Klimaatneutrale raffinaderij draait op plantaardig, dierlijk en huishoudelijk afval en vreet ruimte

De raffinaderij van de toekomst draait niet op aardolie, maar gebruikt CO₂ en plantaardig, dierlijk en huishoudelijk afval om een breed scala aan chemische stoffen te maken. Die raffinaderij vraagt wel heel veel ruimte. Alleen al voor één fabriek is 800 km² aan zonnepanelen en windturbines nodig.

Dat berekenen chemiehoogleraren Eelco Vogt en Bert Weckhuysen van de Universiteit Utrecht deze woensdag in Nature. Ze vroegen zich af: is het mogelijk om in 2050 een klimaatneutrale raffinaderij te hebben draaien, en wat zou er voor nodig zijn.

Nature vond het idee van de twee chemici belangrijk genoeg om op de cover te zetten. „Hun visie verdient aandacht”, schrijft het vakblad in een begeleidend redactioneel commentaar. „Industriebazen en beleidsmakers moeten het serieus nemen.”

De raffinaderij van de toekomst kan niet meer op ruwe aardolie (of aardgas) draaien, want de daaruit gemaakte fossiele brandstoffen brengen extra CO₂ in de atmosfeer, waardoor de aarde opwarmt. Het vraagt een enorme omslag waarvan de schaal „duizelingwekkend” is, schrijven Vogt en Weckhuysen. „We kunnen verwachten dat de veranderingen die van de chemische industrie worden verwacht, de wereldeconomie fundamenteel zullen veranderen.”

Verkeer wordt elektrisch

In hun berekening gaan de twee chemici uit van een gemiddelde raffinaderij, op basis van de 615 exemplaren die er eind 2018 waren, met een gezamenlijke capaciteit van 92 miljoen vaten (à 158,99 liter) olie per dag.

De toekomstige raffinaderij hoeft niet meer zoveel transportbrandstoffen (benzine, diesel etc.) te produceren, denken Vogt en Weckhuysen. Want in 2050 is veel van het verkeer elektrisch geworden. Voor schepen, vliegtuigen en zware trucks blijven vloeibare brandstoffen op basis van koolstof nog wel nodig. Als grondstof kiezen de twee chemici daarvoor CO₂. Dat kan uit de rookgassen van bijvoorbeeld staal- en cementfabrieken worden gehaald, of uit de lucht worden gezogen en gefilterd. Die techniek is al commercieel, zij het op kleine schaal. CO₂ is, in reactie met waterstof, om te zetten in CO (koolmonoxide) en water. En CO kan dan weer, samen met waterstof, gecombineerd worden tot zogeheten synthetische brandstoffen. KLM en Shell produceerden zo drie jaar geleden voor het eerst synthetische kerosine.

Lees ook Goedkoop materiaal helpt bij de omzetting van kooldioxide in een nuttige grondstof

Waar de toekomstige raffinaderij juist méér van moet maken, zijn allerlei ‘platformmoleculen’, zoals barnsteenzuur, glycerol, isopreen, ethyleen, propyleen, die de basis vormen voor producten als verven, plastics, synthetisch rubber, zoetstoffen, harsen en wat niet al. De vraag daarnaar zal door bevolkingsgroei toenemen, verwachten Vogt en Weckhuysen. In hun plan vormen plastic en biologisch afval de grondstof voor die basismoleculen. Hoewel ook hieraan veel onderzoek plaatsvindt, is de omzetting van plastic en biologisch afval nog niet altijd even efficiënt. Er kan veel CO₂ bij vrij komen. „Maar dat brengen we terug in de raffinaderij, en gebruiken we weer om bijvoorbeeld brandstoffen van te maken”, laat Weckhuysen via e-mail weten.

Enorme hoeveelheden waterstof

Dat de toekomstige raffinaderij zoveel ruimte in beslag neemt, heeft vooral te maken met de enorme hoeveelheden waterstof die nodig zijn, onder meer voor de omzetting van CO₂. Omdat ook de waterstof klimaatneutraal gemaakt moet worden, gebeurt dat in lange rijen electrolysers, apparaten die water splitsen in waterstof en zuurstof met behulp van elektriciteit. Die komt in het plan van Vogt en Weckhuysen voor de helft van zonnepanelen, en voor de helft van windturbines. Om de schaal te schetsen: zou je de 86 bestaande raffinaderijen in West-Europa klimaatneutraal willen maken, zo schrijven de twee chemici, dan heb je 12 keer zoveel ‘groene’ waterstof nodig als het op zich al ambitieuze doel van de EU voor 2030.

De toekomstige raffinaderij vraagt niet alleen veel meer ruimte, ook de logistiek wordt ingewikkelder. Daarnaast vragen Vogt en Weckhuysen zich af of de in ruim honderd jaar tijd geëvolueerde, inmiddels hoogst complexe structuur van de huidige raffinaderij, met tal van onderling afhankelijke processen, zomaar kan worden nagebouwd in een nieuwe klimaatneutrale versie. Idealiter wel. Maar dat vraagt om stabiel innovatie- en investeringsbeleid voor de lange termijn.

Dat wetenschap en technologie de benodigde oplossingen zullen weten te leveren, daarover zijn de twee chemici optimistisch, schrijven ze. Maar in termen van investeringen (14 tot 23 miljard euro voor de bouw van één raffinaderij), de benodigde hoeveelheden kritieke grondstoffen voor de bouw van alle installaties en de ruimte voor elektriciteitsproductie, is de schaal van de transitie „ongekend”.