De Toekomst van Stoomkraken: Op Weg naar een Duurzame Chemische Revolutie

Met steeds hogere eisen op het gebied van duurzaamheid en toenemende druk om klimaatdoelstellingen te behalen, wordt gezocht naar innovatieve oplossingen om de impact van stoomkraken drastisch te reduceren. Twee kansrijke pistes worden hierbij verkend: elektrificatie en het gebruik van gerecycleerde voedingen uit plastic afval. Maar zijn deze alternatieven technisch en economisch haalbaar? En kunnen ze echt bijdragen aan een duurzamere toekomst?

Dit zijn de centrale vragen die Tamás Buzogány in zijn thesis heeft onderzocht. Door middel van een gecombineerde technische en economische analyse, ondersteund door honderdduizenden simulaties, heeft hij methoden ontwikkeld om de haalbaarheid en rendabiliteit van beide opties te evalueren. Dit geïntegreerde perspectief is essentieel om te begrijpen hoe technologieën niet alleen technisch werken, maar ook economisch levensvatbaar kunnen zijn in de praktijk.

Elektrificatie: De Kracht van Groene Energie

De energiebehoefte van een stoomkraker is enorm. Traditioneel wordt deze energie geleverd door de verbranding van fossiele brandstoffen zoals aardgas, wat resulteert in een enorme uitstoot aan CO₂. Het idee om elektriciteit – afkomstig van hernieuwbare energiebronnen zoals wind- of zonne-energie – te gebruiken om de benodigde warmte op te wekken, opent de deur naar een proces zonder directe uitstoot van CO₂​.

Door het gebruik van groene stroom kan de ecologische impact van het proces drastisch worden verminderd, zonder de operationele output van het stoomkraakproces negatief te beïnvloeden. Simulaties tonen zelfs aan dat de elektrische opstelling in sommige gevallen hogere ethyleenopbrengsten kan leveren dan traditionele opstellingen per kilogram voeding, terwijl de productie van ongewenste methaanbijproducten sterk wordt gereduceerd​.

Windmolens als voorbeeld voor de opwekking van groene elektriciteit. Foto door Wirestock via Freepik

Hoewel de overstap naar elektrificatie investeringen in infrastructuur en technologische innovatie vereist, bieden de eerste economische analyses een positief vooruitzicht. De winst per ton hoogwaardige chemische producten zou gemiddeld stijgen over een breed gamma aan simulaties, wat het elektrificatieconcept niet alleen duurzaam maar ook winstgevend maakt op de lange termijn.

Pyrolyse-olie: Het Nieuwe Zwarte Goud?

Elektrificatie is veelbelovend, maar naast de energiebron voor stoomkrakers, moeten ook de grondstoffen die gebruikt worden voor productie worden bekeken. Hier komt pyrolyse-olie in beeld, een olie gewonnen uit plastic afval via thermochemische afbraak. Deze olie kan worden gebruikt als alternatieve voeding voor het stoomkraakproces in plaats van fossiele voedingen zoals ethaan, propaan en nafta.

Plastic afval is een groeiend probleem; wereldwijd wordt jaarlijks honderden miljoenen tonnen plastic geproduceerd, waarvan een groot deel uiteindelijk in het milieu terechtkomt. Pyrolyse-olie biedt een creatieve oplossing binnen de circulaire economie. In plaats van plastic te verbranden of te storten, kan het worden omgezet in waardevolle chemische bouwstenen waaruit zij zelf oorspronkelijk geproduceerd zijn. Dit betekent niet alleen minder plastic afval, maar ook minder afhankelijkheid van fossiele bronnen.

Plastic afval in het milieu: een probleem dat opgelost kan worden aan de hand van chemische recyclage. Foto door Karuvadgraphy via Pixabay

Het gebruik van pyrolyse-olie in stoomkraken is echter niet zonder uitdagingen. Plastic afval bevat vaak onzuiverheden, en de kwaliteit van de olie kan variëren, wat leidt tot wisselende opbrengsten en hogere operationele risico's. Toch blijkt uit dit onderzoek dat de integratie van pyrolyse-olie als alternatieve voeding economisch haalbaar is, mits de kwaliteit van het afval goed wordt beheerd en de toeleveringsketen stabiel blijft. De chemische industrie zou hiermee niet alleen haar afhankelijkheid van fossiele brandstoffen verminderen, maar ook een grotere veerkracht opbouwen in een markt die steeds vaker wordt verstoord door geopolitieke instabiliteit.

De Holistische Aanpak: Techniek en Economie in Balans

Wat de aanpak van Tamás zijn werk zo bijzonder maakt, is de integratie van gedetailleerde chemische simulaties en een uitgebreide economische analyse. In de wereld van duurzame technologieën ligt de nadruk vaak op technische haalbaarheid, terwijl economische levensvatbaarheid soms over het hoofd wordt gezien. Hier echter worden de kosten en baten van elektrificatie en het gebruik van pyrolyse-olie in balans gebracht, wat resulteert in een pragmatisch model voor de chemische industrie​.

Vergelijking van de Economische Vooruitzichten

Na het onderzoeken van zowel elektrificatie als energiebron, als het gebruik van pyrolyse-olie als alternatieve voedingsbron, wordt het economische potentieel van deze innovaties duidelijk. De onderstaande grafiek biedt een visuele vergelijking van de Netto Contante Waarde (NPV) tussen drie scenario’s voor stoomkraken: de basisconfiguratie op fossiele brandstoffen, elektrificatie, en het gebruik van pyrolyse-olie. De figuur werd geconstrueerd op basis van honderden duizenden simulaties van alle alternatieven, waarbij de input parameters voor het model zijn gevarieerd over een realistisch bereik. Deze vergelijking toont aan dat zowel elektrificatie als pyrolyse-olie aanzienlijke economische voordelen kunnen opleveren voor de chemische industrie. Elektrificatie biedt een stabiele en duurzame route met beperkte risico’s, terwijl pyrolyse-olie – ondanks de hogere volatiliteit – het potentieel heeft om de meest winstgevende oplossing te zijn in een wereld waarin een circulaire economie centraal staat. Deze innovaties wijzen de weg naar een toekomst waarin duurzaamheid en winstgevendheid hand in hand gaan.

Basisgeval; groen = elektrificatie; rood = pyrolyse-olie. Het basisgeval toont de laagste standaardafwijking en NPV, terwijl het pyrolysegeval de hoogste gemiddelde NPV en de hoogste standaardafwijking laat zien (link naar risico). Het elektrificatiegeval lijkt er tussenin te liggen en de “sweet spot” te nemen tussen risico en rendement. Grafiek door Tamás

Een Blik op de Toekomst: Kansen en Uitdagingen

De implementatie van elektrificatie en pyrolyse-olie biedt veelbelovende voordelen voor de chemische industrie, maar er zijn ook uitdagingen. De benodigde infrastructuur moet worden aangepast, en de beschikbaarheid van hernieuwbare energie is cruciaal voor het succes van een elektrisch stoomkraakproces. Bovendien blijft de kwaliteit van plastic afval een punt van zorg: zonder consistente aanvoer van hoogwaardige pyrolyse-olie kan het proces minder efficiënt worden​.

Toch is het potentieel enorm. Uit de resultaten blijkt dat deze innovaties niet alleen bijdragen aan de vermindering van CO₂-uitstoot tot 90%, maar ook zorgen voor meer stabiliteit in de aanvoer van grondstoffen omdat er een overvloed aan afval beschikbaar is binnen Europa. In een wereld waarin duurzaamheid steeds belangrijker wordt, zou de chemische industrie in Europa met deze technologieën een voortrekkersrol kunnen spelen.

Conclusie: Naar een Duurzaam Chemisch Tijdperk

Dit onderzoek toont aan dat elektrificatie en het gebruik van gerecycleerde voedingen niet zomaar technologische upgrades zijn, maar strategische investeringen in een duurzamer bedrijfsmodel. Deze technologieën laten zien dat innovatie en duurzaamheid hand in hand kunnen gaan. Met een goed doordachte balans tussen technische en economische factoren kan de chemische industrie haar impact op het milieu drastisch verminderen en bijdragen aan een toekomst waarin ecologische verantwoordelijkheid centraal staat.