Roadmap naar een fossielvrije raffinaderij in 2050
Op naar de duurzame productie van toekomstige brandstoffen, chemicaliën en materialen
Is het mogelijk om al in 2050 een raffinaderij te realiseren die volledig fossielvrij is en dus significant bijdraagt aan een klimaatneutrale samenleving? Twee scheikundigen van de Universiteit Utrecht denken van wel. In een visionair artikel in Nature presenteren ze een roadmap naar een volledig klimaatneutrale raffinaderij. De processen in deze raffinaderij werken, waar mogelijk, op elektriciteit, en CO2 en landbouw- en huishoudelijk afval vormen de enige grondstoffen. “We waren benieuwd wat er nodig is voor een fossielvrije raffinaderij en zijn daarbij uitgegaan van het uiterste.”
Het grootste deel van de wereldwijde transportbrandstoffen en veel producten die essentieel zijn voor ons dagelijks leven vinden hun oorsprong in de raffinaderij. In deze raffinaderij draaien de processen tegenwoordig voornamelijk op fossiele brandstoffen en zijn ook de eindproducten, waaronder chemicaliën, farmaceutische producten en andere nuttige bestanddelen, het resultaat van de verwerking hiervan. Echter, het gebruik van fossiele brandstoffen is zeer schadelijk voor het milieu en een belangrijke oorzaak van de wereldwijde klimaatverandering. En hoewel er heldere paden zijn richting groene energie, waarbij men fossiele bronnen vervangt door hernieuwbare, zijn de transportbrandstoffen en chemicaliën uit de olieraffinaderijen nog altijd nodig.
De roadmap die onderzoekers Eelco Vogt en Bert Weckhuysen van de Universiteit Utrecht presenteren in het topvakblad Nature leidt naar een oplossing voor dit probleem. Hun raffinaderij van de toekomst kan al in 2050 volledig fossielvrij zijn. Ze onderbouwen hun verhaal met berekeningen voor één raffinaderij in Europa en laten zien wat er nodig is aan energie, materialen en grondstoffen. Daarnaast gaan ze in op de financiële en politieke beperkingen. Nature wijdde een editorial aan de publicatie en plaatste het op de cover van de editie waarin het verscheen.
De visie is een volledig afvalvrije raffinaderij en dan is de integratie van alle componenten onmisbaar
Integratie van componenten
Enkele belangrijke aspecten van de raffinaderij van de toekomst zijn de omzetting van CO2, plastic en biomassa-afval in bruikbare grondstoffen, de productie van duurzame waterstof en CO2-afvangsystemen. “De visie is echter een volledig afvalvrije raffinaderij en dan is de integratie van alle componenten onmisbaar”, aldus Weckhuysen. Bij de omzetting van biomassa en plasticafval kan bijvoorbeeld CO2 vrijkomen, maar in het innovatieve concept wordt deze CO2-afvalstroom weer ingezet om duurzame brandstoffen te produceren.
Een ander belangrijk kenmerk van de nieuwe raffinaderij is de behoefte aan enorme hoeveelheden hernieuwbare energie. Voor de zonnepanelen en windturbines die deze energie leveren zijn aanzienlijk grotere gebieden nodig op land en op zee. De bouw ervan vereist bovendien grote hoeveelheden mineralen.
We hebben niet de luxe om af te wachten of er zich een mooie nieuwe oplossing aandient
Robuuste katalysatoren
Veel van de technologieën voor de raffinaderij van de toekomst bestaan al in het lab en moeten flink worden opgeschaald. “We moeten echter niet denken dat we slechts te maken hebben met een schaalprobleem”, stelt Weckhuysen. “Er is nog veel wetenschappelijk en technologisch onderzoek nodig, want niet alles wat we in het lab kunnen, zal ook werken in het echt”, voegt Vogt eraan toe.
Een van de belangrijkste vragen is hoe we robuuste katalysatoren ontwikkelen die bestand zijn tegen de onzuiverheden in de nieuwe grondstofstromen. Weckhuysen: “We hebben veel expertise op het gebied van fossiele grondstoffen, maar voor de hernieuwbare grondstoffen staat het onderzoek in de kinderschoenen.” “Wat het nog uitdagender maakt, is dat we parallel aan deze innovaties moeten werken", stelt Vogt. “We hebben niet de luxe om af te wachten of er zich een mooie nieuwe oplossing aandient.”
Kosten
Dit niveau van onderzoek en innovatie vereist adequaat beleid en financiering voor de lange termijn, stellen de onderzoekers. De raffinaderij van de toekomst is momenteel immers erg duur. De investering voor één locatie bedraagt 14 tot 23 miljard euro, schatten de onderzoekers. Als we alle 615 raffinaderijen die nu in bedrijf zijn willen vervangen in de komende 25 jaar, dan kost dat 320 tot 520 miljard euro op jaarbasis. “Maar natuurlijk wegen lokale, financiële winsten op de korte termijn niet op tegen de wereldwijde winst op het gebied van duurzaamheid op de lange termijn”, zegt Vogt.
Verbinders van de toekomst
Naast wetenschap, technologie, adequaat beleid en financiële ondersteuning hebben we ook de mensen nodig die de plannen gaan uitwerken, stellen de onderzoekers. “Wetenschap en technologie kunnen wel met oplossingen komen, maar de maatschappij moet ze omarmen”, stelt Weckhuysen. “Daarom is het nodig om wetenschappers en ingenieurs op te leiden die interdisciplinair werken en ervoor zorgen dat onze oplossingen werkelijkheid worden. Om deze verbinders van de toekomst op te leiden, hebben we bij de Universiteit Utrecht nieuwe onderwijsprogramma's ontwikkeld, zoals het Da Vinci-project. Voor een succesvolle transitie moeten we de komende 25 jaar blijven investeren in wetenschap, technologie én onderwijs ", aldus Weckhuysen.