ENERGY AND INDUSTRY: TOWARDS A CO2 NEUTRAL INDUSTRY - … · De programmalijn circulariteit richt...

ecn.nl

ENERGY AND INDUSTRY: TOWARDS A CO2 NEUTRAL INDUSTRY

Concept R&D-plan ECN 2018

ecn.nl

Low-carbon production technology nodig om klimaatdoelstelling 2050 te

bereiken

Inmiddels is er een brede consensus dat er een versnelling nodig is om de klimaatdoelstelling voor 2050 te

bereiken. Dat geldt ook voor de industrie.

De huidige productieprocessen zijn voor het overgrote deel gebaseerd op fossiel, niet alleen voor hun

energiebehoefte, maar ook als grondstof.

Om de transformatie naar een CO2 neutrale industrie te maken is nieuwe technologie nodig.

Deze low-carbon production technology maakt gebruik van hernieuwbare energie en grondstoffen.

Elektrificatie is dan ook een belangrijk onderwerp. Heel uiteenlopende grondstoffen moeten kunnen worden

verwerkt (denk aan biomassa, hernieuwbare waterstof, reststromen en afval hergebruik). Daarbij gaan nieuwe

productieprocessen veel efficiënter om met energie en grondstoffen dan huidige processen, en wordt CO2 voor

zover deze nog vrijkomt, afgevangen en opgeslagen of in producten omgezet. En last not least, kunnen er

innovatieve producten worden gemaakt die niet alleen zelf een lage CO2 footprint hebben, maar die ook een

actieve bijdrage leveren aan de energietransitie.

Op de volgende slides wordt uitgelegd hoe het ECN E&I programma bijdraagt aan de ontwikkeling van de low-

carbon production technology.

ecn.nl

Bijdrage ECN E&I aan de strategische doelen van de topsector Energie

Het ECN E&I programma zet in op innovaties die de industrie in staat moet stellen om de klimaatdoelstelling voor 2050 te bereiken.

Het ECN E&I programma past binnen onderstaande trends die de Top Sector Energie (TSE) als belangrijk voor de innovatieagenda heeft geïdentificeerd :

• Toenemende behoefte aan oplossingen voor flexibiliteit in de energiesystemen

• Verduurzaming van warmteprocessen

• Energie-efficiency en medegebruik van (rest)warmte

• Gebruik van de koolstofatomen van afgevangen en/of opgeslagen CO2.

De TSE programmalijnen beslaan de gehele innovatieketen, vanaf TRL niveau 1 (funderend energieonderzoek) tot TRL niveau 9 (exploitatie).

Het onderzoek binnen ECN E&I is voornamelijk gericht op TRL niveaus 3-6.

Resultaten uit wetenschappelijk onderzoek worden onder industriële condities verder onderzocht.

Waar synergie op het gebied van kennis, technologie en innovatie te behalen valt, worden R&D activiteiten ook uitgevoerd binnen de kaders van andere TKI’s van de Topsector Energie, de Topsector Chemie, en Europese programma’s H2020.

Het ECN E&I programma sluit aan op de TKI E&I hoofdlijnen voor onderzoek en ontwikkeling:

1.a. Warmtemanipulatie- en opslagtechnologie

1.b. Efficiente procestechnologie

2. Systeemintegratie, Elektrificatie

3. Circulariteit.

en op de TKI Gas hoofdlijnen voor onderzoek en ontwikkeling:

• CCUS

• Waterstof

Daarnaast werkt de ECN E&I onderzoekslijn “Systeemintegratie, Elektrificatie)” in het kader van het Shared Innovation program Voltachem (Elektrificatie van de chemische industrie) ook nauw samen met de Topsector Chemie programmalijn “ Chemical Conversion, Process Technology and Synthesis”.

ecn.nl

Doelen TKI programmalijn De TKI E&I zet in op innovaties voor een succesvolle transitie

naar een CO2 neutrale warmtehuishouding en procesvoering

voor de industrie.

Binnen programmalijn 1 a ligt de focus op:

Hergebruik van restwarmte,

verduurzaming van het warmte aanbod en

ontkoppeling van vraag en aanbod door

slimme infrastructuur en warmteopslag (circulaire warmte).

Bijdrage ECN aan TKI programmalijn

• Uitbreiding toepassingsgebied / demonstratie van warmtepomp- en warmteopslag

technologie voor industrieel hergebruik van warmte.

• Nieuwe concepten voor restwarmte benutting in geïntegreerde processen.

• Integratie van duurzame warmtebronnen met bestaande en/ of nieuwe processen(concepten) en met

geavanceerde warmtenetwerken binnen en buiten de industrie.

ECN R&D doelen voor 2018

- Veldtest met 200 kW compressie warmtepomp voor warmtelevering op 150°C bij industriële

eindgebruiker

- Experimentele verificatie van de werking en prestaties van een vereenvoudigde, in kosten

gereduceerde, 200 kW compressiewarmtepomp

- Experimentele verificatie van de werking en prestaties van een compacte (kosteneffectieve) 10 kW

thermo-akoestische warmtepomp zonder akoestische resonator

- Commissioning van een bench schaal sorptieunit (ordegrootte enkele kW) voor de terugwinning en

opwaardering van warmte uit vochtige lucht, afkomstig uit een sproeidroger.

- Ontwikkeling van een stabiel composiet van poreus grafiet & FaseTransformatieMateriaal (PCM) en

een modulair concept voor een warmteopslagsysteem resulterend in een economisch aantrekkelijk

(terugverdientijd < 5 jaar) systeem.

- Comissioning van een full scale (2 MW) stoomproducerende compressiewarmtepomp

(kostenniveau < 200 €/kWth) vanuit restwarmte van 50˚C tot 80˚C met bijbehorende testinfrastructuur.

TKI-programmalijn TKI-E&I: Hoge temperatuur 1a

Belangrijke projecten

TKI E&I STEPS

Ontwikkeling industriële 200 kW compressiewarmtepomp voor hoge temperatuur warmtelevering

(150°C). Partners: Smurfit Kappa, IBK, BHT, Heineken, Bavaria, LambWestonMeijer, DSM, Dow,

Huntsman, AkzoNobel, Warmtebedrijf Rotterdam, IF Technology.

TKI E&I LowCapex heat pump

Ontwikkeling & realisatie van een full-scale kosteneffectieve (< 200 €/kWth) stoomproducerende

compressiewarmtepomp voor opwaarderen vanuit restwarmte van 50-80°C. Partners: SmufitKappa,

IBK, Dow, Cargill, IOI Loders Croklaan

TKI E&I CRUISE

Kostenreductie van warmtepomptechnologie (compressie & thermo-akoestisch) voor hergebruik van

restwarmte binnen de industrie met investeringskosten target van 150-200 €/kWth.

Partners: AkzoNobel, BHT,Cosun, DOW, IBK, ISPT, FME, LambWeston Meijer, SmurfitKappa, Tata,

IOI Loders Croklaan .

TKI E&I TASTE

Ontwikkeling en implementatie van een elektrisch gedreven thermo akoestische warmtepomp die

stoom in het temperatuur interval 150-200°C kan genereren, op basis van restwarmte van 80-120°C.

Partners: Bronswerk, Howden, Smurfit Kappa, Dow

TKI E&I PCM Scale-Up

Ontwikkeling van op PCM gebaseerde technologie voor hoge temperatuur (>100°C) warmteopslag

voor batch processen en flexibiliteitsopties in gecombineerde warmte/ DE infrastructuur.

Partners: DOW, BHT

TKI E&I IDEA

Ontwikkeling van (liquid) sorptie droogtechnologie voor het hergebruik van restwarmte uit vochtige

lucht. Partners: Cargill, BHT

TKI E&I Thermoelectric

Ontwikkeling van thermo electrische conversie technologie voor de coproductie van elektriciteit en

stoom van (zeer) hoge temperatuur restwarmte. Partners: Tata, RGS, Ardagh

TKI-programmalijn TKI-E&I: Hoge temperatuur 1a

ECN R&D plan 2018 programmalijn 1a TKI-E&I: Warmtemanipulatie en -opslagtechnologie

ECN bijdrage - Roadmap 2018 – 2021 <Towards a CO2 neutral industry in 2050>

ecn.nl

Doelen TKI programmalijn

Deze lijn richt zich op het vergroten van de efficiency van de grote energie-verbruikende

processen door procesinnovaties: efficiënte scheidings-, droog- en conversieprocessen.


ECN draagt bij aan de verdere ontwikkeling, opschaling en implementatie van innovatieve

technologieën en systemen om de energie efficiency van bestaande en toekomstige

industriële processen te vergroten. De focus ligt op sleutel technologieën zoals

membraantechnologie, membraanreactoren en gestructureerde apparaten voor intensieve

massa & warmtetransport in gas/vloeistof processen. Sectoren van belang zijn vooral de

petrochemische, voedings- en farmaceutische industrie als eindgebruikers en (MKB)

bedrijven als maak en ontwikkel partijen.


• Demonstreren van efficiëntere CO2 absorptie middels gestructureerde pakkingen op

pilotschaal

• Realisatie & labschaal testen van robuuste HybSi membranen voor energie-efficiënte

scheiding van industriële organische procesmengsels middels nanofiltratie

• Aantonen van technische en economische haalbaarheid van nieuwe nanofiltratie

membranen in industriële organische oplosmiddelen, leidend tot een roadmap voor

opschaling en verdere implementatie

• Go/NoGo voorbereiding fieldtest warmte geïntegreerde destillatie in het

ethyleenkraakproces gebaseerd op een eerste evaluatie van potentiele

energiebesparing

• Keuze voor innovatieve membraanmaterialen en modificatiestrategie gebaseerd op

industriële nanofiltratie toepassingswensen en eisen zoals opschaalbaarheid en kosten

effectiviteit.

TKI-programmalijn TKI-E&I: Warmte 1B – Efficiënte procestechnologie


TKI E&I E-Champ

Ontwikkeling en demonstratie van gestructureerde systemen voor efficiëntere absorptie

en destillatie onder industriële condities.

Partners: Dow, Huntsman, Technip, Vatherus, Wijbenga

TKI E&I TENMIP

Ontwikkeling en lab schaal demonstratie van nanofiltratie membranen voor organische

oplosmiddelen in industriële processen.

Partners: Shell, Huntsman, Solsep, Utwente, VITO, KULeuven, ISPT

TKI E&I HEADLINES

Integratie van warmte geïntegreerde destillatie in het ethyleenkraakproces

Partners: Bronswerk, Dow, Technip, ISPT

TKI E&I COSMOS

Opschaling van kosteneffectieve membranen voor nanofiltratie van organische

oplosmiddelen

Partners: Shell, CoorsTek, Utwente, ISPT

TKI-programmalijn TKI-E&I: Warmte 1B – Efficiënte procestechnologie

ECN R&D plan 2018 Onderzoekslijn 1B: Warmte – Efficiënte procestechnologie


ECN bench-schaal testinstallatie

voor gestructureerde pakkingen

Artist impression van een

hybride silica membraan

Analyse van massa & warmte

transport in een membraan

module

ecn.nl


Systeemintegratie staat voor elektrificatie van industriële processen en is een van de opties om te

komen tot een netto CO2-neutrale industrie. Elektrificatie kan als een baseload optie, gericht op

maximale CO2 emissiereductie, worden ingezet, of als flexibel vermogen, waarbij de inpassing van

fluctuerend hernieuwbare elektriciteitsaanbod in het energiesysteem leidend is.


ECN draagt bij aan de verdere ontwikkeling, opschaling en implementatie van innovatieve technologieën

en systemen voor de integratie van hernieuwbare elektriciteit in industriële processen. De focus ligt op

sleutel technologieën zoals elektrolysers (Power2Hydrogen), technologieën voor omzetting van

duurzame waterstof in brandstoffen en chemicaliën (Power2Fuels en Chemicals) en (flexibele

multifunctionele) Power2Heat technologieën.


• Selectie & ontwerp van een elektrochemische stack en beschrijving van het volledige

elektrochemische proces voor CO2 conversie.

• TRL4 demonstratie van een flexibel DME proces onder relevante condities (0,25 kg/u)

• Realisatie van een elektrolyser test platform & testen van een 50 kWe PEM elektrolyser voor

waterstofproductie onder full load condities (>1000 uur)

• Realisatie & on-site testen van een 1MWe hybride (zowel gasgestookt als elektrisch) warmtesysteem

dat flexibel reageert op het elektriciteitsaanbod (demand-side response)

TKI-programmalijn TKI-E&I: Systeemintegratie


TKI Chemie VoltaChem

Shared Innovation programma op gebied van Elektrificatie van de Chemische Industrie

Partners: TNO, NUON, Magneto, Coval Energy, Hydron Energy, Proton Ventures, Aramco, Sasol,

Solvay, Uniper, Huikeshoven, Vopak

TKI E&I E-triple-C

Technische en economische evaluatie van directe elektrochemische conversie van CO2 en de

inzetbaarheid van holle vezel kathodes voor andere elektrochemische processen.

Partners: UTwente, Arcellor Mittal, AkzoNobel, Dow, OCI, TNO, ISPT

Horizon2020 FLEDGED

Technische en economische evaluatie van DME productie uit biomassa gebaseerd synthese gas en

duurzaam waterstof (http://www.fledged.eu/).

Partners, Frames, PoliMi, CSIC, AFW

TKI E&I NEXTGENP2H2

Ontwikkeling en pilotschaal demonstratie van robuuste en kostenefficiënte PEM elektrolysers voor

duurzame waterstofproductie (link met programmalijn Waterstof van TKI Gas).

Partners: Frames, Hydron Energy

TKI E&I Industrial Hybrid Energy Systems

Techno-economische haalbaarheid vaststellen van een flexibel, hybride energie systeem in een

industriële omgeving met een geïntegreerde demand-side response.

Partners: TNO, Emmtec, Huikeshoven, E.J. Bos, Alliander, Sime Darby Unimills, MVO, Scholt Energy

Services, Sympower, Eemflow Energy

TKI-programmalijn TKI-E&I: Systeemintegratie

ECN R&D plan 2018 Programmalijn 2 TKI-E&I: Systeemintegratie, elektrificatie


Elektrolyzer test unit voor component testen bij ECN

http://www.fledged.eu/

http://www.fledged.eu/

ecn.nl


De programmalijn circulariteit richt zich op het sluiten van kringlopen, o.a. via industriële symbiose

(technologie voor lokale optimalisatie van afval en grondstoffen) en hergebruik van afval- en

processtromen middels terugwinning van waardevolle componenten uit reststromen


ECN draagt bij aan de verdere ontwikkeling, opschaling en implementatie van innovatieve technologieën

en systemen voor het sluiten van materiaal & energieketens in de procesindustrie en het verminderen

van de belasting van afvalwater behandelingssystemen. De focus ligt in 2018 op een brede verkenning

van sleutel technologieën zoals membraantechnologie, sorbentia, specifieke adsorptie, ionen wisseling,

ion selectieve technologieën en elektrisch gedreven scheidingen zoals membraan capacitieve de-

ionisatie (MCDI).


• Technische en economische haalbaarheid voor het selectief verwijderen van zout en/of organische

componenten uit gedefinieerde waterstromen is aangetoond

• Vaststellen van de meest veelbelovende technologieën voor een op te zetten pilot test inclusief

pilottestplan voor het verwijderen van zout en/of organische componenten uit proceswater

TKI-programmalijn TKI-E&I: Circulariteit


TKI E&I Eurydice

Ontwikkeling van energie efficiënte technologieën voor de winning van zouten en

koolwaterstoffen uit proces- en afvalwater stromen van industriële eindgebruikers

Partners: Dow, Corbion, AkzoNobel, Hexion, VITO, KWR, ISPT

TKI-programmalijn TKI-E&I: Circulariteit

ECN R&D plan 2018 Programmalijn 3 TKI-E&I: Circulariteit


MCDI installatie voor electrisch

gedreven scheidingen bij ECN

Adsorptietesten met ECN

biochar gebaseerde actieve kool

Terugwinning van homogene

katalysatoren met ECN nanofiltratie

membranen

ecn.nl


CCUS staat voor Carbon Capture Utilization & Storage, en houdt zich bezig met het

afvangen en opslaan van CO2. Daarnaast krijgt de programmalijn ook naar manieren

om de CO2 mogelijk te hergebruiken.


ECN ontwikkelt technologische oplossingen gebaseerd op sorbentia en membranen

om energie efficiënt CO2 af te vangen en om te zetten in waardevolle verbindingen. De

focus ligt om energie-houdende industriële reststromen, zoals die voorkomen in o.a. de

staal industrie


• Uitvoering eerste lange duur tests van 3 maanden van de SEWGS-CO2-

afvangtechnologie met de STEPWISE installatie

• Ontwerp van een proces en procesvoering ter optimalisatie van de voorbereiding

van het hoogovengas om het zo geschikt te maken voor methanol synthese

• Aanpassing van de ECN SEWGS CO2 afvangtechnologie om ook toe te kunnen

passen op oxystaalovengas

• Ontwerp driedimensionaal gestructureerde dragers voor sorbentia die CO2 onder

verschillende omstandigheden kunnen afvangen.

TKI-programmalijn TKI-GAS: CCUS


Horizon2020 STEPWISE

Decarbonisatie van de staalindustrie middels reactieve

adsorptietechnologie met een on-site pilotinstallatie

(http://www.stepwise.eu/), zie figuur.

Belangrijkste partners: Tata, Kisuma, SWEREA - MEFOS

Horizon2020 FReSMe

On-site methanol synthese demonstratie vanuit hoogovengas, en testen

in een veerboot (http://www.fresme.eu/).

Belangrijkste partners: Tata, Kisuma, Array Industries, SWEREA –

MEFOS, CRI, Stena

ERANET-ACT 3D-CAPS

Ontwikkeling van drie dimensionaal gestructureerde sorbentia voor het

afvangen van CO2 om tot compactere en goedkopere installaties te

komen.

Belangrijkste partners: 3D-CAT, BP, UBB

ERANET-ACT ALIGN

Ontwikkeling van een nieuwe manier en nieuwe functionele elementen om

CO2 om te zetten in een synthese gas, dat gebruik kan worden voor de

fabricage van waardevolle chemicaliën.

Belangrijkste partners: TNO, Taqa, Heidelberg Cement, RWE

ERANET-ACT ELEGANCY

Ontwikkeling van technologie om waterstof uit industriële restgassen terug

te winnen, en tegelijkertijd CO2 af te vangen.

Belangrijkste partners: SINTEF, GASSCO, INEOS, AKER

TKI-programmalijn TKI-GAS: CCUS

ECN R&D plan 2018 R&D line 4: TKI-GAS: CCUS


De STEPWISE installatie, bij SWEREA

– MEFOS, is klaar voor de eerste

afnametest, status augustus 2017.

http://www.stepwise.eu/



http://www.fresme.eu/

http://www.fresme.eu/

ecn.nl


Het versnellen van de verduurzaming van industrieel waterstof en de marktintroductie van waterstof als

energiedrager.

Bevorderen van innovaties die leiden tot verbetering van het rendement, de betrouwbaarheid, de

kostprijs en de inpassing van technologie en systemen voor productie, opslag-transport-distributie, en

toepassing van waterstof.


ECN heeft nog geen specifiek R&D programma Waterstof, maar wel veel activiteiten (binnen andere

programma’s) die ook gericht op Waterstof zijn. Het gaat om ontwikkeling van kennis en technologie voor

verduurzaming van industrieel waterstof, en de inzet van koolstofarme en duurzame waterstof als

gasvormige energiedrager in de transitie naar een duurzame energievoorziening.


• Kennisontwikkeling over de volle breedte van waterstofketens: productie, transport/distributie en

eindgebruikstoepassingen. Zie overzicht projecten hiernaast.

• Ontwikkeling van technologie voor efficiënte en competitieve opties voor de productie van

koolstofarme (methaanreforming met CC(U)S) en duurzame waterstof (elektrolyse en

biomassavergassing). Deze projecten worden beschreven in R&D lijnen Systeemintegratie en CCUS,

bijvoorbeeld:

− VoltaChem

− NEXTGENP2H2

− ERANET-ACT Elegancy

TKI-programmalijn TKI-Gas: Waterstof


Horizon2020-FCH CertifHy 2.0

Een vervolg op het EU CertifHy project (http://www.certifhy.eu/), waarin het systeemconcept voor

certificering van garanties van oorsprong voor groene waterstof, zoals dat is ontwikkeld in het

CertifHy project, wordt getest en gereed gemaakt voor implementatie.

Partners: Hinicio, Grexel, LBST, TÜV SÜD.

Horizon2020 STORE&GO

Demonstratieproject met 3 verschillende testlocaties, in Duitsland, Italië en Zwitserland, die zich

richt op de integratie van Power2Gas (= inzet van waterstof voor methaan productie) in de

dagelijkse bedrijfsvoering van Europese energienetten (https://www.storeandgo.info/).

Partners: CEA, EMPA, DVGW, DBI-GUT, KIT, Uniper, Politechnico de Torino en diverse partijen

uit het Groningse cluster.

Horizon2020-FCH H2FUTURE

Flexibele waterstof productie middels elektrolyse met on-site demonstratie in de staalindustrie

(http://www.h2future-project.eu/)

Partners: Verbund, APG, Voestalpine, K1-MET, Siemens

TKI-programmalijn TKI-Gas: Waterstof

ECN R&D plan 2018 R&D line 6: TKI Gas: Waterstof


http://www.certifhy.eu/

http://www.certifhy.eu/

https://www.storeandgo.info/

https://www.storeandgo.info/

http://www.h2future-project.eu/



ecn.nl

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:

Sigrid Bollwerk

Program Developer Manager ECN Energie en Industrie

tel. 088-515 4694

e-mail: [email protected]

ECN-F--17-022

dit document is te downloaden van www.ecn.nl/publications

mailto:[email protected]

ENERGY AND INDUSTRY: TOWARDS A CO2 NEUTRAL INDUSTRY - … · De programmalijn circulariteit richt...

Documents

Transcript of ENERGY AND INDUSTRY: TOWARDS A CO2 NEUTRAL INDUSTRY - … · De programmalijn circulariteit richt...