Even voorstellen: ammoniak (NH3), bestaande uit stikstof (N) en waterstof (H). Kleurloos, toxisch, brandbaar en sterk geurend. Net als methanol (CH4O) geschikt voor opslag van waterstof (H). In dat vergelijk scoort de toxiciteit negatief. Maar de afwezigheid van de gehate C, koolstof, is een pluspunt. Nog een plus: het kan bij -33 graden Celsius worden verscheept, tegen -254 voor waterstof. Dat maakt ammoniak bijvoorbeeld aantrekkelijk als brandstof voor de zeescheepvaart. Op groene ammoniak (gemaakt met duurzame energie) varen schepen emissievrij (zie kader Scheepsbrandstof).
Ook is het zo dat blauwe ammoniak (gemaakt uit aardgas, waarbij de CO2 grotendeels wordt afgevangen en opgeslagen) niet heel veel duurder hoeft te zijn dan grijze ammoniak (waarbij de CO2 – deels – wordt uitgestoten), betoogt Kornelis Blok, hoogleraar Future Energy Systems aan de TU Delft: “De fabriek staat er al. Aan het bestaande productieproces met stikstof uit de atmosfeer, waterdamp en aardgas voeg je één stap toe: het afvangen en opslaan van de vrijkomende CO2 uit aardgas.”
De potentiële markt voor ammoniak als scheepsbrandstof alleen al is gigantisch: 900 miljoen ton per jaar. “Dat is vijf keer zoveel als nu wereldwijd wordt geproduceerd”, zegt Gijsbrecht Gunter, woordvoerder van kunstmestfabrikant Yara in Sluiskil. Daar komt de productie van ammoniak als (tijdelijke) waterstofdrager nog bij. Gunter: “Wij mikken op die toekomstige markt onder andere met de bouw van een 100 megawatt elektrolyzer voor groene waterstof, goed voor 14.500 ton waterstof als basis voor 75.000 ton groene ammoniak.”
Dat is nog maar een druppel op een gloeiende plaat en voor Yara beslist geen eindpunt. Het bedrijf heeft recent een nieuwe Business Unit Clean Ammonia opgezet, als onderdeel van het bereiken van de klimaatdoelen van het bedrijf. Yara heeft naast groene nu ook blauwe ammoniak omarmd, sinds de ambities richting 2030 verder zijn aangescherpt tot 85 à 90 procent CO2-reductie ten opzichte van 1990. Verdere vermindering zal, naast aanpassing van bestaande installaties, vooral bereikt worden met blauwe en groene ammoniak. Gunter: “We zijn ingehaald door de ontwikkelingen en hebben daarom blauwe ammoniak aan ons roadmap-palet toegevoegd. In één keer volledig overstappen op groene ammoniak is onhaalbaar. Dat zou bijvoorbeeld 2,2 gigawatt baseload elektrisch vermogen vergen, vierenhalf keer zoveel als de kerncentrale van Borssele levert. Behalve die elektriciteit heb je ook minimaal tien jaar nodig voor het hele traject rond de realisatie van nieuwe fabrieken.”
Chemie Magazine ook zes keer jaar lezen? Abonneer je gratis
De CO2 die bij Yara nu nog de atmosfeer in gaat zal het bedrijf benutten voor Carbon Capture and Storage (CCS). “Na bestaande afvang gaan we het in vloeibare vorm per schip transporteren naar lege Nederlandse olie- en gasvelden om te injecteren”, aldus Gunter. “Op termijn wordt het een kwestie van blauwe ammoniak uitfaseren naarmate we groene ammoniak infaseren.”
Blok van de TU Delft schat dat groene ammoniak enkele malen duurder is, omdat groene waterstof nu nog duurder is dan blauwe waterstof. Die prijs zal zeker dalen, maar in Nederland geproduceerde waterstof zul je toch het liefst gewoon in Nederland in de vorm van waterstof gaan gebruiken. Want: “Wil je groene ammoniak, dan betekent het dat je eerst groene waterstof produceert en vervolgens nog eens een extra conversieslag naar ammoniak aan toevoegt. Vergeet niet dat elke conversieslag maar tussen de 60 en 80 procent efficiëntie heeft. Waarom zou je minimaal twintig procent extra energieverlies incasseren als je uitstekend een regionale waterstofinfrastructuur kunt vormgeven voor allerlei (industriële) processen?”
Blok ziet de rol van groene ammoniak vooral in het duurzame mondiale energiesysteem op de lange termijn. De compactheid van ammoniak als energiedrager is een troef, net als de relatief probleemloze transportomstandigheden, vergelijkbaar met die van vloeibaar aardgas. “Import van duurzaam geproduceerde waterstof uit zonnestroom kan plaatsvinden via pijpleidingen uit Zuid-Europa en Noord-Afrika. Transport via pijpleidingen over nog veel grotere afstand ligt niet voor de hand, terwijl we toch ook energie van verder weg nodig hebben. Ammoniak is één van de vormen waarin we zonne-energie per schip uit de woestijnen van Australië en Chili kunnen importeren.”
Woordvoerder Sjaak Poppe van Havenbedrijf Rotterdam onderschrijft dit. Ongeveer 13 procent van de Europese energievraag komt nu als olie en kolen via de Rotterdamse haven de EU binnen. De haven groeit in 2050 naar CO2-neutralilteit en wil ook tijdens en na de energietransitie deze centrale rol in het Europese energiesysteem veiligstellen. Poppe: “Noordwest-Europa heeft gewoon niet de ruimte om volledig in de eigen energiebehoefte te voorzien. Zelfs als we de hele Noordzee vol zouden zetten met windmolens moet Nederland nog veel extra energie importeren.”
Veel ruimte is wel voorhanden in woestijngebieden, stelt Poppe, en daar kunnen elektrolyzers dankzij veel zon en wind veel meer uren maken dan hier. “Wij hebben al een haalbaarheidsstudie uitgevoerd naar interessante regio's, waarin we ook investeringsklimaat en politieke stabiliteit hebben meegenomen. Als vervolg daarop zijn er contacten gelegd met overheden en bedrijven in zo’n vijftien landen van waaruit we de waterstofdragers zouden kunnen aanvoeren.” Bij één daarvan gaat het concreet om ammoniak: Horisont Energie en de Rotterdamse haven onderzoeken de business case voor de import van – blauwe – ammoniak uit Noorwegen.
Voor import van ver zouden naast de anorganische ammoniak ook Liquid Organic Hydrogen Carriers geschikt zijn (LOHCs, zie kader). Waterstof evenaart niet de lage transportkosten voor olie, dat bij kamertemperatuur kan worden vervoerd. Vandaar dat voor het lange-afstandstransport van waterstof naast vloeibaar waterstof ook wordt gekeken naar ammoniak, methanol en LOHCs. Het vloeibaar maken, of ‘in- en uitpakken', is een belangrijk onderdeel van de totale ketenkosten. Als aandeel op de totale kosten zijn de transportkosten gering. Poppe: “Wij voorzien dat verschillende waterstofdragers naast elkaar gebruikt zullen worden, al naar gelang hun herkomst en hun bestemming. Die herkomst hoeft niet per se de andere kant van de wereld te zijn, ook energie uit Marokko, Portugal en IJsland kan in de vorm van ammoniak worden aangevoerd naar Rotterdam als energie-hub voor West-Europa.” Voor elke case zullen de betrokken partijen afwegen of ammoniak, vloeibare waterstof, dibenzyltolueen (DBT), methylcyclohexaan (MCH) of methanol de beste opslag-, transport- en gebruiksoplossing biedt. Methanol vormt een eenvoudig voorbeeld van het keuzeproces. Het 'uitpakken' van de waterstof daaruit is relatief duur. Voor het vervoer van de waterstofinhoud is dit daardoor niet de meest logische keuze – behalve als methanol direct wordt toegepast en 'uitpakken' onnodig is. Ammoniak heeft als voordelen dat het zowel directe toepassingen kent als dat de omzetting tot waterstof niet heel kostbaar is.
Er zijn naast ammoniak verschillende stoffen die als dragers voor waterstof kunnen dienen, als alternatief voor vloeibare waterstof. Ze worden gevat in de verzamelnaam Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCs). In 2020 is hiervoor in Japan de eerste toepassing gebouwd. Tussen Brunei en Kawasaki City hebben Mitsubishi en Chiyoda Corporation een aanvoerlijn voor op tolueen gebaseerde LOHC-technologie gerealiseerd. Verder investeert Hyundai in de ontwikkeling van stationaire en voertuig-gebaseerde LOHC-systemen.
Tolueen en methylcyclohexaan (MCH) hebben als nadeel een hoge dampdruk. N-ethyl carbozol heeft weer een hoge smelttemperatuur, en dus extra omzettingsverlies. Een compromis tussen beide is dibenzyltolueen (DBT), hoewel ook hierbij dehydratie pas bij 300 graden Celsius plaatsvindt. Deze stof wordt al gebruikt als olie voor warmteoverdracht. Een energiebron voor een ander gebruiksdoel, namelijk de mogelijkheid om het bestaande aardgasnetwerk te blijven benutten, is synthetische methaan, te maken uit water, CO2 en (groene) elektriciteit, en te gebruiken op de manier van aardgas. Maar deze route vergt wel weer veel groene stroom.
Het Rotterdamse Havenbedrijf heeft niet alleen contacten voor de import van groene waterstof, maar werkt ook aan de afzetmogelijkheden, in samenwerking met tankterminals en bestaande producenten. “Daarbij is ook de koppeling aan een waterstofinfrastructuur relevant”, aldus Poppe. “We koppelen productie en import met infrastructuur aan gebruik. Die hele keten moet tot ontwikkeling komen.” De haven heeft al afstemming met twee mogelijke afnemers: de staalbedrijven ThyssenKrupp en Hüttenwerke Krupp Mannesmann in Duisburg. Recent werd bekend dat ook Tatasteel IJmuiden gaat overstappen op waterstof.
Binnen de internationale maritieme organisatie IMO is in 2018 afgesproken dat de zeevaart in 2030 veertig procent minder CO2 moet uitstoten dan in 2008. Een aantal grote spelers hebben in 2020 afgesproken om gezamenlijk te gaan werken aan een zeeschip dat betaalbaar op ammoniak kan varen. Technisch kan dat, want scheepsmotoren én brandstofcellen kunnen uitstekend uit de voeten met ammoniak als energiedrager. Ook de emissies van zwaveldioxide (SO2), stikstofoxiden (Nox) en fijnstof gaan dan terug (naar nul). Bovendien is er al veel ervaring met transport en opslag. Blok: “De toxiciteit van ammoniak is daarom eerder een aandachtspunt dan een barrière. Zeker omdat er weinig koolstofvrije alternatieve scheepsbrandstoffen zijn.”
Is het ook betaalbaar? Blok: “Stookolie blijft over als elke fractie die meer opbrengt uit aardolie is gehaald. Dat concurreren op kostprijs lastig. Maar het vermijden van emissies vertegenwoordigt steeds meer waarde. Dat kan de overstap aantrekkelijk maken.”
Poppe: “Los van de waterstofimporten werken BP/Nobian, Shell, Uniper en Vattenfall aan concrete plannen voor elektrolysers in Rotterdam. Eind 2021 of begin 2022 nemen we de investeringsbeslissing voor een waterstofpijpleiding die we samen met Gasunie gaan aanleggen van de Maasvlakte naar Shell Pernis als eerste klant.” Opslagtanks en installaties voor de conversie van waterstofdragers als ammoniak naar waterstof zullen op deze waterstofinfrastructuur (HyTransPort.RTM) aansluiten. “Die leiding gaan we van Pernis doortrekken naar Duisburg en naar Chemelot”, aldus Poppe.
Hij benadrukt dat naast aanvoerlijnen en fysieke infrastructuur een handelsplatform essentieel is voor een volwassen markt. “We zijn bezig een beurs voor waterstof op te zetten, samen met de andere zeehavens en Gasunie. Daarop komen lokale productie en importen samen en worden productie-, transport- en overslagkosten, seizoensinvloeden en wat al niet meegenomen in het prijsvormingsproces.”
Gunter vertrouwt erop dat Yara in Sluiskil daarbij concurrerend zal kunnen blijven produceren. “Onze fabrieken behoren tot de tien procent meest efficiënte ter wereld. Ook onze ligging direct aan diep vaarwater is een pre. Voorspellingen voor de lange termijn zijn moeilijk. Onzekere factoren zijn toekomstige ETS-prijzen, wereldwijde beprijzing van uitstoot en toekomstige productstromen. We zijn nu concurrerend op de wereldmarkt. Als we onze kaarten goed leggen kunnen we dat ook blijven als het aandeel blauwe en groene ammoniak stijgt.”
Wij maken gebruik van cookies met als doel de website te verbeteren. Klik hier voor ons cookie beleid.