“De Furec-fabriek voor de productie van waterstof uit huisvuil is een groot en cruciaal project voor de verduurzaming en het circulair maken van Chemelot”, zegt Chemelot-directeur Loek Radix. “De zestig fabrieken hier gebruiken hoofzakelijk twee grondstoffen: aardgas en nafta. Furec gaat met een zeer zware investering een kwart van de aardgasbehoefte vervangen door waterstof. Het is de bedoeling om Chemelot op termijn voor het vervangen van de resterende driekwart aardgas aan te sluiten op de waterstofbackbone die Gasunie gaat realiseren. We kunnen dan nog meer waterstof afnemen – of RWE kan surplusproductie aan die backbone gaan leveren.” 
250 miljoen ton huisvuil uit de EU eindigt momenteel in de verbrandingsoven. Dat levert niet-duurzame energie op. “De waterstof is belangrijk, maar slechts een deel van het verhaal”, benadrukt Jan Eurlings, engineering manager bij Furec op Chemelot. “We halen er in dit proces alles uit dat erin zit. Het is doodzonde hoeveel materiaal Europa op dit moment vernietigt.”
Hoe zit dat? Eurlings: “Het begint met de gedachte: er moet toch iets verstandigers met dit afval te doen zijn dan het lomp in de fik te steken? We starten met 700.000 huishoudelijk restafval in een nieuw te bouwen fabriek in Buggenum. Daar wordt een derde van de totale massa afgescheiden: 25 procent van de aanvankelijke massa is vocht, 4 tot 5 procent is metaal en eenzelfde percentage is steen en aardewerk.”

Eenheidsworst

Het begint met drogen tot het restvochtgehalte onder de 5 procent komt. “Daarna gaat scheiden veel gemakkelijker”, zegt Eurlings. “Eerst wordt het ferrometaal verwijderd via een magneetband. De non-ferrometalen worden eruit gehaald met een eddy current separator, die deze metalen met een sterk magnetisch veld tijdelijk magnetisch maakt. De volgende stap is een windzeef, waarbij de zwaartekracht zijn werk mag doen. Hier gaan aardewerk, steen en roestvaststaal eruit. Dit zijn allemaal bewezen technieken.”

Er blijft een lichte fractie over, twee derde van het totaal. Deze fractie bestaat voor 25 procent uit plastics, 20 procent uit niet brandbaar anorganisch materiaal en 55 procent uit materiaal van biogene oorsprong – van pizzadozen tot katoen. Deze stroom gaat naar een extruder, die er vingergrote pellets van maakt. Deze ‘eenheidsworst’ is de sleutel tot verdere verwerking. “Chemisch zijn deze pellets nog heel heterogeen, maar belangrijker is dat ze fysisch homogeen zijn”, aldus Eurlings. Na deze stap vindt er een duidelijke knip in het proces plaats. Het ‘vieze’ deel is achter de rug. De pellets gaan naar een geplande fabriek op Chemelot.  

Daar volgt de torrefactie, het ‘roosteren’ van de pellets, een half uur op 250 graden Celsius. Dit is te beschouwen alle een milde vorm van kraken: lange molecuulketens worden in kortere ketens opgedeeld. Wat resteert zijn anorganisch materiaal, koolwaterstoffen en waterstof. Zuurstof heeft het proces als waterdamp verlaten. “Het resultaat na de torrefactie is heel bros”, vertelt Eurlings. “Daardoor is het makkelijk te vermalen tot poeder met korreltjes kleiner dan een halve millimeter.” 

Varianten

De voorbereiding is nu voorbij, het hart van het proces is een reactievat op een druk van 50 Bar, waarin een gasbrander een temperatuur van 1500 graden Celsius creëert. Een continue stroom poeder komt hier samen met 97 procent toegevoerde zuurstof. In een fractie van een seconde gaat de temperatuur naar 3000 graden, waarbij de poederdeeltjes ontploffen, doordat de vluchtige stoffen acuut verdampen tot gasvormige koolwaterstoffen. Door verbranding van deze koolwaterstoffen blijft de brander op temperatuur. 

Vervolgens reageren de verbrandingsproducten CO₂ (kooldioxide) en water met de resterende vaste koolstof tot een mengsel van CO (koolmonoxide) en H₂ (waterstof). Door deze reacties daalt de temperatuur bij de uitlaat van de reactor naar 1500 graden. Vervolgens zijn er varianten mogelijk. Wil de klant syngas afnemen? Het mengsel van CO en H₂ is een grondstof voor de productie van ethanol en methanol. Op Chemelot is de klant OCI alleen geïnteresseerd in de waterstof, die het gaat gebruiken in zijn ammoniakfabriek. Daarom wordt in dit geval de geproduceerde CO samen met stoom ook omgezet naar H₂ en CO₂. 

Keukenzout

In het reactievat gebeurt veel tegelijkertijd. Zo spettert de 25 tot 30 procent anorganisch materiaal, onder andere SiO2 en Al2O3, tegen de watergekoelde wand. Daarop vormt zich permanent een centimeters dikke anorganische laag. Het nieuw aangevoerde anorganische materiaal vloeit naar een uitloop onder in het vat. Daar valt het druppelsgewijs in een waterbad en vormt zich fijn grind. “In deze slakken zijn de zware metalen ingekapseld”, vertelt Eurlings. “De uitloging is niet hoger dan uit natuursteen. Dat betekent dat het als betongrind voor de bouwsector kan dienen.”
Gas en water verlaten het reactievat op 1600 graden. “Door het water te ‘wassen’ en terug te brengen naar 200 graden gaan de chlorides – een gevolg van bijvoorbeeld PVC in het huisvuil – eruit. Het water is nu erg zuur. Door loog toe te voegen komt de PH-waarde weer op peil en vormt zich NaCl (keukenzout). Zo kan Furec straks jaarlijks 6000 ton keukenzout in strooizoutkwaliteit op de brengen.”     

En het gas? “Ook dit wordt gekoeld.” H₂S (waterstofsulfide) gaat eruit om verder verwerkt te worden tot zwavel. Blijven over: CO₂ en zuivere waterstof. De waterstof en de CO₂ voor de productie van ureum worden toegeleverd aan de ammoniakfabriek van OCI. 

Megatrend

Als het goed is valt eind 2023 de definitieve beslissing over de investering van een half miljard euro. Tot die tijd wacht Furec niet; er is al contact met de eerste leveranciers over detailed design en levering. Wordt dat een ‘go’, dan kunnen de fabrieken in Buggenum en op Chemelot in 2026 operationeel zijn. Eurlings: “We zijn blij dat Chemelot ons als bewoner op de site wil hebben en dat we van de organisatie en infrastructuur gebruik kunnen maken. Je kunt alleen naar de bank als je aan de voorkant een contract kunt tonen voor het afnemen van het afval en aan de achterkant voor de grootschalige afname van syngas of waterstof. Hoe groter de schaal, hoe beter. Daarom is OCI op Chemelot een goede klant. Maar dit kan in principe in alle grote chemische clusters. In Europa is de productie van bulkplastics sterk geconcentreerd in Nederland en in Noordrijn-Westfalen. Daarom maken we de knip in het proces niet alleen om een ‘vuil’ en een ‘schoon’ proces te scheiden. Deze scheiding zorgt er ook voor, dat je de pellets in heel Europa op de plaats van plasticgebruik kunt produceren. Vandaar kun je ze aanvoeren naar de locaties van plasticproductie in onze regio. Zo kunnen we op termijn op Europese schaal de megatrend van circulariteit realiseren.”

Vergaande voorbehandeling betaalt zich uit

Al dertig jaar wordt er naarstig gezocht naar routes voor chemische recycling. Logisch: een circulaire grondstof voor de chemie tegen marktconforme kosten lost veel problemen op. Furec gaat uit van de marktprijs van anderhalf tot twee euro voor een kilo waterstof, de prijs die in 2017 en 2018 gebruikelijk was.

Eurlings: “Ter vergelijking: via elektrolyse komt de prijs op zes tot tien euro per kilo. Verschillende bedrijven hebben eigen technologie ontwikkeld die commercieel beschikbaar is, maar in de praktijk zijn er geen toepassingen boven een jaarcapaciteit van 50.000 ton afval. Wij zijn uitgegaan van bewezen technologieën: voor een deel komt wat wij doen overeen met de steenkoolvergassing waarop de Chinese chemiesector is gebaseerd. Daarmee hebben we een proces voor grootschalige verwerking opgezet. Het nieuwe is dat wij het gemengde huisvuil in een makkelijk verwerkbaar poeder kunnen omzetten. We hebben door schade en schande geleerd dat vergaande voorbewerking door het vroegtijdig verwijderen van stoorstoffen zich uitbetaalt in een robuust proces. Vergelijk het met het eten van een boterham waar een steentje in kan zitten: als je dat risico loopt, bijt je een keer je tand stuk. Goede voorbehandeling voorkomt dit.”

Nieuwe bedrijvigheid op Chemelot

Chemelot is ook al bezig met het verduurzamen van de tweede grote grondstofstroom: nafta. “SABIC en Plastic Energy bouwen een fabriek die afvalplastic pyrolyseert; de pyrolyse-olie is voeding voor de kraker”, vertelt Chemelot-directeur Radix. “Hier gaat het om enkele procenten van het naftaverbruik. Daar komt bij dat Black Bear Carbon autobanden gaat pyrolyseren voor een vergelijkbaar aandeel.” De strategie van Chemelot voor de verduurzaming van processen voorziet verder in elektrificatie van de productie.

Radix wijst erop dat de sterke focus op verduurzaming van de site onder andere betekent dat er alleen nog nieuwe bedrijvigheid welkom is die daaraan bijdraagt. Een voorbeeld is Syclus, dat etheen maakt uit hernieuwbare grondstoffen. “De verduurzaming kan niet snel genoeg gaan. En met Furec zetten we meteen een grote stap.”