Verenigd in Chemport Europe – het ecosysteem voor groene chemie in Noord-Nederland – hebben twee chemieclusters in Delfzijl en Emmen een stevige ambitie neergezet: in 2030 willen ze koploper zijn op het gebied van groene chemie in Europa. Om die ambitie waar te maken, moet het vestigingsklimaat goed zijn voor bedrijven die vooroplopen in deze ontwikkeling. Dat kan zomaar het geval zijn, want er staan ontzettend veel groen getinte projecten op stapel in het noorden van Nederland.
Het valt op dat veel bedrijven die zich in Noord-Nederland vestigen iets met reststromen doen. Zo werkt HyCarb aan een fabriek in Delfzijl die biogrondstoffen – lees afvalhout, snoeihout en op termijn bermgras – kan omzetten in syngas en vervolgens waterstof. DBG BioEnergy wil de reststroom van papierfabrieken gebruiken om er in Delfzijl bioLNG en kunstmest van te maken. En ChainCraft wil er een full scale fabriek bouwen voor de productie van biobased vetzuren. Die produceert het bedrijf via fermentatie van organische reststromen als groente- en fruitresten.
BioBTX kreeg onlangs veel aandacht in het nieuws omdat het ruim 80 miljoen euro had opgehaald en dus kan beginnen met de bouw van haar eerste commerciële fabriek in Delfzijl. Haar PETRA Circular Chemicals Plant zet straks plastic reststromen om in aromaten, bouwstenen voor de chemische industrie.
Circulands
Reststromen dus, maar het valt ook op dat het vaak gaat om pilot plants, demofabrieken en flagship plants. Fabrieken die iets nieuws kunnen, op een andere manier dan gebruikelijk opereren. Zo opent Avantium deze maand haar FDCA Flagship Plant in Delfzijl. Die gaat plantaardige grondstoffen omzetten in furaandicarbonzuur, een belangrijke bouwsteen voor de nieuwe kunststof PEF. HyCC onderzoekt met het project Djewels de mogelijkheden van een alkaline-elektrolyzer die onder druk en met een hogere stroomdichtheid opereert. In theorie werkt het, maar de praktijk moet de technologie en de voordelen nog bewijzen. En Paques Biomaterials bouwt in Emmen een grote pilot-installatie die het biopolymeer PHA uit bacteriën kan extraheren. Eerst gaat dit nog in batches, maar het bedrijf onderzoekt of een continu proces ook mogelijk is.
Het gebied Oosterhorn-Zuid in Delfzijl wordt speciaal voor dit soort bedrijven ingericht. Het industriepark – inmiddels Circulands genoemd – biedt bedrijven een plek waar ze kunnen samenwerken om hun reststromen te hergebruiken en duurzame energieoplossingen te implementeren, om volledig circulair te opereren. Twee bedrijven zijn er al begonnen met de bouw van hun fabrieken: Sustainable Fuel Plant en Circtec.
Circtec verwaardt versnipperde autobanden via pyrolyse
Circtec bouwt in Delfzijl een fabriek die via pyrolyse afgedankte banden omzet in scheepsbrandstof, grondstof voor circulaire nafta en carbon black. In mei gaf het bedrijf het officiële startsein voor de bouw van de flagship-plant. Het project vergt in totaal een investering van zo’n 285 miljoen euro.
In een pilot plant in Polen heeft Circtec de technologie al uitgebreid getest en bewezen. Die is vanaf 2008 in verschillende fasen opgeschaald tot een fabriek die 15.000 tot 20.000 ton banden per jaar kan verwerken. Het Engelse bedrijf neemt met de bouw van een commerciële fabriek nu de volgende stap. In twee fasen komen in Delfzijl 28 reactoren te staan. Zij verwerken uiteindelijk zo’n 200.000 ton aan versnipperde autobanden.
De eerste fase à 100 miljoen euro moet in 2025 klaar zijn en het plan is om de fabriek in 2027-2028 verder uit te breiden. Bij volledige capaciteit kan de fabriek in Delfzijl zo’n vijf procent van de 3,6 miljoen ton banden verwerken die jaarlijks in Europa worden afgedankt. Op dit moment wordt nog meer dan vijftig procent van die banden in cementfabrieken verbrand of geëxporteerd naar Azië.
Volgens het bedrijf zelf wordt de fabriek in Delfzijl de grootste, meest duurzame en meest efficiënte pyrolysefabriek van Europa. Zo worden de gassen die tijdens het pyrolyseproces ontstaan niet afgefakkeld, maar gebruikt om de fabriek van stroom te voorzien. Ook warmte uit het proces wordt hergebruikt.
Achtjarige overeenkomst
Aan grondstoffen voor de fabriek, afgedankte autobanden, is geen gebrek. Granuband gaat ervoor zorgen dat de aanvoer ervan naar de fabriek in Farmsum goed geregeld is. Dit bedrijf is actief in de inzameling en recycling van autobanden en heeft al een recyclingfabriek in de haven van Amsterdam. Daar verwerkt het 50.000 ton autobanden per jaar op een mechanische manier. Circtec nam het bedrijf in juni over. Daarmee wordt Circtec het eerste bedrijf dat afgedankte autobanden zowel mechanisch als chemisch op industriële schaal kan recyclen.
Ook de afname van producten is al volledig geregeld. BP heeft een achtjarige overeenkomst getekend om tot 60.000 ton scheepsbrandstof en tot 15.000 ton grondstof voor circulaire nafta per jaar af te nemen, de maximale output van de fabriek. En voor het carbon black heeft zich eveneens een afnemer gemeld. Birla Carbon, een van ’s werelds grootste producenten van chemisch geproduceerd carbon black, heeft getekend voor de volledige carbon black-output van de nieuwe fabriek in Delfzijl.
Avantium zet suikers om in grondstof voor plastic
Avantium vierde vorige week de officiële opening van haar FDCA Flagship Plant in Delfzijl. Een mijlpaal voor het bedrijf dat inmiddels meer dan vijftien jaar naar dit moment toe heeft gewerkt. Als de productie in het vierde kwartaal van dit jaar van start gaat, volgt de laatste spannende fase, want dan moet de technologie om FDCA te kunnen produceren zichzelf via licenties gaan verkopen.
De nieuwe fabriek in Delfzijl zet plantaardige grondstoffen om in maximaal 5.000 ton FDCA per jaar. Furaandicarbonzuur is een belangrijke bouwsteen voor de kunststof PEF – voluit polyethyleenfuranoaat – waar Avantium al jarenlang in investeert en waar het wereldwijd bekend om is geworden.
De potentie van dit nieuwe plastic lijkt groot. Het materiaal heeft interessante eigenschappen ten opzichte van PET, dat bovendien van fossiele brandstoffen wordt gemaakt. Zo is het sneller afbreekbaar en is het minder doorlatend, waardoor flessen bijvoorbeeld dunner kunnen worden gemaakt. In het verleden wekte Avantium daarmee de belangstelling van grote merken als Coca-Cola en Danone.
Inmiddels heeft het bedrijf diverse afnamecontracten getekend. Zo gaat Albert Heijn PEF inzetten voor verpakkingen. Drankenbottelaar Refresco introduceert daarvoor een nieuwe fles voor vruchtensap, gemaakt uit het circulaire materiaal. En ook bijvoorbeeld Carlsberg en AmBev hebben afnamecontracten voor PEF getekend. Pangaia wil het materiaal gebruiken in haar kledingcollectie en Monosuisse wil het toepassen in haar industriële vezels. Ook voor FDCA zijn er al diverse afnemers. Henkel wil het halffabricaat gebruiken in polyurethaanlijmen voor gebruik in elektronicatoepassingen. Andere afnemers zijn bijvoorbeeld chemiebedrijf Toyobo, polyesterfolieproducent Terphane en leverancier van harde verpakkingen Resilux.
Campagnes
Tijdens het gefaseerde opstartproces in het laatste kwartaal van dit jaar produceert Avantium in eerste instantie FDCA nog in campagnes. Pas later gaat het over op continue productie. Partner Selenis polymeriseert de FDCA tot PEF zodat het aan de afnemers kan worden verkocht. Voor de voeding van de fabriek heeft Avantium een overeenkomst gesloten met landbouwcoöperatie Tereos. Die levert fructose-siroop die honderd procent biobased is. De suikers in de siroop zijn afkomstig van onder meer suikerbieten, suikerriet, tarwe, mais, aardappelen, houtmeel of houtsnippers.
Tot zover de grondstoffen en de afname van het product. Waar het uiteindelijk om draait, is of het ontwerp van de fabriek, de technologie, goed is. Want met de Flagship Plant in Delfzijl wil Avantium aantonen dat grootschalige productie van FDCA haalbaar is, om zo licentieovereenkomsten te kunnen afsluiten. Het bedrijf is namelijk niet van plan om een grote chemieproducent te worden. ‘We zijn een technologiebedrijf, met ruim 250 medewerkers. We vinden niets mooier dan innovatieve technologie te ontwikkelen. Ons uiteindelijke doel is het verkopen van onze technologie via licenties’, vertelde CEO Tom van Aken ruim een jaar geleden in Industrielinqs magazine. ‘Wel zijn we ons er gaandeweg van bewust geworden dat we onze technologieën eerst moeten bewijzen op industriële schaal. Misschien waren we daarover in het begin nog wat naïef, we dachten dat een proeffabriek zou volstaan.’
Avantium onderging de afgelopen jaren dan ook een enorme verandering, van R&D-bedrijf naar een bedrijf dat grootschalige en commerciële productie gaat bedrijven. En dat kost geld, veel geld. Het bedrijf schat dat de kosten voor de FDCA Flagship Plant tegen eind 2024 oplopen tot 255 miljoen euro. ‘We gaan geïnvesteerd geld pas terugverdienen als we voor het eerst op industriële schaal PEF gaan produceren en licenties verkopen om FDCA en PEF wereldwijd te produceren. In de jaren daarna verwachten we naar winst te groeien.’
Licentie
Als de fabriek straks stabiel draait en bewezen is dat grootschalige productie van FDCA mogelijk is, moet Avantium het dus hebben van licenties. Tot nog toe is er één bedrijf dat al is ingestapt: Origin Materials. Dit bedrijf heeft in Canada een commerciële fabriek gebouwd die houtafval omzet in chemische bouwstenen zoals CMF (chloormethylfurfural). Daarmee komen twee complementaire technologieën samen. Door ze te combineren, wordt het mogelijk om houtresten via CMF in FDCA om te zetten. Origin Materials wil de technologie van Avantium dan ook gebruiken om CMF in een fabriek met een capaciteit van 100 kiloton per jaar om te zetten in FDCA.
Djewels moet compacte elektrolyzertechnologie bewijzen
HyCC wil met het Djewels-project – een 20 MW elektrolyzer op Chemie Park Delfzijl – ervaring opdoen met nieuwe technologie: traditionele alkaline, maar wel onder druk en met hogere stroomdichtheid. De Europese Commissie heeft de voorgenomen steun van de Nederlandse overheid aan Djewels (80 miljoen euro) inmiddels goedgekeurd. Het wachten is nu op een definitieve investeringsbeslissing. Als die vlot wordt genomen, kan de bouw van de elektrolyzer nog dit jaar van start gaan en kan die in 2027 in productie zijn.
Willen we in de toekomst grote elektrolyzers van 200 MW of zelfs 500 MW inzetten om de chemische industrie te verduurzamen, dan gooit alkaline-technologie met betrouwbaarheid en energie-efficiëntie hoge ogen. Maar op deze schaal gaat ruimte ook een belangrijke rol spelen, en dat is geen sterk punt van alkaline. HyCC, het waterstofbedrijf van Nobian en de Green Investment Group, wil op Chemiepark Delfzijl een 20 MW elektrolyzer bouwen die ongeveer 3.000 ton groene waterstof per jaar gaat maken. Deze elektrolyzer is gebaseerd op traditionele alkaline-technologie, maar toch innovatief. De splitsing van water gebeurt namelijk onder druk en met een hogere stroomdichtheid. Vooral dat laatste maakt dat er meer waterstof kan worden geproduceerd op hetzelfde oppervlak.
Weerstand
Hogere stroomdichtheid is een van de heilige gralen die we allemaal onderzoeken, stelt Joost Sandberg, commercieel directeur HyCC en verantwoordelijk voor het Djewels-project op Chemie Park Delfzijl. ‘Hogere stroomdichtheid betekent dat we meer stroom door dezelfde oppervlakte van een elektrolyzer sturen. Op die manier kun je met dezelfde apparatuur meer waterstof maken. Dat klinkt logisch, maar in de praktijk is dit best complex omdat er in het proces dingen gebeuren die het gewenste effect tegengaan.’
Even terug naar de basis: bij elektrolyse wordt een elektrische spanning aangebracht tussen elektroden, een anode en een kathode. Hierdoor bewegen positief geladen deeltjes naar de kathode en negatief geladen deeltjes naar de anode. In het geval van water komt waterstof vrij aan de kathode en zuurstof aan de anode. Daarbij ontstaan bubbeltjes, immers waterstof en zuurstof zijn bij atmosferische druk gasvormig. Sandberg: ‘Als je de stroomdichtheid verhoogt, maak je meer gas, dus meer bubbels. Maar die bubbels zorgen voor weerstand. Daardoor gaat de efficiëntie van de elektrolyse niet omhoog, maar juist omlaag. We zoeken dus een manier om zoveel mogelijk bubbels te maken en toch zo weinig mogelijk weerstand.’
Druk
Een nieuw type elektrolyzer van McPhy lijkt dit te kunnen. ‘McPhy gebruikt bijzondere materialen die ervoor zorgen dat de bubbels sneller loskomen van de elektrodes’, vertelt Sandberg. ‘Een ander voordeel van deze technologie is dat de elektrolyzer onder druk opereert. Daardoor worden de bubbels kleiner terwijl er net zoveel waterstof in zit.’
De verhoogde druk in het proces levert daarnaast ook op het gebied van energie-efficiëntie en betrouwbaarheid winst op, verwacht Sandberg. ‘In alle toepassingen van waterstof, of het nou voor mobiliteit of voor de industrie is, heb je wel een mate van druk nodig. Als je waterstof met een atmosferisch proces produceert, gebruik je compressoren om de waterstof onder druk te brengen. Maar compressoren gebruiken veel energie. Die maken dat de energie-efficiënte van de fabriek omlaag gaat.’
Bovendien betekent meer apparatuur ook dat er meer kans is dat er iets kapotgaat, stelt Sandberg. ‘Bedenk dat we met deze fabriek de wind en de zon willen volgen. Dus er gaat meer en minder stroom in de fabriek en dat heeft direct invloed op de hoeveelheid waterstof die wordt geproduceerd. Deze dynamische productie zou je, als je de waterstof nog onder druk zou moeten brengen, goed moeten aansluiten op de compressoren. Dat zorgt voor complexiteit. We verwachten dat we uiteindelijk een simpelere fabriek kunnen maken, die beter kan reageren op het fluctuerende elektriciteitsaanbod, door deze stap eruit te halen.’
Verwachten
De technologie van McPhy combineert de voordelen van alkaline-elektrolyse met een energie-efficiënte en snel regelbare fabriek. Sandberg: ‘Dat maakt deze technologie zo interessant. En dat is dus wat we met de demonstratie van deze nieuwe technologie willen aantonen, maar ook willen ervaren. Hoe blijven de elektroden er bijvoorbeeld onder als elektriciteit er hard in en weer uit gaat? Blijven die doen wat ze moeten doen, namelijk de belletjes zo snel mogelijk loslaten?’
Een belangrijk onderdeel van Djewels is daarom ook om de elektrolyzer voor een langere termijn flexibel te opereren. ‘We gaan dit drie jaar lang demonstreren, echt met wind en zon mee. We denken dat we het allemaal weten, maar we willen zien dat wat we verwachten ook echt gebeurt.’
Bacteriën zetten organische reststromen om in PHA
Paques Biomaterials bouwt op het GETEC-park in Emmen een grote pilot-installatie die het biopolymeer PHA uit bacteriën kan extraheren. Dit gebeurt voorlopig nog in batches, maar het bedrijf wil naar een continu proces toe. Het heeft plannen om over drie jaar in een grootschalige extractiefabriek 6.000 ton PHA per jaar te produceren.
Bij een biotechnologisch fermentatieproces denk je al snel aan een steriele reactor waar een specifiek micro-organisme schone voeding omzet in een product. Na elke batch wordt de reactor schoongemaakt om contaminatie te voorkomen. Het proces van Paques Biomaterials past totaal niet in dit plaatje. ‘We werken met afvalstromen en daar zit al een hele dierentuin aan micro-organismen in’, vertelt René Rozendal, co-founder en managing director van Paques Biomaterials. ‘Zou je dat voeden aan zo’n batch-reactor met jouw specifieke micro-organisme, dan krijgt die geen enkele kans. Die wordt compleet overrompeld door al die andere micro-organismen.’
Samen met de TU Delft ontwikkelde Paques Biomaterials meer dan tien jaar geleden een technologie om de condities in een systeem zo te maken dat de enige soorten die daarin prettig kunnen overleven bacteriën zijn die PHA maken. ‘Dus die komen van nature op in dat systeem. Daardoor kunnen wij PHA — voluit polyhydroxyalkanoaat — uit afvalwater produceren én doen we dat met een continu proces.’
Biobased én bioafbreekbaar
Voor bedrijven, zoals een papierfabriek waar vetzuren uit het water moeten worden gehaald, dient het proces dus twee doelen: het is een waterzuivering omdat bacteriën de vetzuren omzetten in PHA, en tegelijkertijd creëert het waarde uit de afvalstroom. ‘Dat kunnen overigens heel laagwaardige stromen zijn’, vertelt Rozendal. ‘Aan een paar gram organisch materiaal per liter hebben wij al genoeg. Dat kun je niet inzetten als veevoer bijvoorbeeld.’
De bacteriële biomassa die bij het biologische proces ontstaat, wordt geoogst en gedroogd. In een tweede, chemische stap wordt het PHA uit de biomassa geëxtraheerd met een goed recyclebaar oplosmiddel. Het product is een biobased én biologisch afbreekbaar polymeer dat de merknaam Caleyda heeft gekregen. Caleyda is ook bioafbreekbaar in de bodem en de oceaan en kan dus bijdragen aan het terugdringen van het microplastic-probleem.
Zeker weten
Een demonstratiefabriek in Dordrecht produceerde al maximaal 25 kilo PHA per dag voor potentiële afnemers. De tweede stap, het extraheren van de PHA uit de micro-organismen, besteedde Paques Biomaterials tot nu toe uit aan een externe faciliteit in Duitsland. Rozendal: ‘Tijdelijk was dit een oplossing, maar we hebben besloten zelf een extractie-faciliteit op het GETEC-park in Emmen te bouwen.’
Deze extractie-faciliteit is ontworpen om batches te verwerken. ‘Daar hebben we bewust voor gekozen. Het liefst hadden we hem meteen als continu proces gebouwd, maar we weten van bepaalde equipment niet zeker of die daar geschikt voor is. We bouwen nu een faciliteit waarvan we zeker weten dat die werkt, want we willen genoeg materiaal maken om de markt verder te ontwikkelen.’
Het ontwerp is echter flexibel opgezet. ‘We hebben flex-spots ingebouwd waar we continue equipment kunnen gaan testen. Dus op deze manier kunnen we een schaalstap maken, kunnen we de continue equipment testen én kunnen we onze business development versnellen. We kunnen straks grotere batches van tientallen kilo’s draaien, die we kunnen inzetten bij diverse potentiële klanten.’
Scheurtjes
En die potentiële klanten zijn er. Zo werkt Paques Biomaterials samen met een partij die bioafbreekbare stek- en zaaibakjes van PHA wil maken. En met een partij die een patent heeft aangevraagd voor het coaten van gecontroleerd vrijkomende meststoffen met een laagje van PHA. Maar er loopt ook een samenwerking met een bedrijf dat vezels van PHA wil spinnen om er kleding van te maken.
De PHA van Paques Biomaterials kan ook worden gebruikt in een additief voor zelfhelend beton. Het additief bevat bacteriën die uit hun slaaptoestand ontwaken zodra het beton na verloop van tijd scheurtjes begint te vertonen. Zodra de bacteriën wakker zijn en gaan eten, komt er CO2 vrij dat met calciumoxide reageert tot calciumcarbonaat. Dit vult de scheurtjes op. Als nu bijvoorbeeld suiker als voeding voor de bacteriën aan het beton wordt toegevoegd, hardt dit niet goed uit. Rozendal: ‘PHA blijkt echter heel geschikt te zijn als voeding, omdat het vrij inert is maar wel nog steeds goed bio-afbreekbaar. Wereldwijd gebruiken we ongeveer een kuub beton per persoon per jaar. En in elke kuub zouden we een paar kilo van het additief kwijt kunnen, dus dat is een heel mooie markt.’
Beslissing
De bouw van de grote pilot-extractiefabriek in Emmen is de laatste schaalstap voordat Paques Biomaterials een full scale fabriek gaat bouwen. ‘We hebben op dezelfde site in Emmen al drie hectare gereserveerd waar de full scale extractiefabriek komt te staan’, vertelt Rozendal. ‘Eind 2025 of begin 2026 willen we hiervoor een investeringsbeslissing nemen, en daarna zijn we nog anderhalf jaar aan het bouwen. Dus dan zou de fabriek in 2027 on stream komen. De beslissing hangt onder andere af van de financiering, maar eigenlijk moet gewoon alles samenkomen. De technologie moet er klaar voor zijn en zowel de feedstock als de afname moet verzekerd zijn. Een gegarandeerde afname is ook essentieel om financiers mee te krijgen.’
De full scale extractie-fabriek zal worden gevoed uit twee of drie upstream-faciliteiten in Nederland. ‘Eén ervan bouwen we bij een papierfabriek. We zijn al bezig met de engineering van deze eerste full scale PHA-fabriek en werken toe naar de final investment decision om die te gaan bouwen. De capaciteit ervan wordt een paar duizend ton. Maar we zijn ook met andere fabrieken bezig. Zo willen we in de buurt van de extractiefaciliteit in Emmen ook een full scale upstream-faciliteit realiseren.’
Mochten alle plannen doorgaan, dan kan Paques Biomaterials zich goed verankeren in een opkomende markt. De Europese branchevereniging European Bioplastics verwacht dat de wereldwijde vraag naar PHA de komende jaren exponentieel zal groeien, van honderdduizend ton in 2023 naar 1 miljoen ton in 2028.
U las zojuist één van de gratis premium artikelen
Onbeperkt lezen? Maak gebruik van de exclusieve aanbieding
Bent u al abonnee?