Vergassing is een thermochemisch proces waarbij het koolstofgehalte van biomassa/afvalstromen onder thermische condities wordt omgezet in syngas, in zuivere vorm een mengsel van koolmonoxide en waterstof. Uit dit gas kunnen chemicaliën worden geproduceerd als waterstof, ammoniak, methanol en synthetische benzine. Vergassing staat echter ook bekend als een ‘ingewikkelde’ technologie, met processen die moeilijk te controleren en stabiel te houden zijn en waarbij vaak onzuiverheden en zelfs teer ontstaan. GIDARA past echter een moderne, schone versie van de technologie toe met een staat van dienst van bijna 100 jaar: Hoge Temperatuur Winkler (HTW), waarbij vergassing bij verhoogde druk wordt aangeboden. Deze technologie werd oorspronkelijk in 1926 in Duitsland ontwikkeld door Dr. Winkler en werkte onder atmosferische omstandigheden. Later werd ze door Rheinbraun (nu RWE) en Udeh (nu ThyssenKrupp) verbeterd om bij verhoogde druk te kunnen werken.
In de eerste generatie HTW-centrales werd steenkool of bruinkool gebruikt. In de jaren 1990 kocht ThyssenKrupp/Udeh de technologie van RWE en ontwikkelde ze verder om een mengsel te vergassen van steenkool en tot 60 procent kunststofrijke refuse derived fuel (RDF): niet-recyclebaar afval. Dergelijke operationele ervaringen met de gezamenlijke vergassing van bruinkool en RDF werden opgedaan in de installatie van Berrenrath (in Duitsland). Deze installatie was 11 jaar in bedrijf (1986-1997) en gebruikte een proces op commerciële schaal voor de productie van ~90 KTA methanol. De fabriek bood een beschikbaarheid van ~91% over een periode van het volgende jaar met een langdurige werking op basis van plastic/afval/houtstromen. Het werd echter geen commercieel succes, omdat de productie van methanol uit aardgas op dat moment goedkoper was en klanten niet bereid waren een meerprijs te betalen voor een duurzamer product.
Groeiende markten
Maar de tijden zijn veranderd. Aardgas wordt duurder. Er is nu een wijdverbreide roep om circulariteit en groene energie. Europese regelgeving zoals de richtlijn hernieuwbare energie (RED II) stelt het bijmengen van biobrandstoffen in benzine en diesel verplicht. “Het dwingt grote energiebedrijven om te investeren in biobrandstoffen en biotechnologie”, zegt Alireza Mohammadi, Vice President of Technology bij GIDARA Energy. “Bijgevolg is de markt booming.”
GIDARA Energy kocht in 2019 de HTW-technologie van ThyssenKrupp en ontwikkelde deze verder, waardoor het mogelijk is om 100% biomassa/afval als grondstof te gebruiken. Hieronder vallen vast huishoudelijk afval en voedselresten, maar mogelijk ook reststromen van meer exotische oorsprong, zoals ‘olijvenkoek’ die overblijft na het persen van olijfolie. “Het maakte vergassing tot een groene manier om biobrandstoffen te maken, gebruikmakend van een grondstof die in sommige landen vaak wordt verbrand en zelfs gestort.”
Om dit te realiseren bouwt GIDARA Energy momenteel een grote commerciële biomethanolfabriek in Amsterdam, die zal opereren onder de naam Advanced Methanol Amsterdam (AMA). Vanaf 2024 zal daar 87.500 ton biomethanol per jaar worden geproduceerd uit niet-recyclebaar afval, gelijk aan dat van 290.000 huishoudens. ‘Er is nu ook een vergunning aangevraagd voor de bouw van een soortgelijke fabriek in Rotterdam”, zegt Mohammadi. “Ook in het Verenigd Koninkrijk zijn we in gesprek met verschillende partijen die geïnteresseerd zijn in bio-benzine. We onderzoeken verdere mogelijkheden in Duitsland, het VK, de VS en België. We zien veel belangstelling, vooral van grote spelers onder de energiebedrijven. BP, bijvoorbeeld, gaat de biomethanol van AMA kopen om te mengen met hun fossiele brandstoffen. We voorzien dat we over een paar jaar alleen al in de Benelux 70 fabrieken van de grootte van AMA nodig hebben om aan de vraag van de Europese markt te voldoen.”
Optimalisering van de vergasser
Om de technologie verder te ontwikkelen, is twee jaar geleden contact gelegd met de TU Delft en wordt nu de bouw van het Gasification Innovation Centre aangekondigd. “De geometrie en configuratie van het innovatiecentrum zijn vrijwel identiek aan die van de commerciële installaties. Dit stelt ons bijvoorbeeld in staat om te bestuderen hoe verschillende grondstoffen zich in het systeem gedragen en om optimale bedrijfsomstandigheden voor nieuwe grondstoffen te vinden. We willen ook empirische gegevens verzamelen om het interne HTW-model/tool te verbeteren. En ons operationele team kan er op kleinere schaal trainingen geven”, zegt Mohammadi.
Professor Wiebren de Jong van de TU Delft, een autoriteit op het gebied van vergassing, is hier nauw bij betrokken. Hij stelt: “Wij doen mee aan het project met GIDARA om meer inzicht te krijgen in wat er in de vergasser gebeurt en om de afbraak van componenten en de vorming van het syngas te bestuderen. Een van onze promovendi zal aan het project meewerken om hier meer fundamentele kennis over te vergaren. Een post-doc van de TU Delft zal ook werken aan meettechnieken voor de meer uitdagende componenten, die moeten worden gereinigd voordat ze de synthesese-sectie ingaan. Mijn collega professor Johan Padding brengt veel kennis en ervaring in digitale modellering in het project in. We willen deze modellen gebruiken om de technologie te helpen opschalen en te onderzoeken welke aanpassingen nodig kunnen zijn voor bepaalde fabrieken of bepaalde grondstoffen.”
Digitaal platform
“We proberen ook een geavanceerd digitaal platform te ontwikkelen waarmee we verschillende soorten vergassingsprocessen kunnen uitproberen, de operationele omstandigheden kunnen verbeteren en potentiële knelpunten kunnen verhelpen”, legt Dr. Elyas M. Moghaddam uit. Hij is R&D lead van GIDARA Energy en tevens gepromoveerd aan de TU Delft. “Simulaties kunnen ons een beter inzicht geven in het gedrag van het systeem. We hebben de parameters zoals temperatuur, concentraties, druk en andere details in de vergasser in 3D in kaart gebracht. Tot nu toe konden we een vergasser op pilotschaal aan de Universiteit van Darmstadt in Duitsland gebruiken om ons model te valideren, maar het nieuwe Gasification Innovation Centre in Rotterdam zal ons in staat stellen experimenten en metingen uit te voeren om ons 3D-model verder te valideren en te vereenvoudigen. Het is momenteel zeer complex; het begrijpen van de gegevens vereist een hoog niveau van deskundigheid. Daarom willen we een verbeterd eendimensionaal model bouwen dat beter bruikbaar is voor de ingenieurs van GIDARA en dat bijvoorbeeld laat zien hoe het systeem zich gedraagt bij verschillende grondstoffen of bij het aanpassen van de stroomsnelheid van de vergassingsmiddelen.”
Het is de volgende stap in de ontwikkeling van vergassingstechnologie die na 100 jaar steeds verder is geoptimaliseerd, steeds efficiënter, betrouwbaarder en veiliger is geworden, en daarmee een belangrijke rol kan spelen in de circulaire biobased economy van de toekomst.
Dit artikel is geschreven in samenwerking met GIDARA Energy.
Beeld bovenaan, vlnr: dr. Elyas Moghaddam, Senior Technologie Expert GIDARA Energy, Wim van der Zande, CEO GIDARA Energy en prof. dr. ir. Wiebren de Jong, professor Grootschalige Energie-opslag van de afdeling Process & Energy, TU Delft
