoom en elektriciteit tot perslucht. Een ander bedrijf Sitech regelt alle services zoals afvalwaterbehandeling en brandweer. Ook is er CSP, Chemelot Site Permit, eigenaar van de vergunning van de site. Tenslotte is in het hart de centrale Chemelot organisatie geplaatst, om één gezicht/loket naar buiten te hebben.

Vervolgens werd de waardeketen op de Chemelot site nagelopen, waarbij te zien hoe productie geïntegreerd is. De (bij)producten en restwarmte van de één is nuttig voor een ander bedrijf op site. Dit levert ook een behoorlijke energie effciency op, geschat op een besparing van 1 miljoen euro per jaar. Verder maakt dit de transitie-opgave eenvoudiger; er hoeven niet 60 bedrijven individueel in transitie maar het betreft slechts één systeem.

Een plaatje werd getoond met een grote diversiteit aan producten waar de moderne mens niet buiten kan, zoals auto’s, fietsen, zonnepanelen, voedsel, medicijnen, laptops, appartementen en kleding. De Chemelot bedrijven zitten aan de basis van deze producten en Loek kon melden dat eenieder gemiddeld circa 300 kg aan producten bezit die hun oorsprong vinden op Chemelot. Een einde maken aan deze productie of deze willen boycotten omdat er nog fossiel in zit, zal een einde maken aan onze welvaart, zo is de verwachting. De opgave is om in de komende jaren het fossiel eruit te halen.

Wat betreft broeikasgassen is een reductie van 55% in 2030 de doelstelling en in 2050 0% uitstoot. In 2023 kon al een reductie naar minder dan 4 Mton worden gemeld. Dit tegenover de 7,2 Mton in 1990 en 8 Mton later rond het jaar 2000. Ook wat betreft stikstofuitstoot heeft Chemelot veel maatregelen getroffen. Ondanks de inmiddels zeer kleine stikstof-bijdragen in natuurgebieden in de omgeving is Chemelot verplicht tot verdere reductie.

De ambitie van Chemelot is dat in 2050 de feedstock volledig circulair is en niet meer fossiel, de processen geëlektrificeerd zijn en het water circulair is. En als er één site is die daar geschikt voor is dan is het Chemelot, vanwege zijn geïntegreerde waardeketen. Loek kon deze strategie in een enkel overzichtsplaatje laten zien met de fossiele productieketen in 2018 en de circulaire aanpak in 2050. Die elektrificatie vraagt om grote vermogens, van 250MW nu naar 1GW in 2050.

Vervolgens werden een aantal indrukwekkende, lopende projecten afgepeld op hun bijdrage aan deze transitie. Dit zijn projecten die nog in haalbaarheidsfase zitten en waar de investeringsbeslissing nog moet worden tot en met binnenkort af te ronden projecten. Zo is daar Quality Circular Polymers van Lyondellbasell en Suez, Plastic energy van Sabic, waterstofproductie door RWE, en ook een samenwerking tussen Linde, Sabic en BASF om de eerste elektrische stoomkraker fornuis te ontwikkelen. Wat betreft die laatste, daarvoor is wel een forse elektrische aansluiting nodig en als dat niet lukt in Chemelot dan zal deze ontwikkeling mogelijk aan Nederland voorbijgaan.

Samenvattend concludeerde Loek dat de producten die op Chemelot worden gemaakt essentieel zijn voor de wereld, dat deze met circulaire grondstoffen zullen worden gemaakt met duurzame energie en dat Chemelot uniek gepositioneerd is om deze transitie te maken. We doen dit niet uit idealisme maar uit realisme, zo sloot Loek af. Of zoals Darwin zei: It is not the strongest of species that survives nor the most intelligent, but the one most responsive to change.

Bij de vragen na afloop kwam met name de explosieve stijging in de elektriciteitsvraag aan de orde en eventuele alternatieven daarvoor.

Energiedrager ammoniak

De tweede spreker was Albert Lanser, business development directeur en co-owner bij Duiker Clean Technologies. Zijn bijdrage focuste op een specifieke techniek van het kraken van waterstof uit ammoniak. Daarbij is gebruik gemaakt van een techniek die in raffinaderijen wordt gebruikt om ammoniakrijke afvalstromen om te zetten in nuttige warmte. Deze ammoniak verbrandingstechniek heet afgekort SCO, Stoichiometric Controlled Oxidation.

Eerst lichtte Albert kort de historie van Duiker toe met de start in 1919 en in 1962 de samenwerking met buurman Shell in Rijswijk met de Luynet brander, uitgevonden door Ten Uyl die zijn naam niet kon geven aan de brander en daarom de letters van zijn naam maar omkeerde. Tegenwoordig richt Duiker zich op schone technologie om emissies te reduceren, schone energie te produceren en zwaveluitstoot te voorkomen.

Vervolgens besprak Albert de ‘energiehonger’ die heerst in het ARRRA-gebied; hij liet dit ook op een kaartje van Europa zien. In dit gebied wordt te weinig energie geproduceerd en is juist veel energie nodig. Waterstof kan hier de oplossing zijn. Deze wordt groen geproduceerd in landen met veel zon zoals het Midden-Oosten en vanwege volume/afstanden wordt deze omgezet in ammoniak om vervolgens naar de gebieden met grote energiebehoefte te worden getransporteerd. Daar moet deze weer gekraakt worden tot waterstof of wordt, als dat mogelijk is, deze direct als brandstof gebruikt.

Om deze behoefte te illustreren werden een aantal voorbeelden genoemd. Havenbedrijf Rotterdam heeft tezamen met 18 bedrijven, een ammoniakstudie gedaan met als insteek een behoefte aan 1 Mton waterstof per jaar. Naar verwachting kan dit groeien naar 20 Mton in 2050. Ook havens in Duitsland en Antwerpen zijn met dit soort studies bezig. Albert toonde een grafiek met de Clean Ammonia Roadmap van ISPT met het indrukwekkende groeipotentieel van ammoniak tot 2050, in Rotterdam, het ARRRA-gebied en wereldwijd. Voor een goed begrip: met 10 MTPA ammoniak kan 1,5 MTPA waterstof worden gemaakt, vanwege de massaratio’s.

SCO-techniek

Duiker zet de SCO-techniek in om uit ammoniak waterstof te kraken. Deze ammoniakverbrandingstechniek heeft zich bewezen in raffinaderijen. Deze techniek bestaat uit 2 stappen, een eerste zuurstofdeficiënte stap, waar ammoniak en lucht wordt ingebracht en waar stikstof als product uitkomt en een tweede stap waar de temperatuur wordt gequencht voordat zuurstof wordt toegelaten. Het geheim zit in de meting en besturing van dit proces. Resultaat is een rookgas zonder CO2-uitstoot en met lage NOx-uitstoot. Deze techniek wordt commercieel toegepast in vele industrieën.

Duiker past de SCO-techniek in combinatie met een tweetal andere bestaande technieken toe om waterstof te produceren uit ammoniak. Eerst is daar de stap met de SCO-techniek met toevoer van lucht en ammoniak. Dan volgt een katalytische conversie stap met behulp van commercieel verkrijgbare katalysatoren. In deze reactor wordt als energiebron de ammoniak gebruikt. Duiker kan deze stap uitvoeren met een uniforme temperatuurgradiënt in de reactor. Als laatste stap vindt de zuivering plaats, via een high-purity separation module, waarbij een in de markt verkrijgbare PSA techniek wordt gebruikt. Output van deze drie stappen zijn waterstof, stikstof en water.

Karakteristieken van deze oplossing zijn dat waterstof volgens ISO kwaliteit wordt verkregen, een hoge opbrengst van 89% is bereikt, een capaciteit van 7-700 MTPD waterstof en verder mogelijk is, schaalbaarheid mogelijk is, lage NOx-uitstoot en geen CO2 uitstoot wordt gehaald en dat het proven technology betreft waarvoor patent is aangevraagd. En ook belangrijk is dat de techniek inmiddels commercieel verkrijgbaar is.

De unittrein die Duiker maakt heeft een capaciteit van 275 TPD waterstof bij 99,97% zuiverheid. Uiteraard is deze capaciteit groter als lagere zuiverheid van waterstof benodigd is, veroorzaakt door grotere hoeveelheid stikstof met zijn massaratio. De footprint is van zo’n trein is 127 x 30 m.

Bij de vragen na afloop kwamen vragen over de endothermische karakteristiek van het kraken van ammoniak, over de veiligheidsaspecten van ammoniak en over de druk waarop het waterstof wordt gebracht.

Loek Radix, Chemelot executive director, presentatie <<<klik hier>>>

Albert Lanser, business development directeur en co-owner bij Duiker Clean Technologies, presentatie <<<klik hier>>>