Op een duurzame manier plastics produceren uit CO2: vanaf 2030 kan het

Elektrochemische industrie biedt nieuwe mogelijkheden

Naar verwachting neemt het wereldwijde gebruik van plastics tussen nu en 2050 namelijk toe van 350 miljoen naar meer dan 1 miljard ton. Ingrijpen is dus noodzakelijk.

TNO werkt daarom nauw samen met de chemische industrie en de overheid aan recycling en biobased plastics, maar ook aan de elektrificatie van productieprocessen. Dat laatste leidde in 2014 tot de oprichting van VoltaChem, een 100% dochter van TNO.

Hier is een innovatieprogramma opgestart dat de chemische industrie helpt om in 2050 volledig duurzaam te zijn door de inzet van duurzame energie. Naast het elektrificeren van het warmtegebruik in fabrieken vinden er ook steeds meer onderzoeken plaats over het produceren met elektrochemie. Hoe je direct met behulp van elektriciteit chemicaliën kunt produceren die nodig zijn voor het maken van plastics.

Benodigd: duurzame elektriciteit en CO2

Wat er nodig is voor de duurzamere manier om direct plastics te produceren met elektriciteit? Om te beginnen chemische reactoren die direct werken op duurzame energie.

Daarnaast zijn er koolstofbronnen nodig die duurzaam en circulair zijn, zoals afval en biomassa. In de afvalgassen die tijdens verbranding hiervan ontstaan, bevindt zich CO2. En dat kan een grondstof zijn voor producten zoals plastics.

Met behulp van elektrochemische technologie, eventueel gecombineerd met traditionele processen, is het mogelijk om deze CO2 direct om te zetten in duurzame chemische bouwstenen.

En dat kan uiteindelijk zelfs ook werken met CO2 die uit de lucht wordt gehaald, wat fabricage van kuststoffen onder de streep nóg duurzamer maakt. Want plastics maken waarbij er geen CO2 vrijkomt, maar waarvoor er juist CO2 nodig is: dat is precies wat de wereld nodig heeft om de koolstofketen te sluiten in een toekomstige CO2 neutrale en circulaire economie.

Productieproces efficiënter maken

Tot zover de theorie. Ondertussen wordt er in Petten hard gewerkt om dit alles in de praktijk te brengen. ‘Daarbij zijn er nog wel wat uitdagingen’, weet Jurriaan Boon, procestechnoloog bij TNO.

‘De chemische reactoren werken op duurzame energie. En hoewel we er alles aan doen om er zo zuinig mogelijk mee om te gaan, kost het nog veel energie en grondstoffen om tot de benodigde chemische bouwstenen te komen.

Maar als we het scheiden van CO2 combineren met het omzetten ervan in de benodigde chemische bouwstenen, kan dat al een stuk efficiënter. En daarmee voorkomen we dat er teveel schaarse duurzame energie en grondstoffen verloren gaan en dat de prijs van de producten te hoog wordt.’

Demonstratiefabriek

TNO wil ervoor zorgen dat de innovatieve technologie om plastics te produceren vanuit CO2 zo snel mogelijk marktrijp wordt gemaakt. ‘Tussen 2040 en 2050 moet het volledig operationeel zijn op wereldschaal, en dat betekent dat we moeten versnellen’, benadrukt Martijn de Graaff, cluster manager industriële transformatie bij TNO en programmadirecteur bij VoltaChem.

‘Een eerste stap is daarom om in 2030 een eerste demonstratiefabriek in gebruik te nemen. Normaal gesproken kost zo’n proces twee keer zoveel tijd, maar dankzij onze nauwe samenwerking met de bedrijven binnen de VoltaChem business community en met universitaire partners zoals de TU Delft en Universiteit van Maastricht wordt dit versneld realiteit.

Als TNO zetten we uiteraard onze kennis en faciliteiten in om met deze innovatieve technologie zo snel mogelijk tot volledige koolstofcirculariteit te komen.’

Holistische aanpak

Circulariteit is sowieso een belangrijk aandachtspunt bij TNO. Het op een zo duurzaam mogelijke manier produceren van plastic helpt natuurlijk al enorm. Maar daarmee is het afvalprobleem nog niet opgelost. Daar is een intensieve ketensamenwerking voor nodig.

En daarom werkt TNO met verschillende partijen samen: van de duurzame energieproducenten en afvalverwerkers tot chemische industrie. Van universiteiten tot brand-owners die plastic als grondstof gebruiken voor hun producten. En van technologieontwikkelaars tot eindgebruikers.

‘We bekijken het hele proces op een holistische manier’, zegt Elena Pérez Gallent, die binnen TNO betrokken is bij het onderzoek naar de directe omzetting van CO2 met behulp van groene stroom.

‘Dat betekent dat we verschillende verduurzamingstrajecten verkennen. Bij de elektrochemische productie van plastic kijken we ook wat economisch en ecologisch gezien het meest haalbare traject is om daar ook echt een circulair product van te maken. De meest kansrijke routes beproeven we direct in het laboratorium en ontwikkelen we door samen met onze partners, wereldwijd.’

Bewijzen dat het een rendabele investering is

De ingebruikname van de demonstratiefabriek in 2030 wordt een belangrijke mijlpaal. Maar TNO en de andere partijen die daarbij betrokken zijn in het VoltaChem programma, beseffen zich maar al te goed dat het dan pas echt begint.

‘In 2050 moet de plasticproductie volledig duurzaam zijn’, benadrukt Jurriaan. ‘Dat betekent dat we, naast het ontwikkelen van recycling technieken en biobased plastics, aan het eind van dit decennium al aan moeten tonen dat het mogelijk is om met groene stroom plastics te produceren uit afvalgassen, water en lucht.

En onze demonstratiefabriek gaat ons daar enorm bij helpen. Het motiveert bedrijven om te investeren in de toepassing van dit soort duurzame productietechnologieën. En wij kunnen daar de theorie in de praktijk brengen en op die manier bewijzen dat het rendabel is om in dit soort technologieën te investeren.’

Druk jouw stempel op de energietransitie

TNO is altijd op zoek naar tijdmakers, naar mensen die grenzen durven te verleggen, die durven te dromen over een toekomst waarin plasticproductie volledig duurzaam is.

We zoeken slimmeriken en alleskunners die wetenschap toepasbaar maken en die vernieuwende technologische ontwikkelingen inzetten om de wereld duurzamer te maken. Dit is het moment om jouw talent en jouw ambitie in te zetten bij TNO.