Twee cementfabrieken in België klimaatneutraal vóór 2030!

Bij beide fabrieken zal gebruik worden gemaakt van een combinatie van technieken om de vrijkomende CO₂ af te vangen en te concentreren. In beide gevallen is de eerste stap het gebruik van zuivere zuurstof of een verhoogd zuurstofgehalte in plaats van gewone lucht. In een reguliere cementoven wordt veel lucht geblazen om de voor het verhitten van de oven gebruikte brandstoffen van zuurstof te voorzien, waardoor de CO₂ die vrijkomt uit de kalksteen en uit de brandstoffen sterk wordt verdund. Door zuurstof te gebruiken in plaats van lucht kan de CO₂-concentratie in de rookgassen sterk worden verhoogd. Afhankelijk van de gebruikte techniek kan de CO₂-concentratie worden verhoogd van grofweg 25 % naar meer dan 90 %.

Bij de ‘pure’ oxyfuel techniek, waarbij volledig met zuivere zuurstof wordt gewerkt, is er geen vervolgstap nodig om de CO₂-concentratie verder te verhogen. Deze techniek vraagt echter wel forse aanpassingen aan het proces. Zo moet het brandproces worden aangepast omdat er anders door het gebruik van pure zuurstof hogere verbrandings­temperaturen ontstaan. Er moet uiteraard heel veel zuivere zuurstof worden geproduceerd (voor een gemiddelde klinkeroven zo’n 30 ton zuurstof per uur) waarvoor een luchtsplitsingsinstallatie nodig is. En de gehele ovenlijn moet zo luchtdicht mogelijk worden gemaakt, hetgeen bij de hoge temperaturen en draaiende delen niet eenvoudig is. Een alternatief voor het werken met zuivere zuurstof is het werken met verhoogde zuurstofconcentraties. Dit vraagt minder aanpassingen aan de cementoven, maar de CO₂-concentratie in de rookgassen is dan niet hoog genoeg om de CO₂ efficiënt te kunnen afvangen en opslaan. Er is dus een vervolgstap nodig voor verdere concentratie van de CO₂ en die aanpak wordt gevolgd bij de fabriek van Holcim in Obourg. Bij de fabriek van Heidelberg Materials in Antoing wordt wel zuivere zuurstof gebruikt, maar niet voor het gehele ovenproces maar alleen bij het zogeheten calcineren van kalksteen.

Bij de fabriek van Holcim in Obourg zal eerst de huidige ‘natte’ oven worden vervangen door een state-of-the-art droge oven, waarmee een forse energiebesparing wordt gerealiseerd. Vervolgens zullen de installaties worden gebouwd om te kunnen werken met de oxyfuel technologie, waarmee de CO₂ wordt geconcentreerd tot zo’n 80%. De CO₂-concentratie zal vervolgens verder worden verhoogd tot boven 99,5 % met behulp van Air Liquide’s Cryocap^TM Oxy technology. Deze techniek maakt gebruik van een combinatie van cryogene techniek (het sterk afkoelen of vloeibaar maken van gassen) en van filters, waardoor de rookgassen worden gereinigd en de CO₂ sterk kan worden geconcentreerd.

Het gehele project, genaamd GO4ZERO, moet in 2028 zijn afgerond en resulteren in de afvang van zo’n 1,1 miljoen ton CO₂ per jaar. De CO₂ wordt vervolgens getransporteerd naar Antwerpen, waarna het vloeibaar wordt gemaakt en vervolgens wordt verscheept voor permanente opslag onder de Noordzee.

Met het enorme project is een investering van meer dan 500 miljoen euro gemoeid. Voor het project is subsidie toegekend vanuit het EU-Innovatiefonds.

Bij de fabriek van Heidelberg Materials in Antoing zal voor het afvangen van de CO₂ gebruik worden gemaakt van een combinatie van oxyfuel technologie en amines.

De oxyfuel technologie zal zoals eerder aangegeven alleen worden toegepast op het calcinatieproces. Dit is het verhitten van kalksteen tot ongeveer 900 °C, waarbij de kalksteen (CaCO₃) wordt omgezet in vrije kalk (CaO) en CO₂. Het gaat om ongeveer 510 kg CO₂ per ton klinker, grofweg tweederde van de totale bij de productie van portlandcementklinker vrijkomende hoeveelheid CO₂. Door de kalksteen eerst te verhitten met restwarmte en vervolgens met brandstof en zuivere zuurstof, ontstaat er in de rookgas van het calcinatieproces een zeer hoge concentratie CO₂ die vervolgens kan worden afgevangen.

Ongeveer een derde van de CO₂ is afkomstig van de brandstoffen die nodig zijn voor het verhitten van de klinkeroven. Die brander van de klinkeroven, die de grondstoffen (hoofdzakelijk de gecalcineerde kalksteen en klei) verder verhit tot zo’n 1.450 °C, werkt met gewone lucht, waardoor het voor deze stap noodzakelijk is om de vrijkomende CO₂ te concentreren. Die CO₂ zal worden afgevangen met amines. Amines lijken op ammoniak, dat bestaat uit een stikstofatoom en drie waterstofatomen (NH₃). Amines bestaan uit een stikstofatoom met daaraan ten minste een koolstofatoom en verder waterstofatomen (bijvoorbeeld NCH₅). Amines kunnen CO₂ bij lage temperatuur (30 °C) opnemen en bij hogere temperatuur (120 °C) weer afgeven. Meer over deze techniek kun je lezen in ons artikel Met amines CO₂ afvangen bij cementproductie.

Het verwarmen van de CO₂-rijke amine-oplossing wordt gedaan met de restwarmte van het ovenproces. De restwarmte is niet toereikend om met deze techniek alle CO₂ af te kunnen vangen, maar door de ingenieuze combinatie van de aminetechnologie met de oxyfuel technologie wordt het gedeelte dat met de amineoplossing moet worden afgevangen zodanig beperkt dat de restwarmte wel toereikend is.

Het project, genaamd Anthemis, zal vanaf 2029 resulteren in de jaarlijkse afvang van 800.000 ton CO₂, die vervolgens via een pijplijn zal worden afgevoerd en worden opgeslagen onder de Noordzee. Met dit project is een investering van 450 miljoen euro gemoeid.

Twee van de vier klinkerovens in België zullen dus al voor 2030 CO₂-neutrale portlandcementklinker, de basisgrondstof voor cement, produceren. Cement dat met deze klinker wordt gemaakt zal een zeer bescheiden CO₂-profiel hebben, onder meer afhankelijk van het CO₂-profiel van de overige (hoofd)bestanddelen van het cement. Beton dat met cement van deze fabrieken geproduceerd gaat worden kan zelfs CO₂-negatief zijn. Dit komt doordat een deel van de bij de productie van cement vrijgekomen CO₂ weer wordt opgenomen door het beton gedurende de levensduur van de betonconstructies en door betongranulaat wanneer het gerecycled wordt. Die opname is niet gering. Geschat wordt dat wereldwijd ruim 40 % van CO₂ die vrijkomt bij de calcinatie van kalksteen weer wordt opgenomen door de cementsteen. Die schatting is wel gebaseerd op het wereldwijde hoge aandeel aan klinker in cement, want cementsteen op basis van portlandcement kan meer CO₂ opnemen dan cementsteen van hoogovencement. Gecorrigeerd voor het relatief hoge aandeel hoogovencement in Nederland gaat het nog altijd gemiddeld om bijna 30 % oftewel 150 kg CO₂ per ton cement ofwel zo’n 50 kg CO₂ per m³ beton. Wanneer (vrijwel) klimaatneutraal cement wordt gebruikt overtreft deze CO₂-opname de CO₂-emissies als gevolg van het transport van de grondstoffen, de productie van beton en het transport van beton naar de bouwplaats. Beton wordt op deze manier een (bescheiden) carbon sink!