Onderzoek naar CO2 als grondstof voor chemie

De presentatie vindt u hier. In 2023 zouden voor 30-40% van de 25 mio ton CO₂ die we hier uit Rotterdamse productie voorhanden de businesscases rond kunnen zijn en zouden na de investeringsbeslissing in 2023 op de tekentafel kunnen liggen. De Rotterdamse demonstratieprojecten voor CCU sluiten direct aan bij de doelstellingen uit de Roadmap Next Economy van de Metropoolregio Rotterdam-Den Haag.

Feit of fictie
Leiden alle CCU-toepassingen tot volledig klimaatneutrale processen of is hergebruik van CO₂ als grondstof niet meer dan spookrijden op de weg naar nulemissie van CO₂? Nee, beide aannames zijn aantoonbaar onjuist, zoals het voorbeeld hieronder duidelijk maakt. Welke bijdrage kan CCU (carbon capture & storage) dan werkelijk leveren aan CO₂-neutrale productieprocessen?

Als we de feiten voor zich laten spreken, zien we dat bij hergebruik van CO₂in kortcyclische processen (waarbij CO₂ uit producten weer vrijkomt), 50% CO₂ kan worden bespaard. Dat is bijvoorbeeld het geval wanneer de methanol of ethanol uit CCU-processen op de markt komt als brandstof.

In langcyclische processen blijft de CO₂ opgesloten in het product en leidt CCU tot een volledig klimaatneutraal proces. In het voorbeeld hieronder zijn we uitgegaan van ronde getallen als tweemaal 100% CO₂-emissie uit productie, hoewel die verhouding in de praktijk kan variëren. De aanname dat alle CCU-toepassingen leiden tot nulemissie, is dus onjuist; dit is echter bij langcyclische toepassingen wel het geval. Maar de 50% reductie in kortcyclische processen is ook de moeite waard. De CO₂-reductie neemt bij deze processen nog toe als de processen gebaseerd zijn op biomassa. Bij langcyclische processen kan dit zelfs tot negatieve emissies leiden.

Positief tij voor CCU 
Voor wat voorheen nog geen businesscase leek, komt het kantelpunt steeds dichterbij, zeker met de groei van windparken en de uren dat daar overschotten ontstaan, waarbij elektrificering interessant wordt als de elektriciteitsprijzen een dalende trend vertonen. Businesscases kunnen dan kantelen ten faveure van een bepaalde technologie. Er is nu technologisch al heel veel mogelijk, de kansrijke routes naar producten zijn in beeld en de businesscases liggen er.

We zijn voor bepaalde CCU-routes dus het kantelmoment al genaderd of voorbij. Het Duitse Covestro past al CCU toe in de productie van polyurethaan. De businesscases voor polyolen worden gevolgd door die voor methanol en carbonaten en ook voor formic acid (mierenzuur) komt de toepassing snel dichterbij. De forse klimaatdoelstelling van 90% CO₂-reductie in 2050 versterkt de urgentie, de verwachte lagere energieprijzen met kansen voor elektrificatie maakt de building blocks voor elektriciteit en waterstof goedkoper. In de relatie tussen CCS en CCU speelt ook de opslagmogelijkheid een rol: CCU biedt bij langcyclische toepassingen als polycarbonaten een snelle en efficiënte vorm voor opslag van CO₂. 



Driestapsproces
CCU is een driestapsproces. Het begint bij de afvang van rookgas uit een industrieel proces. Dat kan zeer geconcentreerd zijn, zoals bij ethanol. Daar is de concentratie bijna 100%, dus daar is de businesscase fantastisch. Power plants hebben een wat lagere concentratie, maar ook daar kun je capture prima toepassen, zoals CATO al heeft bewezen. Nieuwe solventsystemen maken capture tegen steeds lagere temperaturen mogelijk, zelfs richting restwarmtetemperatuur. Positief is daarbij dat door capture van CO₂ ook het fijnstof wordt verwijderd uit rookgassen.

De tweede stap is dat de CO₂ gedroogd en gecomprimeerd moet worden en vervolgens op specificatie gebracht voor de beoogde CCU-toepassing. De derde stap is de meest interessante: dat is de chemische conversie van CO₂ naar materialen en producten. En dan gaat er een heel nieuwe wereld voor ons open, belooft ir. Diederik Jaspers, die als senior scientist door Deltalinqs en Plant One Rotterdam bij de demonstraties van CCU-processen betrokken is. “Die wereld is tot nu toe vooral op steam reforming gebaseerd,  maar straks op CO₂.”

Relatie CCS en CCU
Er is met OCAP al een CCU-platform voor de glastuinbouw, waar 0,5 megaton CO₂ wordt geleverd die de tuinders niet zelf hoeven te produceren. De glastuinbouw kan voor deze kortcyclische toepassing nog veel meer CO₂gebruiken.

Nieuw is dat de Deltalinqs bedrijven nu ook kijken naar CO₂ als grondstof voor de chemie. In langcyclische producten zoals materialen en kunststoffen als polycarbonaten wordt de CO₂ opgeslagen. Deze buffering is een slimme vorm van CCS. Verstandig is ook dat elders met de opslag van CO₂ rekening wordt gehouden met de optie dat die CO₂ later weer voor producten gebruikt kan worden.

CCU is in tegenstelling tot CCS dankzij een goede businesscase niet afhankelijk van de ETS-prijzen, wat voor een versnelling van de emissiereductie kan zorgen. De route naar 2050 met 80-90% reductie van CO₂ kan volledig klimaatneutraal worden als we de rest blijven hergebruiken uit hernieuwbare bronnen.

Start CCU Platform in Rotterdam
Het CCU platform dat Deltalinqs en Plant One Rotterdam momenteel met bedrijven ontwikkelen, kan dankzij de medewerking van TNO de CATO-afvanginstallatie van Uniper verplaatsen naar Plant One Rotterdam. Deze installatie wordt ingezet voor de realistische afvang van rookgassen uit de pyrolysetesten die daar gaan plaatsvinden. De resultaten van bestaande afvangtechnologieën zoals CATO zijn beproefd en dienen vervolgens als referentie voor de nieuwste afvangtechnologieën die ook in Plant One getest gaan worden. Daartoe behoren ook afvangtechnologieën die niet gebaseerd zijn op solvents, waarvan een aanzienlijk efficiënter energieverbruik en hogere CO₂ zuiverheid wordt verwacht.

Met CO₂ als grondstof kunnen materialen, chemicaliën en brandstoffen worden geproduceerd. Voor de (petro)chemische bedrijven is de technologie voor omzetting het meest interessant: welke CCU-route is voor mijn proces het meest efficiënt en past bij de marktvraag? De EU heeft op basis van R&D drie CCU-groepen gedefinieerd: CO₂ als feedstock voor chemicaliën, polymeren en anorganische materialen als beton. De  tweede groep betreft CO₂ voor energieopslag (o.a mierenzuur) en brandstoffen. De derde groep is de biotechnologische route van fotosynthese met algen. Het CCU Platform heeft als doel om voor deze drie klassen demonstratie in Plant One Rotterdam mogelijk te maken en tot gefundeerde businesscases te komen.

25 mio ton CO₂ in Rotterdam
Het CCU Platform beoogt een snelle start met CCU door ondersteuning van de bedrijven in de verkenning en testen van nieuwe technologie. Met de infrastructuur die we in Rotterdam hebben en de faciliteiten voor demonstratie in Plant One Rotterdam kunnen businesscases eerder tot realisatie komen. We zijn nog niet zover dat we businesscases zien voor alle 25 mio ton CO₂ die we hier uit Rotterdamse productie voorhanden hebben. Maar, de installaties voor 30-40% daarvan zouden na het nemen van de investeringsbeslissing in 2023 op de tekentafel kunnen liggen. De Rotterdamse demonstratieprojecten voor CCU sluiten direct aan bij de doelstellingen uit de Roadmap Next Economy van de Metropoolregio Rotterdam-Den Haag.

Next steps

• Prominente plek CCU industriecluster Rotterdam in Roadmap Next Economy
• Start pyrolysetesten in Plant One Rotterdam
• Installatie Cato-unit voor afvang CO₂ uit pyrolyse, als referentie
• Installatie EDSG-kolom voor demonstratie efficiency afvangtechnologie
• Gesprekken bedrijven voor opzet eerste haalbaarheidsstudies en testen
• Oplevering desk study Deltalinqs/Uniper voor specifieke producten uit CCU
• Volgende CCU Platformmeeting: donderdag 30 maart, 14.00 - 16.30 uur

Meer informatie: Inez Postema, Deltalinqs-projectleider LOC2 CCU, tel. (06) 54 73 53 91.