Een klimaatneutrale raffinaderij – kan dat?

Inleiding
De moderne samenleving draait op raffinaderijen die bijna allemaal fossiele olie en gas verwerken tot eindproducten als de brandstof waarmee wij ons verplaatsen, de smeerolie die daarvoor nodig is, de plastics die wij gebruiken, verven, harsen, lijmen, en vele andere chemicaliën.

Maar in 2050 wil de EU klimaatneutraal zijn (en in 2030 moet het ook al een stuk minder). Wat betekent dat de eindproducten op een of andere manier vervaardigd moeten worden waarbij, over de hele keten gerekend, geen koolstof meer vrijkomt. Dus een koolstofloos scope-1, -2 en -3 productieproces. Dat  is nog radicaler dan de rechter, in het Milieudefensieproces, van de Shell  geëist heeft ( https://www.bjmgerard.nl/milieudefensie-dreigt-shell-met-klimaatzaak/ ).

Op dit gebied bestaat al wel iets, maar dat is nog een uitzondering. Beste voorbeeld is Neste (met een raffinaderij in Rotterdam die zich al toelegt op het verwerken van biogrondstoffen. Zie https://www.neste.nl/home . Ze maken daar o.a. goede biodiesel en Sustainable Aviation Fuels voor straalvliegtuigen.
Maar er is veel meer nodig. Neste is relatief klein en bovendien vraagt een dergelijke raffinaderij om grote hoeveelheden duurzame elektrische energie en waterstof (scope 1) – hoeveelheden die gewoon nog niet bestaan.

De raffinaderij van Neste in Rotterdam

Twee onderzoekers van de Universiteit van Utrecht, Vogt en Weckhuysen, zijn er in geslaagd voor het eerst een serieus beeld te schetsen van hoe één zo’n revolutionaire, netto koolstofloze, raffinaderij er uit zou moeten zien. Hun analyse is online gepubliceerd in Nature op 08 mei 2024 en te vinden op The refinery of the future . Het artikel is daar te lezen, maar men kan het alleen tegen betaling downloaden. 

Uiteraard kan een dergelijke benadering alleen op aannames gebaseerd zijn. Puntsgewijze;

• De raffinaderij staat in Europa en conformeert zich aan EU-beleid
• Het verhaal gaat over één raffinaderij van gemiddelde omvang
• Een gemiddelde ruwe olie-raffinaderij heeft een capaciteit van 20.700 ton per dag (150.000 barrels per dag – een ton is 1000kg en 7,25 barrel). Dat is het gemiddelde in 2018 van alle 615 ruwe olie-raffinaderijen op de hele wereld.
  Om een beeld te krijgen: Shell Pernis draaide in 2018 55.700 ton per dag, het PEARL-complex van Shell in Qatar draaide 19.300 idem en Shell Moerdijk 12.300 idem (dit laatste vanwege de Brabantse focus van deze site).
• Van de fossiele brandstof is in 2050 tweederde deel weggevallen omdat veel vervoer elektrisch zal worden. Uiteraard moet die elektriciteit op een of andere manier opgewekt worden, maar dat blijft buiten de scope van de studie. Aangenomen wordt dat benzine niet meer nodig is, maar dat voor bepaalde verplaatsingen (zwaar lange afstands-vrachtverkeer en – scheepvaart en vliegtuigen) diesel en jetfuel nodig blijven – maar dat dan koolstofloos.
  De gemiddelde klimaatneutrale raffinaderij kan volstaan met 11.200 ton doorzet per dag (81.000 barrels per dag).
  Ter vergelijking: Neste Rotterdam haalt 2200 ton per dag en is nog niet volledig klimaatneutraal (bijvoorbeeld in zijn waterstofaanvoer).

Plaatje a) geeft aan hoe de totale capaciteit over de doelen verdeeld wordt bij een fossiele en koolstofneutrale voorbeeldraffinaderij, b)  over de verwachte groei van het elektriciteitsverbruik en de dekking daarvan, en c) over de verwachting m.b.t de waterstofproductie (groen is elektrolyse en blauw is fossiel met opbergen).

Massabalans van de omzetting in (door elkaar) kg materiaal en aantal Mol C

• Alle waterstof wordt duurzaam met elektrolyse opgewekt. Dat gebeurt met wind en zon.
• Aangenomen wordt 50-50 zon en wind. Zon heeft in NW Europa 1050 vollasturen per jaar, wind wordt bij turbines van 14MW op rond de 5200 vollasturen getaxeerd (wat op de Noordzee kan)
• De raffinaderij voedt zich verder per dag met 12.000 ton CO₂ die uit de lucht of schoorsteen gehaald is, 8200 ton biomassa en 3800 ton plastic afval. Dat is samen 24.000 ton/dag. Het verschil tussen 24.000 input en 11.200 ton/dag output komt enerzijds omdat de zuurstof uit de input niet gebruikt wordt (die ontwijkt, maar dat staat niet in bovenstaand schema) en anderzijds extra waterstof wordt toegevoerd (maar dat staat ook niet in het schema). .
  Voor CO₂-vangst uit schoorsteen of lucht zie bijvoorbeeld op deze site https://www.bjmgerard.nl/het-c2fuel-project-over-hergebruik-vna-afgevangen-co2/ en https://www.bjmgerard.nl/commentaar-op-carbyon/ 
• De  noodzakelijke chemische reacties (waarop ik hier niet nader inga) zijn bekend en soms  al commercieel opgeschaald of in technische zin opschaalbaar, mogelijk na extra studie. Maar vooral de vangst van CO₂ uit de lucht, de productie van waterstof door elektrolyse en de omvorming van CO₂tot CO vragen wel om een opschaling tot vele honderden keer zoveel.
  Aangenomen wordt dat biomassa en plastic voor 75% worden omgezet in een gewenst product. Dit netto deel zit in bovenstaand reactieschema.
  Voor het rendement van de elektrolyse van water tot waterstof wordt 71 tot 79% genoemd
• De analyse laat buiten beeld hoeveel (zuiver) water nodig is
• De analyse benoemt onzuiverheden in de aangeleverde grondstoffen (bijvoorbeeld chloor en zwavel) als een oplosbaar  probleem
• De analyse meent te weten dat er in Europa genoeg biomassa is om het huidige aantal  van 86 raffinaderijen in Europa dagelijks van duurzame en gecertificeerde biomassa te voorzien (voor de betekenis van de begrippen duurzaam en gecertificeerd wordt in de analyse verwezen naar een studie van Imperial College London Consultants, https://ieep.eu/wp-content/uploads/2022/12/Biomass-in-the-EU-Green-Deal.pdf . Deze studie blijkt bij scannend lezen terughoudend, maar niet principieel afwijzend over biomassa).
• Er worden bepaalde kostenaannames gedaan (uitvoerig beschreven in het supplement)
  

Als men de aannames hierboven als oorzaken zou zien, leidt dat voor onze ene raffinaderij tot gevolgen die op het bordje van de politiek komen. Ook weer puntsgewijze:

• De aannames leiden tot de noodzaak van 104km² zonnepark, goed voor 2,7GW jaargemiddeld (dat is netto 104km2, bruto is het een stuk meer) en tot 328 windturbines van 14MW elk (samen jaargemiddeld 4,6GW), wat alleen op de Noordzee kan (als die 1500m uit elkaar staan, geeft dat een park van 28 bij 28km).
  De energie, nodig voor het halen van CO₂ uit de lucht, zit hier nog  niet bij in want dat is nog te onduidelijk.
• De kosten worden geschat op €5-10 miljard voor de zonnecellen, 3-6miljard voor de windmolens, 1-2,5 miljard voor de elektrolyzers en ongeveer 5 miljard voor de raffinaderij zelf. Ergo €14-23,5 miljard voor het geheel (althans, voor het grootste deel  van het geheel). Er zijn ongetwijfeld exploitatielasten (niet genoemd), maar ook exploitatiebaten.
• Er zal politieke discussie ontstaan over de biomassa-input. Dit vraagt om goede verantwoording.
  

Commentaar
Het bovenstaande is een zakelijke beschrijving van het Nature-artikel. Ik wil hieraan graag enkele commentaaropmerkingen toevoegen.

De studie is een typisch ingenieurswerkstuk. Er is een technisch probleem en dat moet technisch worden opgelost, de overige omstandigheden gelijk blijvende. In die context is het een goede, zelfs baanbrekende studie.
Maar dat die omstandigheden gelijk blijven, is een politieke keuze. Nederland zou bijvoorbeeld ook het plasticgebruik wettelijk aan banden kunnen leggen en zou ook het gesleep met goederen kunnen ontmoedigen. Of het openbaar vervoer krachtig kunnen stimuleren. Er bestaan meer maatregelen dan alleen technische maatregelen.

Ik ben geen principieel tegenstander van de inzet van biomassa voor energie- of chemiedoelen. Ik heb dat op deze site vaker gesteld ( bijvoorbeeld https://www.bjmgerard.nl/beschikbaarheid-en-toepassings-mogelijkheden-van-duurzame-biomassa-verslag-van-een-zoektocht-naar-gedeelde-feiten-en-opvattingen/  en https://www.bjmgerard.nl/duurzaamheid-meegestookte-pellets-in-kolencentrales-in-2019-nagenoeg-bewezen/ ). Mits goed vormgegeven, kan biomassa grote waarde hebben.
Ik vind de vormgeving in de studie van Vogt en Weckhuyzen niet goed genoeg. Daar zou een vervolg op moeten komen.

Tenslotte.
Voor één gemiddelde raffinaderij zouden we 104km² zonnepark nodig hebben (netto, bruto nog meer) en 328 windmolens van 14MW elk. Shell Pernis en Shell Moerdijk zijn samen ruim drie keer zo groot als een gemiddelde raffinaderij.
Daarnaast zijn er ook energievreters als Yara (kunstmest) en Tata Steel, die vergelijkbare energiehoeveelheden opslurpen ( https://www.bjmgerard.nl/passen-er-genoeg-windmolens-op-de-noordzee-voor-tata-steel/ ).
Komt bij dat de Noordzee al een eind vol gepland is (op dit moment tot 21GW) en dat de ontwikkeling van nieuwe zonneparken in dit land effectief bijna verboden is ( https://www.bjmgerard.nl/bijna-verbod-op-zonneparken-een-slechte-zaak/ ).
Rijst uiteindelijk de vraag hoe dit verder moet. Moet Nederland de industrie in zijn huidige omvang handhaven of niet? Zo nee, welke wel en niet? En in hoeverre wil Nederland voor zijn energievoorziening op het buitenland blijven leunen en zo ja, op welk buitenland?

Het zijn vragen die voor dit artikel te ver gaan. Er wordt op nationaal niveau over gedacht en dat is hard nodig ( zie https://www.bjmgerard.nl/vier-scenarios-voor-het-energiesysteem-van-de-toekomst/ )