Pyrolyse is het snel verhitten van een feedstock zonder zuurstof tot ongeveer 500°C. Daarbij ontstaat pyrolyse-olie en bijproducten zoals gas en kool. Vanwege onder andere de hoge procestemperatuur en de variabele samenstelling van pyrolyse-olie leek pyrolyse niet commerciëel interessant. Het zou teveel energie kosten en het product moeilijk bruikbaar. "Ook grote bedrijven en gerespecteerde wetenschappers zeiden en zeggen dat," zegt Gerhard Muggen, managing director van BTG Bioliquids. Dat bedrijf heeft al sinds 2015 de inmiddels winstgevende pyrolysefabriek Empyro draaien in Hengelo (tegenwoordig eigendom van afvalverwerker Twence), waar jaarlijks 35 miljoen kilo houtresten in gaan en 20 miljoen liter pyrolyse-olie uitkomt. "Wij hebben het gewoon gedaan en het kan. En het is winstgevend."

Begin bij de basis
Pyrolyse is bezig aan een opmars met tientallen pilots en kleine demofabrieken in Nederland. De Pyrolyse Proeftuin in Moerdijk bijvoorbeeld geeft bedrijven de kans om hun proces uit te proberen in samenwerking met onderwijs- en onderzoeksinstellingen en lokale overheden. Het doel is om commerciële pyrolyse-installaties en eindproducten op de markt te brengen, maar zo ver is het in de meeste gevallen nog niet. Daarnaast hebben meerdere bedrijven geïnvesteerd in projecten om met pyrolyse plastic afval, houtresten en andere reststromen om te zetten in bruikbare stoffen.
Een van de meest vergevorderde toepassingen van pyrolyse is voor biomassa-reststromen zoals het proces van BTG Bioliquids. Het product vervangt fossiele olie bijvoorbeeld in een kraker, als brandstof of als grondstof voor chemicaliën en levert daarmee een bijdrage aan het verduurzamen van de chemie. Muggen van BTG Bioliquids zegt dat de Empyro-fabriek 24/7 continu en winstgevend draait. Hoe is ze dat gelukt? Muggen: "Dat was een lang proces, waarin we stapje voor stapje de problemen hebben moeten oplossen. Zo zagen we bijvoorbeeld zandslijtage in de piping van de zandcirculatie. Een fenomeen dat we op kleinere schaal nog nooit gezien hadden." De aanpak van BTG Bioliquids was om bij het begin te beginnen: een goed pyrolyseproces met als product een olie die fossiele olie kan vervangen.

TLR laat toe om te investeren
Pyrolyse van plastic reststromen is de andere veelbelovende toepassing. De petrochemische multinational SABIC investeerde in de pyrolysetechnologie van de startup Plastic Energy, die in Spanje enkele demofabrieken heeft staan die plastic reststromen omzetten in pyrolyse-olie. Daarbij gaat het om een lage-temperatuur proces. Het doel is om weer uitgangsstoffen voor plastics te maken. "Wij gaan een stap verder: niet van plastic naar brandstof, maar van plastic naar plastic," zegt Mark Vester, Global Leader Circular Economy bij SABIC. Hij legt uit waarom pyrolyse, ook van plastic, nu wel commerciëel interessant is: "De TLR (Technological Readiness Level) van pyrolyse laat het nu toe om te investeren. En het moet: de urgentie om te verduurzamen is veel hoger dan voorheen."
De pyrolyse-olie wordt na hydrotreatment (waarmee verontreinigingen uit de olie worden gehaald) bijgemengd in een kraker die er onder andere etheen van maakt. Daarvan worden polymeren gemaakt die het certificaat ’circulair’ mogen dragen - althans een deel ervan. Als er 1000 ton gerecycled plastic in de kraker tot pyrolyse-olie is verwerkt, krijgt 1000 ton polymeer het duurzame ISCC Plus certificaat.
SABIC en Plastic Energy bouwen momenteel aan een demofabriek op de Brightlands Chemelot Campus. "In 2025 wil SABIC naar een minimale productie van 200.000 ton aan circulaire producten," zegt Vester. "Wij denken dat er met de juiste regelgeving een grote vraag naar gerecyclede producten gaat ontstaan, waardoor het commerciëel aantrekkelijk wordt."

Eigen energievoorziening
Aan pyrolyse kleeft de veronderstelling dat het veel energie zou kosten. Het tegendeel is waar, zeggen de experts. "Wij houden energie over," claimt Muggen. "Het proces is natuurlijk geen perpetuum mobile, het rendement is ongeveer 90%. We verbranden de kool die achterblijft na afscheiden van de pyrolyse-olie. Daarmee maken we elektriciteit in een stoomturbine. De drie bar stoom die we overhouden gebruiken we om de biomassa voor te verwarmen of drogen." Overigens is kool (vaak char genoemd) in veel gevallen ook zeer geschikt als grondverbeteraar in de landbouw. Het bevat namelijk veel mineralen zoals kalium en calcium.
Het probleem bij biomassa ontstaat als de feedstock te nat is. Meer vocht kost meer energie om te verdampen. "Biomassa met maximaal 55% vocht kunnen we zonder externe energie pyrolyseren," zegt Muggen. "Daarom gebruiken we nu vooral resthout zoals zaagsel, afvalhout uit de industrie en dergelijke. Sommige andere bronnen zoals pulp uit de papierindustrie zijn gewoon te nat. Andere zijn lokaal te duur, zoals stro of mais in Nederland, maar die zijn op andere plekken zoals de VS weer goedkoper."
De technologie van Plastic Energy gebruikt het gas dat als bijproduct ontstaat om zelfvoorzienend te zijn wat betreft energie. In het geval van plastic is het eveneens belangrijk om de juiste feedstock te kiezen. Huishoudelijk afval is niet direct geschikt, dat is teveel vervuild. Alles wat geen plastic is zoals voedselresten en andere materialen moeten er eerst uit worden gehaald. Daarna wordt het resterende plastic afval nog een stap verder gesorteerd. Een mengsel van polyolefinen en polystyreen (piepschuim) levert de meest zuivere pyrolyse-olie. Zodra er andere plastics zoals polyamides, polyester of pvc in de stroom zitten bevat de pyrolyse-olie chloor-, zuurstof- en stikstofhoudende verbindingen die de kraker kunnen aantasten. "Het is best een stap om dat soort olie in een grote kraker te introduceren," vertelt Vester. "Verontreinigingen kunnen het systeem aantasten en dat moet je goed in de hand houden. Wij hebben dat proces inmiddels goed in de vingers."

Regelgeving moet ondersteunen
Opschalen van pyrolyseinstallaties van labschaal naar demoschaal zorgt voor de nodige uitdagingen, vooral omdat het lastig is om grote hoeveelheden vaste stof sterk te verhitten. Maar een pyrolysefabriek hoeft ook weer niet heel groot te zijn om rendabel te zijn. Muggen zegt: "Breng de fabriek daar waar de biomassa beschikbaar, duurzaam en goedkoop is. Transporteren van biomassa is duur, dus opschalen op een centrale locatie heeft niet zoveel zin. Wij denken dat een schaal van vijf ton per uur, een 25 MW installatie, verstandig is. Daar kun je nog steeds duizenden huizen mee verwarmen, om een idee te geven. De centrale opwaardering of het daadwerkelijke gebruik van de olie kan wel heel grootschalig zijn."
Een knelpunt voor het grootschalig toepassen van pyrolyse om plastics terug te brengen tot plastics is de bijbehorende regelgeving, zegt Vester. "Bijvoorbeeld wat betreft lokale CO2-emissie. In Geleen krijg je lokaal extra emissie van CO2, maar het bespaart wel emissie voor de BV Nederland. Dat moet worden erkend als verdienste van de investering."
Daarnaast moet chemisch recyclen (waar pyrolyse onder valt) gelijk gesteld worden aan mechanisch recyclen in de recycling-doelstellingen die de EU oplegt, vindt Vester. "In Duitsland telt dit bijvoorbeeld expliciet niet mee. Welke tarieven moeten afvalverwerkers dan hanteren voor afvalstromen, die voor mechanisch recyclen of voor verbranding? Daar moet de regelgeving wel in voorzien."
Voor BTG Bioliquids is de EU-regelgeving toereikend. "Daar is een langjarig beleid waarop je kunt bouwen en investeringen doen." Voor het commerciëel succes van pyrolyse tot brandstof ziet hij dat twee onmisbare randvoorwaarden: "Ten eerste de nieuwe Renewable Energy Directive (RED II) (waarin onder andere is vastgelegd welk percentage van brandstof duurzaam moet zijn - BW). Daarnaast heeft Scandinavië een hoge CO2-belasting. Daar is pyrolyse-olie concurrerend met fossiele olie, omdat fossiele olie plus CO2-tax veel duurder is."

Dit artikel is gepubliceerd in Chemie Magazine, maart 2021.