Met waterstof op weg naar klimaatneutraal cement
Het afstemmen van chemische processen van verschillende organisaties levert een impuls voor verduurzaming. Wat een bijproduct of reststroom is voor de een, is grondstof voor de ander. Samenwerking brengt de verduurzaming op een hoger plan.
In Sleeswijk-Holstein, de noordelijkste deelstaat van Duitsland, werken 10 partijen vanuit diverse industrieën samen aan het opzetten van een regionale groene waterstofeconomie onder de naam WESTKÜSTE100. Onderdeel van dit project is het afvangen en gebruiken van CO2 die vrijkomt bij de cementfabriek van Holcim in Lägerdorf, waardoor deze fabriek al voor 2030 klimaatneutraal zal zijn.
De westkust van Sleeswijk-Holstein is een ideale locatie voor het opwekken van windenergie. Dat wordt er dan ook volop gedaan: met zo’n 8.000 megawatt aan geïnstalleerde capaciteit is Sleeswijk-Holstein de deelstaat die de meeste windenergie produceert en deze capaciteit wordt nog verder uitgebreid. Voor de overgang naar een volledig CO2-vrije energievoorziening is echter opslag van groene stroom nodig, bijvoorbeeld in de vorm van waterstof.
Waterstof
Het maken van waterstof is op kleine schaal niet zo ingewikkeld. We kennen het allemaal nog wel van een scheikundeles op de middelbare school, waarbij het experiment eindigde met een harde knal. Water in een glas met een theelepeltje zout, een batterij en een paar paperclips volstaan om water (H2O) te splitsen in waterstof (H2) en zuurstof (O2). Dit proces heet elektrolyse. Uit de formules voor water, zuurstof en waterstof volgt dat er tweemaal zoveel waterstof als zuurstof bij de elektrolyse vrijkomt; in die verhouding heet het niet voor niets knalgas. Daarom worden de vrijkomende zuurstof en waterstof goed gescheiden opgevangen.
Omdat het elektrolyseproces het omgekeerde van de werking van een brandstofcel is, kan waterstof goed gebruikt worden als tijdelijke opslag van groene stroom. Bij een brandstofcel worden waterstof en zuurstof immers gecombineerd tot water, waarbij er elektriciteit vrijkomt. Waterstof kan in een brandstofcel worden gebruikt, bijvoorbeeld in bussen en auto’s op waterstofgas en het kan direct worden verbrand om energie op te wekken, bijvoorbeeld als brandstof voor een cementoven. Daarnaast er kunnen ook koolwaterstoffen zoals plastics en vloeibare brandstoffen van worden gemaakt
De zuurstof die vrijkomt bij de elektrolyse van water kan direct worden vrijgelaten, maar het is natuurlijk veel beter die zuurstof ook nuttig in te zetten in industriële processen, waardoor de productie van waterstof efficiënter en rendabeler wordt. Bij het project WESTKÜSTE100 wordt de zuivere zuurstof geleverd aan de cementfabriek van Holcim, die daardoor niet zelf zuurstof hoeft te produceren voor toepassing van de zogeheten oxyfuel techniek voor afvang van de vrijkomende CO2.
WESTKÜSTE100
Bij het project WESTKÜSTE100 wordt de productie van waterstof uit windenergie op ingenieuze wijze gecombineerd met het afvangen van de CO2 die vrijkomt bij de productie van cement, de productie van synthetische kerosine en het verwarmen van huizen.
Met windenergie wordt middels een elektrolyse-installatie van 30 megawatt waterstof en zuurstof geproduceerd. De zuurstof wordt geleverd aan de cementfabriek van Holcim. Door zuivere zuurstof in plaats van lucht te gebruiken komt er zuivere CO2 vrij, die daardoor efficiënt kan worden afgevangen. Zie voor meer informatie over dit zogeheten oxyfuel proces ons artikel CO2 afvangen bij cementproductie: oxyfuel.
De CO2 van de cementfabriek wordt samen met waterstof omgezet in methanol en vervolgens geraffineerd tot synthetische kerosine. De waterstof kan ook worden gebruikt om rechtstreeks huizen te verwarmen. Wanneer er een overschot aan waterstof is kan deze worden opgeslagen. De totale investering voor dit project wordt geschat op 89 miljoen euro, waarbij 36,5 miljoen euro wordt bijgedragen door het Duitse Ministerie van Economische Zaken en Klimaatbescherming.
WESTKÜSTE100
Schema van het totale project WESTKÜSTE100 (bron: WESTKÜSTE100)
Cementfabriek in Lägerdorf
Schematische weergave van de nieuw te bouwen installaties: In blauw de nieuwe oxyfuel ovenlijn en in geel de installatie voor het afvangen van CO2 (bron: WESTKÜSTE100)
Cementfabriek in Lägerdorf klimaatneutraal
Het project WESTKÜSTE100 kan niet los worden gezien van de aanpassingen die nodig zijn om de CO2 af te vangen bij de cementfabriek van Holcim in Lägerdorf. Dat project, Carbon2Business, is qua investeringen nog groter. Dit project betreft de bouw van een nieuwe oxyfuel cementoven. Dit moet resulteren in het afvangen van 1,2 miljoen ton CO2 per jaar, waarmee deze cementfabriek in 2029 zal behoren tot een van de eerste volledig klimaatneutrale cementfabrieken ter wereld. Voor dit project is begin 2023 een subsidie van 110 miljoen euro toegekend door de EU.
Op weg naar klimaatneutraal beton
De fabriek van Holcim in Lägerdorf zal vanaf 2029 klimaatneutraal cement kunnen leveren door het afvangen en nuttig toepassen van CO2. Het afvangen van CO2 is een essentieel onderdeel van de route naar klimaatneutraal beton: naar verwachting moet ongeveer een derde van de totale CO2-reductie, die nodig is om beton klimaatneutraal te maken, komen van CO2-afvang en opslag of gebruik (CCS/CCU). Dit is technologisch en economisch ook de moeilijkste stap naar CO2-neutraal beton. Desondanks zijn er in Europa meerdere projecten die al voor 2030 zullen resulteren in gedeeltelijk of geheel klimaatneutraal cement, waarmee de cementindustrie duidelijk op koers ligt om cement en beton uiterlijk in 2050 volledig klimaatneutraal te kunnen produceren.