Afgerond pilotproject

De verbinding tussen staal en chemie
Wereldwijd staan de staalindustrie en de chemische industrie voor grote uitdagingen als het gaat om het gebruik van fossiele grondstoffen en de uitstoot van CO2. De staalindustrie, die voor veel CO2-uitstoot zorgt, staat voor de belangrijke taak om deze uitstoot aanzienlijk te verminderen. Tegelijkertijd zoekt de chemische industrie naar duurzame alternatieven voor het gebruik van fossiele grondstoffen in het productieproces.

Het Steel2Chemicals-project probeert een brug te slaan tussen deze twee sectoren en heeft onderzoek verricht naar de mogelijkheid om koolstof in staalgas een ‘tweede leven’ te geven. Kortom: er is onderzocht of staalgas uit de staalindustrie omgezet kan worden in een grondstof voor de chemische industrie.

Synthesegas als alternatieve grondstof
In onze fabrieken worden plastics en chemicaliën geproduceerd, die we allemaal dagelijks gebruiken. Denk bijvoorbeeld aan toepassingen in smartphones en matrassen. De bouwstenen voor deze plastics en chemicaliën worden gemaakt in onze krakers. Om deze bouwstenen te produceren worden de fossiele grondstoffen nafta en LPG in de krakers onder hoge temperaturen omgezet in kleinere bouwstenen; zoals ethyleen, propyleen, butadieen en benzeen.

Wij zoeken altijd naar alternatieve grondstoffen om onze producten te maken. Synthesegas, een mengsel van koolmonoxide (CO) en waterstof, is een hier een mooi voorbeeld van. Je kunt het maken uit aardgas, uit biomassa en uit afval. Het is een basisgrondstof waar we veel van onze producten mee kunnen maken.

Van Steel naar Chemicals
In het Steel2Chemicals-project is in een pilot plant gekeken naar de technische haalbaarheid van synthesegas als basisgrondstof voor de productie van plastics en chemicaliën. Voor synthesegas zijn koolmonoxide (CO) en waterstof nodig. Waterstof hebben wij in Terneuzen zelf, maar we hebben geen koolmonoxide. In de hoogovens van staalproducent ArcelorMittal (Gent) worden bij de productie van staal echter grote hoeveelheden koolmonoxide (CO) en kooldioxide (CO2) gevormd. De koolmonoxide wordt momenteel verbrand, om zo te voorkomen dat het de lucht in gaat. Door de koolmonoxide af te vangen met een proefinstallatie, hoeft het niet meer na verbranding als CO2 de lucht in te gaan, maar kan het in ons proces worden gebruikt als koolstofbron. Op deze manier worden we minder afhankelijk van fossiele grondstoffen en gaat de CO2-uitstoot van ArcelorMittal omlaag. De koolstof gaat van ‘Steel’ naar ‘Chemicals’ en wordt opgeslagen in materialen in plaats van in de atmosfeer.

Een stapje terug
Voordat we in 2018 met deze pilot plant aan de slag konden gaan, is in 2016 de eerste fase van het grensoverschrijdende project gestart. Ook wel het ‘Carbon2Value-project’ genoemd. Samen met ArcelorMittal in Gent werd onderzoek verricht naar de mogelijkheden voor het afvangen en herwaarderen van CO2. Met co-financiering van ERDF (financiering uit het Interreg2Seas programma (project 2S01-094)) is de basis gelegd voor de verwijdering van CO2 uit hoogovengas en is gekeken of ook zwavel uit het gas kon worden afgevangen.

Na een succesvolle eerste fase, kon de speciaal ontwikkelde pilot plant worden hergebruikt als leverancier van de grondstof (staalgas) in het opvolgende Steel2Chemicals-project. Het toenmalige consortium werd uitgebreid en bestond uit ArcelorMittal, TNO, de Universiteit van Gent en Tata Steel, het Institute for Sustainable Proces Technology en Dow Benelux. Dit diverse consortium is een goed voorbeeld van grensoverschrijdende en sectoroverschrijdende samenwerkingen met verschillende commerciële belangen, maar met het gemeenschappelijke doel om hun impact op het klimaat te verminderen.

Steel2Chemicals
In het Steel2Chemicals-project hebben we onderzocht in welke vorm het gebruik van staalgas tot de hoogste milieuwinst leidt tegen de laagste kosten. Eén van de routes in deze studie was het maken van synthetische nafta uit staalgas. Deze nafta kan bij ons als circulaire grondstof worden ingezet in de krakers, waarbij de koolstof uiteindelijk wordt opgeslagen in materialen. Dit proces was al ontwikkeld in onze laboratoria in Terneuzen en is binnen het Steel2Chemicals-project op grotere schaal getest in een pilot plant (proefinstallatie). Deze is met co-financiering van de Topsector Energie tot stand gekomen. De pilot plant heeft in 2022 en 2023 belangrijke data opgeleverd om de gezamenlijke studie naar de beste routes mogelijk te maken. Daarnaast werd een grote hoeveelheid synthetische nafta gemaakt die door de UGent is bestudeerd in een mini-kraker.

Resultaten van het pilotproject
Het pilotproject is inmiddels afgerond. En de Steel2chemicals pilot plant is van ArcelorMittal in Gent naar onze locatie in Terneuzen verplaatst. Recent maakte partner ISPT (Institute for Sustainable Process Technology) de resultaten van het Steel2Chemicals-project bekend. Meer informatie en de conclusies hierover lees je hier. Enkele korte highlights hieronder;

• Uit de werking van de proeffabriek blijkt dat de belangrijkste stappen werken zoals verwacht en ook in combinatie met elkaar functioneren. Het hoogovengas werd met succes omgezet in nafta, die goede eigenschappen heeft als grondstof voor chemische productie. Deze bevestiging op grotere schaal komt overeen met de verwachtingen op basis van eerdere laboratoriumtests.
• Het project bracht echter ook een aantal nieuwe uitdagingen op het gebied van procestechnologie aan het licht. Hoewel de algehele efficiëntie van de installatie voldoende is, is deze lager dan verwacht op basis van eerdere benchmarkexperimenten. Het industriële hoogovengas levert echter ook wat operationele problemen op, vooral wanneer de input varieert.

Alle resultaten

Samengevat heeft het project ons geleerd dat het gebruik van staalgas als grondstof geen eenvoudige opgave is voor Dow. De technische haalbaarheid hangt af van verschillende factoren en het is nog niet gelukt om stabiel te werken in het gewenste experimentele bereik. Hoewel de kosten voor het verminderen van CO2-uitstoot lager zijn dan de kosten van het emissiehandelssysteem (ETS), zijn de kosten in absolute zin enorm hoog. Het gaat om enorme investeringen en de technologie is duidelijk nog niet klaar voor implementatie. Het risico voor de staalindustrie blijft aanzienlijk en verdere verbetering van de business case is noodzakelijk.

Terneuzen Path2Zero project
Er zijn voor ons gelukkig ook andere mogelijkheden om circulaire synthetische grondstoffen te maken. Daarom is de Steel2Chemicals pilot plant verplaatst naar Terneuzen, zodat we deze kunnen hergebruiken om ook met andere gassen te kunnen testen. Bijvoorbeeld met synthesegas uit vergassing van plastic afval of biomassa.

Deze synthesegaschemie speelt daarnaast een belangrijke rol in het Terneuzen Path2Zero-project. Hierbij zullen we waterstof produceren uit onze eigen restgassen, om zo onze CO2-uitstoot te verlagen. In de eerste fase van dit project zal deze circulaire waterstof als brandstof worden gebruikt. De geconcentreerde CO2 uit de waterstofproductie kunnen we vervolgens afvangen voor opslag. Alle informatie hierover lees je hier. Daarnaast zijn we met Shell en TNO een technologie aan het ontwikkelen om de krakers te elektrificeren. Als dat lukt hebben we geen waterstof meer nodig en kunnen we het interne restgas eenvoudig omzetten in synthesegas zonder dat er CO2 bij vrij komt. Uit dit circulaire synthesegas kunnen we dan deels onze eigen grondstoffen halen, waardoor er uiteindelijk ook minder externe grondstoffen nodig zijn. 

De toekomst van synthesegas
Synthesegaschemie zal dus een centrale rol gaan spelen in onze grondstoffentransitie. Het doel is om uiteindelijk al onze grondstoffen te verkrijgen uit afval, biomassa of reststromen. Waarbij de Steel2Chemicals pilot plant van groot belang is in de verdere ontwikkeling van de benodigde technologie, daarom is deze pilot dan ook verhuisd naar Terneuzen voor de voortzetting van dit voor ons belangrijke experimentele werk.