2 punten
Per raffinaderij zijn tientallen giga watt elektra nodig.
De kosten zijn immens.

CHEMISCHE TECHNOLOGIE
Chemische industrie zonder olie, kan dat? In Delft wordt gewerkt aan de groene toekomst van Pernis
De petrochemische industrie in Rotterdam is de kraamkamer van de Nederlandse en Duitse industrie. Maar ze is vervuilend en stoot veel CO2 uit. Elektrificatie is ook hier de sleutel tot schone en duurzame productie. Welke stappen zijn nodig? Van idee naar industrie.

Bard van de Weijer29 april 2022, 11:00
null Beeld ANP – bewerking Studio V
Beeld ANP – bewerking Studio V
Wie over de A15 langs Pernis en de Botlek rijdt, passeert een woud van staal en beton, een industriële wildernis van schoorstenen, pijpleidingen en hydrocrackers. Hier aan de rafelrand van Nederland wordt aardolie omgezet in benzine, kerosine, diesel. Chemische installaties produceren er benzeen, ethyleenoxide, propyleenoxide en styreenmonomeren. Hier worden de basismaterialen gemaakt die door bedrijven elders worden gebruikt voor de productie van bijvoorbeeld matrassen, isolatiemateriaal en sportschoenen.

De uitdaging
Pernis is met zijn chemische industrie de kraamkamer van de BV Nederland en Duitsland. Maar de petrochemische installaties zijn ook een grote bron van CO2. Jaarlijks laten de schoorstenen hier bijna 4,5 miljoen ton de atmosfeer in vliegen, bijna 3 procent van het Nederlands totaal.

Dat het anders moet, weet iedereen. Het oliebad waar Pernis op drijft, zal de komende decennia moeten opdrogen, opdat Nederland in 2050 CO2-vrij kan zijn. Maar chemievrij wil het land allerminst worden. Want ook over drie decennia is er vraag naar matrassen en sportschoenen. En vermoedelijk ook nog naar brandstoffen, bijvoorbeeld voor de luchtvaart, die tegen die tijd waarschijnlijk nog niet zonder kerosine kan.

Het plan
Voor de productie van plastics en brandstoffen is helemaal geen aardolie nodig. Ook biomassa kan een grondstof zijn. Zelfs het vermaledijde CO2 is in potentie een grondstof.

Chemie kan zonder fossiel. Hoe? Met duurzame bronnen. Door water met groene elektriciteit te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2) en de koolstof (C) uit CO2 te pulken, ontstaat samen met stikstof (N2) dezelfde chemische legobouwdoos die nu door aardolie wordt gevuld. Met de basiscomponenten H, N en C kan de chemische industrie in principe dezelfde producten maken als nu, zoals methanol, ethyleen en kerosine – maar dan fossielvrij.

Zie het voor je, hoe Pernis op termijn een duurzame oase kan worden, waar niet langer affakkelinstallaties de nacht verlichten, maar waar zacht zoemende, glimmende installaties duurzame chemische grondstoffen produceren.

Hoe realistisch is dit visioen? Zeer realistisch, zegt Ruud van Ommen, hoogleraar chemische technologie aan de TU Delft. Van Ommen is gespecialiseerd in reactoren die CO2 kunnen omzetten naar brandstoffen en chemicaliën. Dit gebeurt in zijn lab aan de TU Delft op kleine schaal. Van Ommen doet met collegawetenschappers fundamenteel onderzoek naar hoe deze reactoren opgeschaald kunnen worden van moleculair niveau tot industriële reuzen. Onder meer aan de TU Delft wordt hieraan gewerkt in een onderzoeksprogramma dat e-Refinery is gedoopt.

Het laboratorium
In de Delftse labs waar diverse opstellingen in oplopend formaat staan opgesteld, toont onderzoeker Anca Anastasopol zo’n e-reactor. Het apparaat heeft iets weg van een plantenpers voor een herbarium, maar dan vervaardigd uit een aluminiumlegering. Daar waar normaal de bloem wordt samengedrukt, zit nu de katalysator die de reactie moet versnellen om van de basismoleculen nieuwe chemische grondstoffen te maken.

Reactors van dit type lijken op een accu zoals je die ziet in elektrische auto’s, zegt Anastasopol. Ook bij een accu vindt de reactie plaats tussen twee dunne platen, waarvan er meerdere achter elkaar worden gezet. Het grote verschil is dat een accu een gesloten systeem is, terwijl de Delftse katalysatoren open zijn: er moeten ‘grondstofmoleculen’ in en ‘product’ uit. Dat maakt het reactieproces complexer.

In het lab mag de reactor dan goed werken, er zijn genoeg wetenschappelijke uitdagingen om hem groot genoeg te maken voor industriële schaal en hem toch efficiënt te houden, zegt Van Ommen. Hoe hou je bijvoorbeeld overal de procestemperatuur constant: aan de buitenzijde koelt de reactor meer af dan binnenin en dat heeft invloed op de reactie.

Om de productie te kunnen opvoeren, kan de reactor groter gemaakt, maar daarmee groeien de technologische uitdagingen ook. Je kunt ze ook achter elkaar zetten, in zogenoemde stacks. Maar ook dat kan niet oneindig, zegt Van Ommen. Op industriële schaal moet je zoeken naar het optimum. Ruimte is immers niet onbeperkt.

Dat de onderzoeker in zijn lab spreekt over kosten, is misschien niet helemaal nieuw voor de wetenschappelijke wereld, maar wel opvallend. Dat kan niet anders, zegt Van Ommen. Als je werkt aan industriële toepassingen, spelen kosten uiteindelijk een rol.

Een onderzoeker kan de perfecte reactor ontwikkelen, maar als daarvoor grote hoeveelheden zeldzaam iridium nodig zijn, wordt-ie misschien te duur. Van Ommen: ‘Nu doet iemand vaak een mooie vinding, publiceert het onderzoek in een wetenschappelijk tijdschrift en gooit haar over de heg, waarna anderen maar moeten zien of ze er een toepassing bij kunnen verzinnen.’ Dat moet anders, vooral omdat het sneller moet. Daarom zijn in Delft diverse wetenschappelijke disciplines bij elkaar gezet. Dus wordt ook in de beginfase naar aardse zaken als kosten gekeken.

Nog een uitdaging: er is enorm veel elektrische energie nodig voor elektrische raffinage, zegt John van der Schaaf, hoogleraar chemical engineering aan de TU Eindhoven en niet bij het project betrokken. Als we de schaal willen halen van een raffinaderij, rekent hij voor, zijn tientallen gigawatts vermogen nodig.

Steeds groter
Wil de petrochemische industrie op tijd zijn omgevormd naar klimaatneutrale bedrijfsvoering, dan geldt: hoe eerder apparatuur beschikbaar is, hoe liever. De industrie werkt immers met enorme installaties die miljardeninvesteringen vergen en decennia meegaan. Hoe eerder een deel kan worden geëlektrificeerd, hoe groter en langduriger het effect van de lagere CO2-uitstoot.

De afgelopen jaren wisten de Delftse onderzoekers de productie van hun reactors al te vergroten, met almaar grotere installaties. Nu staan ze voor een nieuwe uitdaging: hoe maak je de sprong naar het ‘echte’ werk? Hoe bouw je vanuit het lab een heuse demonstratiefabriek, of zelfs een volwaardige installatie?

‘Opschalen naar industriële omvang is voor ons nieuw terrein’, zegt Van Ommen. De kosten en risico’s nemen toe bij elke stap naar technologische vervolmaking. Dit risico kan de universiteit niet dragen. In feite verlaat je hier het gebied van fundamenteel onderzoek, zegt Van Ommen, en betreed je het terrein van de commercie. Daarom is samenwerking gezocht met onderzoeksinstituut TNO, dat ervaring heeft met industriële opschaling en een vestiging heeft op de Delftse campus.

‘We hebben samen naar het hele concept gekeken’, zegt Martijn de Graaff van de onderzoekstak VoltaChem van TNO, gespecialiseerd in elektrochemie. ‘Zeg maar van het briljante idee van een onderzoeker, tot een werkende fabriek op industriële schaal die jarenlang op hoge volumes kan produceren.’

De fabriek
Om van het eerste idee tot een fabriek te komen, worden negen stappen gezet van technologische vervolmaking, die technology readiness level (TRL) wordt genoemd. De eerste vier stappen – van idee tot eerste tests op kleine schaal – gebeuren aan de TU Delft. TNO maakt de technologie vervolgens klaar voor de markt (stap vier tot zes).

In de oude wereld vergt elke trede hoger zo’n vier jaar, zegt De Graaff. Die tijd is er niet. Om de ontwikkeling te versnellen werken onderzoekers uit diverse stadia samen. De Graaff: ‘Niemand kan dit hele traject alleen doen. Ook vanwege de urgentie moet het onderzoek parallel gebeuren.’

De laatste twee stappen – echte chemische fabrieken bouwen – moet de industrie zelf doen. Maar dan is de rol voor TNO en de TU Delft nog niet uitgespeeld, denkt De Graaff. Hij ziet voor zich hoe een compleet nieuwe industrie ontstaat, die deze installaties ontwikkelt en produceert. Zeg maar de krakers en fornuizen van nu, maar dan elektrisch. ‘Vergelijkbaar met ASML. Nederland heeft een kleine chipindustrie, maar is met ASML wereldwijd marktleider op het gebied van machines die chips produceren. We hebben op elektrochemisch gebied een voorsprong, als we dit goed spelen, liggen er kansen.’

De industrie
‘Als we onze levensstandaard willen behouden en andere werelddelen ook welvarender worden, is elektrificatie van de chemie van cruciaal belang’, zegt hoogleraar Van der Schaaf. Het kan, zegt hij: er is wereldwijd in potentie genoeg duurzame energie beschikbaar om al deze processen te vergroenen. Van der Schaaf denkt dat het verstandig is eerst de energietak van de chemie aan te pakken, omdat daar veruit de grootste CO2-intensiteit zit.

Dit gebeurt ook: rond 2030 moet een eerste pilotfabriek in de Botlek verschijnen. Daar zullen eerst drie duurzame grondstoffen worden gemaakt waar veel vraag naar is: methanol, ethyleen en kerosine. Afnemers kunnen die gebruiken in hun bestaande thermochemische installaties. De industrie kan dus zelf kiezen welke route voor haar het interessantst is, zegt De Graaff.

Het is zelfs mogelijk dat de basisgrondstoffen worden geproduceerd in landen met veel duurzame energie, om ze van daaruit te transporteren naar Rotterdam en er daar nuttige producten van maken. De eerste plannen zijn er al: onlangs kondigde tankopslagbedrijf Vopak aan dat het in de haven installaties wil bouwen voor opslag van duurzaam geproduceerde ammoniak, een potentieel belangrijke energiedrager.

Olievrije chemie
Als olie niet langer nodig is, zal het aanzien van de Rotterdamse haven mogelijk veranderen, zegt hoogleraar Van der Schaaf. Stel, zegt hij, dat in de toekomst de industrie wordt aangesloten op de waterstofbackbone, een grote pijpleiding die groene waterstof transporteert van de kust het land in, of vanuit Noord-Afrika naar Europa. ‘Dan is destillatie van olie, zoals we die nu kennen, misschien overbodig.’

Omdat brandstoffen gemaakt op basis van waterstoffen ook letterlijk veel schoner zijn, zijn ontzwavelingsinstallaties niet meer nodig. De hele keten verandert, zegt de hoogleraar. Dat is een uitdaging voor de petrochemische industrie, die zelfs nuttig gebruik weet te maken van afvalproducten als teer (‘moeten we wel een alternatief vinden voor asfalt’) en stookolie (‘het ultieme afvalputje’).

Mogelijk zal een deel van de industrie verkassen naar landen met veel duurzame energie en worden de producten vervolgens per schip naar Rotterdam vervoerd. Of dit gebeurt en in welk tempo, is onbekend. Maar alle processen om de chemische industrie te verduurzamen liggen op de plank, zegt Van der Schaaf. Alleen zijn de investeringen enorm. ‘De kosten zijn zo immens dat je in deze eerste fase risicomijdend gedrag ziet bij bedrijven. Niemand wil op het verkeerde paard wedden.’ Daar moet de overheid bijspringen, bijvoorbeeld met subsidies afkomstig van de CO2-taks, denkt hij.

Als de ontwikkeling doorzet, zal het aanzien van de haven van Rotterdam de komende decennia veranderen. Of in het voorjaar van 2050 ouders met jonge kinderen zullen wandelen in het lommerrijke havenpark Pernis – niemand die het weet. Maar, vinden de onderzoekers, het is een mooi beeld om naar te streven.

MEESURFEN OP DE GROENE GOLVEN
Nog een verschil tussen oud en nieuw: de oude petrochemische industrie kent maar twee standen: aan en uit. En het liefst aan, 24 uur per dag, 365 dagen per jaar. Dan draaien deze installaties het meest efficiënt. Maar als elektriciteit straks de belangrijkste energiebron is, zullen er schommelingen zijn in het aanbod. Soms is er veel groene stroom en soms weinig. Bij ‘veel’ is elektriciteit goedkoop, bij weinig duur. Elektrische installaties kunnen makkelijker meebewegen op de energiegolven. ‘We kijken naar de rol van een fluctuerend stroomaanbod’, zegt Van Ommen. Door met de zogenoemde procesintensiteit te spelen, kun je optimaal gebruikmaken van goedkope stroomoverschotten, terwijl in tijden van krapte en hoge prijzen, de knop omlaag gaat. ‘Zo maak je je energieverbruik onderdeel van het verdienmodel’, aldus de onderzoeker.

https://www.volkskrant.nl/nieuws-achtergrond/chemische-industrie-zonder-olie-kan-dat-in-delft-wordt-gewerkt-aan-de-groene-toekomst-van-pernis~bee814a9/

Een update over nieuwste typen kernenergie en reactors: Veiliger, schoner, mobieler, kleiner, modulair, schaalbaarder oplossingen als alternatief voor een voorspelbaar mislukte ‘hernieuwbare’ energie-/ elektriciteitstransitie.

https://www.youtube.com/watch?v=BrN_SRzsEF4

De Grutto, onze nationale natuur activistische geheiligde mascotte en natuurbeschermingstroeteldier?

Wat krijgen we nou? Onze nationale vogel is in Senegal een rover. We zien een 24-jarige boerin die haar best doet rijst te planten om haar acht kinderen te eten te geven. Maar zodra zij na gedane arbeid huiswaarts keert, komen de grutto’s tevoorschijn. Ze duiken als sprinkhanen op haar zaad. Als jongens met katapulten de vogels proberen te verjagen, denk je toch even aan die 70 miljoen euro die onze overheid tot 2027 steekt in de bescherming van de grutto en andere weidevogels.

https://www.ad.nl/klimaat/de-grutto-bloeide-op-dankzij-nederlanders-en-wordt-dankzij-ons-ook-weer-verdreven~a269e9e7

Ned Nikolov & Karl Zeller: Exact Calculations of Climate Sensitivities Reveal the True Cause of Recent Warming
Posted: May 2, 2022 by tallbloke

I’m delighted Ned Nikolov and Karl Zeller have chosen the Talkshop as the venue for the publication of this new open peer review paper on climate sensitivity. Scientific advance at the cutting edge has always been the most important aim of this blog, and I think this paper truly is an advance in our understanding of the climate system and the factors which support and modulate surface temperature on Earth and other rocky planets.

The paper is mathematically rigorous, but is also accessible to everyone, thanks to Ned and Karl’s exemplary effort to fully explain their concepts and definitions in terms which can be understood by any interested reader who has some familiarity with the climate debate. Building on the bedrock of their 2014 and 2017 papers, this new work extends the applicability and validates the postulates of those previous papers by examining the causes of variability in planetary surface temperature and incorporating the previous findings in quantifying and deriving equations to model them. They find that Earth is sensitive to changes in cloud cover, which affects the amount of solar shortwave radiation reaching the surface, but not very sensitive to changes in Total Solar Irradiance arriving at the top of the atmosphere. They also find that the sensitivity to changes in CO2 levels has been heavily overestimated by current climate models. They show that a doubling of atmospheric CO2 concentration from 280 ppm to 560 ppm will cause an undetectable global warming of 0.004K.

https://tallbloke.wordpress.com/2022/05/02/ned-nikolov-karl-zeller-exact-calculations-of-climate-sensitivities-reveal-the-true-cause-of-recent-warming/