De koolstof (C) die we nodig hebben om producten te maken, halen we nu uit fossiele bronnen. Maar dat veroorzaakt klimaatopwarming, dus moeten we ervan af. De vraag is dan: waar halen we in de toekomst onze C vandaan? Koolstof zit onder andere in CO₂, en bronnen daarvan zijn de rookgassen van afvalverbranders en de industrie (chemie, staal, cement), biogeen materiaal (biogas) en de lucht.

“Al deze bronnen worden op een bepaald moment aangeboord”, zegt Martijn de Graaff. Hij maakt deel uit van het kernteam van FutureCarbonNL, een samenwerkingsverband dat een voorstel ontwikkelt voor de subsidieregeling Nationaal Groeifonds (zie kader). Dit voorstel richt zich op versnelling in nationaal onderzoek, ontwikkeling en demonstratie van technologieën die CO₂ (kooldioxide) en CO (koolmonoxide) kunnen omzetten in (nieuwe) materialen, chemicaliën, brandstoffen en voedsel (ook wel Carbon Capture and Utilization, CCU, genoemd). Dat kan door middel van thermokatalytische, biochemische, elektrochemische en fotochemische processen. In samenhang met de energie- en materialentransitie moet dit uiteindelijk een circulaire en CO₂-neutrale economie mogelijk maken.

Verdienen

Dat die er komt is geen vraag meer, stelt De Graaff, die in het dagelijks leven bij TNO verantwoordelijk is voor het industrie-transformatie-programma en voor Voltachem (onder andere Power-2-Chemicals en Power-2-Hydrogen). De enige vraag is: waar komen straks de kennis en de technologieën vandaan, en dus: welk land gaat er geld mee verdienen? Als het aan FutureCarbonNL ligt, is dat Nederland. “We zijn daartoe in staat, dankzij al onze kennis, technologie en ervaring: gerenommeerde universiteiten die goed zijn in katalyse en het bedenken van nieuwe slimme integratie-concepten, toegepastekennisinstellingen die dat kunnen vertalen naar first of a kind pilots, en start-ups met technieken die nu al gebruikt worden, ook al zijn die nog niet het meest efficiënt.” Kernteamlid Matthias Heinemann, hoogleraar moleculaire systeembiologie aan de Rijksuniversiteit Groningen, vult aan: “We hebben in Nederland alles bij elkaar om proeftuin én koploper te worden in CCU, inclusief een ambitieuze chemische industrie die de noodzaak inziet van de transitie en die goed is in opschalen.”

TRL’s

Het innovatieprogramma van FutureCarbonNL omvat activiteiten over de hele range van TRL (Technology Readiness Level) en is verdeeld in drie pijlers. Heinemann richt zich op de lage TRL’s (fundamenteel onderzoek en proof of concept), De Graaff op de midden-TRL’s (toegepast onderzoek, validatie en demonstratie van prototypes in testomgeving) en kernteamlid Peter Remco Vellinga, sustainability manager Benelux bij BASF, op de hoge TRL’s (demonstratie in operationele omgeving). Deze drie pijlers gaan in het innovatieprogramma tegelijkertijd, parallel aan elkaar, van start. De resultaten binnen de drie pijlers kunnen elkaar onderling versterken.

In de hoge TRL’s bevinden zich op dit moment onder andere de conversies naar methanol en syngas (CO en H₂), weet Vellinga. “Zeker methanol en vliegtuigbrandstoffen zitten op de rand van demonstratie en commercialisatie. Ook voor omzetting van CO₂ naar bijvoorbeeld oxaalzuur zien we interesse in de markt voor demonstratieprojecten.”

Dat de hiervoor bij de industrie en afvalverbranders afgevangen CO₂ deels een fossiele oorsprong heeft, is volgens Vellinga onderdeel van de transitie. “Kijkend naar de stip op de horizon, een  circulaire en CO₂-neutrale economie, gaan we dat aanvullen met andere bronnen en dan faseert het vanzelf uit.” Het is een proeffase, stelt De Graaff: “Die gebruik je om ervaring op te doen met technieken voor CO₂-conversie. Misschien is het juist beter om daarvoor niet de schone CO₂ uit een fles te gebruiken, maar CO₂ met allerlei vervuilingen, zodat je kan leren hoe je die het beste eruit krijgt.” Uiteindelijk zullen er altijd wat puntbronnen van CO₂ overblijven, stelt Vellinga. “Door procesemissies die niet te voorkomen zijn vanwege bepaalde chemische processen of niet-recyclebare materialen die verbrand moeten worden.”

Hij wijst er ook op dat de aandacht niet alleen moet uitgaan naar CO₂, maar ook naar CO, dat  verkregen kan worden door materialen te vergassen in plaats van te verbranden. “Koolmonoxide is een iets minder stabiel molecuul en vergt daarom bij conversie minder energie.”

Halffabricaten

Ondertussen, terwijl we dus in de hoge TRL’s ervaring opdoen, kunnen we de conversietechnieken in de midden- en lage TRL’s verder perfectioneren. De Graaff: “Door bijvoorbeeld demonstraties van nieuwe productieketens op industriële schaal op te zetten, nieuwe katalysatoren en processen uit te vinden om CO₂ en CO om te zetten en technieken te ontwikkelen voor direct air capture (CO₂ direct uit de lucht halen – red).”

Een belangrijk onderdeel van het innovatieprogramma is volgens Heinemann de vraag hoe de toekomst van Nederland eruitziet. Wat kunnen en moeten we in Nederland op basis van de grondstoffentransitie en de energiebeschikbaarheid blijven produceren? Dat staat nog niet vast. “Wel is zeker dat de wereld CCU-technologie nodig zal hebben, naast recycling en biobased productie. En Nederland kan in de ontwikkeling van deze technologie leidend zijn.”

De Graaff denkt dat, afhankelijk van de internationale ontwikkelingen, in Nederland een beperkt stuk commodity-productie aanwezig blijft. “We hebben namelijk een uitstekende importinfrastructuur en zitten dicht bij de klant. Daarnaast worden hier waarschijnlijk een aantal nieuwe conversietechnologieën geïmplementeerd, met name voor de productie van hoogwaardige halffabricaten en om strategisch onafhankelijk te blijven.” Hoe dan ook zal de industrie zichzelf daarbij moeten omvormen. Vellinga: “Voor en deel levert de conversie van CO₂ en CO platformchemicaliën op waar de bestaande chemische industrie al op is ingericht, zoals methanol of dimethylether, aan de andere kant zal er ook een nieuwe industrie ontwikkeld worden die niet gebaseerd is op de huidige uit aardolie geproduceerde olefines.”

Fotosynthese

Het grootste deel van de nieuwe technologieën zal volgens De Graaff geïmplementeerd worden waar de kosten het laagst zijn en de bijdrage aan de CO₂-reductie het hoogst. “Aangezien de grootste kostencomponent energie is – CO₂ omzetten kost heel veel energie – zal dat op plekken zijn waar de energie goedkoop is, zoals het Midden-Oosten, Zuid-Amerika en Australië.”

Export van de technologie en kennis die nodig zijn voor implementatie van de conversietechnieken, dat is volgens FutureCarbonNL het toekomstig verdienmodel van Nederland. Heinemann: “Hoe mooi zou het zijn als we straks een katalysator hebben die de efficiëntie van direct air capture enorm verhoogt, of dat we artificiële fotosynthese mogelijk kunnen maken. Onze industrie kan die technologieën dan als een soort ASML verkopen aan partijen die ze op plekken implementeren waar veel groene energie is. Zo draait de wereld straks op CCU-technologieën die bedacht en voor het eerst geïmplementeerd zijn in Nederland.”

Over concurrentie hoeven we ons niet al te veel zorgen te maken, zeker niet als we snel van start gaan. De Graaff: “Er gebeurt op CCU-gebied al best wat wereldwijd, onder andere in de VS en in Duitsland, maar Duitsland heeft bijvoorbeeld niet genoeg groene energie. Denemarken wel, maar die heeft weer geen chemische industrie, en die heb je naast de kennisketen echt wel nodig om op te schalen en ervaring op te doen. Wat Nederland uniek maakt zijn de vijf industrieclusters waarin al heel veel in ketens wordt samengewerkt en waar kennisinstellingen om de hoek liggen en start-ups ondersteund worden in samenwerking met de grote bedrijven. Ook niet onbelangrijk: de aanzienlijke hoeveelheden groene energie, zeker genoeg voor demonstratieprojecten.”

Koolstof uit CO₂ in plaats van uit aardolie en -gas, het lijkt de ideale oplossing, en FutureCarbonNL wil het pad er naartoe plaveien. "Ik wil dat mijn kinderen straks nog een toekomst hebben”, zo motiveert De Graaff zijn betrokkenheid bij FutureCarbonNL. Dat geldt ook voor Heinemann: “Ik wil de wereld wat beter maken.”

Nationaal Groeifonds

Met het Nationaal Groeifonds trekt het kabinet tussen 2021 en 2025 20 miljard euro uit voor investeringen op gebieden waar de meeste kansen liggen voor structurele en duurzame economische groei. Inmiddels zijn in de rondes 1 en 2 al vele voorstellen gehonoreerd, waaronder ook een aantal chemie-gerelateerde. Voor de derde ronde kunnen industrieën, het mkb, start-ups, kennisinstellingen, regionale ontwikkelingsorganisaties en impactinvesteerders tot 3 februari 2023 voorstellen indienen. FutureCarbonNL is daar één van. Na indiening wordt het voorstel door de Groeifonds-commissie beoordeeld op vier criteria: bijdrage aan het duurzaam verdienvermogen van Nederland: strategische onderbouwing van het voorstel, kwaliteit van het plan, kwaliteit van de samenwerking en governance. Als het voorstel wordt gehonoreerd (in het derde kwartaal van 2023) volgt stapsgewijze financiering en kunnen projecten via open calls financiering krijgen.

Initiator van het FutureCarbonNL-voorstel is de VNCI en het wordt opgesteld mede door Twence, Carbyon, DelftIMP, Shell, Dow, BASF, Kisuma, Corbion, Avantium, Nobian, ISPT, TNO, Rijksuniversiteit Groningen, TU Delft, Universiteit Twente en de ministeries van EZK en IenW. Als het voorstel wordt toegekend, staat het open voor alle partijen (bedrijven, kennisinstellingen) die hier iets aan kunnen bijdragen.

Beeld: Curve