‘Etheen is een bouwsteen die je tegenkomt in oneindig veel chemische processen en is daarom met afstand de meest geproduceerde chemische stof van de wereld’, aldus Ben Feringa en Anouk Lubbe in hun boek Alledaagse moleculen. ‘Het is bijvoorbeeld de bouwsteen voor boterhamzakjesplastic.’

Etheen, ook bekend onder de oudere naam ethyleen, dient als grondstof voor onder andere polyethyleen, toegepast in verpakkingsmaterialen, bouwmaterialen, lijmen, kleding en onderdelen van auto’s. Het gas wordt via stoomkraken geproduceerd uit nafta, LPG (propaan/butaan) en ethaan. Hoe mooi zou het zijn als we deze fossiele grondstoffen kunnen vervangen door hernieuwbare, dacht chemisch technoloog Joris van Willigenburg. Als fervent bergbeklimmer zag hij de gletsjers smelten en koos hij voor een studie gericht op energie-efficiency, want daar was het duurzaamheidsdenken destijds vooral op gericht. De laatste tien jaar is hij werkzaam geweest bij Sitech op Chemelot op het raakvlak van technologie en duurzaamheid. Het viel hem op dat bio-etheen in Brazilië al sinds 2014 grootschalig wordt geproduceerd, uit bio-ethanol. “Het werd in Europa niet opgepakt door de bedrijven waarvan je het zou verwachten, dus dacht ik: misschien moet ik het zelf maar gaan doen.”

Zo ontstond Syclus, een startup die op Chemelot hernieuwbare etheen wil gaan produceren uit hernieuwbare ethanol. Dankzij een investering van 1,8 miljoen euro van de Duitse bio-ethanol-producent CropEnergies, die 50 procent aandelen van Syclus bezit, komt de droom een stuk dichterbij. Syclus is niet zoals de meeste startups begonnen in het lab bij TRL1, maar begint meteen bij TRL 8. Dat komt omdat het een bewezen technologie is, die al grootschalig wordt toegepast (behalve in Brazilië ook in Azië, waar de bio-etheen grotendeels wordt omgezet in mono-etheenglycol, grondstof voor onder andere PET en antivries).

Inmiddels bestaat het Syclus-team naast Van Willigenburg uit algemeen directeur Igor Hensing, van oorsprong mijnbouwkundig ingenieur, financiële man Jos van Beek, van huis uit econoom (werkte onder andere bij DSM), en chemische technoloog Hans op het Veld, die al met prepensioen was toen deze kans om de chemische industrie te verduurzamen op zijn weg kwam, een kans die hij naar eigen zeggen niet kon laten liggen.

Bijmenging

In Brazilië wordt de bio-ethanol gemaakt uit de niet eetbare delen van suikerriet, in de VS uit de niet eetbare delen van maïsplanten. CropEnergies, een van de grootste producenten van bio-ethanol in Europa, die aan Syclus gaat leveren, gebruikt een mix van niet voor menselijke consumptie geproduceerde granen zoals mais en tarwe en reststromen uit de suikerproductie. Dat gebeurt bijvoorbeeld in een geavanceerde bioraffinaderij in het Belgische Huy (waar naast ethanol ook proteïne, ballaststoffen, CO₂ en energie worden geproduceerd). De stap richting etheenproductie houdt ook verband met de elektrificatie van het Europese wagenpark. In Europa wordt 85 procent van de gemaakte bio-ethanol nu verplicht bijgemengd in benzine (de E10, waar maximaal 10 procent bio-ethanol in zit). Vanaf 2035 mogen in de EU geen benzineauto’s meer worden verkocht, waardoor het bijmengen snel zal afnemen. Bio-ethanol inzetten voor etheenproductie is voor CropEnergies de volgende logische stap naar duurzame inzet van grote volumes bio-ethanol.

Het chemische proces dat Syclus gaat toepassen is al oud en werd al voor de stoomkrakers gebruikt om etheen te maken, legt Van Willigenburg uit. Het bio-ethanol-molecuul, C2H5OH, wordt met behulp van een katalysator, water en hoge temperatuur (200 tot 500 graden Celsius) gesplitst in etheen, C2H4, en water, H2O. Het is een zeer efficiënt proces. “Voor iedere molecuul ethanol krijg je bijna honderd procent een etheen-molecuul, en het enige bijproduct is water.” Daarnaast is de hoeveelheid benodigde energie een fractie van wat een stoomkraker gebruikt en is de CO₂-reductie aanzienlijk. Van Willigenburg: “Het PBL heeft gekeken of deze technologie in aanmerking komt voor een SDE++-subsidie. Ze kwamen uit op 0,73 ton CO₂-uitstoot per ton etheen (en een netto besparing van 4,34 ton CO₂ per ton etheen). Wij denken overigens dat we het voor nog veel minder kunnen doen. Een naftakraker zit, volgens PlasticsEurope, op het dubbele: 1,44.” De subsidie is overigens niet voortgezet omdat de technologie en het te maken product niet passen binnen het SDE++-kader.

Verpakkingen

Over voldoende beschikbaarheid van grondstoffen voor bio-ethanol maakt Igor Hensing zich geen zorgen. “Wij zien dit niet als een alternatief voor recycling, maar als een aanvulling daarop”, zegt hij. “In een scenario waarin de circulaire economie volop draait en de grondstoffen teruggewonnen worden uit de keten, is er niet meer zoveel etheen nodig als nu. Met het wegvallen van de benzinebijmenging komt er jaarlijks vier tot vijf miljoen ton ethanol beschikbaar, daarvan kunnen we twee tot drie miljoen ton etheen produceren, bijna evenveel als er op dit moment in heel Nederland geproduceerd wordt.” De Syclus-fabriek gaat overigens 100 kton etheen per jaar produceren (en verbruikt ca 170 kton ethanol), een fractie van de 6 miljoen ton die Europa nu al kan produceren, dus is er ruimte voor meer bio-etheen-fabrieken. De wereldwijde ethanolproductie bedraagt 100 miljoen ton.

Ook over de afzet maakt Hensing zich geen zorgen. “Bedrijven willen steeds meer producten met een lage product carbon footprint en zijn bereid de hogere prijs te betalen die de producten veelal hebben ten opzichte van op fossiele grondstoffen gebaseerde producten. Veel van die Braziliaanse bio-etheen komt in Europa op de markt. Waarom zouden we dat niet in Europa zelf kunnen maken? De verpakkingsindustrie zet massaal in op recycling, en ons product sluit daar naadloos op aan. Het is op chemisch, mechanisch en fysisch vlak identiek aan de etheen die nu gemaakt wordt. We maken niet iets nieuws, voegen niet een nieuwe goederenstroom toe die dan weer gescheiden moet worden. Daardoor hoeven de assets downstream in de plastic keten ook niet aangepast te worden.”

Pijpleiding

De markt is volgens Hensing op zoek naar vermindering van broeikasgasemissies, ook in de gebruiksfase, scope 3. “Kunststof gemaakt van bio-etheen heeft een negatieve CO₂-voetafdruk, omdat meer CO₂ uit de lucht is opgenomen dan uitgestoten om het te maken. Wij maken een molecuul op hernieuwbare wijze, leggen daarin hernieuwbare CO₂ vast, bovendien is het product circulair, want polyetheen (LDPE, HDPE), PVC en PET zijn goed te recyclen, zowel mechanisch als chemisch (bij polyetheen via pyrolyse zoals dat in de toekomst ook op Chemelot wordt gedaan).”

Hensing benadrukt dat Syclus een monomeer maakt, die als grondstof dient voor polymeerproductie. Waar die polymeerproductie gaat plaatsvinden, “daar gaan we het komende jaar aan werken”, zegt Jos van Beek. “We hebben nu geld opgehaald om de hele investering voor te bereiden, tot een fatsoenlijke begroting te komen, een vergunningstraject in te zetten, salescontracten aan te gaan en de logistiek te regelen.” De wens is wel om het product zoveel mogelijk bij producenten op de Chemelot-site af te zetten. Daarnaast is Chemelot aangesloten op de ARG-pijpleiding (Aethylen-Rohrleitungs-Gesellschaft), die etheen van Antwerpen via Chemelot naar het Ruhrgebied vervoert. “Via die pijpleiding kun je via de massabalansmethode aan 55 procent van de Europese markt leveren.” Chemelot-CEO Loek Radix heeft ook al aangegeven dat de plannen van Syclus ‘perfect passen’ in het plan van Chemelot om het eerste echt duurzame chemiepark van Europa te worden.

ETS

De business case is volgens Hensing goed. “Er moet alleen nog heel veel werk verricht worden.” Zo is de logistiek best complex, stelt Hans op het Veld. “Voor 100 kton etheen moeten we ongeveer 170 kiloton ethanol hier naartoe vervoeren.” Daarnaast werkt de ETS-systematiek niet mee. “Een naftakraker krijgt als hij 100 kton etheen maakt ongeveer 7 miljoen euro aan gratis CO2-rechten, die ze kunnen verkopen. Wij krijgen die niet, terwijl we nota bene met een duurzame techniek bezig zijn. Het is de wereld op z’n kop. Inmiddels zijn de instanties ermee bezig, en we hopen dat tegen de tijd dat de fabriek er staat het ETS-systeem is aangepast.”

De opstart van de fabriek wordt verwacht begin 2026. Er is dan plek voor tussen de dertig en veertig werknemers. Hensing merkt dat bedrijven die een bijdrage leveren aan de reductie van broeikasgasemissies aantrekkelijk zijn voor jonge mensen. “Ze zijn serieus geïnteresseerd in ons verhaal. We hebben nog ruim twee jaar om mensen aan te trekken en op te leiden.”

Een vorm van CCU

“Wat wij doen is een vorm van carbon capture and use”, zegt algemeen directeur Igor Hensing. “Alleen vangen wij de CO₂ niet af bij de schoorstenen van de industrie, maar halen we die uit producten van een andere industrie: de landbouw. De CO₂ die de gewassen uit de lucht hebben gehaald wordt eerst omgezet in ethanol en daar maken wij etheen van. Via polyetheen wordt de CO₂ gebonden in producten, die dan als CO₂-opslag dienen. En als we die producten dan weer gaan recyclen hebben we een circulaire economie, met ook een mooie rol voor de landbouwsector, die het momenteel al zwaar genoeg heeft.”