Samen een duurzamere toekomst creëren door het produceren van e-brandstoffen uit CO2 en groene waterstof
Wat valt er niet leuk te vinden aan e-fuels? Afgeleid van afgevangen CO2 gecombineerd met groene waterstof, vormen ze een opmerkelijk vooruitzicht op het gebied van hernieuwbare brandstoffen. De technologie voor e-fuels bestaat al, maar om een haalbare waardeketen voor massaproductie op te zetten, zijn een scherp technologisch inzicht en een hecht netwerk van samenwerkingen nodig. Dit is wat Neste en partnerbedrijven hebben gedemonstreerd in het Bioruukki Pilot Centre van VTT in Espoo, Finland.
Stel u een wereld voor waarin vliegtuigen, vrachtwagens en schepen gebruik maken van elektrobrandstoffen - ook wel e-fuels genoemd - gemaakt van hernieuwbare waterstof die wordt geproduceerd door groene elektriciteit en afgevangen CO2. Met Power-to-X-technologie wordt broeikasgas dat de opwarming van de aarde had kunnen verergeren, met behulp van groene waterstof omgezet in e-crude. Deze e-crude kan dan worden geraffineerd tot koolstofneutrale brandstoffen voor transportsectoren die moeilijk rechtstreeks te elektrificeren zijn.
"Om de wereldwijde klimaatdoelstellingen te halen, zijn alle duurzame oplossingen nodig. Oplossingen op basis van Power-to-X, zoals e-fuels, hebben het potentieel om de uitstoot in de transportsector verder te verminderen dan hernieuwbare brandstoffen op basis van biomassa", legt Dietmar Huber, Vice President van Power-to-X Innovation Business Platform bij Neste, uit.
Power-to-X technologie is veelbelovend, maar niet zonder obstakels. Eén van de grootste uitdagingen is het opbouwen van een waardeketen die e-fuels positioneert als een levensvatbare concurrent in de markt van hernieuwbare brandstoffen.
Een katalysator voor innovatie
Welkom in de toekomst! VTT Bioruukki Pilot Centre is een rood bakstenen huis dicht bij de natuur aan de rand van de stad Espoo in Finland. Achter de bescheiden gevel schuilt een geavanceerde proeflijn die demonstreert hoe e-brandstoffen op industriële schaal kunnen worden geproduceerd.
Hier is Neste, onder leiding van VTT Technical Research Centre of Finland en samen met vijftien industriële partners, één van de medewerkers in een onderneming die meerdere productie-eenheden voor e-brandstoffen integreert.
"Na bijna drie jaar van nauwe samenwerking hebben we met succes een kleinschalige integratie van de volledige PtX-waardeketen bereikt", onthult Huber.
Het E-Fuel onderzoeks- en ontwikkelingsproject in Bioruukki is één van de vele onderzoekssamenwerkingen van de Neste Veturi-programma's. Het programma ontwikkelt duurzame brandstoffen en chemicaliën uit hernieuwbare en gerecyclede grondstoffen, zoals lignocellulose, algen en plastic afval, hernieuwbare waterstof en CO2. Veel van deze grondstoffen waren in het verleden moeilijk te gebruiken en dit wordt direct weerspiegeld in de waardeketen.
Nieuwe mijlpalen bereiken in de productie van e-brandstoffen
"Samenwerking is de sleutel tot het opbouwen van een levensvatbare Power-to-X waardeketen", zegt Juha Lehtonen, hoogleraar onderzoek bij VTT. "We hebben verschillende soorten expertise nodig, van hernieuwbare energie en CO2-opvang tot elektrolysetechnologie en de raffinage van e-crude."
Het E-Fuel-project in Bioruukki heeft precies dat gedaan: het integreerde verschillende technologieën voor elektrolyse bij hoge temperatuur, het afvangen van CO2 en koolwaterstofsynthese.
Eén van de doorbraken van het project was het samenbrengen van drie belangrijke technologische oplossingen: elektrolyse op basis van vaste oxiden (SOEC, door Convion-systeem met Elcogen-stacktechnologie), Fischer-Tropsch-synthese (FT, door Ineratec en VTT-technologie en -katalysatoren), en CO2-afvang op basis van water (door CarbonReUse Finland en Andritz-technologie). De SOEC-technologie werkt bij hoge temperaturen en is veel efficiënter in het produceren van waterstof uit elektriciteit dan alternatieve methoden zoals alkaline en PEM-elektrolyse technologieën.
"In de pilot worden nieuwe oplossingen en toepassingen op basis van een aantal bestaande technologieën getest en verder verbeterd voor de productie van e-brandstof, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor toepassingen op commerciële schaal. De volgende stappen zijn het evalueren van de algehele haalbaarheid van het proces en het zoeken naar opties om het op te schalen", aldus Lehtonen.
"Het is een mijlpaal die het proces versnelt om drop-in paraffinische e-brandstoffen en andere PtX-producten commercieel beschikbaar te maken", beaamt Huber.
Een samenwerking vol waardevolle leermogelijkheden
De samenwerking ging niet alleen over het afvinken van vakjes. Het ging om leren, voortbouwen op bevindingen en samenwerken om een gemeenschappelijk doel te bereiken. Afstemmen op de juiste positieve instelling van: "Ja, dat kunnen we".
"Ik ben blij om getuige te zijn van de inzet van Neste om te investeren en deel te nemen aan de hele waardeketen", zegt Lehtonen. "We hebben eerlijk en actief gecommuniceerd met alle partners en openlijk onze gedachten gedeeld tijdens regelmatige bijeenkomsten. Het ruimhartig delen van kennis en ons collectieve vermogen om uitdagingen te overwinnen door samen problemen op te lossen, behoren tot de belangrijkste conclusies van het project", aldus Lehtonen.
Een ander leermoment was de integratie van verschillende proceseenheden in de pilot, waardoor alle betrokkenen waardevolle kennis hebben opgedaan.
"Er waren meerdere actoren betrokken bij de integratie, elk met hun eigen apparatuur. Ondanks enkele vertragingen konden we het systeem succesvol integreren", vervolgt hij.
"Samenwerking is een sleutelfactor voor succes, zoals in dit project is bewezen. Er zal een breed spectrum aan expertise nodig zijn in de PtX-waardeketen", geeft Huber aan.
De weg voorwaarts: kleine stappen op weg naar commercialisering
Huber en Lehtonen wijzen erop dat ondanks de succesvolle demonstratie, het commercialiseren van PtX geen sinecure is. Het is een enorme onderneming die miljarden aan investeringen en enorme hoeveelheden hernieuwbare energie vereist.
Aangezien er nog werk aan de winkel is, draait het bij het versterken van de waardeketen voor e-fuels allemaal om het opzetten van partnerschappen en het gezamenlijk creëren van bouwstenen voor toekomstige commercialisering.
"Het koolstofvrij maken van de transportsector en de zware industrie is de uitdaging van ons leven. De Bioruukki-testlijn laat zien dat het mogelijk is om de koolstofkringloop te sluiten door een deel van de uitgestoten koolstofdioxide te gebruiken voor de productie van e-fuels", zegt Huber.
Een meer direct resultaat van het proefproject is dat er al enkele honderden kilo's e-crude zijn geproduceerd om te worden geraffineerd tot paraffinische e-fuels die binnenkort in Finland zullen worden getest in een tractor met dieselmotor van AGCO Power. Het is één van de eerste stappen op weg naar het ontsluiten van nieuwe grondstoffen voor een duurzamere toekomst.
