De wereld moet de chemische industrie bewust gaan herstructureren, en funderen op duurzame koolstof in plaats van op fossiele brandstoffen, zegt nova-Instituut in hun laatste rapport. De chemische industrie kan niet ‘koolstofarm worden’, zoals de energiesector, omdat deze in zijn geheel draait om koolstofverbindingen. Maar de industrie kan wel overschakelen naar duurzame koolstof als grondstof.
Op dit moment bedraagt het niet-energetische of materiële gebruik van aardolie (inclusief asfalt) 8% van het totaal, maar dit zou kunnen groeien tot 30% in 2050 als er geen tegenmaatregelen worden genomen. Dit is het gevolg van de verwachte daling in het gebruik van fossiele brandstoffen door het toenemend belang van zonne- en windenergie, en door de opkomst van fossielvrije apparaten als elektrische auto’s. Maar op de markt van plastics verwachten de meeste voorspellers een productiegroei van 3 tot 4% per jaar, het gevolg van vergrote welvaart. Daarom moet de chemische industrie steeds meer duurzame koolstof gaan gebruiken om duurzaam te worden.
Bronnen van duurzame koolstof
Er zijn drie bronnen van duurzame koolstof:
– recycling van bestaande plastics (mechanische of chemische recycling)
– gebruik van biomassa als grondstof
– direct gebruik van CO2 – uit de afgassen van fossiele en cementindustrieën, uit groene bronnen als biogas, en uit de lucht.
Volgens nova-Instituut moeten we alle drie paden bewandelen.
Wat betreft bulkchemicaliën: er zijn commerciële processen beschikbaar om deze te maken uit CO2 en H2 (waterstof). Hieruit kunnen we methaan, methanol, mierenzuur, etheen en alcoholen maken, van waaruit we weer de meeste hedendaagse chemicaliën kunnen maken. Met het Fischer-Tropsch proces komen daar nog nafta en lange koolwaterstoffen bij – zodat zelfs de raffinaderijen van de fossiele industrie gebruikt kunnen worden voor het maken van stoffen uit duurzame koolstof. Er zijn bovendien nieuwe katalysatoren in ontwikkeling waarmee we nieuwe chemicaliën en polymeren kunnen maken uit CO2. Tenslotte, met biotechnologische processen als gasfermentatie kunnen we tegenwoordig in één stap complexe organische moleculen maken uit CO2. Dit is de eerste weg naar duurzame koolstof.
Biomassa als grondstof
Nova-Instituut verwacht dat special chemicaliën en complexe moleculen eerder zullen worden gemaakt uit biomassa (en uit de net genoemde CO2 fermentatie). Het gebruik van biomassa, zo schrijven zij, is vooral zinvol waar functionele en complexe moleculen intact blijven bij chemische processen, zodat ze verder kunnen worden gebruikt. Organische zuren en afgeleiden van furaan kunnen gemakkelijk worden gemaakt uit oliehoudende zaden, natuurrubber en lignine. Nieuwe producten afgeleid van biomassa zijn vaak beter dan producten gemaakt uit aardolie, in processen als wassen, schoonmaken en persoonlijke verzorging, vooral met het oog op gezondheid en milieu. De industriële biotechnologie ontwikkelt zich snel, en kan behulpzaam zijn bij het maken van waardevolle complexe moleculen uit ruim voorradige grondstoffen als lignine. Nova-Instituut noemt de terughoudendheid van de industrie om een groene grondstof als suiker te gebruiken – dit is een gemiste kans, zo oordelen zij. Want terwijl er een tekort is aan eiwitten voor menselijke voeding, is er te veel suiker op de markt, zodat de wereldvoedselvoorziening niet in gevaar gebracht wordt als de industrie deze grondstof meer gaat gebruiken. Biomassa vormt de tweede weg naar duurzame koolstof. Maar de toepassing hiervan in de chemische industrie wordt beperkt door de lage efficiency van het natuurlijke proces van fotosynthese: rond 1%, terwijl zonnecellen (waarvan de elektriciteit kan worden gebruikt voor de productie van chemicaliën uit CO2) nu boven de 20% uit komen. Bij gebruik van biomassa als de enige grondstof zouden we daarom uiteindelijk te veel land nodig hebben.
De laatste weg naar duurzame koolstof loopt via recycling. Daarvoor moeten we wel de mechanische recycling verbeteren, vooral door een betere scheiding van de verschillende soorten plastics. Deze zou moeten worden aangevuld door chemische recycling, waarbij plastics in hun uitgangsstoffen worden ontleed. Geheel nieuwe biotechnologische processen voor de behandeling van afval uit de chemische en plasticsindustrieën zijn in ontwikkeling. Bij al deze methoden zou veel energie nodig kunnen zijn, waarbij alsnog veel CO2 uitgestoten zou kunnen worden. Daarom kan verbranding alsnog een goede oplossing zijn voor sommige plastics, zelfs in een circulaire economie.
De omschakeling naar duurzame koolstof versnellen
De wereldproductie van plastics bedraagt nu 370 Mton (2016). Hiervan wordt 335 Mton gemaakt uit fossiele bronnen, 7 Mton uit biomassa en 28 Mton via recycling. Bij 3-4% groei zou de wereldproductie van plastics 1.200 Mton kunnen bedragen in 2050. Nova denkt dat deze hoeveelheid in zijn geheel gemaakt zou kunnen worden uit duurzame koolstof: 320 Mton direct uit CO2, 130 Mton uit biomassa, en 750 Mton via recycling. De hoeveelheid biomassa benodigd voor deze hoeveelheid plastics zou 1% bedragen van de jaarlijkse voedselproductie.
Tenslotte bespreken de auteurs dertien concrete maatregelen die de overgang naar duurzame koolstof in gang kunnen zetten en versnellen. Zoals een belasting op fossiele koolstof in plastics, verplichtingen voor duurzame koolstof in polymeren of verslaglegging door chemische bedrijven van het gebruik van duurzame koolstof in hun producten. Het rapport wordt al ondersteund door 24 deskundigen uit de chemische en plasticsindustrie en het onderzoek, en nova-Instituut verwelkomt verdere steun.
Interessant? Lees dan ook:
Drop-ins, een dwaalweg voor de biobased economy
Efficiënter biomassagebruik in de biobased economy
Bio-economie, circulair en kleinschalig. Of niet?