Leo Vogels
Superkritische watervergassing (Super Critical Water gasification, SCW) is een innovatieve technologie die natte reststromen zoals mest, groenafval en rioolslib kan converteren in duurzame energie en herbruikbare grondstoffen.
Gasunie en het bedrijf SCW Systems bouwen een demonstratie-installatie op het Energy Innovation Park in Alkmaar. Gasunie beperkt zich daarbij tot de realisatie van de infrastructuur.
De technologie
In deze demonstratie-installatie worden de reststromen onder hoge druk en temperatuur omgezet in onder andere groen gas, dat geschikt is voor directe invoeding in het hoge druk aardgasgasnetwerk.
Het verwerken van natte reststromen is met bestaande technieken lastiger, omdat dan meestal eerst het water moet worden verwijderd. Superkritische watervergassing is een thermo-chemische conversietechnologie die juist gebruikmaakt van de watercomponent in de natte afvalstromen. Door het water, met daarin de reststromen, op hoge druk en hoge temperatuur te brengen, ontstaat de zogenaamde superkritische fase. Alle organische moleculen in de reststroom vallen dan uiteen en bereiken een nieuw evenwicht in de vorm van een syngas (CH4, H2, CO2 en CO). Tegelijkertijd kristalliseren de anorganische stoffen zoals zouten uit, zodat ze kunnen worden teruggewonnen. Wat resteert is water.
Het betreft een zogenaamde multi-feedstock technologie, waarin allerlei beschikbare reststromen kunnen worden verwerkt. Daarnaast komt het gas onder hoge druk beschikbaar, zodat extra kosten voor het comprimeren van gas worden vermeden en het gas direct in het bestaande hogedruknetwerk kan worden ingebracht. In het hogedruknetwerk zijn geen afzetbeperkingen en het biedt de mogelijkheid om groen gas overal naar toe te transporteren.
Superkritische watervergassing
SCW maakt gas van biologische oorsprong. Zulk biogas bestaat al volop. Maar de manier waarop SCW het produceert, wijkt af van al het andere. Het Alkmaarse bedrijf maakt gebruik van een proces dat superkritische watervergassing heet. Hierbij wordt afval in water onder zeer hoge druk (240 bar) en temperatuur (600 graden Celsius) omgezet in methaan, waterstof en CO2.
Het concept van superkritische watervergassing is bekend, er wordt al sinds de jaren zeventig mee geëxperimenteerd, maar tot nu toe is het niet gelukt er op industriële schaal gas mee te produceren. Tot vorige week dinsdag 18.11 uur, toen SCW de eerste 500 kuub biogas injecteerde in het aardgasnetwerk rond Alkmaar.
Wetenschappelijke studies
Een hoogtepunt voor Gerard Essing, oprichter van SCW. Essing, ooit actief in de telecom, verkocht ruim twaalf jaar geleden zijn bedrijf. Hij had toen kunnen besluiten zijn dagen te slijten op de greens van fraaie golfvelden, maar zo zit hij niet in elkaar. Essing heeft namelijk een hobby: hij leest graag wetenschappelijke studies. En hij maakt zich zorgen over het klimaat. Al lezende kwam hij op superkritische watervergassing en de potentiële mogelijkheden. En las hij over praktische bezwaren.
Eerst de voordelen: het maakt nauwelijks uit wat je er aan de voorkant in stopt; rioolslib, etensresten, glycerine of plasticafval; de enorme reactoren van SCW lusten alles. Daarin worden afvalmoleculen ‘losgeknipt’ en teruggebracht tot hun natuurlijke oervorm; losse atomen als waterstof en koolstof. Deze atomen smelten vervolgens samen tot nieuwe, nuttige gasmoleculen.
Alsof je een Star Wars-vliegtuigje van Lego op de grond laat vallen om vervolgens van de losse steentjes een raceauto te knutselen. Van de C’tjes en H’tjes die vrijkomen, knutselt SCW methaan. Maar pure waterstof kan ook en in principe zelfs omzetting naar kerosine of diesel. Allemaal zonder een druppel fossiel.
‘Ik wilde technologie ontwikkelen die maatschappelijke impact heeft’, zegt Essing in het kantoor van zijn fabriek. Dus bleef hij maar lezen, sprak hij met bevriende wetenschappers, puzzelde eindeloos en bedacht uiteindelijk een nieuw concept waarmee belangrijke problemen overwonnen konden worden.
Verstoppingen
Dat zijn teervorming en de aanwezige zouten, die in het ziedende water veranderen in kristallen die neerslaan en verstoppingen kunnen veroorzaken. Als dit gebeurt, moet het proces stilgelegd worden om de reactor schoon te maken. Dat kost energie en tijd en dus geld, waardoor het eindproduct duurder wordt. Essing heeft met zijn team een slimmigheid bedacht, waardoor deze problemen niet langer spelen. Hoe dat geflikt is, is het geheim van de smid, glimlacht hij.
Essing is niet de enige die de voordelen ziet. ‘Rioolslib is een afvalstroom waar je nu eigenlijk niks mee kan’, zegt Berend Vreugdenhil, senior onderzoeker en vergassingspecialist bij TNO. ‘Vroeger moest het eerst worden gedroogd en daarna verbrand. Vergeleken daarmee is dit proces ongelooflijk veel beter.’ Hoewel ook het op druk brengen en verwarmen van het afvalwater veel energie vergt, levert superkritische vergassing vijf tot twintig keer meer energie op dan erin gaat, zegt Essing.
Deze route heeft ook voordeel boven het direct verbranden van bijvoorbeeld plastic: warmte is lastig te bewaren, terwijl het gas van SCW opgeslagen kan worden voor later gebruik. Bijvoorbeeld in de naburige gasopslag in Bergen, om in de winter gebruikt te worden.
In potentie kunnen er in 2030 zo’n 850 duizend tot 1,5 miljoen huishoudens mee worden verwarmd. En als straks de behoefte aan groene waterstof groeit, kan de installatie zo worden ingeregeld dat de helft van de productie pure waterstof is.
Methaan blijft nodig, ook in de toekomst, zegt Vreugdenhil van TNO. ‘Neem oude binnensteden van Amsterdam of Den Haag. Als je de huizen daar verwarmt met groengas ben je in een keer klaar. De leidingen liggen er al, het stroomnet hoeft dan niet verzwaard te worden.’
Groenambities Nederland
SCW denkt op termijn jaarlijks 1 miljard kuub te kunnen leveren, maar daarvoor zijn wel 250 reactoren nodig. In Alkmaar staan er nu vier, met een optie op een veelvoud. Er moet dus nog flink opgeschaald worden. Het jonge bedrijf wil nieuwe fabrieken bouwen in Delfzijl en in het zuiden van Nederland. Inmiddels hebben Gasunie (een partner van SCW), pensioenfonds PGGM en investeringsclub Invest-NL geld gestoken in de ontwikkeling van de fabriek, waar nu zeventig mensen werken.
Essing heeft nog een troefkaart: bij vergassing van bio-afval ontstaat CO2. Plantenresten bevatten immers zuurstofatomen en die binden zich tijdens het vergassingsproces aan de vrijkomende C-atomen – een natuurwet die zich niet laat temmen, zelfs niet onder hoge druk.
Maar de CO2 die vrijkomt, kan binnenkort worden opgevangen en omgezet in een vaste stof, die als vervanging kan dienen van cement en beton. ‘Dan wordt de CO2-voorgoed uit de kringloop gehaald’, zegt Essing. ‘Bovendien hoef je geen cement meer te produceren waarbij veel kooldioxide vrij komt.’
Doordat de CO2 eerder door planten uit de atmosfeer is gehaald, kan deze vergassingstechniek een bijdrage leveren aan het verwijderen van CO2 uit de atmosfeer, een ingreep die volgens meer en meer klimaatwetenschappers nodig is om gevaarlijke opwarming tegen te gaan. ‘Met wind en zon produceer je groene stroom, maar neemt de hoeveelheid CO2 in de lucht niet af’, zegt ook Vreugdenhil van TNO. ‘Met deze technologie kan dat wel.’
