'Procesintensivering is volwassen'

 

Tekst: Erik te Roller


PIN-NL: Laat beschikbare technieken bijdragen aan CO2-reductie


Procesintensivering kan al op de korte termijn een substantiële  bijdrage leveren aan het verminderen van de CO2-uitstoot van de chemische industrie. Henk Akse, voorzitter van de vereniging PIN-NL, legt uit welke mogelijkheden procesintensivering biedt en adviseert bedrijven ermee aan de slag te gaan.

In maart verscheen het rapport ‘Chemistry for Climate – Acting on the need for speed’, ook wel Routekaart 2050 genoemd, dat Ecofys en Berenschot in opdracht van de VNCI opstelden. Het laat zien dat de Nederlandse chemische industrie in 2050 90 procent minder broeikasgassen kan uitstoten (dan in 1990) door in de komende 32 jaar de energie-efficiency te verhogen, CO2 op te slaan, producten te recyclen en door hernieuwbare energie en alternatieve grondstoffen in te zetten. Procesintensificatie, of procesintensivering, zoals PIN-NL het tegenwoordig noemt, komt in dit rijtje niet voor. Het wordt slechts aangestipt bij de paragraaf over energie-efficiency van de roadmap.

Henk Akse, voorzitter van de vereniging PIN-NL (Netherlands Process Technology Networks, een initiatief van de branches voor procestechnologie), vindt dat onterecht. In Nederland overheerst volgens hem het beeld dat procesintensivering veel-belovend is, maar commercieel niet rijp. “Procesintensivering is echter een volwassen onderdeel van de procestechnologie. Bedrijven elders in de wereld passen het al toe om concurrentievoordeel te behalen. Doorgaans leidt het tot een beduidend lager gebruik van energie en grondstoffen en dat vertaalt zich in een lagere CO2-emissie. Ook zijn installaties veiliger, doordat ze compacter zijn en dus minder van een gevaarlijke stof bevatten.”

 

Eén van de routes
Het kabinet-Rutte III verlangt van de Nederlandse industrie dat zij haar uitstoot op jaarbasis in 2050 met 22 megaton zal hebben teruggebracht. PIN-NL heeft uitgerekend dat een twintigtal commercieel verkrijgbare technieken hieraan 1,4 megaton kan bijdragen en een twintigtal technieken die nog in ontwikkeling zijn op den duur 1,6 megaton. Dat is in totaal 3 megaton, overeenkomend met 14 procent van de gewenste uitstootvermindering. “Dat is bescheiden, maar bedenk wel dat er niet één route is waarlangs de industrie het doel van 2050 kan bereiken. Zoals de roadmap al aangeeft, moet de industrie allerlei routes bewandelen om de CO2-uitstoot tot het gewenste niveau terug te brengen. Procesintensivering is daar één van”, aldus Akse.

Ook wijst hij erop dat er op het gebied van procesintensivering al veel technologie beschikbaar is, terwijl industriële warmtepompen, ondergrondse CO2-opslag en elek-trochemische processen op enkele uitzonderingen na nog niet beschikbaar zijn. “Elektrisch verwarmen van leidingen gebeurt al, maar moleculen maken met behulp van duurzame elektriciteit is een heel ander verhaal. Dat brengt een grondige verandering met zich mee en vergt grote investeringen.”

Opmerkelijk is dat de Nederlandse wetenschap met procesintensivering in de wereld vooroploopt, terwijl de lokale industrie er niet echt warm voor loopt. “In oktober vorig jaar heb ik deelgenomen aan het tiende wereldcongres van chemisch technologen in Barcelona. Daar viel me op hoeveel bedrijven het elders al toepassen.”

 

 

Praktijkvoorbeelden
Hij geeft vier praktijkvoorbeelden. Zo produceert Covestro, de afgesplitste chemietak van Bayer, al diverse fijnchemicaliën met behulp van microreactoren op industriële schaal en roemt de voordelen van deze productiewijze boven die met behulp van klassieke batchreactoren. 

Het Zwitserse Lonza voerde de fluo-ridering van een bepaalde stof in het verleden altijd uit met een geroerde reactor, waarin gasvormig waterstoffluoride omhoog borrelde en zo in contact kwam met de bewust opgeloste stof. De reactie nam heel veel tijd in beslag en omdat waterstoffluoride zwaar giftig is, was het bedrijf gebonden aan strenge veiligheidsmaatregelen. Inmiddels heeft Lonza de ouderwetse batchreactor van 4000 liter inhoud vervangen door een reactor van 15 liter, die de stof nu op commerciële schaal fluoriseert. Deze werkt bij veel hogere temperatuur en druk, waardoor de reactie sneller verloopt. Tegelijkertijd is de reactie beter in de hand te houden, met als resultaat dat kwaliteit en opbrengsten hetzelfde zijn gebleven. Door in de nieuwe reactor twee reactiestappen te combineren, vallen nu zowel de vaste kosten als de operationele kosten veel lager uit. Verder is de reactor veel kleiner van omvang en daardoor veiliger.

Bij Air Liquide heeft een team van elf mensen voor de waterstofproductie een warmtewisselaar annex reactor ontwikkeld met minuscule structuren. Dit apparaat hebben ze in 3D uitgeprint. Met dit apparaat kunnen ze aardgas efficiënter in waterstof omzetten: de restwarmte die anders voor de stoomopwekking werd gebruikt, wordt nu in de reactor meteen hergebruikt. Eind dit jaar past het bedrijf dit toe in een proeffabriek. In de loop van 2019 zal de eerste commerciële productie plaatsvinden. De verwachting is dat de operationele kosten van dit proces 20 procent lager zullen uitvallen en de CO2-uitstoot maximaal 12 procent minder zal zijn. Deze technologie acht het bedrijf ook interessant voor brede toepassing in de industrie.

Ook het Amerikaanse bedrijf Johnson Matthey is via procesintensivering uitgekomen bij een efficiënter proces voor de waterstofproductie. Het bedrijf en ook veel raffinaderijen voeren dit nu uit met zogenoemde steam methane reforming. Ze werken met een gepakte kolom waarin bellen met aardgas door het water naar boven stromen. Onderweg komen ze in aanraking met de katalysator, die op de pakking is aangebracht. Hierbij ontstaan waterstof, koolmonoxide en kooldioxide. 

Dit proces vraagt om toevoer van warmte via de wand van de kolom. Om voldoende warmte te kunnen toevoeren moet de temperatuur aan de wand behoorlijk hoog zijn. Inmiddels heeft het bedrijf een nieuwe technologie ontwikkeld, aangeduid met Catacel SSR, waarbij de gasstroom zich op een meer gestructureerde manier door de kolom verplaatst. Hierdoor is het warmtetransport vanaf de wand van de kolom veel beter en hoeft de temperatuur daar dus minder hoog te zijn, wat weer aardgas als brandstof uitspaart. 

Olieraffinaderijen gebruiken waterstof onder andere voor het splitsen van zware oliefracties in lichtere. Aangezien ruwweg een kwart van het energiegebruik van een olieraffinaderij samenhangt met de waterstofproductie, kan het Catacel SSR-proces of een soortgelijk proces hun veel energie besparen en helpen de CO2-uitstoot verder omlaag te brengen.

 

Netwerkbijeenkomsten
Op een workshop van RVO in februari voor chemiebedrijven in het kader van het Intensiveringsprogramma energie-uitdagingen 2020 (IP 2020) kwam ook het onderwerp procesintensivering ter sprake. Verscheidene deelnemers lieten weten dat hun bedrijven geen mensen in huis hebben om de stand van de techniek te volgen, maar dat PIN-NL en andere netwerken hen van advies en extra ondersteuning zouden moeten kunnen voorzien. Akse: “Dat kan als we extra mensen inzetten en bijeenkomsten organiseren, maar daarvoor hebben we wel extra geld nodig.”

Een goed voorbeeld hiervan vindt hij het initiatief van het American Institute of Chemical Engineers (AIChe), dat twee jaar geleden het Rapid Manufacturing Institute heeft opgericht om de Amerikaanse chemische industrie te helpen met procesintensivering een inhaalslag te maken. De Amerikanen steken 100 miljoen dollar in het bijspijkeren van bedrijven en organiseren een training waar ingenieurs zich kunnen laten bijscholen. 

Voor PIN-NL is er een taak weggelegd om procesintensivering dichterbij de industrie te brengen en bedrijven te stimuleren om op netwerkbijeenkomsten meer kennis met elkaar uit te wisselen. “Het probleem is alleen dat procesintensivering ook aangrijpt op de plek waar een bedrijf moleculen maakt. Een bedrijf dat met nieuwe technologie een voorsprong weet te nemen op de concurrentie wil dit soort kennis natuurlijk niet delen. De overheid wil dat bedrijven consortia op gebied van procesintensivering vormen, maar dat gaat dus niet lukken.” Aangezien de consortia niet van de grond komen, kan de overheid de subsidie beter richten op kennisoverdracht via de netwerken, meent Akse. “Als een paar mensen naar bijvoorbeeld congressen in Barcelona en Lissabon gaan, dan kunnen ze daar kennis opdoen die ze vervolgens met anderen op netwerkbij-eenkomsten in Nederland kunnen delen. Ook kunnen ze geïnteresseerden helpen om in contact te komen met de experts in het buitenland.”

 

Procesintensivering kan interessante bijdrage leveren'
”Met het rapport ‘Chemistry for Climate – acting on the need for speed’ laat de VNCI zien dat we op weg naar 2050 moeten kiezen voor die oplossingsrichtingen die zowel inzetten op het reduceren van onze eigen schoorsteenemissies als de zogenaamde ‘embedded carbon’ (die met onze producten bij het einde van de levenscyclus alsnog voor emissies kunnen zorgen)”, zegt Reinier Gerrits, hoofd Energie en Klimaat bij de VNCI. “Procesintensivering kan hieraan absoluut een interessante bijdrage leveren, waarbij de VNCI het nut onderschrijft van het vergroten van kennisoverdracht via netwerken als dat van PIN-NL.

Ook zou het nuttig zijn om, zoals in het verleden ook gedaan is, bedrijven als onderdeel van de energieconvenanten scans uit te laten voeren en ze zo te helpen meer inzicht te krijgen in de concrete mogelijkheden voor hun (toekomstige) processen.”

 

PIN-NL Bijeenkosten
Dit jaar organiseert PIN-NL twee bijeenkomsten: op 27 juni met als thema ‘Intensifying for profit and safety’ en op 21 november, wanneer de vereniging haar vierde lustrum viert (thema nog niet bekend).