Tekst: Pieter van den Brand

Het Rotterdamse Carbon Capture & Storage-project Porthos wil jaarlijks 2,5 miljoen ton CO₂ uit de industrie in het havengebied afvangen en opslaan. Voor het afvangen bestaan diverse technieken. Welke het meest geschikt is, hangt af van het CO₂-gehalte van de processtromen en rookgassen.

Jaarlijks 2,5 miljoen ton CO₂ afvangen en opslaan in een leeg gasveld in de Noordzee, dat is het doel van de eerste fase van het Carbon Capture and Storage (CCS) project met de naam Porthos (kort voor Port of Rotterdam CO₂ Transport Hub and Offshore Storage). Die 2,5 miljoen ton is 10% van de totale hoeveelheid CO₂ die het industriecluster in Pernis, Botlek en Europoort jaarlijks produceert.

Voldoende volume?

De eerste vier bedrijven die aan CCS Porthos willen meewerken, zijn Shell en ExxonMobil met hun raffinaderijen, en Air Liquide en Air Products met hun waterstoffabrieken. De vraag is of dit kwartet die hele 2,5 miljoen ton in de eerste fase van het CCS-project kan volmaken. Zeker is dat ze grote hoeveelheden zuivere CO₂ kunnen leveren uit hun productieprocessen. Uit de vergasser van de raffinaderij van Shell in Pernis komt jaarlijks al 1 miljoen ton, maar daarvan levert het bedrijf via de OCAP-leiding circa de helft aan de glastuinbouw. Waarschijnlijk zijn de CO₂-volumes in de processtromen van deze bedrijven niet voldoende, ook niet als Shell minder naar de glastuinbouw gaat leveren en een deel naar Porthos om gaat leiden. Opgeteld ligt het volume aan gasstromen met hoge concentraties CO₂ (50-100%) naar schatting rond de 2 miljoen ton. “Om meer CO₂ te winnen, zullen deelnemende bedrijven uiteindelijk ook gasstromen met lagere concentraties CO₂ moeten gaan afvangen”, zegt Croezen. Hij doelt daarmee op de rookgassen van gasturbines, fornuizen en ketels, waarbij relatief kleine volumes CO₂ van 3-12% CO₂ vrijkomen. Bij de raffinaderijen staan verder twee katalytische kraakinstallaties (FCC-eenheden), waarvan de rookgassen rond de 20% CO₂ bevatten.

2,5 miljoen ton CO₂ is 10% van het totaal dat het ­industriecluster in Pernis, Botlek en ­Europoort ­jaarlijks produceert

Syngas

Het afvangen van de CO₂ gaat bij Shell nu via het Rectisol-proces. Rectisol is de handelsnaam voor een traditioneel proces om zure gassen te verwijderen om hoogzuiver synthesegas te verkrijgen, vooral voor katalytische processen. Shell maakt eerst syngas uit het zware olieresidu uit de hydrocracker met zuurstof, en van daaruit waterstof, dat weer gebruikt wordt om diesel te behandelen. Vervolgens wordt in het Rectisol-proces de CO₂ in het syngas met koude methanol geabsorbeerd en door drukverlaging van het methanol/CO₂-mengsel afgescheiden Het resultaat is een vrijwel zuivere (>97%) stroom CO₂.

Afvangtechnologie

Voor het afvangen van CO₂ bestaan ook andere processen. Process engineering-experts Harry Croezen en Cornelis Offereins van advies- en ingenieursbureau RoyalHaskoningDHV hebben alle potentieel inzetbare afvangtechnologieën in kaart gebracht voor het technische gedeelte van de milieueffectrapportage (MER) van CCS-Porthos, een verplicht onderdeel van de vergunnings­aanvraag die dit jaar wordt doorlopen. “We hebben uiteenlopende opties op een rij gezet”, zegt Croezen. “Om voldoende CO₂ af te vangen, zijn al deze technieken nodig.”

Om voldoende CO₂ af te vangen, zijn al deze ­technieken nodig
Harry Croezen, process-engineering expert, RoyalHaskoningDHV

Technieken

In het oog springt het in eigen keuken ontwikkelde Cryocap-proces van Air Liquide (zie kader Cryocap). In zijn waterstoffabriek in het Franse Port Jerôme maakt het bedrijf sinds 2015 jaarlijks 100 kiloton CO₂. In mei 2020 diende Air Liquide een vergunningsaanvraag in om eenzelfde installatie te bouwen bij zijn waterstoffabriek in de Botlek, waar het jaarlijks zo’n 500 kiloton zou kunnen winnen. Ook Vacuum Pressure Swing Adsorption (VPSA; zie kader) is een geschikte techniek om CO₂ uit procesgassen af te vangen. Air Products heeft een VPSA-installatie gebouwd in zijn waterstoffabriek in Port Arthur, Texas in de Verenigde Staten. De gewonnen CO₂ heeft een zuiverheid van meer dan 97%. Het bedrijf wil nog niet zeggen of het eenzelfde installatie in Rozenburg gaat bouwen.

Rookgassen

In theorie zou de Cryocap-techniek van Air Liquide ook kunnen worden ingezet voor het afvangen van CO₂ uit rookgassen, maar volgens Offereins is dit een brug te ver: “Zo’n proces is eerder geschikt voor hooggeconcentreerde CO₂-stromen. Voor rookgassen is zo’n techniek zeker niet kosteneffectief. Om laaggeconcentreerde CO₂-stromen af te scheiden, zul je waarschijnlijk de grootste match vinden met chemische absorptie met solvents en niet met Cryocap-achtige technieken.” Chemische absorptie wordt volop toegepast voor het winnen van CO₂ bij kolencentrales en stookketels en het verwijderen van vtijdens het ammoniakproductieproces. Dat gebeurt met een vloeibare oplossing, die het CO₂-mengsel in een waskolom absorbeert. Veelgebruikte solvents zijn amines (met name monoethanolamine). Vervolgens wordt het solvent in de desorptiestap verhit, om de chemische verbinding tussen afgevangen CO₂ en absorptiemiddel weer te verbreken. Zo ontstaat een relatief zuivere stroom CO₂. Het absorptiemiddel wordt tegelijkertijd geregenereerd voor hergebruik in het proces.

Energieverbruik

Het nadeel van absorptietechnieken is dat ze relatief veel thermische energie vragen voor de regeneratie van het circulerende absorbens en relatief veel elektriciteit nodig hebben voor de compressie van het CO₂ naar de gewenste Porthos-druk van 35 bar. “Dat klopt”, zegt Offereins, “maar op dit moment is er geen goed alternatief. Daarom wordt er druk gekeken naar energie-optimalisatie, onder meer door de inzet van warmtepompen.” Een andere optie, vult Croezen aan, is restwarmte in te zetten, zoals bij afvalverbrandingsinstallaties gebeurt. “Zo optimaliseer je de energiehuishouding.” De absorptie met koude methanol in het Rectisol-proces dat Shell in Pernis toepast, kost overigens relatief weinig energie, wil Croezen nog opmerken.

Financiering

Intussen wordt gewerkt aan het rondkrijgen van de financiering voor het project. Carbon Capture & Storage (CCS) is niet meer weg te denken in de strijd tegen de klimaatverandering. De milieu­beweging heeft nog twijfels, maar voor het internationale klimaatpanel IPPC, de EU en de Nederlandse overheid is duidelijk dat de industrie niet genoeg alternatieven heeft. De grootschalige inzet van groene waterstof is nog ver weg en heel duur. Per ton vermeden CO₂-uitstoot is CSS een relatief goedkope oplossing. Relatief, want de initiatiefnemers van CCS Porthos – EBN, Gasunie en Havenbedrijf Rotterdam – hebben het indrukwekkende bedrag van € 2,1 miljard aan subsidie aangevraagd uit de SDE++-regeling (Stimulering Duurzame Energieproductie en Klimaattransitie). Omdat CCS onder de minder dure opties valt, is de toekenning in de loop van 2021 waarschijnlijk. De EU draagt € 102 miljoen bij.

Businesscase bouwen

Of er definitief groen licht komt, hangt van tal van factoren af. De finale investeringsbeslissing, die begin 2022 is gepland, is afhankelijk van de precieze subsidietoekenning, de CO₂-heffing in Nederland en de prijs per ton CO₂ in het Europese emissiehandelssysteem ETS. CO2-producerende bedrijven hebben namelijk geen emissierechten nodig, als de CO₂ permanent in de bodem wordt opgeslagen. Dat is wel het geval, als de afgevangen CO₂ een bestemming krijgt in tuinkassen of als grondstof in de chemie. Die laatste toepassingen zijn circulairder en dus mooier, maar op dit moment niet rendabel. Maar de eenmaal aangelegde infrastructuur is nooit weggegooid geld, dus wie weet kan het daar nog van komen, mocht de Europese regelgeving veranderen. Een andere onzekerheid is nog het tarief dat voor transport en opslag gaat gelden voor de aanbieders van CO₂. De deelnemende CO₂-leveranciers moeten dus nog druk aan het sleutelen met hun businesscase. In het ideale geval zou het CCS-systeem dan in 2024 in bedrijf kunnen zijn. ●

CO2-reductierookgassencarbon capture & storageafvangtechnologiecryocapVPSA