Alternatieve koolstof: niet-fossiele grondstoffen onmisbaar voor behalen klimaatdoelen

Voor het behalen van de klimaatdoelen in 2050 - nul CO2-uitstoot - moet de chemische industrie overstappen op alternatieve koolstofbronnen. Alleen zo kan ook de CO2-uitstoot in scope 3, aan het einde van de gebruiksfase van producten, omlaag. Bert Bosman van SABIC, Bertram de Crom van Cosun Beet Company en hoogleraar biobased economy Martin Junginger geven hun visie. Chemie Magazine publiceert een serie artikelen naar aanleiding van het VNCI-rapport 'van Routekaart naar Realiteit'. Daarin wordt beschreven welke stappen er gezet moeten worden om de klimaatdoelen te halen.

Tekst: Igor Znidarsic

“Ik heb ooit geleerd dat er zeven belangrijke basischemicaliën zijn, en zes daarvan komen uit de kraker”, zegt Bert Bosman, senior specialist Climate & Energy bij SABIC. “Daarmee kun je in de chemie heel veel belangrijke en nuttige materialen maken. Bij SABIC zijn dat vooral kunststoffen. De grote hoeveelheden koolstof die daarvoor nodig zijn, zijn nu afkomstig uit aardolie. Vroeger werd het plastic met die koolstof erin aan het einde van de gebruiksfase op een hoop gegooid, later gingen we er energie uit terugwinnen door het te verbranden, en zo kwam de koolstof via de CO2 weer vrij. Het is begrijpelijk dat de CO2-emissiereductie in Europa is begonnen bij scope 1, bij de schoorsteen, maar het wordt nu tijd dat we ook aandacht besteden aan scope 3, de latente koolstof die aan het einde van de keten vrijkomt. We zouden de koolstof meerdere keren kunnen hergebruiken, misschien wel oneindig.”

 

SABIC: ‘Wij geloven dat circulariteit een van de belangrijkste kansen is om klimaatneutraliteit te bereiken’ 

 

De ‘schoorsteen’ verduurzamen draagt voor 45 procent bij aan de reductie van de CO2-uitstoot van de chemische industrie. De overige 55 procent van de koolstofatomen wordt vastgezet in producten en komt aan het einde van de gebruiksfase weer vrij. Voor CO2-neutraliteit is het daarom nodig dat de fossiele koolstofbronnen worden vervangen door alternatieve koolstofbronnen, zoals biomassa, recyclaat en CO2, zo stelt het VNCI-rapport ‘van Routekaart naar Realiteit’, dat de route laat zien naar een klimaatneutrale en circulaire chemische industrie in 2050.

Hoe kijkt SABIC naar die toekomst? 

Bosman: “Wij maken op Chemelot een mooi productenportfolio, waaruit we mooie verpakkingsmaterialen en lichtere materialen voor auto’s maken. Onze fabrieken zijn gebaseerd op naftakraken. Met de laatste stand van de technologie produceren we relatief energiezuinig, en vanzelfsprekend onderzoeken we mogelijkheden om dit verder te verduurzamen. Waar we heel kritisch naar kijken is onze voeding. Wij geloven dat circulariteit een van de belangrijkste kansen is om klimaatneutraliteit te bereiken. We hebben daarom vanuit research aandacht besteed aan het in de keten terugbrengen van het materiaal dat wij uit nafta hebben geproduceerd. We werken daarbij het liefst aan drop in-oplossingen.” 

Welke koolstofbronnen lenen zich daarvoor? 

“Om te beginnen duurzame biomassa, waarvoor geen oerwouden worden gekapt en die niet concurreert met voeding. Je kan allerlei afvalstromen chemisch – bijvoorbeeld via pyrolyse – omzetten in een alternatief voor nafta. Zoals tallolie, een bijproduct in de papierindustrie. Een andere alternatieve koolstofbron is recyclaat. We zijn nu met onze partner Plastic Energy een demofabriek aan het bouwen waar gebruikt plastic omgezet wordt in pyrolyse-olie en opgewaardeerd tot nieuwe, hoogwaardige plastics. Het gaat op jaarbasis om 20.000 ton gebruikt plastic.” 

“In pyrolyse-olie kunnen vervelende moleculen zitten, die afkomstig zijn van gebruikt plastic waar de kraker niet tegen kan. Stel er zit pvc bij het recyclaat, dan krijg je mogelijk chloor in de kraker, en chloor en staal is geen gunstige combinatie. Als we in de toekomst steeds meer pyrolyse-olie gaan bijmengen, zal er voor de kraker een fabriek moeten komen die de voeding kraker-waardig maakt, ontdoet van bijvoorbeeld chloor, en ook van zuurstof en stikstof. Voor ongewenste elementen van het periodiek systeem die je er niet of lastig uitkrijgt, zul je rekening moeten houden met het design van het plastic. Als element X heel vervelend is maar wel een bepaalde functionaliteit aan het plastic geeft, moeten we dat molecuul via innovatie vervangen door een andere met dezelfde eigenschappen. Nadenken over de circulaire economie gaat dus veel verder dan alleen de kraker optimaliseren.” 

“Overigens is mechanisch recycleren goedkoper en energiezuiniger dan chemisch recycleren. Waar dat kan moet je dat ook doen. Zo maakt QCP op de Chemelot-site mooie producten van gerecycleerd HDPE en PP.” 

“Waar je ook naar moet kijken is cascadering: waar zetten we iets voor in. Hernieuwbare diesel kunnen wij goed kraken, maar dat wordt nu bijgemengd in brandstoffen. Als straks iedereen elektrisch rijdt kan die biodiesel wellicht als grondstof dienen. Je zou ook naar de huidige petrochemische grondstoffen kunnen kijken. Nafta maakt maar tien tot vijftien procent uit van de output van een raffinaderij, de overige 85 procent wordt nu als brandstof gebruikt. Al kan je daarvan mogelijk niet alles voor de chemie gebruiken vanwege beperkingen in de (huidige) processen.” 

Haalt SABIC de klimaatdoelen in 2050?    

“Het terugbrengen van CO2-emissies is een belangrijke mondiale uitdaging, die maatregelen van consumenten, overheden en de industrie vereist. Wij erkennen de noodzaak om onze productieprocessen en producten te verduurzamen. We werken daarom samen met partners uit de hele keten en de overheid om de gezamenlijke uitdaging van een klimaatneutrale en circulaire economie aan te pakken. Er moet nog wel behoorlijk wat worden geïnnoveerd en geïnvesteerd. Het gaat niet om procentjes eraf, maar om nul CO2. Daar zijn grote stappen voor nodig. Wij hebben hier in de regel eens in de zes jaar een onderhoudsstop in onze fabrieken. Tot 2050 zijn dat er nog vijf. Tijdens een van die vijf moet het gebeuren. De demofabriek voor plastic recycling staat er naar verwachting de tweede helft van 2022. Met BASF bouwen we een demonstratiefabriek voor elektrisch kraken in Ludwigshafen, die staat er in 2023. Ook daar hopen we veel van te leren. We zullen zeker tegen dingen aanlopen en zullen nog meer moeten innoveren. Het gaat allemaal echt niet in één keer goed, daar ben ik realistisch genoeg voor, maar voor mij is het glas half vol.” 

Hiervoor is ook infrastructuur nodig. 

“Voor elektrificatie van de kraker is er meer stroom nodig, en ook liefst 24/7, want wij draaien volcontinu. Er moet een extra stroomkabel komen naar Chemelot en er moeten windmolen- en/of zonneparken gebouwd worden.” 

Wat is de rol van de overheid hierbij? 

“Wij willen samen met de EU werken aan een gelijk speelveld. Toegang tot betaalbare hernieuwbare energie en een betrouwbare voorziening zijn belangrijke factoren voor decarbonisatie, en zowel het aanbod als de openbare infrastructuur blijven een uitdaging. Er is een rol weggelegd voor de industrie door samen te werken met beleidsmakers om voor de juiste middelen te zorgen. In veel gevallen bereiken de huidige initiatieven en technologieën voor energie-efficiëntie hun limiet en zijn investeringen nodig om nieuwe oplossingen te onderzoeken, te ontwikkelen en in te zetten.” 


Lees ook “Overheid nodig om circulariteit en duurzaamheid te versnellen”


“Beleidshervorming is nodig om innovatie te stimuleren en te ondersteunen, en de vraag van het publiek naar fossiel-vrije en circulaire producten is essentieel. Tenslotte zou het beleid voor emissiereductie zoals het ETS zich niet alleen moeten richten op directe emissies (scope 1), maar ook gebruik van hernieuwbare energie (scope 2) en verduurzaming van grondstoffen (scope 3).” 


Biomassa onontbeerlijk

“Voor de middellange termijn is biomassa onontbeerlijk, want er is te weinig recyclaat om alle fossiele feedstock te vervangen. Daarnaast is enkel recyclen op korte termijn niet per sé de meest duurzame weg. Chemische recycling kost veel energie, en vooralsnog is die grotendeels van fossiele oorsprong.” Aldus Martin Junginger, hoogleraar biobased economy aan de Universiteit Utrecht. “Voor de lange termijn, na 2050, als we onder meer de transportsector, het verwarmen van huizen en de processen in de chemie hebben verduurzaamd, zouden we met nog meer wind- en zonneparken fabrieken kunnen laten draaien die CO2 uit de lucht halen en er koolwaterstoffen van maken. Dan kan het gebruik van biomassa eventueel geminimaliseerd worden.”  

De biomassa die bij de oogst van voedsel en materialen in het veld achterblijft, zoals stro en boomtakken, is volgens Junginger qua volume voor de chemische industrie het meest kansrijk. Foto: Shutterstock

 

Onder biomassa vallen vele stromen, van houtresten en suikerbietenpulp tot cacaodoppen en afgewerkte frituurolie. De biomassa die bij de oogst van voedsel en materialen in het veld achterblijft, zoals boomtakken en stro, is volgens Junginger qua volume voor de chemie het meest kansrijk. “Al is deze wel moeilijker te bewerken dan bijvoorbeeld frituurolie of suiker, en de logistieke ketens zijn nog een uitdaging. En je moet zorgen dat je de bodem niet uitput en de biodiversiteit niet schaadt.”  

 

Martin Junginger: ‘De duurzame-biomassaketens die voor de energiesector zijn opgezet zouden de komende jaren meer naar de chemische industrie kunnen gaan’ 

 

Ook zo efficiënt mogelijk inzetten van land speelt een rol. “Er worden nu bossen aangeplant voor zaaghout en meubels van de IKEA’s. Na de kap worden die weer hergeplant. Het bovenste deel van de boom wordt gebruikt voor bio-energie en in de toekomst wellicht voor chemie. Maar je kan dat hout ook in het bos laten. De CO2 daarin komt uiteindelijk weer vrij, maar dat gaat veel langzamer dan bijvoorbeeld bij stro. De keuze van de feedstock bepaalt dus mede hoe snel die klimaatvoordeel oplevert.” 

Regulering 

Diverse studies laten volgens Junginger zien dat bijvoorbeeld plastics gemaakt uit biomassa een aanzienlijk klimaatvoordeel hebben boven fossiele plastics. Al maakt het wel uit welk product je maakt. “In een kunststof kozijn wordt de koolstof voor zo’n 50 jaar vastgelegd, en als je dat kozijn daarna recyclet voor nog eens 50 jaar. Maar als je diezelfde biomassa gebruikt voor een moeilijk te recyclen product, zoals bepaalde verpakkingen, en dat na gebruik verbrandt, kun je die biomassa vanuit milieu- en klimaatperspectief misschien beter in de natuur laten liggen.” 

Een probleem voor de chemische industrie is dat regulering nog grotendeels ontbreekt. “Biomassa voor energie wordt al vele jaren gesubsidieerd, terwijl een subsidie voor materiaalgebruik ontbreekt. Daardoor is aardolie een veel goedkopere grondstof. Maar ook wettelijke duurzaamheidseisen voor biomassa voor materiaalgebruik zijn er vrijwel niet.* In die zin staat de materialensector nog helemaal aan het begin van die ontwikkeling. De duurzame-biomassaketens die de afgelopen jaren voor de energiesector zijn opgezet zouden de komende jaren steeds meer naar de chemische industrie kunnen gaan.” 

*In navolging van het SER-advies 'Biomassa in Balans' heeft I&W op 9 juni 13 duurzaamheidscriteria opgesteld. De bestaande criteria zijn aangevuld met bijvoorbeeld sociaaleconomische criteria uit bestaande systemen. Gezocht is naar een balans tussen milieubescherming, arbeidsrechten en praktische uitvoerbaarheid. 


Suikers en bietmateriaal  

“Wij hebben twee op suikerbieten gebaseerde koolstofketens”, vertelt Bertram de Crom, manager Milieu bij Cosun Beet Company. “De eerste is gebaseerd op de biomassa die in de vorm van voornamelijk bietenpuntjes vrijkomt bij de verwerking van suikerbieten. “Die zetten we via vergisting om in bio-methaan. Dat wordt grotendeels geleverd aan het aardgasnet, deels gebruiken we het in ons eigen processen als brandstof. Maar je kan het ook als grondstof inzetten. Bio-MCN maakt er bio-methanol van, die als bio-fuel wordt bijgemengd. In onze fabriek in Duitsland produceren we zelf bio-ethanol vanuit tussenproduct diksap. In de coronatijd ontstond daar een heel nieuwe markt voor: ontsmettingsmiddel in handgels.”  

 

Cosun: ‘Suiker bestaat uit C6-moleculen, waar je alles mee kan maken wat nu vanuit fossiele bronnen gemaakt wordt’ 

 

Uit de biomassa kunnen ook nuttige componenten worden geëxtraheerd, zoals vezels uit de pulp en eiwitten uit het bietenblad. Een concreet product is Betafib, een op vezels gebaseerd verdikkingsmiddel, met mogelijke toepassing in voeding (sladressing, soepen, sauzen, dranken), en ook in verven, de olie-industrie, schoonmaakmiddelen en cosmetica.  

De tweede keten is gebaseerd op de sucrose (suiker) die Cosun produceert. Zo is het bedrijf recent een samenwerking aangegaan met Avantium voor de productie van glycolen.  

Volumes van suiker(bieten) zijn te klein om de fossiele koolstofketen te vervangen. Maar suiker kan wel  
een bijdrage leveren aan de CO2-reductie. Foto: Shutterstock

C6-moleculen 

Sinds het opheffen van de EU-quota voor suiker (dat vooral in de food moest worden afgezet), kan suiker nu in grotere volumes aan de industrie worden geleverd. Chemisch gezien kan de suiker van Cosun Beet Company fossiele koolstof vervangen. “Het bestaat uit C6-moleculen, waar je alles mee kan maken wat nu vanuit fossiele bronnen gemaakt wordt.” Maar de volumes zijn te klein om de hele fossiele koolstofketen te vervangen. “Er zal bovendien altijd vraag blijven naar de voedingstoepassing, en die wordt volgens de Ladder van Lansink hoger gewaardeerd dan de chemie.” Wel kan de suikerketen volgens De Crom een bijdrage leveren aan CO2-reductie in scope 3. “In bijvoorbeeld een kuststof gemaakt op basis van suiker leg je groene CO2 langdurig vast. En bij vergisting van biomassa komt groene CO2 vrij. Die kun je toepassen in de glastuinbouw, of met membraantechnologie zuiveren voor de voedingsmiddelenindustrie, bijvoorbeeld voor frisdranken. Maar dat is nu nog niet rendabel.” 

De vraag is volgens De Crom ook in hoeverre je de CO2-winst kunt aantonen. “Stel dat je met Betafib in verf een fossiel additief verdringt. Het is heel lastig om daar de CO2-winst aan toe te rekenen. Dat is het dilemma van scope 3.”  


Acties 

Bosman en De Crom hebben met andere VNCI-leden meegedacht over de te nemen acties om de inzet van alternatieve koolstofbronnen te versnellen:  

  1. Een koolstofboekhouding voor bijhouden van keteneffecten; 
  2. Een goede vergelijkingssystematiek voor de diverse opties LCA); 
  3. Technologieontwikkeling van bioraffinage en chemische vervolgprocessen; 
  4. Een stimuleringssubsidie die toegespitst is op het vergroenen van grondstoffen en het ontwikkelen van een marktvraag. 

Daarbij zijn ketensamenwerking en aansluiten bij REDII-criteria belangrijk. 


Lees ook Pleidooi voor integrale aanpak in rapport ‘van Routekaart naar Realiteit’