Circulaire brandstoffen uit afgewerkte oliën en vetten
Neste breidt productiecapaciteit in Nederland uit op Tweede Maasvlakte
Om de CO2-uitstoot te verlagen, richt Neste zich sinds eind vorige eeuw op onder meer de productie van hernieuwbare diesel en vliegtuigbrandstof (SAF) uit reststromen olie en vet. De vraag is dermate groot, dat op de Tweede Maasvlakte in Rotterdam – direct naast de bestaande raffinaderij – is gestart met de bouw van een tweede raffinaderij. Daarbij let het bedrijf ook op alle aspecten om op de eigen productielocatie in 2035 CO2-vrij te kunnen produceren.
Chemische sector en brandstoffen
De activiteiten van het in 1948 opgerichte Finse Neste richten zich kort gezegd op het ontwikkelen van producten die passen in een duurzame en circulaire economie. Dat betekent dat het bedrijf voor haar producten zo min mogelijk gebruikmaakt van nieuwe grondstoffen – zoals aardolie – maar vooral van hernieuwbare grondstoffen en reststromen.
De bedrijfsactiviteiten zijn daarbij grofweg onder te verdelen in de productie van grondstoffen voor de chemische en polymeren industrie en de productie van hernieuwbare brandstoffen voor voertuigen op basis van restoliën en -vetten. In het eerste geval gaat het om de bewerking van bestaande kunststoffen tot een grondstof die geschikt is voor het maken van nieuwe producten. Er vindt veel onderzoek plaats naar vooral chemische processen die nodig zijn om bestaand materiaal – ook wel afval genoemd – zodanig af te breken dat het eindresultaat weer te waarderen is als waardevolle grondstof.
"De grootste uitdaging die we op dit moment hebben is de beschikbaarheid en betaalbaarheid van grondstoffen"
Ook bij de tweede bedrijfsactiviteit – de productie van duurzame brandstoffen – ligt onderzoek aan de basis van een goed circulair eindproduct. Daarbij snijdt Neste met het spreekwoordelijke mes aan meer kanten. Enerzijds maakt zij voor de productie van de duurzame brandstoffen gebruik van afgewerkte oliën en vetten, waarmee ze een oplossing levert voor een specifieke afvalstroom. Daarnaast wordt hiermee voorkomen dat er fossiele grondstoffen aan de aarde moeten worden onttrokken voor de productie van brandstoffen én dragen de hernieuwbare brandstoffen bij aan het terugdringen van de CO2-uitstoot.
hernieuwbare Grondstoffen
Bart Leenders, Vice President Global Production bij Neste, geeft aan: "Het verwerken van de zojuist genoemde oliën en vetten gebeurt door middel van complexe technologieën die we binnen onze eigen R&D-afdeling gedurende de afgelopen jaren hebben ontwikkeld. We kijken daarbij hoe we grondstoffen het beste kunnen ontdoen van verontreinigingen die we niet kunnen verwerken in de brandstoffen. Daarbij richten we ons uitsluitend op grondstoffen die – in tegenstelling tot aardolie – hernieuwbaar zijn."
"Inmiddels hebben we een portfolio van tien grondstoffen voor de fabricage van hernieuwbare diesel. De grootste uitdaging die we op dit moment hebben om op industriële schaal te kunnen produceren is de beschikbaarheid en betaalbaarheid van grondstoffen. Deze moeten respectievelijk worden vergroot en verbeterd door technologische ontwikkelingen."
De reststromen voor de productie van duurzame diesel bestaan voornamelijk uit frituurvet en bakolie afkomstig uit de horeca en voedingsmiddelenindustrie (zie kader) maar omvatten ook afvalvetten uit de vleesverwerkende industrie, zogenaamde rioololie en putvet. Bart Leenders: “Voorlopig is de beschikbaarheid van deze reststromen voldoende om aan de huidige vraag te voldoen. Nog wel. Want de vraag naar duurzame brandstoffen neemt toe. Bedrijven richten zich immers steeds meer op hun CO2-footprint en dat betekent onder meer aandacht voor de CO2 die vrijkomt bij het transport middels vrachtwagen, boot of vliegtuig.”
Een alternatief voor de afgewerkte oliën en vetten zijn ‘nieuwe’ oliën. Algenolie is bijvoorbeeld geschikt als grondstof voor de productie van duurzame diesel, maar op dit moment is het nog te duur om deze algen op industriële schaal te kweken en om te zetten in diesel. Neste werkt daarom samen met inmiddels zo’n 25 universiteiten en instituten om nieuwe technologieën te ontwikkelen die dit wél mogelijk maken. Ook voor microbiële olie (uit afvalstoffen van bosbouw en landbouw) en talloliepek (harsproduct op basis van naaldhout) wordt vooral onderzoek gedaan naar de economische haalbaarheid van toepassingen.
Productieproces brandstoffen
De productie van duurzame brandstoffen in Nederland vindt momenteel op verschillende locaties plaats, waarbij op jaarbasis 1,4 mT hernieuwbare diesel, nafta en propaan wordt geproduceerd. Geheel aardolievrij.
Kijken we naar de productie van hernieuwbare diesel, dan verloopt dit proces voor afgewerkte oliën en vetten grofweg zoals weergegeven in figuur 1. De grondstoffen worden per schip aangevoerd en opgeslagen in grote tanks. Vervolgens is het proces op te delen in een voorbehandeling en het daadwerkelijke raffinageproces.
Voorbehandeling
Een belangrijke stap in de voorbehandeling in het verwijderen van zogenaamde gommen. In feite zijn dit fosfolipiden oftewel lipiden die bestaan uit een fosfaatgroep, een glycerolgroep, een alcoholgroep en twee lange koolstofstaarten, veelal vetzuurstaarten. De fosfaatgroep is in staat om verschillende soorten kleine moleculen met alcoholgroepen te binden zoals serine of choline. Afhankelijk van het soort lipide zijn deze vaste verbindingen hydrateerbaar of niet. In het geval van de door Neste gebruikte reststromen gaat het vooral om niet hydrateerbare gommen die worden verwijderd door gebruik te maken van verschillende zuren. Deze breken de gommen af waarna deze via een centrifugeproces worden verwijderd.
Na het ontgommen wordt het restproduct gebleekt en ontgeurd met eveneens zuren in combinatie met bleekaarde. De gebruikte bleekaarde wordt daarbij afgevoerd en het restproduct opgeslagen in containers tot aan de raffinage.
Met ’s werelds grootste High Temperature Electrolyser (HTE) mikt Neste vanaf 2023 op een productie van 60 kg/uur waterstof
Raffinage
Evenals bij de raffinage van ruwe aardolie is de raffinage van dit voorbewerkte duurzame restproduct een proces van vele stappen dat bij Neste bekend staat als de NEXBTL-technologie (zie figuur 2). Chemisch gezien betreft het verestering van de voorbehandelde olie met behulp van waterstof. Hierbij wordt de glycerolketen van de triglyceride gehydrogeneerd tot C3-alkaan en propaan waarbij zuurstof uit de olie wordt verwijderd. Er ontstaat hierbij geen glycerol en het is ook geen oxygenaat zoals traditionele veresterde FAME-biodiesel. Vervolgens wordt katalytische isomerisatie tot vertakte alkanen toegepast om het troebelingspunt aan te passen en de brandstof ook geschikt te maken voor gebruik onder koude omstandigheden. In het stabilisatieproces krijgt het product – een zuivere parafine – zijn uiteindelijke ‘vorm’ zodat de eigenschappen ook tijdens opslag behouden blijven.
Het eindresultaat van de raffinage is een hoeveelheid hernieuwbare diesel en daarnaast kleinere hoeveelheden bionafta en hernieuwbare propaan. Bart Leenders: “De hernieuwbare diesel noemen we HVO: Hydrotreated Vegetable Oil omdat het gemaakt is van afvalvetten en oorspronkelijk van plantaardige (dus hernieuwbare) olie. Omdat het chemisch identiek is aan de ideale conventionele diesel, vereist deze hernieuwbare diesel geen aanpassingen of speciale voorzorgsmaatregelen voor de motor. Je kunt conventionele diesel dus 1:1 vervangen door deze duurzame diesel of naar wens mengen.”
Uitdagingen
Nu zijn de voorbehandeling en het raffinageproces zelf niet de grootste uitdaging voor Neste. Deze processen zijn gekend en beheerst en komen hooguit in aanmerking voor optimalisatie in onder meer efficiëntie en energieverbruik. De uitdagingen voor de toekomst liggen wat Leenders betreft vooral in de productie van groene waterstof die nodig is voor het hydrogeneren van de voorbehandelde grondstoffen én de afvalwaterbehandeling.
Om die reden wordt er door de R&D-afdeling op dit moment gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe elektrolyseapparatuur waarmee groene waterstof is te produceren. Het moet ’s werelds grootste High Temperature Electrolyser (HTE) worden voor deze toepassing waarbij Neste uitgaat van een productie van 60 kg/uur waterstof. Deze HTE zal in de eerste helft van 2023 worden gestart.
Qua afvalwater richten de inspanningen zich op het verwijderen van zoveel mogelijk stikstof uit het water middels de ‘Best Available Techniques’ (BAT) evenals de VOC’s die tijdens het productieproces kunnen ontstaan.
Nieuwe plant
Door de toenemende vraag naar hernieuwbare brandstoffen – zowel voor het weg- als het vliegverkeer – gaat Neste in de komende jaren een fabriek bouwen op de tweede Maasvlakte in directe nabijheid van de bestaande raffinaderij. Deze nieuwe plant is puur bedoeld voor de voorbehandeling van reststromen. Het eindproduct kan direct door naar de raffinaderij waarmee het bedrijf haar productiecapaciteit in Rotterdam vergroot van 1,4 naar 2,7 mT.
Bart Leenders: “Door de productie van hernieuwbare diesel voor onder andere vrachtwagens en onze Sustainable Aviation Fuel (SAF) voor vliegtuigen, willen we in 2030 jaarlijks zo’n 20 miljoen ton CO2-emissies vermijden. Dat doen we niet alleen door het bouwen van een nieuwe plant op de Maasvlakte, maar tevens door te investeren in nieuwe medewerkers. Buiten alle geavanceerde technologieën die we namelijk toepassen voor onze producten, zijn onze medewerkers een belangrijke factor in het succes van de onderneming. Dit maakt wel dat het aannamebeleid scherp is en we uitsluitend mensen selecteren die niet alleen technisch zijn onderlegd, maar tevens in staat zijn om in een team te functioneren en de noodzaak inzien van de circulaire wereld. Geen eenvoudige job, maar dát zijn we hier wel gewend.”
999 TON FRITUUROLIE OPGEHAALD BIJ MCDONALDS
Een van de bedrijven die de benodigde grondstoffen voor Neste levert, is McDonald’s. Zo is er in 2021 999 ton gebruikte frituurolie opgehaald bij de Nederlandse McDonald’s restaurants. Dit is meer dan een miljoen liter plantaardige olie die is omgezet in biobrandstof met een 90% kleinere CO2 footprint dan gewone diesel. Bovendien geeft het een nuttig tweede leven aan frituurolie waar verder weinig anders mee mogelijk is. Deze biobrandstof eindigt weer in de tank van de vrachtwagens die deze restaurants bevoorraden.
