KunststofenRubber.nl

Kraken wordt elektrisch... maar het duurt wel nog even

14 december 2021 om 08:29 uur

Verschillende samenwerkingsverbanden in de chemische industrie werken aan het elektrificeren van het stoomkraakproces om de uitstoot van broeigassen sterk terug te brengen. (Foto: BASF)

Het ‘Cracker of the Future’-consortium (COF) wil in 2023, een werkende pilot hebben. Uiteindelijk doel: het stroomkraakproces, dat verantwoordelijk is voor ongeveer 20 tot 25 procent van de totale broeikasgasuitstoot van de chemische industrie in Europa, te elektrificeren. Ze zijn niet de enige.


Het COF- consortium heeft recent een ‘Memorandum of Understanding' ondertekend met Siemens en Technip die samen de ‘Rotating Olefins Cracker'- technologie (ROC) gaan verder ontwikkelen. Maar meer partijen zijn bezig met de ontwikkeling van ‘e'-krakers.In het memorandum spreken de partijen de intentie uit om te onderhandelen over een contract voor de installatie van een demonstratie-installatie die gebruik maakt van de ROC-technologie in een fabriek van een van de COF-leden. Het consortium bestaat uit grote industriële partijen: Borealis, BP, Repsol, TotalEnergies SE, Versalis (Eni) en coördinator Brightlands Chemelot Campus. Het COF koos voor de ROC-technologie na een evaluatie van een groot aantal op elektriciteit gebaseerde verwarmingstechnologieën voor olefinenkrakers.

Jaarlijks 30 megaton

Stoomkrakers, die nafta en of vloeibaar aardgas omzetten in chemische bouwstenen, stoten in Europa ongeveer 30 megaton CO2 per jaar uit. Hier zijn in hoofdzaak de fornuizen van de stoomkrakers voor verantwoordelijk, die om de gewenste temperatuur van pakweg 850 °C te bereiken gebruikmaken van fossiele brandstoffen. Elektrisch kraken met hernieuwbare energie kan, in combinatie met andere elektrificatie- maatregelen, de broeikasgasemissies grotendeels wegnemen.

In het beoogde scenario, en met innovatiesteun van de overheid, kan er in 2023 een demonstratie van de technologie plaatsvinden en zou deze in 2026 al commercieel beschikbaar kunnen zijn. De beschikbaarheid van voldoende betaalbare hernieuwbare elektriciteit (en infrastructuur) is essentieel voor commerciële toepassing.

krakenDe fornuizen die de voor de traditionele stoomkrakers benodigde warmte leveren verstoken in hoofdzaak fossiele brandstoffen. (Foto: BASF)

Eerste prototype-installatie

De ROC-technologie van Siemens en Technip maakt gebruik van een dynamisch reactorsysteem dat de conventionele fornuizen vervangt die worden gebruikt voor pyrolyse bij de productie van lichte olefinen. Wanneer aangedreven door elektromotoren of waterstofgestookte gasturbines, komt ‘koolstofvrij' maken van lichte olefinen te binnen handbereik. En als de elektrische energie of waterstof dan ook nog eens afkomstig is van hernieuwbare bronnen. Siemens en Technip hebben de basisprincipes van de reactortechnologie al gevalideerd in laboratoriumtests en het is de bedoeling een eerste prototype-installatie in de eerste helft van 2022 te testen. Hoe ze dat technisch gaan doen staat er alleen niet bij.

‘E-missi0n' MOOI

Ook Shell en Dow onderzoeken gezamenlijk hoe ze de fornuizen van hun ethyleen-stoomkrakers kunnen elektrificeren. Nederlandse kraakfornuizen stoten gezamenlijk vijf megaton CO2 per jaar uit. Vervanging van gasgestookte kraakfornuizen voor elektrische varianten dringt die uitstoot direct terug. Dow en Shell nemen 68 procent van deze uitstoot voor hun rekening. Ze kunnen dus jaarlijks 3,4 megaton uitstoot besparen, wat 1,5 procent is van de totale jaarlijkse Nederlandse CO2-uitstoot.

Beide ondertekenden begin juni een samenwerkingsovereenkomst voor onderzoek aan elektrificatie van hun kraakprocessen en kregen 3,5 miljoen euro subsidie uit de regeling voor Missiegedreven Onderzoek, Ontwikkeling en Innovatie (MOOI).

In het ‘e-missi0n' MOOI-project, met een looptijd van vier jaar, onderzoeken beide chemieconcerns met TNO en ISPT (The Institute for Sustainable Process Technology in Amersoort) als kennispartners de komende vier jaar of het mogelijk is om bestaande gasgestookte krakers te elektrificeren. Dankzij een retrofit kunnen de bedrijven de bestaande procesinstallaties sneller elektrificeren en hoeven zij geen nieuwe faciliteit te bouwen. Dit versnelt het proces van decarbonisatie omdat de bedrijven het grootste deel van hun bestaande installaties kunnen blijven gebruiken.

krakenElektrische krakers zijn ook belangrijk om tot een circulaire procesroute te komen. (Beeld: Brightlands)

Retrofit én doorbraaktechnologie

Parallel aan het retrofit-traject onderzoeken de partners als tweede onderzoeksrichting de inzet van doorbraaktechnologie voor de langere termijn. Nieuwe technologie is noodzakelijk wil de chemische in 2050 volledig CO2-neutraal zijn. TNO ondersteunt Shell en Dow bij beide transitie-paden. In het eerste traject onderzoekt TNO nieuwe warmte-terugwinningconfiguraties om hoge-temperatuurwarmte in het proces terug te winnen en te hergebruiken. Daarmee neemt het rendement van de installaties toe en wordt minder stroom gebruikt. Het tweede traject concentreert zich op geheel nieuwe manieren van elektrische verwarming. Waar de elektrische elementen nu nog indirect het medium verhitten, zijn er ook technieken die directe verhitting mogelijk maken. Dit zou het stroomverbruik van het kraakproces behoorlijk kunnen terugdringen.

Roto Dynamic Reactor

En als het dan over technologie gaat: in juli van dit jaar maakte het Fins-Nederlandse Coolbrook bekend dat het van het ministerie van Economische Zaken en Klimaat een subsidie van 5,5 miljoen euro heeft ontvangen voor een grootschalig proefproject met een elektrische naftakraker. De pilot-kraker moet op de Brightlands Chemelot Campus in Geleen komen te staan, waar Colbrook sinds begin vorig jaar is gevestigd. De subsidie is onderdeel van een totale investering van meer dan 12,5 miljoen euro in dit proefproject. De overige 7 miljoen euro is afkomstig van particuliere investeerders uit Finland. Het bouwen van de pilot duurt tot april 2022 en het doen van alle testen zal 1,5 jaar in beslag nemen.

De RDR-technologie (Roto Dynamic Reactor) van Coolbrook is ontwikkeld in samenwerking met de universiteiten van Oxford, Cambridge en Gent, Neste Engineering, Mitsubishi Heavy Industries en Schmidtsche Schack. In de reactor wordt nafta uitsluitend verhit door de bewegingen van een rotor, die de nafta versneld tot boven de geluidssnelheid. De schokgolf die dan ontstaat, veroorzaakt de omzetting van de kinetische energie in warmte die het uiteindelijke kraken mogelijk maakt. Behalve de claim dat de technologie tot twintig procent meer ethyleen oplevert dan een traditionele kraakinstallatie, is het energieverbruik ook nog eens dertig procent lager. Wordt de benodigde elektriciteit duurzaam opgewekt, dan wordt bovendien de CO2-uitstoot van het proces volledig geëlimineerd. Op dit moment is Coolbrook naar eigen zeggen al in onderhandeling met enkele grote oliemaatschappijen die gebruik willen maken van de technologie.

 

 

krakernBij de Roto Dynamic Reactor-technologie wordt nafta versneld tot boven de geluidssnelheid; de optredende schokgolf zet de kinetische energie om in warmte voor het kraken. (Beeld: Coolbrook) 


Multi-megawatt

Als alles volgens plan gaat, neemt een ander samenwerkingsverband, bestaande uit BASF, SABIC en Linde, in 2023 een multi-megawatt demonstratie-installatie op de BASF Ludwigshafen-locatie in bedrijf. Of die datum voor deze ‘e'-kraker-wordt gehaald is afhankelijk van de financiering. In maart van dit jaar maakte het trio gezamenlijk bekend dat ze zowel bij het ‘EU Innovation Fund' als het Duitse ‘Förderprogramm Dekarbonisierung in der Industrie' aanvragen hadden ingediend. Of de datum wordt gehaal hangt sterk af van de financieringsbijdrage uit de genoemde fondsen.

Hoe de oplossing functioneert is niet bekend. Wel spreken de partijen over een ‘fundamenteel nieuwe technologie die de CO2-uitstoot met maar liefst negentig procent kan verminderen' als gebruik wordt gemaakt van hernieuwbare bronnen voor elektriciteitsopwekking.

kraken
BASF, SABIC en Linde spreken van een ‘fundamenteel nieuwe technologie die de CO2-uitstoot met maar liefst 90 procent kan verminderen' bij gebruik van hernieuwbare bronnen voor elektriciteitsopwekking.
 

Focus op ...

Agenda

8 maart 2022, Parijs, Frankrijk

JEC World 2022

Composites solutions and innovations for all markets. Meet with decision-makers from the whole value...

31 maart 2022, Wenen, Oostenrijk

European Thermoforming Conference

The European Thermoforming Conference is unique because it is run specifically for the thermoforming...

18 mei 2022, Hardenberg

Mix Noordoost 2021

Een nieuw platform en een nieuwe vakbeurs van Easyfairs voor de maakindustrie van Noordoost-Nederland...

Meer agendapunten »