Een investering van 5 miljoen euro. Dat is het bedrag dat de TU Delft samen met Shell en diverse Topconsortia voor Kennis en Innovatie (TKI) hebben neergeteld voor de verdere ontwikkeling van elektrochemische technologie, specifiek voor verduurzaming van de petrochemische industrie.
De mensen achter dit initiatief werken aan een doorbraaktechnologie. Doel is om koolwaterstoffen te maken uit CO2 en duurzame elektriciteit. Er is inmiddels een wetenschappelijk team opgezet dat de naam het Delftse e-Refinery consortium draagt.

 

Foto: Vlnr: Dr Tom Burdyny, Prof Hans Geerlings, Prof Paulien Herder, Prof Bernard Dam

Het project heeft als naam ‘Towards large-scale electro-conversion systems (TOeLS)’ gekregen. Daarmee dragen Shell en de Topsectoren Chemie, HTSM, en Energie (Bio Based Economy and Urban Energy) hun steentje bij aan de doelen die de TU Delft e-Refinery heeft gesteld. De TU Delft werkt aan een doorbraaktechnologie, waarmee CO2 en water kunnen worden omgezet in  koolwaterstoffen, waaronder bijvoorbeeld etheen, via een elektrochemisch proces met duurzaam opgewekte elektriciteit. Deze koolwaterstoffen kunnen dan weer worden ingezet als duurzame grond- of brandstoffen. Bovendien fungeert deze technologie ook als grootschalige opslagmethode voor (fluctuerende) hernieuwbare elektriciteit.

De wetenschappers binnen e-Refinery werken aan elektrolyse. Doel is om chemische bouwstenen te produceren, voortkomend uit CO2 en water. Omdat in de toekomst energie uit windturbines en zonnepanelen beschikbaar zijn om zo de uitstoot van CO2 te beperken,  zijn er grote kansen voor deze technologie omdat ze grootschalige opslag van deze energie mogelijk maakt.

Het bijzondere aan het e-Refinery project is dat het project meerdere systeemlagen adresseert en uiterst multidisciplinair is. Het omvat alles, van fundamenteel materiaalonderzoek, tot een basisontwerp van een volledig 100 kW-systeem over vijf jaar.  Het project richt zich in eerste instantie op de productie van etheen, maar dezelfde technologie kan ook bouwstenen als methaan, methanol, koolmonoxide en ammoniak elektrochemisch produceren.

Programmaleider e-Refinery is Paulien Herder, hoogleraar energiesystemen aan de TU Delft en voorzitter van het Delft Energy Initiative. Ze werkt aan de uitdaging om de samenhang te begrijpen tussen al die systeemlagen en hoe die met elkaar interacteren. Elektrochemische reacties of materiaalontwerp bijvoorbeeld, beïnvloeden keuzes voor reactortypes, scheidingstechnologie en de inbedding in bestaande industrieën. Herder: “Waar ik met name onderzoek naar doe is hoe nieuwe energiesystemen, of nieuwe energietechnologieën passen in het huidige netwerk en het huidige industriële systeem. En wat voor manieren je kunt gebruiken, welke nieuwe  businessmodellen, of welke nieuwe systeemintegratie-opties je kunt benutten om de industrie te transformeren naar een fossielvrije toekomst.”

Een van de collega’s binnen e-Refinery is technology transfer officer, John Nijenhuis. Hij is met name verantwoordelijk voor het onderhouden van relaties met bedrijven. Nijhuis geeft aan dat juist in de nauwe samenwerking met bedrijven relevant onderzoek tot stand komt: “We focussen ons met name op nieuwe kennisontwikkeling, en doordat wij samenwerken met de industrie heeft het meteen echte industriële impact.”

Herder en Nijenhuis vertellen wat er met die investering van 5 miljoen gaat gebeuren. Het is een investering van Shell en TU Delft in deels nieuwe vaste staf:universitair docenten en een hoogleraar. En daarnaast is er plaats voor een stuk of negen promovendi op vier verschillende faculteiten aan de TU Delft. Doel is om naar alle aspecten van dat e-Refinery concept onderzoek te doen om uiteindelijk een 100 kW elektrolyser te bouwen. Nijenhuis: “Van nanoschaal tot en met de macroschaal kijken we bijvoorbeeld naar het cluster dat in de Europoort of in de Botlek staat. De fundamentele vraag is hoe we dat kunnen ombouwen.” Hij vervolgt: ” We gaan niet alleen een katalysator maken of alleen een reactor. Het is een uitdaging om alles tegelijkertijd te ontwikkelen.”

Hoe lang gaat het project duren? Herder: “We beogen binnen de komende vijf jaar een apparaat te hebben gebouwd van 100 kiloWatt. Maar voordat je dan een apparaat hebt dat op industriële schaal werkt, ben je zo tien/twintig jaar verder. Dat is inherent aan elke, en dus ook deze, technologieontwikkeling. Daarom roepen wij ook altijd: we hebben ontzettend veel haast. Shell herkent dat ook. Vanuit e-Refinery denken we ook echt dat tempo te kunnen maken, als we dat samen doen met industrie.”

Tot slot wil Herder benadrukken dat het gaat om een zogenoemde drieslag: “We hebben nu een technologie te pakken waarmee we nieuwe fossiele CO2 uitstoot voorkomen, want we maken nieuwe brandstoffen, en nieuwe grondstoffen uit CO2 en water. En we ontwikkelen een technologie voor grootschalige energie-opslag. Dat is een hele interessante drieslag die we kunnen maken met deze technologie.”

Ze spreekt verder van een uitgelezen kans voor Nederland. “In Delft hebben we veel van de disciplines op topniveau in huis, maar natuurlijk zijn we ook in gesprek en werken we samen met andere universteiten in binnen- en buitenland. Ook zijn we in gesprek met fieldlabs en andere industrie voor opschaling van het initiatief en voor opschaling van de technologie. Nederland kan hier echt een internationale voortrekkersrol pakken. En dat vooruitzicht is natuurlijk fantastisch.”