CO2-neutrale industrie

Verschillende wegen leiden tot het industrieel produceren zonder CO₂ uitstoot. Het gaat er dan om klimaatneutraal in de energiebehoefte van de industrie te voorzien. Eén daarvan is elektrificatie van productieprocessen.

Duurzaam opgewekte elektriciteit vervangt dan de fossiele brandstoffen die de industrie nu nog in grote hoeveelheden gebruikt. Andere belangrijke stappen zijn het grootschalig gebruik van groene waterstof en het afvangen, opslaan en hergebruiken van CO₂.

Verduurzaming van de industriele warmtehuishouding

Voor het realiseren van de klimaatdoelstellingen in de industrie is meer onderzoek en ontwikkeling nodig naar industriële warmtetechnologieën. Meer dan 80% van het industriële energiegebruik is gerelateerd aan de inzet van warmte.

De warmtevraag in de industrie strekt zich uit van temperaturen onder de 100°C tot wel 1500°C in een groot aantal verschillende processen. Deze warmtevraag wordt momenteel vrijwel volledig gedekt door de inzet van fossiele energiedragers (gas, olie, kolen) met bijbehorende CO₂-emissies.

TNO ontwikkelt technologieën en processen die het (fossiele) energiegebruik voor warmte in de industrie verlaagt, de energiekosten verlaagt en de CO₂-emissisies reduceert. Dit wordt op verschillende manieren gerealiseerd.

Zo wordt onderzocht hoe hoge temperatuur warmte kan worden geleverd met CO₂-neutrale brandstoffen (biomassa, waterstof, duurzame elektriciteit, metaalbrandstoffen). Daarnaast ontwikkelt TNO technologie voor het verhogen van de intrinsieke efficiency van een industrieel proces en voor het hergebruik en opwaarderen van industriële restwarmte middels warmtepomp- en warmteopslagtechnologie.

Afvang en nuttig hergebruik CO2

In de petrochemische industrie, bij raffinaderijen, afvalverwerkers en staalbedrijven is veel winst te boeken door CO2 af te vangen. We hebben verschillende technologieën ontwikkeld, waarvan Sorption Enhanced Water-Gas Shift proces (SEWGS) nu door de industrie wordt omarmd.

Met deze absorptietechnologie, met vaste sorbentia, kan de staalindustrie CO2 op een relatief goedkope manier tijdens het productieproces verwijderen. Dat betekent dat afvang aan de schoorsteen niet langer nodig is. Daarnaast is SEWGS een revolutionaire Nederlandse platformtechnologie die bijzonder aantrekkelijk is voor de productie van blauwe waterstof uit industriële restgassen en synthesegas. De industrie kan er bovendien goedkoper, energiezuiniger en grootschaliger waterstof mee produceren dan momenteel mogelijk is met groene waterstof.

Een andere veelbelovende technologie is gebaseerd op vloeistoffen en is inmiddels van lab tot demonstator gepromoveerd, de laatste stap vóór marktintroductie. Bij afvalverwerkers analyseren we vrijkomende rookgassen met onze unieke mobiele afvanginstallatie. Deze metingen kunnen worden gebruikt voor het ontwerpen en bouwen van installaties om grootschalig CO₂ af te vangen, die nuttig product gebruikt kan worden in bijvoorbeeld de glastuinbouw.

Verder werken we in onzeNET-faciliteit aan het evalueren en ontwikkelen van technologieën om CO₂ direct uit de lucht te halen: de zogeheten negatieve emissie. Dat alles moet leiden tot het terugbrengen van de 400 ppm CO₂ (parts per million) in de atmosfeer terug te brengen naar het pré-industriële niveau van 300 ppm.

Toekomstige energie-infrastructuur 

Grootschalige opwekking van elektriciteit op zee vereist inpassing in het energiesysteem op land en de ontwikkeling van grootschalige opslagcapaciteit om wisselende vraag en aanbod van energie te balanceren. Omzetting van elektriciteit van offshore wind naar waterstof biedt een mogelijkheid om energie zowel in de vorm van elektriciteit als moleculen te transporteren en op te slaan.

Als deze omzetting op zee gebeurt is transport van energie ook goedkoper dan transport via een elektriciteitskabel. Aan land is de groene waterstof nuttig in te zetten in industrie, gebouwde omgeving of voor transport. Naar verwachting wordt het na 2030 commercieel interessant waterstof op zee te produceren.

Dit alles vergt echter een aanpassing aan bestaande infrastructuur (hergebruik) en ook deels de aanleg van nieuwe infrastructuur. Ook voor andere duurzame gassen (groen gas, synthetische gassen en CO₂) en grondstoffen/halffabrikaten is mogelijk nieuwe infrastructuur nodig. TNO is betrokken bij alle grote initiatieven op dit gebied, altijd in samenwerking met overheden en het bedrijfsleven. Dat doen we onder meer:

• In het North Sea Energy programma (NSE) waar onderzoek wordt gedaan naar systeemintegratie op de Noordzee;
• Met PosHYdon, een proef om op een platform op de Noordzee groene waterstof te produceren;
• Met Duitsland in HY3 om groene waterstof van de Noordzee naar de industriële clusters in Nederland en het buitenland (Antwerpen en Roergebied) te brengen.
• In HyDelta wordt naar de inpassing van waterstof in de bestaande gasnetten voor transport en distributie gekeken.

We richten ons hierin zowel op de ontwikkeling van technologieën als op de economische haalbaarheid, de betaalbaarheid, leveringszekerheid en de veiligheid van de infrastructuur.

Schone waterstof

We werken aan efficiënte en betaalbare technologieën om CO₂-vrije waterstof te produceren. Dat kan via elektrolyse met elektriciteit uit wind en zon. Maar de techniek is nog te duur en te kleinschalig. Samen met innovatieve bedrijven organiseren we een ecosysteem van partijen als apparatenbouwers, leveranciers van materialen en andere relevante partijen om elektrolyse naar industriële schaal te brengen.

Daarbij zetten wij het Faraday lab in, de grootste en meest geavanceerde waterstof onderzoeksfaciliteit in Europa. Om de waterstofeconomie ook op kortere termijn mogelijk te maken doen we ook technologieontwikkeling naar de productie van waterstof uit aardgas (klimaatneutraal) en biomassa (klimaatpositief).

Biobased en synthetische brandstoffen en chemicaliën

Voor de verduurzaming van zwaar transport, zee- en luchtvaart, zijn CO₂-neutrale brandstoffen nodig. We werken aan productietechnologie voor zowel biobrandstoffen als synthetische brandstoffen. Uit reststromen als afvalhout en agrarische residuen zijn waardevolle chemicaliën en brandstoffen te maken.

In ons biofuels lab werken onze experts met bedrijven aan betaalbare oplossingen om deze reststromen aan biomassa om te zetten in milieuvriendelijke biobrandstoffen. Daarnaast richten we ons op de ontwikkeling van technologieën om synthetische brandstoffen te produceren, gemaakt uit CO/CO₂ en waterstof.

Radicale veranderingen industrie

Naast onze innovaties om tot een CO2-vrije industrie te komen werken we aan concepten om verschillende sectoren van de industrie die nu draaien op fossiele brand- en grondstoffen radicaal anders in te richten. Het gaat hier om technologische ontwikkelingen op lange termijn met een horizon van tien tot twintig jaar.

Hierbij werken experts uit zeer uiteenlopende disciplines samen aan het bedenken van nieuwe processen, materialen, met inachtneming van de gevolgen voor de samenleving. De inzichten die deze exercities en experimenten delen wij met bedrijfsleven en overheid.

In 2020 is de wereld getroffen door COVID-19 en is de uitstoot van CO2 significant gereduceerd. Tegelijkertijd zijn we anders gaan werken, reizen en communiceren. De vraag is of door de Corona pandemie er een blijvend effect zal zijn wat de CO2 uitstoot zal verlagen en de energie transitie zal versnellen. Gaan we minder reizen en energie verbruiken na het herstel, en gaat de energie transitie nu echt versnellen waardoor de doelen in zicht zijn? Partners in de World Energy Council in Nederland, waaronder PWC, Rabobank, NEC, Shell, EBN, DNV, Vattenfall, Havenbedrijf Rotterdam, VOPAK en TNO hebben hier samen onderzoek aan gedaan, en de resultaten zijn samengevat in het rapport: About black swans and green futures.