Elektrificeren van de Nederlandse (proces)industrie

Fieldlab Industrial Electrification biedt ruimte, apparatuur en ondersteuning

Met het Fieldlab Industrial Electrification creëerden twee jaar geleden vijf partners een plek waar de industrie kennis kan opdoen over de potentie van elektrificatie. Deze kennis wordt gegenereerd door bedrijven die hier nieuwe technologieën testen en gereedmaken voor implementatie en opschaling. Directeur Peter van Hooft vertelt over de noodzaak van het Fieldlab en schetst een aantal opmerkelijke resultaten die in deze korte tijd al zijn gerealiseerd.

Power-2-X

Elektrificeren is een van de belangrijke stappen om CO₂-emissies afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen te reduceren. De besparingen kunnen aanzienlijk zijn; míts de elektrische energie uiteraard duurzaam wordt opgewekt middels bijvoorbeeld windturbines, pv-panelen of waterkracht.

Een nieuw probleem dat hierbij ontstaat, is de discrepantie tussen vraag en aanbod: zon en wind produceren alleen als ze aanwezig zijn, waterkracht en getijde-installaties produceren voortdurend een constante hoeveelheid, maar de vraag fluctueert. Niet alleen per dag, maar ook over de seizoenen. Om die reden is er in de afgelopen jaren door verschillende partijen flink geïnvesteerd in de ontwikkeling van efficiënte opslagmethoden om hiermee een overschot aan geproduceerde elektrische energie veilig te stellen: Power-2-X. Hierbij zijn drie varianten te onderscheiden:

• Power-2-Heat: het gebruik van elektriciteit om warmte te genereren of op te waarderen.
• Power-2-Hydrogen: het gebruik van elektriciteit voor directe chemische transformaties via waterstof.
• Power-2-Chemicals: het gebruik van elektriciteit voor directe chemische transformaties via directe elektroconversie.

Om de toepassingen hiervan te kunnen testen en vooral op te schalen, is twee jaar geleden het Fieldlab Industrial Electrification opgericht, kortweg FLIE.

Testlab en demonstratiepodium

Het Fieldlab is een samenwerking tussen de founding partners Deltalinqs, FME, InnovationQuarter, Port of Rotterdam en TNO en wordt vormgegeven in nauwe samenwerking met de EFRO-subsidie, de Gemeente Rotterdam en de Provincie Zuid-Holland. Twee jaar geleden werd Peter van Hooft – vanuit TNO al jaren betrokken bij het thema Energietransitie – gevraagd FLIE op te zetten. Het laatste duwtje om echt te beginnen kwam van Port of Rotterdam die een sterke ambitie heeft om te vergroenen. Ambitieus maar ook noodzakelijk om bij te dragen aan het behalen van het Klimaatakkoord aangezien het haven-industriecluster Rotterdam-Moerdijk een grootverbruiker is van energie en hiermee verantwoordelijk voor bijna 20% van de CO₂-uitstoot in Nederland.

"Potentiële afnemers die willen vergroenen kunnen hier inspiratie opdoen over gevalideerde technieken en technologieën, waardoor ze een kleiner risico lopen op een falende oplossing"

Maar hoe dan?

Van Hooft: "De Rotterdamse Havens staan met de wens om te 'vergroenen' niet alleen. Ook andere energie-intensieve bedrijven, waaronder Tata Steel en de hele glastuinbouw, willen graag vergroenen maar vragen zich af: hoe? Overstappen op waterstof? Volledig elektrisch gaan werken? De impact van overstappen en de consequenties kunnen groot zijn, want hoe zit het met de logistieke aspecten, de infrastructuur? En hoe voorkom je dat een bedrijf weken dicht moet om de overstap te maken?"

Voor dit type vraagstukken is het Fieldlab Industrial Electrification gestart. FLIE faciliteert enerzijds in de hard- en software die start-ups en scale-ups nodig hebben om hun ideeën efficiënt en veilig te testen, te valideren, te demonstreren en op te schalen. Anderzijds worden haalbaarheidsstudies gedaan en wordt er ondersteuning geboden bij opschaling ten aanzien van de te volgen strategie, het aanvragen van vergunningen en opschalen versnellen binnen de huidige wet- en regelgeving. Van Hooft: "FLIE is daarbij een unieke organisatie die door de founding partners en samenwerkingspartners een sterk netwerk heeft dat doorontwikkeling mogelijk maakt."

Demonstratieplatform

Het mes snijdt door deze aanpak aan twee kanten. Enerzijds kunnen innovators hier hun ideeën op een snelle en verantwoorde manier groot maken en gereed voor toepassing. Potentiële afnemers die willen vergroenen kunnen hier juist inspiratie opdoen over gevalideerde technieken en technologieën die passen binnen hun eigen organisatie. Doordat in FLIE bovendien technologieën en ideeën serieus worden gevalideerd, lopen bedrijven uiteindelijk een kleiner risico van een falende oplossing.

"We gaan bovendien met FLIE verder dan alleen het overschakelen van fossiel aangedreven processen naar processen die draaien op groene stroom of groene moleculen" geeft Van Hooft aan. "Het overkoepelende doel is immers het reduceren van CO₂-emissies, wat betekent dat we ons in de volle breedte richten op alle drie de varianten van Power-2-X."

"Onze apparatuur bootst serieuze industriële processen na, dus moeten temperaturen tot 900 °C en drukken tot 400 bar gewoon beschikbaar zijn"

Verloop

Omdat het opstarten van FLIE in het begin van de coronatijd plaatsvond, was het niet eenvoudig om direct op de volledige beoogde capaciteit te draaien. Er waren – en zijn nog steeds – veel leveringsproblemen met de kapitaalintensieve installaties die in bestelling stonden. Hieronder een elektrolyser voor de productie van waterstof en apparatuur om elektrische energie te gebruiken voor de productie van hete lucht en stoom. Van Hooft: "Je hebt het hier over apparatuur voor het nabootsen van serieuze industriële processen om technologieën en ideeën goed te kunnen testen en valideren. Dit betekent dat temperaturen tot 900 °C en drukken tot 400 bar gewoon beschikbaar moeten zijn. In de afgelopen twee jaar hebben we nu ongeveer de helft van de apparatuur staan waarmee we wilden beginnen. Gelukkig lijkt het erop dat de levering van de tweede helft nu geen twee jaar meer zal duren en dat we ons binnenkort op volle sterkte kunnen inzetten."

Het feit dat nog niet alle equipment beschikbaar was, betekent niet dat FLIE niet met volle kracht van start ging. Van Hooft: "We hebben ons in het begin vooral gericht op haalbaarheidsstudies. Korte projecten tegen relatief lage kosten die vooral start-ups en scale-ups verder kunnen helpen met de vraag of het zinvol is een intensief testtraject in te gaan of niet. De haalbaarheid ligt immers niet alleen in de technologie zelf, maar ook in de kosten, beschikbaarheid van materialen en grondstoffen, vergunningen, wet- en regelgeving enzovoorts."

"Kleine projecten, kleine resultaten. Maar de aanpak heeft er inmiddels wel toe geleid dat veelbelovende ideeën die als 'haalbaar' zijn bestempeld nu ook bij ons zijn begonnen met inderdaad dat grotere, kapitaal- en arbeidsintensieve test- en demonstratietraject. Of waarmee we in gesprek zijn om dit traject in te gaan. Dat betekent dus niet alleen het testen zelf, maar het hele traject. Beginnend bij het ontwerpen van een prototype, het uitvoeren van een risicoanalyse en het opbouwen van de opstelling, tot aan het testen, maken van rapportages en weer afbouwen."

      

Toekomst

Van Hooft verwacht op korte termijn in een stroomversnelling te raken. "Wanneer onze resterende apparatuur geleverd en operationeel is, gaan we onze focus verder verbreden en de resultaten vanuit FLIE ook breder beschikbaar maken. Zodanig dat niet één organisatie ermee aan de slag gaat, maar zoveel mogelijk bedrijven hun steentje kunnen bijdragen aan het versnellen van de energietransitie. Samenwerken en kennis delen zouden wat dat betreft inmiddels moeten zijn ingedaald bij mensen als noodzakelijke voorwaarde om deze snelheid inderdaad op te bouwen én te behouden."

"Tot slot: natuurlijk blijven we ook beschikbaar voor één-op-éenprojecten met bedrijven voor het testen van individuele ideeën. Bij FLIE vinden we wel een oplossing. Kijk vooral op de website (www.flie.nl) voor lopende projecten en neem contact met ons op via info@flie.nl."

Voorbeeldprojecten

Van Hooft noemt drie voorbeeldprojecten, waarvan er twee vallen onder 'Power-2-Chemicals' en bedoeld zijn voor het (her)gebruiken van bestaande CO₂. Het derde gaat om een 'Power-2-Heat'-oplossing.

Katalytische conversie CO₂

Het eerste project betreft de zogenaamde katalytische conversie van CO₂. Hierbij gaat CO₂ onder invloed van een katalysator een reactie aan met waterstof waarbij dimethylether en zuurstof ontstaan. Dimethylether is een gas dat onder meer als drijfgas kan worden gebruikt maar ook als vervanging voor LPG. Hiermee is het een stof die onder meer past bij de energie-intensieve processen van de tuinbouw en ook deze sector ondersteunt in het terugdringen van CO₂-emissies. In de toekomst zal het waarschijnlijk ook een belangrijke basis kunnen vormen voor vliegtuigbrandstoffen.

Elektrochemische conversie CO₂

In een tweede project wordt CO₂ op een elektrochemische wijze omgezet in mierenzuur. Hierbij wordt traditioneel gebruik gemaakt van twee elektroden, waarbij de innovatie vooral ligt in het elektrodemateriaal en de optimalisatie van de procesomstandigheden. Mierenzuur is een van de grondstoffen voor het produceren van polymeren. Van Hooft: "Hiermee raak je een sector die nog wel eens wordt vergeten wanneer het gaat om het reduceren van het gebruik van fossiele grondstoffen. Want natuurlijk worden deze fossiele grondstoffen veel gebruikt als brandstof voor het opwekken van vermogen, maar aardolie is ook het hoofdbestanddeel van onze kunststoffen. Ik kan me geen wereld voorstellen zonder kunststoffen, dus is het belangrijk om ook hier een alternatief voor te vinden. Mierenzuur kan een oplossing zijn."

Daarnaast is mierenzuur een voedingsmiddel voor specifieke micro-organismen die worden ingezet voor nuttige doeleinden zoals het afbreken van bepaalde gevaarlijke stoffen tot ongevaarlijke stoffen zoals water.

E-boiler

Tot slot worden in het derde genoemde project stappen gezet om elektrisch vermogen om te zetten in warmte middels e-boilers. In een aparte studie wordt gekeken of de businesscase voor de inzet van een e-boiler in het havengebied Rotterdam sluitend is te maken. De warmte van deze boiler is hier onder meer in te zetten voor de productie van stoom, waarmee het een alternatief is voor stoom dat geproduceerd wordt door het verbranden van aardgas.