CO2 Smart Grid

  • looptijd: 2016 - 2020
  • locatie: Rotterdam, Zuid-Holland
  • functie: CO2

CO2 Smart Grid wil oplossingen bieden om de Nederlandse emissiereductie te verminderen met 85 tot 90% in 2050 ten opzichte van 1990. 

Lancering CO2 Smart grid

Tijdens de Nationale Klimaattop 2016 is het plan van aanpak gelanceerd om te komen tot ’s werelds eerste CO2 Smart Grid: een netwerk van grootschalige bronnen, buffers en gebruikers van koolmonoxide.

De komende twee jaar wordt de uitrol van dit enorme emissiereductie project onderzocht.

De sleutel: CO2 is geen afval maar een belangrijke bouwstof in de circulaire economie, in de eerste plaats voor de glastuinbouw maar ook voor de (bio)chemie, bouwmaterialen en andere sectoren.

Koolmonoxide reductie is een enorme uitdaging, met name in de energievoorziening, maar ook in andere sectoren zoals de industrie en transport. De enige toekomstbestendige optie is niet ‘slechts’ emissiereductie, maar een transitie naar een schone economie. Een circulaire economie. Dat is de grondgedachte van waaruit CO2 Smart Grid is ontwikkeld.

Omar Yaghi, professor Scheikunde aan UC Berkeley in MIT Technology Review, 2 015:

“Specifiek koolmonoxide uit de lucht halen is een intimiderende uitdaging, en het converteren naar een nuttig materiaal maakt die uitdaging alleen maar groter.

Vijf jaar geleden konden we nog niet zeggen dat het mogelijk is.

Nu kan ik nog niet zeggen dat we het hebben gerealiseerd, maar we zijn wel in de positie om te zeggen dat het haalbaar is.”

CO2 als bouwstof voor de circulaire economie

Koolmonoxide is een ontzettend belangrijke bouwstof in de circulaire economie.

  • In West Nederland hebben we de kans om op jaarbasis miljoenen tonnen zuivere CO2 aan processen in de energievoorziening en de industrie te onttrekken.
  • We hebben een infrastructuur in de grond liggen die nu al 0,4 Mton CO2 transporteert.
    Deze infrastructuur kunnen we relatief eenvoudig en dus kostenefficiënt uitbreiden met enorme buffers in gas- en olievelden onder de Noordzee.
    En daarmee hebben we de randvoorwaarden geschapen voor de ontwikkeling van onze havencomplexen tot biobased hubs en circulaire hotspots.
  • De toepassingen van zuivere CO2 in productieprocessen (glastuinbouw, biochemie, advanced fuels, bouwstoffen etc.) zijn enorm in ontwikkeling.
    Nieuwe economie waar werk en waarde wordt gecreëerd uit het afvangen, bufferen en hergebruiken
  • Markt en maatschappij spannen zich al in om tot substantiële reductie te komen. De Green Deal CO2 Noord-Holland en het ROAD project getuigen daarvan.
    Ook in projecten als de Westas Amsterdam staat reductie in combinatie met circulaire economie duidelijk op de kaart.

Dit project is een samenwerking van meer dan 25 partijen uit markt, maatschappij en overheid om een CO2 Smart Grid voor West Nederland te ontwikkelen, ten behoeve van de transitie richting een toekomstbestendige economie.

Projectpartners

AEB Amsterdam, Linde Gas Benelux, Kapp Nederland BV, AVR, LTO Glaskracht Nederland, TATA Steel, Amsterdam Economic Board, Gemeente Westland, Deltalinqs, ECN, Natuur en Milieu Noord Holland, Natuur en Milieu Zuid Holland, Greenport Westland-Oostland, Warmte Koude Metropoolregio Amsterdam, Warmte Koude Zuid Holland, Provincie Noord-Holland, Provincie Zuid-Holland, ROAD, VNO NCW West, Port of Amsterdam, Port of Rotterdam, TNO, Oram, BLOC, EBN en Gasunie

 

Links

Subsidie: RIjk

Partners: 

CO2 Smart Grid

Afnemers op korte termijn

Glastuinbouw

De glastuinbouw is op dit moment met een afname van 0,4 Mton per jaar een omvangrijke afnemer van CO2 in Nederland. Door het inbrengen van CO2 in kassen wordt de fotosynthese en daarmee de groei van planten gestimuleerd.

Een deel van de Greenport Westland-Oostland wordt nu voorzien van CO2 via de OCAP-leiding. Deze CO2 wordt geproduceerd door de waterstoffabriek van Shell en de bio-ethanolfabriek van Abengoa, beiden gevestigd in de Rotterdamse haven.

Sinds 2005 vangt OCAP CO2 op die vrijkomt bij industriële processen af om die naar kassen van tuinders te leiden. Die hoeven dan in de zomer hun ketels of warmtekrachtinstallaties niet meer te stoken.

Minder aardgas nodig

Zo zorgen ongeveer 580 tuinders (zo’n 500 rechtstreeks en zo’n 80 tuinders via Eneco) er gezamenlijk voor dat er jaarlijks 115 miljoen kubieke meter aardgas minder wordt gebruikt. Wat een uitstoot van 205.000 ton CO2 bespaart. Dit is vergelijkbaar met het aardgasverbruik van een stad als Zoetermeer.

Forse reductie CO2

OCAP levert ruim 400 kton CO2 per jaar aan zo’n 580 glastuinbouwbedrijven. Zij hebben gezamenlijk ongeveer 1900 hectare tuinbouwkassen tussen Rotterdam en Den Haag, in het Westland, de B-driehoek, Delfgauw – Pijnacker en de Zuidplaspolder.

Belangrijke notie is dat door de beschikbaarheid van CO2 ook de afzetpotentie voor duurzame warmte enorm toeneemt. Dat maakt op verschillende plaatsen het verschil tussen een wel of niet uitvoerbaar warmteproject of geothermie project.

Door het aansluiten van alle tuinders in West-Nederland (Greenports Westland-Oostland en Aalsmeer) in redelijke nabijheid van de OCAP-leiding kan er tot ca. 1 Mton CO2 worden afgezet, waarmee dus ook warmte- en geothermie projecten uitvoerbaarder worden.

Bodemassen

Een andere concrete, zo goed als marktrijpe toepassing is het reinigen van bodemassen, het uiteindelijke restproduct van een afvalverbrandingsinstallatie.

Door deze met CO2 te bewerken kunnen de laatste reactieve stoffen worden verwijderd, en de assen veilig worden toegepast, bijvoorbeeld als fundering in de wegenbouw.

Hoewel de volumes van deze toepassing bescheiden zijn in vergelijking met de andere mogelijkheden die hier beschreven worden, is het vanwege de korte, lokale cyclus zeker interessant.

Enhanced Recovery

Niet het toekomstperspectief voor gebruik van CO2 maar wel relevant als toepassing uit de praktijk van vandaag: CO2 wordt reeds op grote schaal (ruim 40 Mton wereldwijd) toegepast voor zogeheten ‘enhanced recovery’.

Dat houdt in dat het wordt gebruikt als drukmiddel om (het laatste) olie en gas uit een bron te halen. De Noordzee biedt perspectief voor deze toepassing.

Afnemers op langere termijn

Advanced fuels / hernieuwbare brandstoffen

  • Door toepassing van katalysatoren kan CO2 tegenwoordig rechtstreeks met waterstof tot methanol en ethanol worden omgezet (bron).
  • Interessant zijn ook de ontwikkelingen rondom mierenzuur, een veilig medium om waterstof compact op te slaan.
  • Een interessante opschaling van deze case ligt in de combinatie met het opvangen van schommelingen in de warmte- en elektriciteitsvoorziening. Zo kan een ongewenste piek in het elektriciteitsnet worden gebruikt in het kader van de power to gas.
  • Ook is er een interessante koppeling te maken met duurzame warmte.
    In de tuinbouw gedurende de zomer is er veel vraag naar CO2 maar weinig vraag naar verwarming. In de winter is er veel vraag naar verwarming maar weinig vraag naar CO2 . Als we deze seizoen schommelingen met slimme buffers op kunnen lossen kunnen duurzame energie, warmte en CO2 veel voor elkaar betekenen.

Biochemie

CO2 wordt binnen de chemische industrie toegepast voor o.a. de fabricage van ureum – grondstof voor kunstmest – en soda. Ook wordt er veel onderzoek gedaan naar nieuwe toepassingen voor chemische producten, zoals als bindmiddel voor verf (onderzoek van DSM en Novomer).

  • Hier wordt door de industrie hard aan gewerkt, bijvoorbeeld in het Ruhrgebied.
  • Feit is wel dat het een uitdaging is om met CO2 te werken, aangezien het een stabiel element is wat niet zo snel met andere stoffen reageert.
  • Voor effectieve benutting van CO2 in biochemische processen is daarmee veel ruimte nodig of hoge temperaturen.

Als er hoogwaardige duurzame restwarmte beschikbaar is maakt dat een case voor biochemie erg interessant.

Bouwstoffen en verwerking

Mineralen zoals olivijn binden zich van zichzelf al met CO2 . Hierdoor nemen ze al miljoenen jaren CO2 op uit de atmosfeer. Deze werking kan verstevigd worden door het materiaal te vermalen en/of direct in contact te brengen met CO2 .

Hierna kan het opgeslagen worden of bijvoorbeeld gebruikt worden bij de aanleg van wegen.

  • Mineralisatie, zoals dit proces wordt genoemd, wordt door experts als prof. D.R. Schuiling vaak gepromoot als pragmatische aanpak voor het tegengaan van teveel CO2 in de atmosfeer.
  • Ook wordt het al in de praktijk toegepast, zoals door de NS die olivijn naast de spoorwegen neerlegt en het bedrijf GreenSand, die het o.a. vermengt met potgrond en daarna verkoopt.
  • Maar ook de opwaardering van beton en duurzame vormen van hergebruik daarvan kan een interessante case opleveren.

Welbeschouwd is dit niet zozeer een toepassing van CO2 maar meer een natuurlijke manier van opslaan. Bovendien lijken de ontwikkeling rondom mineralisatie in een lager tempo te verlopen dan andere toepassingen.

Interessante uitzondering is het bedrijf SkyTree: zij vangen CO2 niet alleen op, maar passen het ook kort-cyclisch toe

CO2 Bronnen

Shell, Abengoa

In de Rotterdamse haven bevinden zich de waterstoffabriek van Shell en de bio-ethanolplant van Abengoa. In beide faciliteiten wordt CO2 als restproduct geproduceerd die wordt afgevangen en verspreid via de OCAP-leiding.

De huidige levering is 0,4 Mton per jaar.

De totale beschikbaarheid van deze bronnen is ca. 0,8 Mton per jaar. Omdat in de winter bijna geen externe CO2 in de glastuinbouw wordt gebruikt, is maar de helft hiervan op dit moment nuttig inzetbaar.

ROAD

Het Road-project (Rotterdam Opslag en Afvang Demonstratieproject) streeft ernaar om een complete cyclus van productie, afvangst, transport en opslag van CO2 te realiseren.

Het gehele project biedt zicht op afvangst van 1,1 Mton CO2 per jaar.

AVR en AEB

De afvalbedrijven van de twee grootste Nederlandse steden richten zich steeds meer op het produceren van herbruikbare inhoudsstoffen uit afval, waarbij het verbranden van de niet bruikbare fractie en het daarmee opwekken van warmte, elektriciteit en CO2 de laatste stap is in het verwerkingsproces.

Zij werken daarom (naast bijv. uitbreiding van hun stadswarmtenetwerk) aan CO2 -afvangsttrajecten.

In potentie zouden zij daarmee tezamen ongeveer 2,5 Mton per jaar kunnen leveren. Daarnaast levert het omzetten van kortcyclische biomassa in warmte, elektra en CO2 een unieke kans om per saldo CO2 uit de atmosfeer te verminderen als we die CO2 opslaan!

Dergelijke negatieve emissies zijn onmisbaar bij het behalen van onze reductiedoelstellingen.

Tata Steel in IJmuiden

Met een jaarlijkse uitstoot van 10,5 Mton (2010) behoort Tata Steel tot een van de grootste emitters in Nederland. Dat is inherent aan het productieproces van staal waarin door een chemisch proces CO2 vrijkomt.

Tata Steel in IJmuiden is in milieutechnische zin wereldwijd wel een van de meest efficiënte staalproducenten binnen de sector. Zo streeft Tata Steel er naar om in 2020 20% minder CO2 per ton staal uit te stoten (ten opzichte van 2010) en in 2050 klimaatneutraal te produceren.

Cruciaal hierin is de ontwikkeling van Hisarna, een hoogoven technologie die gebruik maakt van een nieuwe, efficiëntere smelttechniek en die relatief eenvoudig uit te koppelen CO2 oplevert.

Conclusie

Per 2020 is er, wanneer bovenstaande projecten doorgang vinden, ca. 5,3 Mton zuivere CO2 op jaarbasis beschikbaar. Dit zijn slechts de bronnen waar op dit moment concrete projecten rond afvangst spelen. Het laat zich raden dat in het Rotterdamse en Amsterdamse havennetwerk en bij Tata Steel op langere termijn een veelvoud van dit volume beschikbaar zou kunnen komen.

Planning en fasering

  1. Onderzoek naar huidige en potentiële CO2 -bronnen – 2016/2017
  2. Onderzoek infrastructuur – 2016/2017
  3. Implementatie technieken CO2 -hergebruik- 2016 – 2020
  4. Ontwikkelen methodiek CO2 credit verdeling – 2016/2017
  5. Starten / ontwikkelen coalitie voor realisatie CO2 Smart Grid – 2016 – 2020

Halbaarheidsfase van start

egin mei zijn we echt begonnen met de haalbaarheidsfase. In een vergadering met het kernteam van investerende partners hebben we de manier waarop we samenwerken besproken en vooral een start gemaakt met de twee eerste echte producten; de pre-feasibility study en de technology scan.

Om met de laatste te beginnen; in de technology scan maken we samen een overzicht van alle projecten die nu al concreet in voorbereiding zijn en we onderzoeken wat die projecten gaan kosten en opleveren, in zowel financieel als milieu opzicht. Zo krijgen we een duidelijker beeld over de investeringen en rendementen van CO2 Smart Grid in de komende circa 10 jaar. Denk bijvoorbeeld aan het afvangen en distribueren van CO2 uit de afvalenergiecentrales in Amsterdam en Rotterdam, de CO2 die bij Hisarna in IJmiuden vrij komt, het plan van het Havenbedrijf Rotterdam om een nieuwe CO2 leiding aan te leggen en de CO2 gebruiks cases in de glastuinbouw en de Rotterdamse haven (Plant One). TNO begeleidt deze studie.

De pre-feasibility study gebruikt de input van de technology scan om in de gehele breedte van CO2 Smart Grid (technologie, business, wet- en regelgeving, maatschappelijke inbedding) een uitspraak te doen over de mate waarin het verstandig is voor alle partners om te investeren in deze strategie. Deze studie bereiden we in overleg met het ministerie van I&M voor.

Begin september plannen we een nieuwe stuurgroep vergadering van alle investerende partners. In die vergadering stellen we deze twee studies vast en spreken we af hoe we verder gaan.

ECN

ECN heeft diepgaande kennis en ervaring van CO2-afvang en CO2-hergebruik. Met ECN-technologie wordt dit voor aardgas- en kolengestookte energiecentrales goedkoper en energie-efficiënter.

De SEWGS-technologie (Sorption-Enhanced Water Gas Shift) combineert de productie van waterstof uit syngas met de scheiding van CO2 in slechts één processtap.

Bekijk ook de Video over de SEWGS-technologie

EEN NIEUWE KATALYSATOR

UVA onderzoekers doen een opmerkelijke uitvinding

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam (UvA) hebben een nieuwe katalysator uitgevonden die koolstofdioxide (CO2) in koolstofmonoxide (CO) kan omzetten. Deze binnenkort gepatenteerde uitvinding zorgt voor een duurzaam gebruik van CO2. Als dit op grotere schaal succesvol is, zou deze uitvinding een praktische manier kunnen zijn om CO2 om te zetten naar nuttige chemicaliën .

Infrastructuur

het Smart grid CO2 hergebruik  bestaat uit een leidingnetwerk, buffers en aansluitingen bij de CO2 producerende en gebruikende bedrijven.

Op dit moment nemen zo’n 500 tuinders CO2 af van de raffinaderij van Shell en van Alco, een bio-ethanol producent.

De verwachting is dat daarmee niet alleen de uitstoot van CO2 verminderd zal worden, maar dat op termijn ook nieuwe bedrijven naar Nederland kunnen komen die zich bezighouden met CO2 als grondstof.

OCAP leiding

Sinds 2003 levert OCAP (Organic Carbondioxide for Assimilation of Plants) zuivere CO2 via de voormalige olieleiding (tussen Rotterdam en Amsterdam) aan de glastuinbouw.

  • Grote delen van het Oostland en het Westland zijn hier ondertussen op aangesloten.
  • Leverancier vanaf het begin is de waterstoffabriek van Shell en sinds 2010 wordt ook gebruik gemaakt van de bio-ethanolplant van Abengoa.
  • Deze leiding, die in feite de schakel vormt tussen het Amsterdamse en Rotterdamse havennetwerk, kan op dit moment maximaal 3 à 4 Mton per jaar transporteren.
  • Wanneer deze leiding op een aantal kritische punten wordt verbeterd, kan de transportcapaciteit toenemen tot 6 tot 8 Mton per jaar.

Uitbreiding OCAP leiding

Om het gehele glastuinbouwcluster in West-Nederland te kunnen bedienen zal een substantiële verzwaring en uitbreiding van het netwerk in de Greenports noodzakelijk zijn.

  • Goed nieuws is dat met behulp van voormalige FES middelen de eerste fase van de uitbreiding naar de Greenport Aalsmeer is voorzien in 2017.
  • Daarnaast werkt OCAP aan concrete plannen voor een gedeeltelijke uitbreiding van het netwerk in het Westland.
  • Om het netwerk compleet te maken zal echter nog een substantiële investering van maatschappelijke partners noodzakelijk zijn.
    Alleen al voor de Greenport Aalsmeer wordt gezocht naar dekking voor een bedrag van circa 6 tot 8 miljoen Euro.

ROAD

ROAD beoogt het opslaan van CO2 in velden onder de Noordzeebodem. Zij hebben zicht op in totaal 35 Mton opslag in deze reservoirs.

  • Op korte termijn is daarvoor het – relatief kleine – OranjeNassau veld in beeld.
  • ROAD is in augustus 2016 gestart met de aanleg van de demonstratie installatie.

Petrogas veld en leiding

Vlak voor de Noord-Hollandse kust, voor IJmuiden, bevindt zich een olieveld wat voorheen in handen was van Chevron (en vaak nog steeds zo wordt genoemd).

Die heeft deze in 2014 overgedragen aan Petrogas, een energieconcern uit Oman. Er was al bekend dat het veld op korte termijn (2018) niet mee rendabel zou zijn.

Begin maart 2016 is echter door de lage olieprijs door Petrogas besloten nog sneller te stoppen met de exploitatie.

  • Deze velden zijn door middel van een pijpleiding verbonden met de Amsterdamse haven.
  • Dit veld heeft een capaciteit voor de opvang van CO2 van ca. 100 Mton.
  • Investering in een koppeling tussen de OCAP en de Petrogas leiding in de Amsterdamse haven: ca. € 1,5 miljoen.
  • Investering in het toepasbaar maken van de buffering van CO2 in dit veld: circa 210 miljoen Euro.

Note: Dit zijn uiterst grove inschattingen. Zij behoeven allen grondige studie en nadere onderbouwing

Peakshaver als back-up

Bij piekvragen verdampt de Peakshaver 30 ton vloeibare CO2 per uur en voegt deze toe aan het OCAP-gastransportnet.

  • Op het terrein van OCAP kan 600 ton vloeibare CO2 worden opgeslagen.
  • Voor het verdampen van de vloeibare CO2 wordt gebruikgemaakt van de warmte in het koelwater van compressoren.
  • Als de compressoren van Shell en Abengoa Bioenergy Netherlands uit bedrijf zijn, kan de CO2 niet naar de tuinders worden getransporteerd en zal de noodzaak om vloeibare CO2 te verdampen groot zijn.
    Aangezien er op dat moment ook geen koelwater van de compressoren beschikbaar is, wordt de temperatuur van het water van de naastgelegen Maas gebruikt. Hiermee kan de peakshaver als back-up functioneren.

Warmtewisselaars

Kapp Nederland heeft diverse warmtewisselaars geleverd, te weten: Vahterus Plate & Shell heat exchangers. Deze warmtewisselaars worden toegepast als CO2 verdamper en als CO2(gas) verwarmer.

 

Deltalinqs

  Steven Lak   deltalinqs.nl    info@deltalinqs.nl    010 - 40 20 399