Tekst: Pieter van den Brand | Beeld: Shell
Shell investeert in de technologie van het Nederlandse techbedrijf BlueAlp om niet-recycleerbare afvalplastics te pyrolyseren. En in eigen technologie om de ruwe pyrolyse-olie te upgraden en er nieuwe, food-safe plastics uit te maken. Zo wordt steeds meer plastic circulair.
Tekst: Pieter van den Brand | Beeld: Shell
De bouw van pyrolysefabrieken en aanpalende R&D-inspanningen richten zich op twee verschillende inputstromen: grondstoffen van biologische oorsprong en afvalplastics. Voor beide stromen is de pyrolyse-technologie inmiddels volop commercieel beschikbaar. Neem het Nederlandse BTG, dat zijn snelle-pyrolyse-techniek voor biomassastromen naar Zweden en Finland heeft uitgerold (zie Fluids Processing, juni 2022).
Het aantal spelers voor pyrolyse van plastics uit afvalstromen neemt ook toe, maar hier hebben toepassingen op commerciële schaal vooralsnog een minder groot volume. Schaalvergroting is echter essentieel om pyrolyse rendabel te maken.
Wat hierbij meteen opvalt, is de band tussen de jonge pyrolyse-techbedrijven en de gevestigde chemie-orde. Het Amerikaanse Nexus Circular gaat samen met Dow in de VS een fabriek bouwen voor de jaarlijkse verwerking van 26.000 Mton afvalplastic. In Europa is SABIC op Chemelot al langer in de weer met de bouw van een pyrolyse-fabriek bij zijn stoomkraker Olefins-4.
Deze fabriek gebaseerd op de technologie van het Spaanse Plastic Energy zet afvalplastic om in synthetische olie, die na raffinage en verdere opwerking kan dienen als grondstof voor de productie van monomeren (etheen en propeen). In de nabijgelegen polymeerfabrieken worden daar polypropyleen (PP) en polyethyleen (PE) van gemaakt. De pyrolyse-fabriek is volgens planning in 2025 operationeel (jaarcapaciteit: 200 kiloton). De Eindhovense startup Ioniqa vond vorig jaar in het Amerikaanse KTS een nieuwe partner, om jaarlijks 30 miljoen ton aan rPET te produceren uit afvalplastic.
Chemische recycling middels pyrolyse is volgens de deskundigen de aangewezen oplossing om de groeiende berg vervuild en niet-recyclebaar kunststofafval aan te pakken. Denk vooral aan gelamineerde plasticverpakkingen voor etenswaren. De sorteerders en mechanische recyclers hebben daar grote problemen mee. Enorme hoeveelheden eindigen dan ook in de afvaloven.
Pyrolyse brengt het plastic terug naar het oorspronkelijke materiaal (atoom), om weer nieuw plastic te produceren dat in aanmerking komt voor het verpakken van voedingsmiddelen, iets dat na mechanische recycling niet mag. Door circulaire plastics te gebruiken, vervalt bovendien de afhankelijkheid van aardolie en dat levert weer CO2-reductie op.
“We kijken specifiek naar ‘niet-recyclebaar’ kunst- stofafval, omdat het zo uiteindelijk wel recyclebaar is, als je het dus pyrolyseert en schoonmaakt”Wim Derks, Shell
Ook Shell zoekt al langere tijd naar geschikte technieken om de kunststofketen te sluiten. Het bedrijf heeft het oog laten vallen op de technologie van BlueAlp, die sinds juni 2021 toegepast wordt in de fabriek van Renasci in Oostende. De fabriek aan de Belgische kust kan per uur zo’n 1.400 kilo afvalplastic verwerken en produceerde in een jaar tijd zo’n 760 ton pyrolyse-olie (omgerekend zo’n 975.000 liter) uit 17 kiloton afvalplastic. Dit is onlangs opgeschaald naar 70 kiloton.
Net als SABIC wil Shell pyrolyse-olie toepassen als voeding voor zijn stoomkrakers. Shell verwerkt in zijn krakers in Norco (VS) en Moerdijk al pyrolyseolie, en nam vorig jaar een kwart van de aandelen in BlueAlp over. Het in 2014 door ingenieursbureau Petrogas opgerichte bedrijf heeft twee pyrolyse-units voor Shell Moerdijk ontworpen (verwerkingscapaciteit 60.000 ton afvalplastic), die naar verwachting in 2024 operationeel zijn.
“De BlueAlp-technologie heeft zich commercieel bewezen en levert een goede kwaliteit pyrolyse-olie op. Om die reden is Shell investeerder geworden in BlueAlp”, licht Wim Derks toe, technoloog Base Chemicals op Shell’s Energy Transition Campus in Amsterdam. “Door van afvalplastics weer een grondstof te maken voor onze krakers, geven we deze afvalstroom een waarde. Inderdaad kijken we specifiek naar ‘niet-recyclebaar’ kunststofafval, omdat het zo uiteindelijk wel recyclebaar is, als je het dus pyrolyseert en schoonmaakt. Door een hogere waarde aan dit laagwaardige goedkope plastic te geven, is het waardevol om dit afval in te zamelen, belandt het mogelijk minder in het milieu en kan de samenleving gebruik blijven maken van de voordelen van plastics in de toekomst. Kunststof is immer licht van gewicht en bovendien water- en luchtdicht”, zegt Derks.
De ambities van Shell voor Moerdijk gaan ver. Het bedrijf wil er niet alleen de inzet van circulaire grondstoffen verhogen, het chemiepark zou over tien jaar ook een netto nul-CO2-uitstoot moeten hebben. Het andere wapen in het vuur heet waterstof. Het bedrijf werkt aan plannen voor de bouw van een installatie die waterstof produceert uit de restgassen die vrijkomen bij andere productieprocessen op het park.
Shell kan de energiedrager gebruiken om zijn industriële fornuizen in Moerdijk te verwarmen. Het bedrijf heeft overigens ook andere leveranciers van pyrolyseolie benaderd. Een eigen pyrolysefabriek is onderdeel van de plannen bij het opschalen van het gebruik van pyrolyseolie, maar mogelijk zijn investeringen voorlopig niet aan de orde.
Na het pyrolyseproces ligt er overigens nog geen kant-en-klare grondstof. Daar is meer voor nodig. Het ideaal van een pyrolysefabriek die alle soorten plastic aankan en een olie produceert die direct inzetbaar is in de stoomkraker, is niet haalbaar. Polyesters en vocht in het afval zorgen bijvoorbeeld voor ongewenst zuurstof en een niet-optimale koolstof-waterstofverhouding. Stoomkrakers werken het best met schone koolwaterstoffen, met weinig zwavel, stikstof en zuurstof. Anders ontstaan ongewenste reacties en corrosie.
Als het pyrolyse-proces optimaal verloopt, is rond de 70% olieopbrengst uit plastic afval het hoogst haalbare, op basis van de koolstoffractie, aldus Derks. “PE en PP zijn de beste feedstock om te pyrolyseren. Deze kunststoffen geven de beste kwaliteit olie voor de stoomkraker. Maar er zitten nog kleurstoffen en andere additieven in. Andere plastics zijn niet geschikt, of geven zelfs problemen bij chemisch recyclen. PVC en PU zorgen bijvoorbeeld voor hoge chloor- en stikstof-waarden in de pyrolyse-olie. Deze zijn vervuilend voor onze stoomkrakers. Daarom moet de olie worden schoongemaakt.”
In Moerdijk – en op de Pulau Bukom-site in Singapore, want Shell’s circulaire ambities kennen geen landsgrenzen – gaat het bedrijf daarom upgrading-installaties bouwen voor de ruwe pyrolyse-olie (beide met een jaarcapaciteit van 50.000 ton, het equivalent van 7,8 miljard plastic tasjes). In Moerdijk is de bouw inmiddels begonnen, de installatie in Singapore moet in de loop van 2023 in bedrijf zijn. De upgrading-technologie komt uit de eigen keuken van Shell. Het upgrading-proces bestaat uit een aantal stappen, maar de belangrijkste stap is een extractieproces.
“Hiermee worden alle ongewenste contaminanten uit de pyrolyse-olie gewassen. Het resultaat is een schone olie, die hoogwaardige koolwaterstoffen bevat”, legt Derks uit. Over de kneepjes van het extractieproces wil hij verder weinig kwijt. In de petrochemie worden al langer oplosmiddelen, zoals sulfolaan, ingezet voor de vloeistof-vloeistof-extractie van aromatische verbindingen, zoals benzeen en tolueen. De opgewerkte schone pyrolyse-olie levert volgens Derks in de stoomkraker hoge opbrengsten aan nieuwe chemiebouwstenen op, zoals etheen en propeen.
________________________________________________
Het pyrolyseproces van BlueAlp is gebaseerd op conversie. In een eerste stap wordt het geshredderde, gewassen en gedroogde kunststofafval verwarmd en gesmolten, waarna het onder atmosferische zuurstofloze condities op een temperatuur van 500-600 °C wordt gekraakt tot een olie (en een kleine koolfractie). De olie ondergaat een finetuning-stap in een destillatiekolom. BlueAlp heeft een aantal wijzigingen bedacht op het traditionele pyrolyseproces. Het belangrijkste verschil is het toepassen van ‘slow-cracking’. Door het plastic geleidelijk te verwarmen wordt elke aanwezige polymeersoort bij de meest optimale temperatuur gekraakt. Dit voorkomt het ‘overkraken’ van de koolwaterstoffen en optimaliseert zo de output – zowel kwantitatief als kwalitatief. Ook scheelt dit in energieverbruik en CO2-emissies. De in het kraakproces aanwezige gecondenseerde gassen worden hergebruikt als brandstof in het proces. Voor het conversieproces zijn geen katalysatoren nodig, en ook dat scheelt weer in kosten. De technologie is voor alle kunststofsoorten geschikt, ook PU en PVC. Voor gebruik in de stoomkraker is een extra opwerkingsstap nodig. Reden voor Shell om eigen technologie in te zetten om de zuiverheid van pyrolyse-olie te verbeteren.
