Mede onder impuls van het Vlaamse Moonshot-programma en de Europese Green Deal bouwt VITO voort aan haar knowhow en expertise rond (afgevangen) CO2 en (groene) waterstof. Door haar multidisciplinaire betrokkenheid is dat voor VITO een heel breed en geïntegreerd verhaal. En dat is meteen een belangrijke troef. Het recordaantal projecten die vorig jaar werden gelanceerd en waaraan VITO meewerkt illustreert het succes van dit thema-overschrijdende onderzoeksprogramma.
CO2 en waterstof, respectievelijk het belangrijkste broeikasgas en een cruciale duurzame energiedrager, vormen het onderwerp van verschillende onderzoeks- en studieactiviteiten bij VITO/EnergyVille. Binnen het thema ‘duurzame chemie’ worden bijvoorbeeld technieken onderzocht en verbeterd om CO2 – afgevangen uit industriële emissies dan wel uit de lucht – elektrochemisch om te zetten naar synthetische brandstoffen en basischemicaliën, waarbij ook waterstof kan worden geproduceerd.
Vanuit het oogpunt van het thema ‘duurzame materialen’ kan de focus liggen op vaste adsorbenten om de CO2-afvang te verbeteren en op methoden om CO2 te verwerken in eindproducten (zoals bouwmaterialen). In het thema ‘duurzame energie’ tot slot worden er modellen en scenario’s opgesteld en uitgewerkt met betrekking tot de waardenketens voor CO2 en waterstof.
De knowhow en expertise binnen VITO/EnergyVille is dus niet alleen technisch maar zeker ook modellerend en adviserend van aard. Dat laatste wordt in de praktijk gebracht door het TEA-team (techno-economische analyses), dat inschat wat de impact is van technische parameters op de economische haalbaarheid van een ontwikkeling. Zo geeft dat team richting aan het R&D-traject. Mede door die expertise is VITO sinds kort betrokken bij de uitrol van enkele van de komende zogeheten Moonshot-projecten, waarmee de Vlaamse overheid (via VLAIO en Catalisti) de transitie naar een koolstofarme industrie wil stimuleren.
Niet langer ieder op zijn eigen eiland
‘Het feit dat bij onze activiteiten rond CO2 en waterstof verschillende thematische domeinen samenkomen, en dit op een heel geïntegreerde manier, vormt juist onze sterkte voor de buitenwereld’, zegt Metin Bulut van VITO. ‘De technische en economische resultaten en inzichten die daaruit voortkomen vormen een grote meerwaarde voor dit onderzoeksveld. Eveneens heel waardevol zijn de analyses die we uitvoeren rond milieu-impact en rond waardeketens, en dit zo veel mogelijk vanuit een overkoepelend perspectief. Dat perspectief is gesynchroniseerd met regionale en Europese roadmaps en met contextanalyses waarin gestreefd wordt naar een gedecarboniseerde energieopwekking en een gedefossiliseerde industrie. Het is trouwens een vrij recente werkwijze waarbij niet langer ieder op zijn eigen eiland werkt.’
Vorig jaar werden liefst zeven projecten rond CO2 en waterstof gelanceerd waarin VITO betrokken is – al dan niet in een trekkende rol. De projecten lopen sterk uiteen, niet alleen inhoudelijk maar op het vlak van het ontwikkelingsstadium. Bulut: ‘We ontwikkelen niet alleen nieuwe technologie maar doen ook demonstraties op pilootschaal. Zo tonen we aan dat de opschaling van eerder ontwikkelde technologie haalbaar is en een economische betekenisvolle impact kan hebben.’
Binnen het Hyve-consortium slaat VITO de handen in elkaar met imec en met enkele grote industriële partners om groene waterstof te produceren via elektrolyse (met behulp van hernieuwbare stroombronnen zoals zon en wind). Daarnaast werken beide onderzoeksorganisaties samen rond ‘power-to-x’, waarbij VITO’s expertisecentrum rond elektrochemie nauw betrokken is.
‘We bouwen voort op bestaande technologie rond CO2 en waterstof om nu ook in een volgende fase allerhande industrieel belangrijke moleculen te gaan synthetiseren’, vervolgt Bulut. ‘Onze rijke expertise in toepassingen en de integratie van sleutelcomponenten in de elektrolyseprocessen is daarbij een meerwaarde. Imec staat op zijn beurt dan weer heel sterk in de ontwikkeling van nieuwe materialen.’ Tegelijkertijd zet VITO ook in op 3D-printtechnologie voor het ontwerp van dragers van katalysators voor de omzetting van CO2 met warmte en in aanwezigheid van waterstof. Dit gebeurt in het kader van een Europees H2020-project genaamd CO2FOKUS.
VITO is begonnen aan haar tweede jaar als coördinator van het HORIZON 2020 project CO2Fokus, dat nieuwe technologieën ontwikkelt voor de directe conversie van CO2 en H2 (naar DME) voor gebruik in industriële CO2 point sources van grote petrochemische fabrieken. Het project maakt gebruik van 3D-geprinte reactors en een vaste oxide electrolyser stack voor de toevoer van H2.
Op naar een industriële elektrolyzer
ECO2Fuel is een ander Europees project, meer bepaald uit de Green Deal. Daarin wordt gewerkt aan een elektrolyse-installatie met een vermogen van 50 kilowatt. De elektrolyzer, die in 2023 klaar zou moeten zijn, zal op jaarbasis 20 ton eindproduct (bijvoorbeeld alcoholen, ethyleen of syngas) kunnen maken uit 30 ton CO2. Dergelijke schaalgrootte kan elektrolyzers de beruchte valley of death helpen overbruggen zodat ze kunnen worden geïmplementeerd op industrieel relevant niveau. De installatie kan dan ook als blauwdruk dienen voor de ontwikkeling van een 1 megawatt-elektrolyzer. ECO2Fuel bouwt voort op de projecten Procura en Loter.2M, waarin een elektrolyzer met een vermogen van 5 kilowatt werd gerealiseerd.
In het project T-REX wordt het elektrolyseproces op componentniveau onder de loep genomen. Hoe stabiel is de omzetting van CO2? Wat is de invloed van onzuiverheden? Dit soort vragen zijn niet alleen belangrijk vanuit technologisch oogpunt maar ook vanuit economisch perspectief.
‘Als we uit CO2 brandstoffen zoals methanol en ethanol willen gaan maken, dan moeten we kunnen onderbouwen hoe inzetbaar die zijn, wat hun ecologische voetafdruk is en hoe de ontwikkeling van geëlektrificeerde conversieprocessen zich positioneert ten opzichte van bestaande duurzaamheidsroadmaps’, zegt Bulut. De stabiliteit van de elektrolyse en van de elektrokatalysators die worden toegevoegd om het proces te versnellen, wordt bovendien bestudeerd vanuit B-Hyve, een Belgisch academisch netwerk dat mede ondersteund wordt via middelen van het Energietransitiefonds van de federale overheid.
Diezelfde elektrokatalysators worden ook bestudeerd in een ander initiatief: het CAPTIN-project (binnen het Vlaamse Moonshot-programma). Daarin worden geïntegreerde concepten van CO2-afvang en de elektrochemische omzetting naar methanol en CO onderzocht. Weer verzorgt VITO hierbij (onder meer) de techno-economische analyses voor zowel haar eigen ontwikkeling, als deze van de academische partners. In een ander project, CLUE genaamd, wordt de toepassing bestudeerd met het oog op de productie van ethyleen.
Flinke uitbreiding van IP-portfolio
Ook ICO2CH is een Moonshot-project. Daarin is de productie van waterstof gekoppeld aan de afvang van CO2 uit industriële emissies. Ander projecten rond waterstofproductie, waar VITO aan meewerkt binnen het verband van De Blauwe Cluster, zijn INTENSSE-H2 en H2-Mhytic, waarin respectievelijk de haalbaarheid van een elektrolyseconcept gebaseerd op geïntegreerde membraantechnologie en de ontwikkeling van geïntensifieerde elektrolyzers worden onderzocht.
Elektrolyse is een proces dat vele van deze projecten met elkaar verbindt. In het TEMPEL-project (eveneens Moonshot) wordt gepoogd om de efficiëntie ervan verder te verhogen. ‘We willen de huidige efficiëntie van 70 procent omhoog brengen tot boven de 90 procent. Dat is belangrijk want elektriciteitsverbruik is een belangrijke operationele kost’, aldus Bulut.
VITO richt zich ook op innovatieve technologieën voor ammoniumproductie, hetgeen een geprefereerde H2-vector is. Wegens de zeer efficiënte waterstofopslag is het een alternatieve zero emission brandstof, en ORACLE en HYSTRAM optimaliseren bestaande technologieën om een meer gedecentraliseerde opslag en conversie van ammonium mogelijk te maken.
Het mag duidelijk zijn: door de technologieontwikkeling binnen al deze projecten zal de IP-portfolio van VITO, die al indrukwekkend is, nog flink uitbreiden. De sterkte van VITO is daarbij, zoals eerder al vermeld, het overkoepelende perspectief. Bulut: ‘Onze focus ligt zeer sterk op integratie, niet alleen van technologieontwikkeling maar ook van knowhow gebaseerd op modellering en context – denk bijvoorbeeld aan het werk van ons TEA-team.
Uiteindelijk komen we zo tot processen en systemen die niet enkel productief zijn en economisch rendabel, maar die ook een belangrijke milieu-impact hebben in toepassingen en waardeketens, met een relevante positionering ten opzichte van alle duurzaamheidsstrategieën.’
Door de huidige boom in de activiteiten rond CO2 en waterstof is VITO trouwens nog gretig op zoek naar nieuwe medewerkers die de verschillende expertiseteams met hun kennis en creativiteit komen versterken.
