EU wil onderzoeken of de zon geblokkeerd kan worden om klimaatverandering tegen te gaan

Het hoe, wat, waar en waarom van elektrificatie in de industrie

De Nederlandse industrie is een grootverbruiker van energie. Ruim 40 procent van het totale energieverbruik in ons land komt op conto van de sector. Veruit het grootste deel daarvan is warmte, vertelt Ten Cate: “Warmte wordt in bijna alle processen gebruikt en op allerlei manieren. We pasteuriseren melk door het te verhitten op temperaturen van 80 graden Celsius, we drogen papier met droogprocessen van 100 tot 160 graden, en we produceren ijzer door ijzererts te verhitten op temperaturen van 1.500 tot 2.000 graden. De industrie doorloopt talloze temperatuurtrajecten, daar zit verreweg het meeste energieverbruik.” Die warmte genereren we van oudsher met fossiele energiebronnen, zoals aardgas en kolen. Dat heeft meerdere voordelen. Fossiele energie was decennialang relatief goedkoop, het is goed op te slaan en gemakkelijk aan te leveren. Daarmee biedt het leveringszekerheid en dat is ontzettend belangrijk voor de industrie. “Veel fabrieken en processen kun je niet zomaar uitzetten als er even geen energie beschikbaar is”, verklaart Ten Cate. “De leveringszekerheid die fossiele energiebronnen bieden, is daarom een belangrijk pluspunt.” Elektrificatie: een onmisbare optie Maar fossiele energiebronnen hebben ook een enorm nadeel: de uitstoot van schadelijke broeikasgasemissies die gepaard gaat met de verbranding ervan. “Je kan CO2-uitstoot natuurlijk afvangen en opslaan (Carbon Capture & Storage, red.), en dat zullen we ook zeker nodig hebben, maar dan blijf je wel ‘gewoon’ fossiele energie gebruiken. Daar moeten we juist vanaf”, zegt Ten Cate. “Voor een echt duurzaam energiesysteem in de industriesector is elektrificatie een onmisbare optie.” In een notendop: elektrificatie betekent het vervangen van fossiele energiebronnen door (groene) stroom. Voor de industrie betekent dit dat veel processen, die nu nog aangedreven worden door kolen of gas, in de toekomst aangedreven worden door elektriciteit. De duurzame impact daarvan kan gigantisch zijn, stelt Ten Cate: “Neem de kraakfornuizen uit de chemische industrie. Die zetten nafta, een olieproduct, om in allerlei chemische bouwstenen zoals ethyleen. Dit vormt de grondstof voor een schare aan chemische producten die de industrie op dagelijkse basis produceert, zoals plastics. In Nederland zijn er op dit moment drie bedrijven die dit soort fornuizen opereren. Zij kunnen een CO2-reductie van meerdere megatonnen realiseren met een overstap op elektriciteit.” Tekst gaat verder onder het kader.Wat doet ISPT op het gebied van elektrificatie? Het Institute for Sustainable Process Technology (ISPT) houdt zich op allerlei manieren bezig met de elektrificatie van de Nederlandse industrie. Twee projecten illustreren deze inspanningen bij uitstek. Met het Hydrohub GigaWatt Scale Electrolyser-project leverde ISPT (samen met partners) ’s werelds eerste blauwdruk op voor een groene waterstoffabriek op gigawattschaal. “Die schaalgrootte is belangrijk; het is een essentiële schakel tussen offshore windparken en de enorme energievraag van de industrie”, zegt Ten Cate. “Toen we met dit project startten, had niemand nog een idee over hoe een waterstoffabriek op gigawattschaal eruit zou zien. Nu ligt de blauwdruk er.” Een ander project rondom elektrificatie dat ISPT begeleidt, is het e-Missi0n-project. “Kraken is een fundamenteel proces voor de industrie. Het zorgt ervoor dat olie-moleculen uiteenvallen in hun componenten. Met die verschillende bouwsteentjes, zoals ethyleen en propyleen, kunnen we allerlei dingen maken”, aldus Ten Cate. “Binnen het e-Missi0n-project onderzoeken we hoe we dat proces in zijn geheel kunnen elektrificeren.”Directe en indirecte elektrificatie Veel potentie dus. Maar elektrificatie is helaas gemakkelijker gezegd dan gedaan. Bij sommige industriële processen is directe elektrificatie heel goed mogelijk, maar bij andere is het juist knap lastig. Bij directe elektrificatie wordt de fossiele energiebron van (bijvoorbeeld) een industrieel proces direct vervangen door groene elektriciteit. IJzerproductie is een voorbeeld van een proces waarbij dat lastig is. Om ijzer te winnen, is het namelijk belangrijk om ijzererts te reduceren (ofwel te oxideren) in een hoogoven. Kolen lenen zich perfect voor dat klusje, omdat koolstof zich graag aan zuurstof bindt. Maar elektriciteit heeft die eigenschap niet. Dat maakt directe elektrificatie van ijzerproductie dus lastig. Gelukkig is er ook nog zoiets als indirecte elektrificatie. Bij indirecte elektrificatie heeft het elektrificatieproces een extra stap. Het schoolvoorbeeld daarvan is groene waterstof. Deze schone energiedrager wordt gemaakt met behulp van groene stroom (dus elektriciteit staat wel aan de basis) en kan óók ingezet worden om industriële processen te verduurzamen. Je kunt het bijvoorbeeld inzetten voor warmteproductie, door het direct te verbranden in een boiler. Of je kunt het inzetten als vorm van energieopslag, om periodes met weinig stroomaanbod te overbruggen. Zelfs de processen waarbij directe elektrificatie lastig is, zoals ijzerproductie, kunnen op deze manier verduurzaamd worden. “Waterstof reageert ook graag met zuurstof, net als kolen”, verklaart Ten Cate. “Zo wordt het dus toch mogelijk om ijzerproductie te verduurzamen met behulp van elektriciteit.” De potentie van indirecte elektrificatie kan ook significant zijn, vervolgt Ten Cate: "Neem Tata Steel, dat nu ongeveer 12 megaton CO2-uitstoot per jaar produceert. Het bedrijf wil verduurzamen door zijn processen om te bouwen naar zogenoemde Directe Reductie. Hierbij zet je groene waterstof in en gebruik je een elektrische oven om vloeibaar ijzer te produceren. Als Tata Steel één van zijn hoogovens ombouwt naar dit proces en laat draaien op groene elektriciteit, daalt de uitstoot meteen met zo’n 4 megaton.” Genoeg groene stroom Het elektrificeren van industriële processen is dus niet altijd even gemakkelijk, maar kán meestal wel. Daar zit de grootste uitdaging dan ook niet. Waar dan wel? In het verkrijgen van genoeg groene stroom. Elektrificatie van industriële processen betekent namelijk een enorme stijging van de elektriciteitsvraag van de sector. Naar verwachting gaat het om 80 tot 130 terawattuur in 2050. En die (groene) stroom moet ook nog eens over langere periodes beschikbaar zijn, want veel industriële processen draaien 24 uur per dag. Dat maakt elektrificatie lastig, want het aanbod van groene stroom fluctueert juist enorm. Het waait immers niet altijd en zonnige dagen zijn (zeker in Nederland) geen garantie. Een moeilijke puzzel, beaamt Ten Cate, die nog lang niet is gelegd. Toch kan hij de contouren van wat er moet gebeuren al schetsen. Een essentiële stap is bijvoorbeeld energie-efficiëntie. Want hoe lager de elektriciteitsvraag van de industrie, hoe kleiner bovenstaande uitdaging is. Daar is nog een wereld te winnen, zegt hij: “Het verduurzamen van je energiehuishouding gaat juist ook over hergebruik van energie. Dat kan bij uitstek in de industrie, bijvoorbeeld door de inzet van warmtepompen, damprecompressie (ook een soort warmtepomp) en het slim ‘cascaderen’ van warmte in fabrieken. Processen op hoge temperaturen houden restwarmte op een lagere temperatuur over. Die warmte kan weer ingezet worden voor een proces op lagere temperatuur, dat weer restwarmte overhoudt voor een ander proces, enzovoorts.” “Uiteindelijk houden we dan restwarmte over op 80 tot 100 graden die nog heel goed ingezet kan worden in de gebouwde omgeving”, vervolgt hij. “Dat is warmte die bovendien uit groene stroom komt en dus schoon is. Het is belangrijk dat we met deze verbinding tussen industrie en gebouwde omgeving aan de slag gaan; het kan het imago van de industrie fors verbeteren.” Flexibel worden Een ander puzzelstuk is flexibiliteit aan de gebruikerskant, verwacht Ten Cate. Het aanbod van groene stroom uit zon en wind zal bijzonder variabel zijn. Daar moet je op in kunnen spelen. Veel industriële processen lenen zich daar goed voor; die kunnen tijdelijk op een lager pitje draaien als het energieaanbod laag is of juist op vol vermogen draaien wanneer er veel aanbod is. Zo heeft de industrie een bufferende werking op het energiesysteem. “Maar dat moeten we nog wel in de vingers krijgen en het vraagt om veel investeringen”, benadrukt Ten Cate. Een systeemprobleem En zoals eerder gezegd, niet alle industriële processen kun je zomaar afschakelen. Kraken is daar een goed voorbeeld van. Kraakfornuizen opereren op zo’n 1.000 graden Celsius en moeten constant aanstaan om die temperatuur te behouden. Met andere woorden: een kraakfornuis zet je niet zomaar even uit. En dat schuurt met de variabiliteit van groene stroom. Dan is de vraag: hoe los je dat op? “Het ei van Columbus hebben we nog niet”, zegt Ten Cate. “Maar we weten wel dat het om een samenspel van oplossingen zal gaan, van netverzwaringen tot flexibiliteit en verschillende vormen van energieopslag, op verschillende plekken in de energieketen.” “Dit is bij uitstek een systeemprobleem, dat we gezamenlijk moeten oplossen”, vervolgt hij. “Het net moet verzwaard worden. Maar niet te zwaar, want dat wordt te duur. Industriële bedrijven moeten flexibeler worden, maar niet te. We moeten energie opslaan, maar op welke manieren en waar? Aan de vraag-, transport- en aanbodkant liggen wat dat betreft talloze uitdagingen. Het is een flinke puzzel om ons systeem slim en betaalbaar in te richten.” Minimale kosten, maximale leveringszekerheid Ondanks dat is Ten Cate ervan overtuigd dat we dat gedegen kunnen inrichten in Nederland. “We zijn al eeuwenlang in staat om nieuwe technieken ons eigen te maken. Dat zal nu niet anders zijn”, zegt hij. “Elektrificatie van de industrie kan gewoon. Het is alleen de kunst om het te doen met een balans van minimale kosten en maximale leveringszekerheid. Dat moeten we in de vingers krijgen, maar dat kunnen we. En daarnaast: we moeten wel. There is no alternative.” Lees ook: Veel windenergie op zee overbodig zonder elektrificatie industrieEen circulaire en CO2-neutrale procesindustrie in 2050, hoe krijgen we dat voor elkaar?Dit artikel is gemaakt door een van onze expertredacteuren in samenwerking met onze partner. Change Inc. werkt met partners die de klimaattransitie aanjagen. Zij kunnen cases presenteren waar anderen zich aan kunnen optrekken en zijn eerlijk over de uitdagingen. Niet één bedrijf is al 100 procent duurzaam, maar veel zijn onderweg. Dankzij ons partnermodel zijn onze artikelen gratis toegankelijk voor iedereen. Benieuwd naar onze partners? Klik hier.