F I S CH ROADMAP VALORISATIE VAN NEVENSTROMEN. Chemistry for Sustainability. Flanders Innovation Hub for Sustainable Chemistry

FISCH

Jan Chemistry for SustainabilityMa Flanders Innovation Hub

for

Sustainable Chemistry

Chemistry for Sustainability

Dia Bou B-1

T + F + M+

jvan ww

ROADMAP VALORISATIE VAN NEVENSTROMEN

FISCH Chemistryfor for Sustainability Chemistry Sustainability

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director

INHOUDSTABEL

Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526 [email protected] www.fi-sch.be

ONTWIKKELD OP:

FISCH vzw

INITIATIEF VAN :

Flanders Innovation Hub for Sustainable Chemistry

BEGELEIDING EN REDACTIE:

B. Römgens en J. Vanden Berghe

Duboisstraat 39 b1 2060 Antwerpen Tel.: 03 206 65 40

Fax: 03 226 05 15 www.dnv.be

MET DE MEDEWERKING VAN:

3M, a.c.k. aquaconcept BeNeLux, ACP Belgium, Airliquide, Aveve, Axalta coatings, BASF, B.A.T. Services, Bayer, Beneens, Bio Base Europe Pilot Plant, Blunova, Boerenbond, BOSS paints, Borealis Group, Chemelot, Coatings Research Institute (CoRI), Cropsafe bvba, De Neef Chemical Processing nv., Desotec N.V., Dupont, Ecover, Eni Gas & Power nv/sa, EOC Group, essenscia,

EWI, FEBEM/FEGE, Huntsman, Indaver nv, INEOS nv, Interscience, Jacobs België NV, Janssen Pharmaceutica, KHLim, KU Leuven, Machiels group, Millibeter, Nitto Europe, NV REWIN West-Brabant, OVAM, Recticel, Royal Haskoning, Plarebel, Prayon nv, Proviron Functional Chemicals NV, Segers & Balcaen NV, SIM, SITA, Solvakem, Specialty Polymers Antwerp NV, Taminco, Tessenderlo Chemie, Thomas More, UGent, Universiteit Antwerpen, Van Gansewinkel, Veolia Water Solutions & Technologies, VITO nv, Vlaams Kenniscentrum Water, Volvo cars, VossChemie BeNeLux

Management Summary 4 Managementsamenvatting 6 1 Achtergrond 8 1.1 Flanders’ Innovation hub for Sustainable Chemistry 8 1.1.1 Over FISCH 8 1.1.2 Aanleiding voor het ontwikkelen van roadmaps 9 1.1.3 Doel 9 2 2.1 2.2

Markt en Technologie Roadmapping 10 Methodiek en structuur 10 De globale roadmap 12

3 3.1 3.2

De markt 14 Belangrijkste drivers voor valorisatie nevenstromen 16 Selectie van kansrijke stromen voor valorisatie 17

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

Kansrijke stromen voor valorisatie 19 Afval van organische solventen 19 Afval van zouten en zoutoplossingen 22 Residuen van destillatie en chemische reacties 24 Gebruikte katalysatoren 25 Afval van verf, lak en coatings 27

5 Randvoorwaarden voor succesvolle valorisatie 29 5.1 Inzicht in beschikbare stromen 29 5.2 Industriële Symbiose 31 5.3 Symbioseplatform voor technologie en markt 32 5.4 Pooling 33 5.5 Business cases en haalbaarheidsstudies 33 5.6 Ontwikkelen nieuwe business modellen 34 5.7 Meer inzicht in de werkelijke risico’s 35 5.8 Overige randvoorwaarden 36 6 Technologieën 38 7

Ontwikkelpaden en scenario’s 43

Bijlage: Globale analyse kansrijke technologieën

2


46

SEPTEMBER 2014


3


AIMS

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels

MANAGEMENT SUMMARY

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526

and energy. − This increasing competition also pushes the This document describes a roadmap for side [email protected] Flemish companies to extensive cost optimizastream valorisation in the Flemish chemical inwww.fi-sch.be tion. dustry. The scope of the roadmap has been re− The increasing scarcity and price of (basic) raw stricted to waste and side streams from producmaterials is also an incentive to invest in the tion processes. The postconsumer streams were valorisation of side streams so that demand addressed in the context of other exercises, such for and dependence on primary resources may as the OVAM Vlaams Materialenprogramma roadwell decrease. map Kringloop Economie. This roadmap Valorisation of Side streams has been developed on the − By focusing on more efficient use of materials, initiative of FISCH, Flanders Innovation Hub for the industry is preparing itself for a decreasing Sustainable Chemistry. It is intended to be used availability of (basic) resources at a competitive price. as a tool to design technical development paths and strategies with regard to research, develop− There is an increasing attention for sustainabilment and demonstration. In this respect the opity both by industry and consumers. By using portunities for direct reuse on site as well as reraw materials from waste streams companies use after more centralised off site treatment were are responding better to the sustainability and explored. The roadmap has been developed both corporate social responsibility (CSR) trends. in a graphical and a textual form and describes This gives them a competitive advantage. the relationships between societal and market Participants in the survey, the interviews and trends, framework conditions and technical and workshops did see valorisation of side streams as R&D challenges. an opportunity to save on primary resources and to lower costs, not only by reducing waste but as MARKET well by direct reuse of their own waste streams. For Flanders, the chemical industry is of very high In addition companies identified opportunities to importance. The industry is the main contributor improve their energy efficiency and to generate to the Belgian trade balance. As a consequence new revenues by converting waste into materials of the large production sites and its central lowith high added value. cation in Europe, there is an important market potential for valorisation of side streams from AMBITIONS chemical industry. Also, in Flanders all relevant In the coming years, major breakthroughs have market players are present. The main drivers for to be realized for numerous process characterthe valorisation of side streams are: istics to enable valorisation of side streams on a − The decline in the competitiveness of the Eurolarger scale. This involves improving the flexibilpean and Flemish chemical industry as a result ity, efficiency and performance of processes. The of the rise of the BRIC countries and the Midmain issues for process development that have dle East and moreover rising costs for labour been identified are: small-scale economic pro-

4


cessing, broad spectrum, low energy consumption but with high recycling efficiency, stability and robustness. Actions should also be taken to achieve a completely correct (selective) collection of side streams, collaboration throughout the whole value chain and optimal process control to facilitate side stream treatment and recovery.

TECHNOLOGY AND R&D To achieve the proposed goals, studies and developments are needed in different domains. Within the scope of this roadmap the key technology domains are separation and conversion technologies and ICT. For different side streams hybrid combinations of separation techniques and new membranes or membrane reactors are very promising developments. Research on technologies for better water reuse and on those that combine the separation and conversion of these streams will be important in coming years and will create many opportunities.

performance of products based on recycled side streams is predictable and guaranteed. In order to be able to collect, and possibly pool, these side streams adequate tools and know-how are essential. Furthermore it is necessary that a market for raw materials based on secondary streams is created. This means that applications are specified, that buyers are looked for and mobilized. The Symbiosis platform, where supply and demand are matched in an easy way, is to be expanded. Finally, the legislation needs to be adapted. This is both to eliminate barriers for transport and processing, as well as other measures that promote the reuse of materials.

The collection of chemical data and recording of process parameters will contribute to the development of improved models of process mechanisms and ultimately lead to optimal process automation and management.

FRAMEWORK CONDITIONS Creating the necessary conditions is crucial for maximizing side stream valorisation. The process and technology developments mentioned earlier can only have the desired impact if the right framework is provided. A good understanding of the composition and characteristics of streams is essential. It must be absolutely clear that processing and reuse are completely safe and that the


5


DOELSTELLING


MANAGEMENTSAMENVAT TING

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526

de stijgende kosten voor arbeid en energie. − Deze toenemende concurrentie drijft de Dit document beschrijft een roadmap voor de [email protected] Vlaamse bedrijven tevens tot doorgedreven lorisatie van nevenstromen in de Vlaamse chemiwww.fi-sch.be kostenoptimalisatie. sche industrie. De roadmap beperkt zich hierbij − De toenemende schaarste en prijs van (basis) vooral tot nevenstromen uit de productie. De post grondstoffen is ook een drijfveer om in te zetconsumer stromen zijn namelijk opgepakt in het ten op valorisatie van nevenstromen, zodat kader van andere oefeningen, zoals de OVAM de vraag naar en afhankelijkheid van primaire Vlaams Materialenprogramma roadmap Kringloop grondstoffen kan minderen. economie. Deze roadmap Valorisatie van Nevenstromen is ontwikkeld onder impuls van FISCH, − Door in te zetten op efficiënt materialengebruik de Vlaamse Competentiepool voor Duurzame bereidt de industrie zich voor op de dalende Chemie. Deze roadmap is een hulpmiddel om beschikbaarheid van (basis)grondstoffen aan binnen het domein van nevenstromen valorisaeen concurrentiële prijs. tie, op sectoraal niveau, ontwikkelingstrajecten − Het toenemend belang van duurzaamheid voor en strategieën uit te werken op het gebied van zowel industrie als de consumenten. Door het onderzoek, ontwikkeling en demonstratie. Hierbij gebruik van grondstoffen uit nevenstromen is zowel gekeken naar mogelijkheden voor on site spelen bedrijven in op het gewenste duurzaam of direct hergebruik als naar hergebruik na een en maatschappelijk verantwoord ondernemen. meer centrale off site herwerking. De roadmap Dit levert dan een competitief voordeel op. is zowel in grafische als in tekstuele vorm uitgeDeelnemers aan de enquête, de interviews en werkt en beschrijft verbanden tussen maatschapworkshops zien het valoriseren van nevenstropelijke en markttrends, randvoorwaarden en techmen vooral als een mogelijkheid om op primaire nologische en R&D-uitdagingen. grondstoffen te besparen en daarmee de kosten te verlagen door het terugdringen van afval alsMARKT ook het direct hergebruiken van eigen nevenstroVoor Vlaanderen is de chemische industrie van men. Daarnaast zien bedrijven mogelijkheden om zeer groot belang. Deze industrie levert de beook de energie-efficiëntie te verbeteren en nieulangrijkste bijdrage aan de Belgische handelsbawe omzet te genereren door het converteren van lans. Door de omvangrijke productiesites en de afval in materialen met een hoge toegevoegde centrale ligging in Europa bestaat een belangrijk waarde. marktpotentieel voor de valorisatie van nevenstromen uit de chemie. In Vlaanderen zijn alle reAMBITIES levante marktspelers aanwezig. De belangrijkste In de komende jaren moeten belangrijke doordrivers voor de valorisatie van nevenstromen zijn: braken gerealiseerd worden op het vlak van een − De afname van de concurrentiekracht van de aantal proceseigenschappen om valorisatie van Europese en Vlaamse chemie door opkomst nevenstromen op grote schaal mogelijk te maken. van de BRIC landen en het Midden Oosten en Het gaat hierbij om verbetering van de flexibili-

6


teit, efficiëntie en performantie van processen. De belangrijkste procesontwikkelpunten die geïdentificeerd werden zijn: kleinschalige economische verwerking, breed werkingsspectrum, laag energieverbruik maar toch met hoog recyclagerendement, stabiel en robuust. Ook dient men te werken aan een volledig juiste (selectieve) inzameling van nevenstromen, integrale ketensamenwerking en optimaal procesbeheer om de verwerking en valorisatie te vergemakkelijken.

voorzien wordt. Een goed inzicht in de samenstelling en karakteristieken van stromen is essentieel. Het moet volstrekt duidelijk zijn dat verwerking en hergebruik volledig veilig is en dat de performantie van de producten op basis van gerecycleerde stromen volledig voorspelbaar en gegarandeerd is. Er dienen voldoende hulpmiddelen en kennis aanwezig te zijn om nevenstromen op een betaalbare en eenvoudige wijze volledig juist in te zamelen en eventueel te poolen.

TECHNOLOGIE EN R&D

Daarnaast is ook nog nodig dat een markt voor grondstoffen op basis van nevenstromen gecreëerd wordt. Dit betekent onder andere dat toepassingen gespecificeerd worden, afnemers gezocht en gemobiliseerd worden en het SYMBIOSE platform, waar vraag en aanbod op een eenvoudige wijze gematched worden, verder uitgebouwd wordt. Tot slot dient de wetgeving aangepast te worden. Het gaat hier enerzijds om wegwerken van belemmeringen voor transport en verwerking en anderzijds om maatregelen die het hergebruik van grondstoffen stimuleert.

Om de voorgestelde ambities te realiseren, zijn onderzoek en nieuwe ontwikkelingen nodig in verschillende domeinen. Binnen de scope van deze roadmap zijn de belangrijkste technologiedomeinen scheiding, conversie en ICT. Voor verschillende stromen zijn hybride combinaties van scheidingstechnieken en nieuwe membranen of membraanreactoren zeer kansrijke ontwikkelingen. Ook onderzoek naar technologieën voor beter water hergebruik en technologieën die scheiding en conversie van stromen combineren zullen in komende jaren belangrijk zijn en vele opportuniteiten creëren. Het verzamelen van chemische data en de registratie van procesparameters zal bijdragen tot de ontwikkeling van verbeterde verwerkingsmechanisme-modellen en uiteindelijk leiden tot optimale procesautomatisering en procesbeheer.

RANDVOORWAARDEN Het creëren van de nodige randvoorwaarden is cruciaal voor het maximaliseren van nevenstromenvalorisatie. De eerder besproken proces- en technologieontwikkelingen kunnen enkel de gewenste impact hebben indien het juiste kader


7



1. ACHTERGROND

1.1 FLANDERS’ INNOVATION HUB FOR SUSTAINABLE CHEMISTRY 1.1.1 Over FISCH

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 resultaat van een haalbaarheidsstudie van cheM +32 496 529 526

miebedrijven, chemieprofessoren en kenniscentra FISCH, de drijvende kracht achter [email protected] roadmap, naar een innovatieplatform voor duurzame cheis een gezamenlijk initiatief van de Vlaamse chewww.fi-sch.be mie in Vlaanderen, die werd uitgevoerd onder leimische sector en de Vlaamse overheid, dat zich ding van essenscia. inzet om de transitie naar duurzaamheid te faciliteren en te versnellen. De missie van de vzw FISCH structureert zijn activiteiten in zeven innoFISCH is concreet: het identificeren, stimuleren vatieprogramma’s. Deze innovatieprogramma’s en katalyseren van innovaties voor duurzame zijn zorgvuldig gedefinieerd en kaderen binnen chemie in Vlaanderen. Het is het eerste chemie een strategische innovatieagenda, die de belangkenniscentrum in Europa dat duurzaamheid als rijkste doorbraakthema’s omvat voor een meer belangrijkste criterium neemt voor het beoordelen en realiseren van projecten. FISCH is het duurzame chemie in Vlaanderen.

Micro-Algen

Miniatuur chemie-fabriekjes van de toekomst

Hernieuwbare Chemicaliën

De kracht van de natuur gebruiken

Scheidingstechnologie

Microprocestechnologie

Hoe zuiverder, hoe beter

Hoe kleiner, hoe efficiënter

Polymeer Kinglopen

Valorizatie van nevenstromen

Kunststoffen oneindig hergebruiken

Afval wordt grondstof

Kennistools Kennis is macht

FISCH Innovatie Programma’s

FISCH creëert een forum waar kleine, middelgrote en grote bedrijven uit alle Vlaamse industriesectoren door open samenwerking, onderling en met de kennisinstellingen, duurzame (bio)chemische oplossingen realiseren die een positieve bijdrage leveren tot het oplossen van de huidige en toekomstige maatschappelijke uitdagingen.

8


1.1.2 Aanleiding voor het ontwikkelen van roadmaps FISCH heeft de taak op zich genomen om op maat van de Vlaamse chemie-gebruikende industrie duidelijke ontwikkelpaden bloot te leggen voor technologische innovaties die zullen bijdragen tot een duurzame chemiesector. De wereld na 2030 zal in vele opzichten verschillen van de wereld vandaag, bijvoorbeeld door nieuwe klantenverwachtingen, toenemende schaarste aan grondstoffen en veranderende procesomstandigheden. De Vlaamse chemische industrie wil zich volop richten op de toekomst. De sector wil haar goede positie op de wereldmarkt behouden en zelfs versterken. Daarom is het van essentieel belang om samen met de chemische bedrijven, hun klanten, hun leveranciers en kennispartners vast te stellen welke belangrijke kansen en uitdagingen er bestaan voor de chemiesector in Vlaanderen. Roadmaps met een concrete strategie werden ontwikkeld voor de Vlaamse industrie voor de volgende zes innovatieprogramma’s:

1. Micro-algen 2. Hernieuwbare chemicaliën 3. Polymeer kringlopen 4. Valorisatie van Nevenstromen 5. Microprocestechnologie 6. Scheidingstechnologie

Deze roadmaps zijn een hulpmiddel voor FISCH en de Vlaamse chemiesector om in te schatten welke projecten en ontwikkelingstrajecten de meeste toegevoegde waarde kunnen genereren voor Vlaanderen. Een roadmap identificeert korte- en langetermijndoelstellingen, gebaseerd op marktnoden en -trends. De roadmap verbindt deze doelstellingen met specifieke technologi-

sche oplossingen en uitdagingen. Een roadmap vormt op deze manier dus een plan dat ontwikkelpaden naar nieuwe producten en processen of opkomende technologieën weergeeft. Roadmaps laten de chemiesector onder andere het volgende toe: - Het bepalen van de sterktes en zwaktes van Vlaanderen in elk van de innovatieprogramma’s; - Het maken van strategische, visionaire keuzes voor onderzoek, ontwikkeling en investering op (middel)lange termijn; - Het ondersteunen van consortia van bedrijven om te investeren in strategische R&D-, demonstratie- of infrastructuurprojecten die een belangrijke meerwaarde hebben voor de Vlaamse chemische industrie. De zes roadmaps werden in volle transparantie ontwikkeld met actieve input en medewerking van bedrijven en onderzoeksgroepen actief in de relevante domeinen. Het uitgangspunt voor deze roadmapoefening Valorisatie van Nevenstromen was een desktopstudie uitgevoerd door VITO.

1.1.3 Doel Het doel van de roadmap Valorisatie van Nevenstromen is het realiseren van meer hoogwaardige valorisatie van afval- en nevenstromen door: - In-house of eigen afval- en nevenstromen hoogwaardiger te valoriseren, intern of door een externe partij - Afval- en nevenstromen te gebruiken als nieuwe, alternatieve grondstof - Nieuwe technologieën te ontwikkelen die kunnen bijdragen aan de valorisatie van nevenstromen in andere sectoren.


9



2. MARKT EN TECHNOLOGIE ROADMAPPING 2.1 METHODIEK EN STRUCTUUR

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 3. Uitwerking van 5 specifieke stromen door midDeze roadmap werd ontwikkeld volgens een M +32 496 529 526

del van groepsinterviews. Tijdens de verdere uitspecifiek en aangepast proces, gebaseerd op werking is gekeken naar: de T-Plan-roadmappingmethodiek. De T-plan [email protected] a) mogelijke toepassingen van gerecupereerde methodiek is uitgewerkt door de University of www.fi-sch.be stromen; Cambridge (Centre for Technology Management b) technologische mogelijkheden en nodige techen Institute for Manufacturing). DNV-GL heeft nologische innovaties; specifiek voor de ‘Valorisatie van Nevenstromen’ c) de belangrijkste randvoorwaarden voor het roadmap van FISCH deze methodiek aangepast, succesvol valoriseren van deze nevenstromen. rekening houdend met de omvang van het onderwerp, de overlap met andere lopende initia4. Analyse van de randvoorwaarden voor neventieven, het tijdskader en de beschikbaarheid van stromenvalorisatie in een workshop met de secexperten uit bedrijven en kennisinstellingen. De tor. roadmap Valorisatie van Nevenstromen is dan ook geen alomvattend studie document, maar een richtingaanwijzer en routekaart die de voorkeuren en keuzes van de participerende Vlaamse bedrijven en kennisinstellingen weergeeft.

Desktopstudie: nevenstromen, technologische technologische Desktop studie:overzicht overzicht van van verschillende verschillende (categorieën) nevenstromen, principes markt, trends trends en en case casestudies studies principesvoor voorverwerking, vewerking, markt,

Enquête Nevenstromen: Inventarisatie, belangrijkste doelen en belangrijkste stromen

Groepsinterview “ZOUTEN”

Groepsinterview “SOLVENTEN”

Groepsinterview “DESTILLATIE”

De op maat uitgewerkte methodiek bevatte volgende acties en stappen: 1. Enquête van nevenstromen: inventarisatie van nevenstromen en bevraging naar doelen, belangrijkste stromen en verbeterpotentieel van de stromen. Uit deze enquête werden 5 stromen geselecteerd voor verdere uitwerking op basis van de resultaten van de prioritering van de doelen, de belangrijkste stromen en het aantal vertegenwoordigers van (chemische) bedrijven dat bereid was om mee te werken. De vijf geselecteerde stromen zijn: - organische solventen, - zouten en zoutoplossingen, - residuen van chemische destillatie, - katalysatoren, - verven en lijmen. 2. Analyse van de belangrijkste technologieën via een desk research (uitgevoerd door VITO) en interviews.

10


Interview technologieën “ZOUTEN”

Interview technologieën “SOLVENTEN” en “DESTILLATIE’

Finale Workshop: Uitwerking “KATALYSATOREN” en “VERVEN” Oplijsten, prioriteren en bespreken randvoorwaarden Aangepaste roadmap methodiek

Het roadmappingsproces werd steeds in de unieke context van het Vlaamse landschap geplaatst. Aan de interviews en de workshop hebben in totaal meer dan 45 Vlaamse bedrijven en kennisinstellingen deelgenomen. De resulterende roadmap is dan ook een product op maat van de Vlaamse bedrijven, waarbij innovatie niet aanzien wordt als een antwoord op bedreigingen maar als een reactie op opportuniteiten.


11


2.2 DE GLOBALE


domeinen

PROCES features

MARKT drivers

Robuust

Voorbehandeling

Schaarste & prijs grondstoffen

Selectieve inzameling

Kosten optimalisatie

Energie zuinig

Scheiding

Concurrentiekracht

Schaalbaar (centraal/ Decentraal)

Efficiënt materiaal gebruik

Flexibel inzetbaar

Stabilisatie

Optimaal proces beheer

Duurzaamheidstrend

Lage kost (capex/opex)

Meer inzicht in risico’s

ICT (automatisering & data processing)

Wetgeving

Conversie

Nieuwe Business modellen


Demonstratie cases

12

Juiste inzameling & pooling van stromen

De pijlen tussen TECHNOLOGIE-domeinen en PROCES-features maken duidelijk dat verscheidene technologische maatregelen uit de verschillende domeinen een essentiële bijdrage leveren aan de in de toekomst gewenste performantie van valorisatieprocessen voor nevenstromen. Zo zullen technologische ontwikkeling voor betere scheiding en conversie bijdragen tot robuustere processen, of zullen innovaties in automatisering en dataprocessing zorgen voor optimaal proces beheer.

In de volgende hoofdstukken worden de globale roadmap en achterliggende resultaten verder toegelicht.

Industriële symbiose

roadmap weergegeven. De grafische weergave volgt de hierboven vernoemde T-plan roadmap structuur. In horizontale stroken worden achtereenvolgens markt-drivers en -barrières, proceseigenschappen, technologische innovaties en randvoorwaarden weergegeven. Met pijlen worden de belangrijkste verbanden tussen deze elementen weergegeven, zoals geïdentificeerd tijdens de workshops. Deze globale roadmap werd opgesteld op basis van input die door de deelnemers aan de workshops werd geleverd. De roadmap kan het beste van onder naar boven gelezen worden. Dan wordt ook direct het belang van de randvoorwaarden duidelijk: zonder deze maatregelen zal het potentieel van de technologische innovaties in de verschillende technologie domeinen slechts beperkt benut kunnen worden.

Inzicht in beschikbare stromen

de Vlaamse industrie de mogelijkheid om beter De resultaten van de desktopstudie, enquête, inin te spelen op de 4 belangrijkste MARKT-drivers, [email protected] terviews en workshops werden verwerkt in een schaarste en prijs van grondstoffen, efficiënt mawww.fi-sch.be roadmap, waarop onderlinge afhankelijkheden en teriaalgebruik, kosten van optimalisatie en de relaties werden gedefinieerd en in een tijdskader duurzaamheidstrend. Deze 4 drivers helpen op geplaatst. hun beurt dan weer om de concurrentiekracht van de bedrijven en de sector te verhogen. Hiernaast wordt een overzichtsbeeld van de

TECHNOLOGIE

Hoog (recyclage) rendement

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 De 7 geïdentificeerde PROCES-features bieden ROADMAP M +32 496 529 526

RAND VOORWAARDEN


13



3. DE MARKT

T +32 2 238 97 64 +32 2 230 71 18 De recente financiële en economische Fcrisis heeft delijk en sociaal aanvaardbaar zijn. Bijvoorbeeld in M +32 496 529 526

de chemische industrie in de Europese Unie zwaar het geval van recyclage betekent dit dat het energetroffen en de positie van de [email protected] sector aangieverbruik tijdens recyclage naar een secundaire www.fi-sch.be zienlijk verzwakt. Bovendien zijn de toenemende grondstof lager moet zijn dan deze voor de producglobalisering, de groeiende concurrentie vanuit Azië tie van de primaire grondstof, en niet mag leiden tot en het Midden-Oosten en de dreigende overcapaeen significante andere afvalproductie of emissie. citeit op de markt, belangrijke en nadelige marktBij ontwikkelingen die streven naar een meer hoogontwikkelingen die de toekomst voor de chemische waardige valorisatie van nevenstromen, is het een industrie in Europa, en dus ook in Vlaanderen, mee goed idee te vertrekken vanuit de inherente eigenzullen bepalen. Het is dus uitermate belangrijk dat schappen van de nevenstromen alsook vanuit hun bedrijven streven naar maximale efficiëntie en kospositie op de ladder van Lansink. Deze laatste geeft tenreductie, zowel door optimalisatie als door innoaan op welke manier een afvalstroom momenteel bevatie. Hierbij moet verder gekeken worden dan het heerd wordt en kent als het ware een score toe aan eigen productieproces, en moet zowel de input-zijde de efficiëntie van het kringloopsluiten voor dat be(grondstoffen) als de output-zijde (niet alleen propaald materiaal. Daarnaast kan de meerwaarde van ducten, maar ook afval- en nevenstromen) herbekede nevenstroom afgeleid worden: hoe hoger op de ken worden. ladder, hoe hoger de meerwaarde. De manieren om Niet alleen het economisch streven naar maximale kosten-efficiëntie is een drijvende kracht om meer te gaan inzetten op ‘valorisatie van nevenstromen’, ook de ontwikkelingen op het vlak van duurzaamheid en sluiten van kringlopen zetten bedrijven ertoe aan om te optimaliseren en te innoveren. Valorisatie van nevenstromen voor de productie van energie en bruikbare materialen, met een klemtoon op die processen en praktijken die de milieu-impact over de hele levenscyclus reduceren, is van het grootste belang. Verschillende technologische processen voor de doeltreffende behandeling van afval en de daarmee gepaard gaande productie van energie, brandstoffen of bruikbare chemische stoffen, zijn op dit moment reeds beschikbaar of komen op. Toch is er nog een lange weg af te leggen naar de maximalisering van de valorisatie van industriële, huishoudelijke en agrarische afval- en nevenstromen tot nietenergetische toepassingen. Het is hierbij belangrijk dat de ontwikkelingen duurzaam zijn, wat inhoudt dat de innovaties economisch haalbaar, milieuvrien-

een nevenstroom hoger op deze ladder te plaatsen, bestaan uit economische en technologische aspecten. Enerzijds dient er een vraag naar de nevenstroom te bestaan of dient een nieuwe markt gecreëerd te worden. Anderzijds dient een nevenstroom door bestaande of nieuwe technologie op zulke wijze behandeld te worden dat het eindproduct voldoet aan de vereisten van de markt (kan zowel kwantitatief als kwalitatief zijn). Het principe van de ladder van Lansink kan als volgt worden samengevat. 1. Bovenaan de ladder staat afvalpreventie. De beste manier om met afval om te gaan, is het afval te vermijden. De chemische industrie streeft hiernaar door optimalisatie van productieprocessen. 2. De tweede sport op de ladder is hergebruik. Hergebruik is het opnieuw gebruiken van het afval zonder dat het een verandering ondergaat. 3. Vervolgens staat er sorteren en recycleren op

de ladder. Het is vaak belangrijk dat afval gesorteerd of gescheiden wordt om vervolgens te dienen als grondstof voor eenzelfde product of een ander product. Het aanwenden van innovatieve technologieën is hier vaak een belangrijke factor. De aangewende technologieën zijn vaak productspecifiek en gericht op chemische en fysische eigenschappen van de te behandelen nevenstroom. 4. Indien de vorige stappen niet toegepast kunnen worden, kan het (energierijke) afval verbrand worden met energieherwinning (en rookgaswassing). Hierbij dient het afval te voldoen aan bepaalde acceptatiecriteria gaande van een voldoende hoge calorische waarde tot limieten op bijvoorbeeld chloor- en zware metaalgehalten van het afval. 5. Storten van afval staat onderaan de ladder en dient zoveel mogelijk vermeden te worden. Het storten van gevaarlijk afval kan gepaard gaan met stabilisatie van het afval a priori aan het storten. Tijdens het voortraject van FISCH (o.a. in de FISCHhaalbaarheidsstudie, maar ook tijdens de vele interactieve vergaderingen met de bedrijven), werd vastgesteld dat vraag en aanbod van nevenstromen vandaag in Vlaanderen niet op elkaar aansluiten als gevolg van twee belangrijke hinderpalen. 1. Een matchmaking platform dat resource-behoeften en resource-vragen met elkaar kan verbinden, is afwezig. 2. Er is een gebrek aan de benodigde conversietechnologieën en industriële installaties voor hergebruik, recyclage of omzetting van nevenstromen naar andere grondstoffen voor de aanmaak van producten of energie. De eerste hinderpaal wordt momenteel ingevuld door het SYMBIOSE1 project, dat zulk matchmaking platform realiseert. Zowel de SYMBIOSE-activiteiten als de activiteiten van FISCH zelf, leiden tot talrijke

Onafhankelijk Belgisch matchmaking service platform voor de valorisatie van afval en nevenstromen naar materiaal www.fi-sch.be/nl/symbiose

nieuwe ideeën voor projecten en initiatieven rond het thema valorisatie van nevenstromen. Deze nieuwe projecten en initiatieven zullen op hun beurt een bijdrage leveren aan het wegwerken van de tweede hinderpaal. Met deze roadmap willen we een referentiekader vormen om al deze projectideeën af te toetsen en richting te geven, zodat zij optimaal kunnen bijdragen aan het uiteindelijke doel van dit programma, namelijk maximale valorisatie van nevenstromen in de chemische industrie. De focus van deze roadmap ligt op het hoogwaardiger valoriseren van de afval- en nevenstromen uit de chemische en chemie-gebruikende industrie. Daarnaast kunnen ook afval- en nevenstromen (uit andere sectoren) gebruikt worden als nieuwe, alternatieve grondstof én kunnen technologieën en producten ontwikkeld worden die kunnen bijdragen aan het hoogwaardiger valoriseren van nevenstromen (uit andere sectoren). Als eerste actie voor de uitwerking van deze roadmap, werd een brede online bevraging gedaan bij alle leden van zowel het FISCH- als het SYMBIOSE-netwerk. Deze bevraging werd opgezet in samenwerking met OVAM, en de resultaten worden gebruikt zowel voor deze roadmap als voor de Roadmap Kringloopeconomie van het Vlaams Materialen Programma. Bedoeling van deze bevraging was enerzijds een beter beeld te krijgen van de belangrijkste drivers voor het valoriseren van nevenstromen, en daarbij horend een inschatting van het verbeterpotentieel van deze drivers, en anderzijds een eerste selectie te maken van concrete stromen. Het belang van een nevenstroom wordt immers niet alleen bepaald door de omvang van die nevenstroom, maar ook door de bereidwilligheid er samen mee aan de slag te gaan. Meer dan 400 personen hebben deelgenomen aan de bevraging.

1

14



15


3.1BELANGRIJKSTE


T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 DRIVERS VOOR VALORISATIE M +32 496 529 526

NEVENSTROMEN

Een lijst met 14 mogelijke doelen [email protected] aan valorisatie van nevenstromen te werken werd gedestilleerd uit allerhande Europese en Vlaamse programma’s www.fi-sch.berond nevenstromen en kringlopen. Deze werd aan de deelnemers voorgelegd met de vraag hoe groot het belang van die doelen volgens hen is. Besparen van primaire grondstoffen Vermijden van afval (in productie en keten) Verhogen van materiaal efficiëntie Verlagen van kosten Hoogwaardig hergebruik Recyclage Verbeteren van de energie efficiëntie Verlagen van de ecologische voetafdruk Producten met hoge waarde en betrouwbaarheid Terugdringen uitstoot broeikasgassen Verhogen functionaliteit van materialen Landfill verminderen Gebruik van bio-gebaseerde materialen Creëren van werkgelegenheid

3.2 Selectie van kansrijke stromen voor valorisatie De hoeveelheden van typische afvalstromen uit de chemische en chemie-gebruikende industrie staan weergegeven in Tabel 1.

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Resultaten bevraging: belang van de doelen. De weergegeven waarden zijn gewogen waarden waarbij volgende weging werd gebruikt: niet =0, beperkt =1, groot =2, zeer groot = 3

De vijf belangrijkste drivers om in te zetten op valorisatie van nevenstromen zijn: besparen van primaire grondstoffen, vermijden van afval (in productie en keten), verhogen van materiaalefficiëntie, verlagen van kosten en hoogwaardig hergebruik. Wanneer enkel de resultaten van de bedrijven uit de chemische sector geanalyseerd worden, komt het ‘Verlagen van kosten’ als belangrijkste doel naar voren, en komt ‘Verbeteren van de energieefficiëntie’ de top vijf binnen ten koste van ‘Hoogwaardig hergebruik’. Deze drivers weerspiegelen de algemene trends en drivers voor duurzame chemie. Het verbeteren

16


verbeterpotentieel van deze doelen in te schatten. Van de vijf hoofddoelen scoren er vier op het vlak van verbeterpotentieel hoog tot zeer hoog volgens meer dan 70% van de deelnemers. Het verbeterpotentieel van het doel ‘Verlagen van kosten’ wordt beduidend lager ingeschat, ongeveer 50% van deelnemers scoort dit gering tot redelijk.

van de energie-efficiëntie en het besparen van primaire grondstoffen zijn van belang omwille van de dreigende schaarste en stijgende prijzen van (primaire) grondstoffen. De toenemende duurzaamheidstrend zet de industrie ertoe aan om afval te vermijden en zoveel mogelijk nevenstromen te recycleren en te valoriseren. Deze trends, evenals de drivers voor kostenoptimalisatie en efficiënt materiaalgebruik, dragen allen bij tot het verhogen van de concurrentiekracht van de Europese industrie, dewelke onder druk staat door de opkomst van de BRIC landen en het Midden Oosten. Vervolgens werd de deelnemers gevraagd om het

Deze lijst met categorieën nevenstromen werd verder aangevuld met een aantal bijkomende stromen die vanuit de werking van SYMBIOSE en FISCH reeds als belangrijk naar voor kwamen, namelijk: • Productie-afval van de kunststofverwerking (de categorie plastic afval wordt hierdoor vanaf nu als post consumer afval beschouwd) • Vervuild water • Afval van de waterzuivering (slib,…) • CO2 utilisatie • Gemengde stromen • Organisch-biologische nevenstromen

Afvalstroom beschrijving Hoeveelheid (ton) afval van biociden 514 residuen van destillatie en chemische reacties (incl. logen en wasvloeistoffen) 119.288 afval van fotochemicaliën 4.590 afgewerkte katalysatoren 9.777 Kunststofafval 416.566 afval van lijm, hars, gom en kit (incl. vochtwerende middelen) 7.096 afval van minerale en synthetische oliën 268.698 afval van organische oplosmiddelen 112.074 afval van oxiderende chemicaliën 67 afval van verf, lak en andere coatings (incl. kleurstoffen en pigmenten) 40.794 afval van detergenten, zepen en desinfecterende middelen 1.666 afval van zouten en oplossingen van zouten (excl. cyanides) 17.062 afval van zuren en basen 42.662 afval van niet elders ingedeelde chemische stoffen 40.601 (1) Hoeveelheden bevatten enkel stromen die onder de huidige wetgeving daadwerkelijk onder de definitie van afval vallen. (2) Hoeveelheden bevatten zowel primaire (ontstaan bij de initiële afvalstoffenproducent) als secundaire (ontstaan bij bedrijven die bestaand afval verder verwerken door het te sorteren, recycleren, verbranden…) afvalstromen. (3) De onderverdeling is per soort en niet per sector, zodat een bepaald percentage van de genoemde hoeveelheden eventueel afkomstig kan zijn uit andere sectoren. Tabel 1: Voorbeelden van afvalstromen uit de sector van de chemie met hoeveelheden voor 2010. Bron: OVAM bedrijfsafvalstoffen.


17



4 KANSRIJKE STROMEN VOOR VALORISATIE

T +32 2 238 97 64 2 230 71 18 De volledige lijst werd voorgelegd aan Fde+32 deelneM +32 496 529 526

de interesse om mee te werken aan de vervolgmers met de vraag maximaal vijf stromen aan te oefening (We kunnen enkel verder werken met duiden waarmee we samen aan de slag zouden die stromen waarvoor ook voldoende [email protected] moeten gaan, omdat we daar kansrijk enwww.fi-sch.be duurzaam mers gevonden worden om er effectief mee aan de slag te gaan). grote innovatieve stappen kunnen zetten. De resultaten van deze vraag staan weergegeven in de Rekening houdende met al deze gegevens, werden figuur hieronder. volgende stromen geselecteerd om mee verder te werken: - Afval van organische solventen - Residuen van destillatie en chemische reacties - Afval van zout en zoutoplossingen - Afval van verf, lak, coatings - Gebruikte katalysatoren

De selectie van stromen waarmee werd verder gewerkt, is niet enkel gebaseerd op de resultaten van deze vraag, maar houdt ook rekening met de volgende twee elementen: - mogelijke overlap of complementariteit met andere roadmaps en lopende activiteiten; - aantal antwoorden op de vraag die peilt naar Plastic afval Productie-afval kunststof verwerking Gemengde stromen Afval van organische solventen Vervuild water Organisch-biologische nevenstromen Residuen van destillatie en chemische reacties CO2 utilisatie Afval van waterzuivering (slib,…) Afval van verf, lak, coatings Afval van zuren en basen Afval van lijmen, resin, gum, kit Gebruikte katalysatoren Afval van minerale en synthetische olie Afval van zout en zoutoplossingen Afval van biociden Afval van detergenten, zeep, ontsmettingsmiddelen Afval van chemische oxidanten Afval van fotografische reacties

4.1 Afval van organische solventen Markt

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Resultaten van de bevraging: belang van de verschillende stromen. Waarden zijn weergegeven in % van de respondenten dat de stroom in de top 5 noemt.

De volgende stromen werden niet weerhouden omwille van mogelijke overlap met andere activiteiten: - Plastic afval: deze stroom werd geselecteerd door OVAM als één van de belangrijkste post-consumer stromen voor hun roadmap Kringloop Economie. - Productie-afval van kunststofverwerking: deze stroom is het onderwerp van de FISCH roadmap Polymeer Kringlopen. - Vervuild water: maakt onderdeel uit van het VIS-traject ‘Blauwe Cirkel’. - Organisch-biologische nevenstromen: maken onderdeel uit van het VIS-traject ‘VISIONS’ en worden tevens behandeld in de Key Enabling Technology (KET) roadmap ‘Industriële Biotechnologie’. - CO2-utilisatie: FISCH heeft reeds een specifieke strategische oefening opgestart rond CO2 gebruik. 18


Voor de geselecteerde stromen, ‘Afval van organische solventen’, ‘Afval van zout en zoutoplossingen’, ‘Residuen van destillatie en chemische reacties’, ‘Gebruikte katalysatoren’ en ‘Afval van verf, lak, coatings’ werd nagegaan welke (nieuwe) toepassingen, valorisatiemogelijkheden en technologische maatregelen zouden kunnen uitgewerkt worden. De belangrijkste algemene technologische ontwikkelingen voor de valorisatie van nevenstromen worden verder toegelicht in hoofdstuk 6. Mogelijke niet-technologische maatregelen voor deze kansrijke stromen in het specifiek, ook algemeen voor een verbeterde valorisatie van nevenstromen, worden besproken in hoofdstuk 5 Randvoorwaarden.

Solventen en het beheer ervan zijn van groot belang voor de chemische en chemie-gebruikende bedrijven. Voor gebruikers hebben solventen een belangrijke invloed op het totale proces en de productiekosten. Voor solventproducenten zijn het belangrijke producten met vaak een aanzienlijke marktwaarde. Performantere solventen zijn dus onderscheidende productie- of verkoopsfactoren en hierdoor delen zowel gebruikers als producenten vaak pas in een zeer laat stadium, zeker aan derden, informatie over veranderingen en nieuwe introducties in het solventgamma. Solventen worden in grote hoeveelheden en variëteiten gebruikt in de chemie en de farmaceutische sector maar ook in andere sectoren zoals de metaalbewerking, textielsector, elektronicasector, kunststofverwerkende industrie… Bepaalde soorten solventen worden in verschillende sectoren

gebruikt terwijl andere sectorspecifiek zijn. Belangrijke industriële processen in de chemische industrie waarin solventen worden gebruikt zijn bijvoorbeeld solventraffinage, polymerisatieprocessen, productie van farmaceutische producten en fijnchemicaliën, oppervlaktecoatings en reinigingsprocessen. Algemeen zijn naar de toekomst toe voor solventen een aantal veranderingen en trends te onderscheiden die een sterke impact kunnen hebben op gebruik en recyclage. Zo is er een sterke tendens om mogelijke schadelijke, gevaarlijke of (repro)toxische solventen (voornamelijk producten die opgenomen zijn op de REACH SVHC2 lijst) te vervangen door meer duurzame alternatieven. Op korte termijn verwacht men de opkomst van biogebaseerde solventen die in de regel echter een kleiner werkingsspectrum hebben dan de huidige traditionele solventen en ook gevoeliger voor degradatie zijn. Vervanging door bio-solventen kan dus als gevolg hebben dat meerdere solventen in procesketens gebruikt zullen worden, met eventueel ook kortere levenscycli vanwege die specificiteit. Kortere levenscycli door specificiteit is op zich ook al een gevolg van kortere levenscycli van materialen en eindproducten waarvoor de solventen worden ingezet. Op langere termijn zien we de opkomst van ionische solventen. Door deze als oplosmiddel voor organische reacties te kiezen, kan een hogere reactiesnelheid en/of betere selectiviteit bereikt worden dan bij gebruik van klassieke solventen. Vanuit de industrie wordt veel interesse getoond voor het gebruik van ionische vloeistoffen als solvent voor katalytische reacties, als katalysator zelf, als solvent voor het uitvoeren van extracties voor de scheiding van metaalionen, of als elektrolyt voor brandstofcellen. Door de relatief hoge waarde, de hoge kost

Een zeer zorgwekkende stof (SVHC of Substance of Very High Concern) is een chemische stof (of een deel van een groep van chemische stoffen) waarvoor wordt voorgesteld dat het gebruik binnen de Europese Unie wordt onderworpen aan autorisatie onder de REACH-regelgeving.

2


19



T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 Recuperatie van solventen in gecentraliseerde facivan opslag en de variëteit aan solventen blijft het M +32 496 529 526

liteiten is een gangbare praktijk in vele industrieën, voor de bedrijven belangrijk om de [email protected] heden van nieuwe en gebruikte solventen zo laag maar meer en meer worden afvalsolventen on-site www.fi-sch.be mogelijk te houden. gerecycleerd. De economische haalbaarheid voor recyclage of valorisatie van solventresten of -afval Onder afval van organische solventen verstaan we wordt enerzijds bepaald door de calorische waarde organische agentia die vervuild zijn, bijvoorbeeld van het oplosmiddel en aan de andere kant door met gesuspendeerde en opgeloste stoffen, andere de marktprijs van ‘virgin’ solvent of de waarde van organische moleculen of producten, water, andere het solvent(-mengsel). Het gaat dan zowel om de oplosmiddelen, of andere componenten die niet aan waarde van het solvent zelf als om de waarde van het oplosmiddel werden toegevoegd tijdens de prode stoffen die met het solvent gemengd zijn. Elke ductie. De gesuspendeerde of opgeloste stoffen in liter solvent die kan worden gerecycleerd met een het solvent hebben een bepaalde waarde die sterk hogere waarde dan de calorische draagt bij aan een kan verschillen tussen processen of industrieën. effectieve vermindering van grondstofgebruik. Bij solventgebruik voor reinigingsprocessen zullen deze stoffen vaak een lage of helemaal geen waarDe grotere variëteit aan solventen en de vaak kortede hebben. Bij solventgebruik in de farmaceutische re levenscycli zullen in de toekomst een belangrijke sector of in processen met waardevolle metalen, impact hebben op de valorisatie van de gebruikte kunnen deze stoffen (bv. API’s (Active Pharmaceutisolventen. Optimaal solventbeheer, hergebruik bincal Ingredient) en zeldzame aardmetalen) een zeer nen het bedrijf en solvent leasing zullen dan ook hoge waarde hebben. belangrijker worden.

20


Vereenvoudigde procedure voor de terugwinning van solventen. (Bron: VITO desktop studie)

Een vereenvoudigd schema van een typisch recuperatieproces van solventen wordt getoond in de figuur hiernaast. Niet elke stap wordt noodzakelijkerwijze uitgevoerd. Het herwinnen van oplosmiddelen uit processtromen begint met gepast collecteren en sorteren op de industriële site. De eerste stappen van scheiden en collecteren gebeuren via damprecuperatie en/of machinaal scheiden. Dampen worden verwijderd door condensatie (met behulp van watergekoelde condensors en koeleenheden), adsorptie (van damp beladen lucht) of absorptie (van een gasstroom). Machinaal scheiden omvat verwijderen van water door decanteren en van onopgeloste deeltjes door filtratie, sedimentatie of centrifugeren. Als het oplosmiddel voldoende zuur of alkalisch reageert, kan dit corrosie veroorzaken van de verwerkingsapparatuur en kan het nodig zijn om de pH aan te passen vóór verwerking (neutralisatie). Recente technieken om solventen te scheiden en op voldoende hoge kwaliteit te brengen zijn veelal gebaseerd op destillatie. Zo wordt afscheiding van opgeloste verontreinigingen bereikt door dunne film verdamping en stoomdestillatie. Afhankelijk van de aard van de oplosmiddelen en onzuiverheden, van de vereiste zuiverheidsgraad kunnen gemengde oplosmiddelen gescheiden worden door meerdere destillatiemethoden, zoals batch of continu rectificatie, azeotrope destillatie of vacuüm destillatie. Terwijl destillatie eenvoudig is voor ideale mengsels, is dit meestal niet het geval voor farmaceutische afvalmengsels waarin meerdere oplosmiddelen en ongebruikt reactant complexe azeotropische mengsels kunnen vormen. Azeotrope destillatie is technologisch uitdagend vanwege het gebruik van ‘entrainers’ die zelf ook weer gerecupereerd moeten worden en een bijkomende bron van verontreiniging vormen.

Toepassingen – mogelijke routes tot valorisatie Solvent naar solvent toepassingen (recuperatie en hergebruik): - Indien de (markt)waarde van het solvent voldoende hoog is. - Binnen één bedrijf of tussen bedrijven onderling (industriële symbiose). - Recuperatie tot de virgin solventkwaliteit of tot een lagere graad van zuiverheid. - Voor inzet in dezelfde toepassing of andere, minder strenge of laagwaardigere toepassingen. Solvent naar brandstof toepassingen (energetische valorisatie): - Indien de marktwaarde van de nevenstroom door bewerking (zuivering, transformatie…) de calorische waarde van de nevenstroom niet overstijgt. Mogelijke te realiseren technologische maatregelen 1) Hybride scheidingstechnologieën: door het combineren van verschillende scheidingstechnologieën (bv destillatie–pervaporatie, extractie–pervaporatie) kan een breder gamma van solventmengsels gerecycleerd worden. De combinatie van technologieën is sterk afhankelijk van de aard van de nevenstroom, bijvoorbeeld: - combinatie ‘destillatie–pervaporatie’ voor het verwerken van solventnevenstromen met azeotropen en/of zonder thermosensitieve waardevolle moleculen - combinatie ‘extractie–pervaporatie’ voor waterachtige solventstromen - combinatie ‘extractie–extractieve destillatie’ voor mengsels met weinig verschil in polariteit


21



T +32 2 238 97 64 +32 2 230 71 18 2) Selectievere technologieën gericht opF een hoog 4.2 M +32 496 529 526

Afval van zouten en zoutoplossingen

recyclagerendement van contaminanten in het solventmengsel: [email protected] Markt www.fi-sch.be - Organische solvent nanofiltratie voor homoIn het dagelijks taalgebruik wordt onder zout de gene katalysatoren of farmaceutische comverbinding NaCl verstaan, maar in de wetenschap ponenten. Dit leidt tot zeer hoge zuiverheden en de industrie dekt het begrip ‘zouten’ een hele maar is nog duur voor bulkchemie; brede waaier van verbindingen. Algemeen gesteld - Pervaporatie (i.p.v. destillatie): een vloeistofis een zout een chemische verbinding bestaande mengsel wordt gescheiden volgens het prinuit positieve ionen (kationen) en negatieve ionen cipe van evaporatie en selectieve permeatie (anionen). Men onderscheidt: waardoor deze technologie om energetisch/ • Organische zouten: acetaten, acrylaten, oxalathermodynamische redenen veel aantrekkelijten, stearaten, … ker wordt dan destillatie; • Anorganische zouten: carbonaten, chloraten, - Extractieve en heterogene destillatie, evt. met chloriden, chromaten en dichromaten, cyanainzet van ionische solventen. ten, cyaniden, fluoriden, fosfaten, fosfiden, fos3) Multipurpose technologieën, (scheidings)techfieten, … nologieën die meerdere, verschillende solventen Organische zouten hebben een breed toepasen mengsels kunnen verwerken en recuperen, singsgebied. Dit kan gaan van gladheidsbestrijzouden bepaalde voordelen bieden, rekening ding van startbanen op luchthavens tot toepashoudend met mogelijke tendensen naar een korsingen in de farmaceutische en chemische sector tere levenscyclus van en een grotere variabiliteit en voor feed & food (oa voederconservering). in solventen. Destillatie heeft hier een groot voorOnder organische zouten vallen zowel belangrijke deel ten opzichte van membraantechnologie. hoeveelheden aan bulkproducten als specialitei4) Energiezuinige technologieën zoals membraanten. De producteisen voor organische zouten zijn technologie worden kansrijker door de stijgende vaak streng, zeker in geval van inzet in feed & kost van energie. food en de farmaceutische sector. 5) ‘Plant on a truck’: Flexibele, modulaire en zelfs Anorganische zouten zijn hoofdzakelijk bulkpromobiele productie en zuivering units die op de ducten die vaak een relatief lagere marktwaarde site de nevenstroom verwerkt of valoriseert zohebben en vaak in overmaat aanwezig zijn, met dat ophaling en verbranding overbodig worden. uitzondering van bijvoorbeeld zouten op basis Dit concept biedt de mogelijkheid om de recyvan fosfor of bepaalde metalen met een intrinclage van kleinere stromen aan solventen of strosieke hogere waarde. Zo is er momenteel een men die slechts periodiek geproduceerd worden overaanbod aan NaCl op de Europese markt. op een economisch interessante manier te verDoor de lage productwaarde is een lokaal aanbod werken. daarentegen belangrijk om dure transportkosten te vermijden. De producteisen voor een aantal an-

22


organische zouten zijn relatief laag, bijvoorbeeld voor strooizout. De nevenstroom ‘zouten’ komen voort uit de chemische sector maar ook uit andere sectoren zoals de metaalsector. De nevenstromen uit de chemie kunnen we verder nog onderverdelen in volgende sub-stromen: • stromen met een enkel zout; • stromen met een mix van zouten (bijvoorbeeld calciumchloride/natriumchloride); • zoutstromen die organisch materiaal bevatten; • zoutstromen die ook zware metalen bevatten. De roadmap richt zich primair op stromen die organische bestanddelen of zware metalen bevatten. Stromen met combinatie van zouten hebben

een lagere prioriteit. Toepassingen – nieuwe valorisatieperspectief Er zijn al een aantal gekende toepassingen naar valorisatie zoals weergegeven in Tabel 2. De meeste toepassingen hebben echter een zeer lage marktprijs, waardoor valoriseren erg lastig is. Bovendien zijn de stromen vaak erg klein, zijn de concentraties veeleer laag en is het lastig om de kwaliteit of zuiverheid te garanderen. Recupereren vereist daarenboven extra kennis en aandacht en het principieel herdenken van het productieproces waarbij de nadruk niet meer zou moeten liggen op het vermijden (of bv. neutraliseren om te voldoen aan lozingsnormen en afvalrichtlijnen) maar eerder op het creëren van voorwaarden tot valorisatie.

Mogelijke toepassingen - Strooizout gips - CaCl2 als droogmiddel - Zwavelzuur - Meststoffen - Chloorgasproductie

- Zuur <-> base • Na2SO4 in wasmiddelen - Zout voor ontharders - Zouten voor voeding

Tabel 2: Toepassingen voor valorisatie van zoutstromen

Mogelijke technologische maatregelen Verschillende technologieën staan ter beschikking of kunnen verder ontwikkeld worden om zoutoplossingen te ontwateren: - membraantechnologie: reversed osmose (RO), nanofiltratie (NF) en ultrafiltratie (UF); - membraandestillatie; - membraanbioreactor; - electrodialyse (ED) met bipolaire membranen; - purificatie/capacitieve deïonisatie (CDI) met membraan (NF, ED); - vrieskristallisatie; - klassieke verdampingstechnieken; - ionische vloeistoffen (zijn momenteel nog erg duur); - oxidatie via UV.


23


Markt

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 4.3 Residuen van destillatie B-1030 Brussels

en chemische reacties

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 calorische valorisatie gewaardeerd als een ‘robuusM +32 496 529 526

te’ oplossing. Voor nog andere stromen is externe Residuen van destillatie en chemische reacties zijn verbranding nodig omdat deze bepaalde [email protected] een gevolg van nevenreacties of procesinefficiënwww.fi-sch.be nenten in storende concentraties bevatten. ties. Deze residuen zijn een typisch afvalproduct in die zin dat het in hoofdzaak ongewenste compoMogelijke technologische maatregelen nenten bevat die uit een proces verwijderd moesten Membraantechnologie. Membraantechnologie is heel worden. Er is dus niet echt een markt van residuen goed schaalbaar en via ‘plug-and-play’ divers inzetzoals er een markt is van bijvoorbeeld solventen baar, maar fouling, d.i. verstopping met verlaging van of katalysatoren. Destillatieresiduen komen typisch de doorvoer als gevolg, is een belangrijk aandachtsvoor in de chemische en de farmaceutische sector. punt. Een andere grote uitdaging is het gebruik van Van een groot deel van de destillatieresiduen is de (GMP approved) solventstabiele membranen waarsamenstelling van de residuen goed gekend, maar voor de laatste 5 jaar diverse succesverhalen in voor een aantal is de samenstelling complex, vaVlaanderen en UK gekend zijn. Zo kunnen nu bijriabel in de tijd en onzeker. De residuen bevatten voorbeeld investeringen om bepaalde metalen van vaak heel specifieke componenten waarvoor soms katalysatoren te recupereren op 6 tot 12 maanden geen toepassing gekend is. In het geval van therterugverdiend worden. Echter de meeste toepassinmische destillatie is er vaak schade aan bepaalde gen bevinden zich vandaag eerder in ‘high value’ componenten in het residu. De residuen zijn vaak chemie zoals fijnchemie en farma omdat de kostprijs moeilijker handelbaar, bijvoorbeeld droge filterkoein bulkchemie vaak nog te hoog is. Bij nieuwe ontken of hoog viskeuze pasta’s. De destillatieresiduen wikkelingen dient bovendien rekening gehouden te bevatten meestal in hoofdzaak organische compoworden met andere afvalstromen die ontstaan. Idenenten met hogere of lagere bijmenging van water aliter resulteert membraanfiltratie in twee bruikbare en/of zouten. stromen. Meer onderzoek is nodig om een goede De hoeveelheid residu is meestal door procesopticombinatie met destillatie of voor de behandeling malisatie beperkt waardoor het verder terugdringen van sterk zure en sterk basische stromen. van de stroom niet mogelijk of zeer moeilijk is. Chemische cracking tot lagere moleculaire eenheden, Destillatieresiduen worden typisch extern verwerkt, tenzij het intern een bestemming heeft voor calorische valorisatie. Een deel residustromen met hoge calorische waarde en met eigenschappen vergelijkbaar met crude oil (maar dan minderwaardig) vertrekken voor calorische valorisatie met een relatief hoge positieve waarde. Andere laagwaardigere stromen, soms met hoog zoutgehalte en/of complexe en variabele samenstelling, vertrekken voor vergisting (uiteindelijk dus ook calorische valorisatie) met relatief lage of geen waarde. In het algemeen wordt

24


eventueel gevolgd door biotechnologische omzetting van sterk heterogene destillatieresidu’s tot verbindingen met nieuwe functionaliteiten. Chemische destillatieresidu’s zijn vaak zware fracties, d.i. met een hoog moleculair gewicht, welke niet of slechts beperkt bruikbaar zijn in veeleer laagwaardige toepassingen. Door het kraken van deze fractie tot laag moleculaire verbindingen kunnen deze kleinere bouwstenen afhankelijk van hun samenstelling, mogelijk dienen als voedingsbodem voor microbiële processen. Door de grote heterogeniteit van zulke

kraakfracties, welke afhankelijk is van het proces en de oorspronkelijke grondstof, zullen de biotechnologische ontwikkelingen voor grote uitdagingen staan. Technologieën om waterstromen te behandelen omdat water in de toekomst duurder zal worden. Nuttige terugwinning van bepaalde componenten (bv zeldzame metalen) en water zelf dat herinzetbaar moet worden. Niet zozeer de stand van de technologie op zich, maar eerder de kost voor de behandeling van water kan een barrière zijn voor het implementeren van zulke processen.

4.4 Gebruikte katalysatoren Markt De huidige markt voor recyclage van gebruikte katalysatoren situeert zich voornamelijk bij wagens, petrochemische processen en olieraffinaderijen. Katalysatoren zijn ook uiteenlopend van aard, gaande van homogeen tot heterogeen en van vaste stof tot vloeibaar. Hun verlies aan katalytische activiteit en/ of selectiviteit noodzaakt dat ze regelmatig geregenereerd worden, tot uiteindelijk vervanging zich opdringt. De vermindering in werking van de katalysator wordt veroorzaakt worden door onder andere een verlaging van het specifiek oppervlak door sintering (veroudering), adsorptie van onzuiverheden, reagentia en/of producten op de actieve sites (vergiftiging), verstopping van de poriën door coke vorming (fouling), vergruizing van de deeltjes door abratie en attritie, het uitlogen van de edelmetalen (leaching) of het verlies van liganden. Hoofddoel van recyclage vandaag is het recupereren van de edelmetalen (Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru) vanwege hun hoge marktwaarde. Zonder deze recyclage zouden de katalytische processen economisch minder interessant kunnen zijn. Algemeen gesteld is het terugwinnen/hergebruik

van heterogene katalysatoren gemakkelijker en efficiënter dan van homogene katalysatoren gezien het reactiemengsel en de katalysator reeds in fase gescheiden zijn. Anderzijds kan het gebruik van homogene katalysatoren resulteren in contaminatie van het eindproduct of blijft de katalysator integraal aanwezig in het eindproduct als de concentratie voldoende laag is, bijvoorbeeld voor technische toepassingen. Beide trends leiden tot verliezen en om de materiaalefficiëntie te verhogen, lijkt onderzoek naar heterogene katalysatoren ter vervanging van homogene aangewezen. Additioneel leidt de trend om batch processen om te zetten naar continue flow tot nieuwe vereisten voor katalysatoren en zijn homogene katalysatoren op termijn waarschijnlijk minder interessant. Een nadeel is echter dat voor de aanmaak van zeer specifieke gefunctionaliseerde moleculen homogene katalyse de voorkeur geniet vanwege een hogere selectiviteit en activiteit. Door gebruik te maken van geavanceerde technieken zou inzicht in de reactiemechanismen in functie van de aard van de actieve sites moeten leiden tot het ontwerp van heterogene katalysatoren met een zelfde performantie als hun homogene analogen. Toepassingen Direct hergebruik: Direct hergebruik van katalysatoren is moeilijk omdat ze door verlies van selectiviteit en/of activiteit het einde van hun leven bereiken. Direct hergebruik zou eventueel te realiseren zijn via matchmaking waarbij de vereisten voor bepaalde processen gekoppeld worden aan de fysische en chemische eigenschappen van gebruikte katalysatoren. Een hypothetisch voorbeeld is een verlies aan activiteit door metaalsintering terwijl een ander proces bij voorkeur wordt gekatalyseerd door grote metaalpartikels. Naast puur technische vereisten is deze matchmaking echter niet eenvoudig gezien de levensduur en volumes van beide processen op


25



T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 recupereren van waarde uit nevenstromen afkomstig mekaar afgestemd dienen te zijn. Anderzijds zal de M +32 496 529 526 de de

stroom na het 2 , 3 of meervoudig gebruik nog van katalytische processen. Dit zijn aldus niet enkel steeds gerecycleerd moeten worden. [email protected] de gebruikte katalysatoren maar tevens de samenwww.fi-sch.be stellende delen van de katalysator welke aanwezig Recyclage: Ingezamelde katalysatoren kunnen als kunnen zijn bijvoorbeeld in oplossing in het eindprogeheel of deels opgewerkt worden, desnoods door duct, het solvent of (afval)water. Tabel 3 bevat een via thermische processen het metaal terug vrij te overzicht van technologieën welke door de deelnezetten. De vraag hierbij is echter hoe dit makkemers van de workshop als meest relevant werden lijker, efficiënter, en goedkoper kan. Bij recyclage aangeduid, alsook een inschatting van hun tijd tot van katalysatoren wordt vaak gekeken naar de reimplementatie. cuperatie van de dure metaalfractie terwijl homogene katalysatoren vaak dure organische liganden bevatten. Bij verbranding gaat deze waarde volledig verloren. Het selectief vrijzetten en isoleren van deze liganden via adsorptie, precipitatie, extractie of membraantoepassingen kan, indien economisch haalbaar, een oplossing zijn voor de recyclage van de organische fractie van homogene katalysatoren. Mogelijke technologische maatregelen Omdat in deze roadmap de focus ligt op nevenstromen werd tijdens de workshop gekeken naar het

Het vervangen van de edelmetalen door andere metalen werd beschouwd als meest relevant, gevolgd door het fixeren van katalysatoren in membranen en direct hergebruik in andere processen. Enkele technologieën zijn in functie van het recupereren van de metaalfractie (in oplossing) terwijl andere zich richten op de organische liganden. Voor de meeste technologieën wordt een relatief snelle implementatie ingeschat terwijl het vervangen van de edelmetalen afhankelijk van de toepassing op korte of lange termijn zal plaatsvinden.

Technologie

Relevantie Typering

Magnetische scheiding 1(*) Membraanfiltratie ++ 1-2 Elektrolyse, elektrochemie ++ 1 Ionenwisselaars + 1 Vloeistof-vloeistof extractie 1 Selectieve precipitatie + 1 Adsorptie 1 Ultrasoon 1(*) Membraantechnologie voor fixatie en voor katalyse +++ 2 Hergebruik katalysatoren in ander proces +++ 2 Vervanging edelmetalen door andere bv. Cu, Zn, Fe ++++! 1-2-3 (**) Nanotechnologie voor katalyse ++ 2 Inertie van bestaande installaties opheffen ++ Legende typering: (1:<3 jaar, 2: 2-10 jaar, 3:>10 jaar) (*) wordt reeds gebruikt daar waar nuttig, (**) afhankelijk van specifiek proces

4.5 Afval van verf, lak en coatings Doordat de workshopdeelnemers voor de uitwerking van deze stroom zeer divers waren en er te weinig specifieke deskundigen aanwezig waren, kon er voor deze stroom geen algemene beschrijving van de valorisatiemogelijkheden opgesteld worden. In wat volgt worden enkele concrete stromen en toepassingen besproken, zoals ingegeven en besproken door de aanwezige deelnemers op de workshop. Binnen deze categorie kan men onderscheid maken tussen industriële afvalstromen en postconsumer stromen. Voor de valorisatie van stromen van consumenten zal de bepalende factor de manier van inzameling, de hoeveelheden en de ophaling (logistiek) zijn. Voor de industriële reststromen lijkt, door de complexiteit van de stromen, de valorisatie direct bij de productie-omgeving van de producent plaats te moeten vinden. Immers, de verffabrikant kent de samenstelling van zijn verfresten. In veel gevallen worden herbruikbare verven van dezelfde kleur in een tank gepompt, gemengd en getest. De verf wordt aangepast met additieven en kleurstoffen als dit nodig is, en ten slotte gefilterd. Niet-herbruikbare verf kan voor andere toepassingen ingezet worden, zo kan bijvoorbeeld verf worden geconverteerd naar een additief voor de productie van cement of kunststof. Het CORI (Coatings Research Institute) heeft in de jaren ‘ 90 onderzoek uitgevoerd naar de mogelijkheden voor hergebruik van verfresten uit de productie van watergedragen verven voor de bouwsector. De studie zocht een alternatief voor het storten of verbranden. De uitkomst was dat deze verfresten konden hergebruikt worden in de productie van watergedragen verven, ter vervan-

ging van CaCO3. Dit had geen nadelige effecten op de belangrijkste eigenschappen van de verven. In tegendeel, sommige eigenschappen werden zelfs verbeterd. Deze studie heeft ook aangetoond dat het volledige volume aan jaarlijkse verfresten kon hergebruikt worden in één type verf. (H. Dedeurwaerder. Valorisation des déchets de la fabrication de peintures à l’eau, Procedings XXIII FATIPEC Cogress, Brussels 1996). Poedercoatingafval wordt gevormd tijdens het poedercoaten in de vorm van overspray. Dit fijnkorrelige poederafval is meestal samengesteld uit thermohardende of thermoplastische polymeren (pigmenten, vulstoffen en additieven) en kan om verschillende redenen (ook fijne korrelgrootte, gemengde kleuren, aanwezigheid van stof) vaak niet opnieuw worden ingezet als een hoogwaardige poedercoating. Echter, aangezien het materiaal nog niet is uitgehard, bevat het nog steeds de inherente functionaliteit. Poederafval kan worden gerecupereerd en opnieuw aangebracht of kan op een andere manier gerecycleerd worden, bijvoorbeeld als bindmiddel in vezelplaten voor het interieur van auto’s. Lakslib kan worden behandeld voor terugwinning en recycling van de organische bindercomponenten die accumuleren als overspray tijdens de verstuiving van oplosmiddel-bevattende tweecomponenten polyurethaanlak. De overspray wordt eerst gewassen met waterige verbindingen die sterk interageren met de isocyanaatgroepen, en optioneel een emulgator. De chemisch gewijzigde overspray wordt dan afgescheiden in de vorm van lakslib door behandeling met stollingsagentia. De geaccumuleerde organische fase wordt gescheiden van de waterfase en onoplosbare bestanddelen. Ten slotte wordt de gewijzigde biologische binder van de organische fase gescheiden.

Tabel 3: Technologische maatregelen voor hergebruik katalysatoren

26



27


Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526

Mogelijke toepassingen • Latexverf naar latexverf Post-consumer ingezameld en verwerkt. [email protected] Waterbasis verf naar waterbasis verf www.fi-sch.be De technologische haalbaarheid hiervan werd reeds aangetoond in een studie van CoRI in 1996. Sinds 2012 werden er ook door industriële actoren activiteiten opgestart voor de inzameling en recyclage van post-consumer watergedragen verven. • Verfpoeder naar verfpoeder of nieuw materiaal met esthetische look. Bij de productie van verf is bij kleine productie sprake van 20% productieafval, bij grote 2-5%. Het verfpoeder kan omgezet worden naar poeder/verf van lagere kwaliteit, naar materiaal dat nieuwe esthetische looks geeft of naar calorisch materiaal. Omzetten naar verf werkt nu alleen voor witte verf. 90% van de ingezamelde poeders is echter grijs. Breed valoriseren wordt mogelijk als er een technologie komt die economisch-rendabel classificeert op kleur. Mogelijke technologische maatregelen - Eco-designtechnologie en reversed engineering - Goedkope (niet thermische) ontwatertechnologieën - Kleurclassificering en scheiding van poeders - Andere cleaning concepten (zonder water) - Andere verftechnologieën

5. RANDVOORWAARDEN VOOR SUCCESVOLLE VALORISATIE Op basis van de eerste 3 groepsinterviews voor de stromen ‘Organische solventen’, ‘Zouten en zoutoplossingen’ en ‘Residuen van chemische destillatie’, werd een lijst van randvoorwaarden voor succesvolle valorisatie van nevenstromen opgesteld. Tijdens de workshop en de uitwerking van de laatste 2 stromen, Katalysatoren en Verven & lijmen, heeft men deze lijst aangevuld en zijn deze voorwaarden geprioriteerd door de deelnemers. De resultaten van de prioritering zijn opgenomen in Tabel 4. De top 7 randvoorwaarden werden met de deelnemers verder besproken en uitgewerkt. Hieronder volgt een uitgebreide beschrijving van de top 7 randvoorwaarden en een korte beschrijving van de overige randvoorwaarden 8 t.e.m. 15 uit de lijst. Randvoorwaarden

Aantal stemmen

1. Inzicht in beschikbare stromen (incl. samenstelling en mogelijke toepassingen) 2. Industriële symbiose 3. Symbioseplatform voor kennis over technologie en markt 4. Pooling van stromen 5. Business cases en haalbaarheidsstudies 6. Nieuwe innovatieve business modellen voor hergebruik grondstoffen 7. Meer inzicht op de werkelijke risico’s van onzuiverheden 8. Wegwerken belemmeringen in wetgeving 9. Creëren push vanuit wetgeving 10. Grensoverschrijdende opschaling door Europese wetgeving 11. Faciliteren langdurige afspraken tussen bedrijven of derden t.b.v. opschalen 12. Nadeel “hergebruik-stempel” compenseren 13. Inertie van bestaande installaties 14. Pilootopstelling 15. Passende/goedkope opslag en logistiek

21 16 12 10 10 9 8 8 7 7 7 7 6 4 2

Tabel 4: Randvoorwaarden

5.1 Inzicht in beschikbare stromen Wat is het? Het betreft inzicht in alle karakteristieken belangrijk voor valorisatie, inclusief de belangrijkste positieve eigenschappen (functionaliteiten), storende elementen, volume, plaats van oorsprong, conti-

28


nuïteit in samenstelling en volume en mogelijke toepassingen. Het gaat om alle stromen waarover de eigenaar informatie wilt vrij geven, eventueel onder bepaalde voorwaarden. Een goede analyse van de beschikbare stromen kan bepalen waar, wanneer en hoe het bijeenvoegen en scheiden van specifieke stromen best kan plaatsvinden om


29



T +32 2 238 97 64 230 71 18 - Omdat het inzicht in de nevenstromen veelal tot een optimale valorisatie te komen.F +32 Dit 2moet M +32 496 529 526

eenzijdig is. Er wordt veel vaker informatie gegeven over afval- of nevenstromen die een [email protected] Waarom is het belangrijk? www.fi-sch.be bedrijf wilt afgeven (haves) dan over nevenstromen die men zou willen gebruiken (wants). - Omdat de valorisatie van nevenstromen veelal Bovendien is over stromen die niet onder de geconfronteerd wordt met schaalgrootte proafvalwetgeving vallen vaak veel minder inforblemen. De huidige beschikbare scheidingsmatie beschikbaar. en valorisatietechnologieën vereisen zeer vaak een zekere schaalgrootte opdat deze econo- Omdat bedrijven vaak onvoldoende bereid zijn misch rendabel kunnen functioneren. tot het delen van relevante informatie over deelstromen om inzicht te krijgen in moge- Inzicht in de beschikbare stromen verhoogt de lijke schaalgrootte. Zo heeft bijvoorbeeld solkans op het identificeren van mogelijkheden ventgebruik een grote impact op de productie om stromen te combineren en te valoriseren. (kost, efficiëntie, performantie…) en dus geOm te bepalen welke stromen gecombineerd ven de bedrijven aan derden niet graag inzicht en gevaloriseerd kunnen worden is echter een in de evolutie van hun solventgebruik. Zo kan gedetailleerd inzicht in de mogelijke contamibijvoorbeeld de introductie van een nieuw solnaties nodig. vent invloed hebben op het competitief voorWaarom is het lastig? deel van een bedrijf en de marktpositie, en wordt dit zo lang mogelijk geheim gehouden. - Omdat er een grote diversiteit van stromen is - Veel bedrijven willen niet aanzien worden als en de kans dat vraag en aanbod elkaar sponeen afval- of nevenstromen-verwerkend betaan ontmoeten relatief klein is. Hoewel het drijf. SYMBIOSE-project dit probleem reeds een stuk opvangt, blijft het toch een moeilijkheid Hoe kunnen we het aanpakken? voor meer valorisatie van nevenstromen. - In de eerste plaats bottom-up, dit wil zeggen - Omdat er veelal kleine hoeveelheden bij vele dat de informatie van de producent of aanbieproducenten aanwezig zijn. Dit impliceert der van de nevenstroom moet komen, eventutwee moeilijkheden. Deze kleine hoeveelheeel onder bepaalde voorwaarden. Bijvoorbeeld, den dienen opgehaald en verzameld te wordoor het samenwerken met onafhankelijke derden op eenzelfde platform. Doch elke indide partijen gespecialiseerd in het beheren van viduele stroom heeft zijn eigen kwaliteit en vertrouwelijke informatie op basis van duideeigenschappen. Een goede menging dient te lijke protocollen voor datatransfer, -analyse en gebeuren om de stromen op specificatie te -communicatie. brengen voordat een voorbehandeling of ver- Deze bottom-up benadering geeft meer zekerwerking kan gebeuren. Het is enorm belangheid dat er energie wordt gestoken in studie rijk om een product te kunnen maken uit vele op stromen waarvoor bedrijven nieuwe valorikleine deelstromen. Dit vergt echter veel kensatiemogelijkheden zoeken. nis en ervaring. telkens case-by-case geëvalueerd worden.

30


- Deze bottom-up benadering kan aangevuld worden met een periodieke analyse van alle stromen op basis van een regionale inventaris, om te onderzoeken welke stromen uit de radar blijven en waarom. - Er dient onderzocht te worden hoe de kost om stromen inzichtelijker te maken (op bedrijfs- en sectorniveau) beheerd kan worden. Dit kan door een onafhankelijke regeling tussen producent/aanbieder en afnemer (eventueel opgelegd door wetgeving), of door een gemeenschappelijk fonds uit subsidies en/of bijdragen uit de chemie. Deze individuele bijdrage kan bepaald worden op basis van het werkelijk gebruik van het fonds en de resultaten van de analyses. - Bij de karakterisering van een stroom kan een onderscheid gemaakt worden tussen een bredere set basisparameters/functionaliteiten die altijd beschikbaar is en een set specifieke parameters/functionaliteiten die case by case geanalyseerd wordt in functie van de onderzochte toepassing.

5.2 Industriële Symbiose Wat is het? Gaat om samenwerking binnen het bedrijf en samenwerking tussen bedrijven. Binnen bedrijven gaat het om samenwerking tussen verschillende interne afdelingen zoals inkoop, R&D, productie en afvalbeheer, maar ook logistiek en marketing. In de keten zijn vaak ook leveranciers, recyclers en/of de consument betrokken bij de valorisatie van nevenstromen. Samenwerking tussen deze verschillende schakels in de keten is dan ook noodzakelijk om tot de meest hoogwaardige valorisatie te komen.

Waarom is het belangrijk? De schaarste aan grondstoffen, en de daarmee gepaard gaande bevoorradingsonzekerheid dwingt tot meer efficiënt gebruik van grondstoffen. Hierdoor wordt meer samenwerking (in de beide betekenissen, intern binnen een bedrijf én doorheen de keten) een must. Waarom is het lastig? - Binnen een bedrijf is er vaak onvoldoende competentiemanagement. De afvaldienst heeft vaak onvoldoende kennis over bijvoorbeeld de positieve (= waardevolle) producteigenschappen of marktwaarde van een reststroom. Hierdoor lopen inhoudelijke discussies, zoals het vergelijken van verschillende alternatieven voor valorisatie van nevenstromen vaak zeer moeilijk. - Goede organisatie en samenwerking vergt van de bedrijven lange-termijn-denken. Niet alle bedrijven doen dit (even goed). - Bij bedrijven die financieel gezond zijn wordt afval als afval gezien en is men blij ervan af te zijn. Door tijdsgebrek en andere prioriteiten wordt er vaak geen of weinig aandacht aan gespendeerd. - Indien er (intentie tot) samenwerking is, zorgen (te) strenge grondstofspecificaties er soms nog voor dat nevenstromen niet als alternatieve grondstof kunnen ingezet worden. - De verschillende afdelingen en personen in een organisatie of keten hebben vaak erg verschillende belangen. Zo kan de productieeenheid juist naar het aantal stromen of het volume van de nevenstromen kijken terwijl de afvalbeheerder eerder in de samenstelling en verwerkbaarheid ervan geïnteresseerd is.


31


Hoe kunnen we het aanpakken?

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 (restwarmte, infrastructuur, logistiek, reservemaM +32 496 529 526

terialen, personeel…). - Het herzien van verantwoordelijkheden inzake [email protected] afval- en nevenstromen. Dit kan bijvoorbeeld www.fi-sch.be Waarom is het belangrijk? door een nevenstroom onder de verantwoordelijkheid te houden van productie (i.s.m. Een goede overdracht en ter beschikkingstelling R&D en aankoop) zolang niet is aangetoond van informatie over markt en technologie is nodig dat deze enkel als afval kan afgevoerd worden omdat actuele kennis over omvang en samenstel(door invoeren van bijvoorbeeld afvalcriteria). ling van stromen, technologieën, toepassingen (inclusief specificaties), business modellen en - Vorming van consortia tussen twee of meer kosten aan bedrijven en andere organisaties inbedrijven om de lasten en de lusten te delen. zicht geeft in wat mogelijk is. - Goede omkadering voorzien voor nieuwe saMet kennis en voorbeelden kunnen bedrijven vermenwerkingen met bescherming van voorleid worden om, waar passend, kansen voor het grondkennis en IP. valoriseren van nevenstromen op te pakken. Het - Federaties, clusters en platformen zoals netwerk kan ook gebruikt worden om (snel) exFISCH, essenscia, SYMBIOSE en Febem kunpertises te combineren en in samenwerking met nen samenwerking stimuleren. de klant passende business cases uit te werken. - Draagvlak bij het management vergroten. Zij zijn verantwoordelijk voor het lange-termijnWaarom is het lastig? denken. Het huidige SYMBIOSE platform spreekt momen- Bepaalde organisaties die actiever werken aan teel te weinig mensen aan langs productiezijde en hun lange-termijn-visie kunnen een voortrekinkoopzijde. Meestal sturen de bedrijven mensen kersrol opnemen. Zij kunnen hun collega’s langs afvalzijde. Er wordt daardoor vooral gekebinnen de waardeketen dan ook aanzetten ken naar mogelijkheden om problemen op te loshetzelfde te doen en om zo een domino-effect sen. Kansen om materiaalefficiëntie te vergroten te creëren. of om hoogwaardige grondstoffen goedkoper uit - Stimuli vanuit de overheid. gerecycleerd materiaal te halen, worden hierdoor niet altijd opgepakt. Zonder diepe kennis van de 5.3 Symbioseplatform voor technologie eisen die gesteld worden aan de inputs of gronden markt stoffen is het identificeren van kansen moeilijk. Wat is het?

Hoe kunnen we het aanpakken?

SYMBIOSE is een onafhankelijk Belgisch matchmaking service platform voor de valorisatie van, in eerste instantie, industriële afval- en nevenstromen en hun valorisatietechnologieën, maar in een later stadium ook alle andere hulpbronnen

- Meer activiteiten uitvoeren die gericht zijn op het mobiliseren van de hele keten, zodat ook meer vragende partijen of afnemers van nevenstromen geïdentificeerd worden. - Ontsluiten van de markt met tools voor het in

32


kaart brengen van de ‘producteigenschappen‘ (= waardevolle eigenschappen) van de nevenstromen, naast de bestaande informatie over de ‘afvaleigenschappen’. - Externe experten die bedrijfsbezoeken uitvoeren en daarbij ook de verschillende betrokken diensten binnen een bedrijf samen rond de tafel brengen.

5.4 Pooling Wat is het? Combineren van stromen voor betere ecologische en economische verwerking. Door stromen te poolen of samen te voegen kan de benodigde schaalgrootte bereikt worden, kunnen fluctuaties of onregelmatigheden in samenstelling van stromen opgevangen worden, kan de concentratie van bepaalde elementen gecontroleerd worden, etc. Waarom is het belangrijk? Om voldoende schaalgrootte te krijgen voor efficiënte verwerking en om een voldoende groot aanbod te kunnen leveren aan verwerkers of afnemers. Waarom is het lastig op te lossen? Pooling van stromen vereist openheid van de aanbieders/producenten, onder andere over samenstelling en beschikbaarheid van de stromen. Bedrijven zijn terughoudend om de exacte samenstelling en hoeveelheden te geven. Daarom zal het kansrijker zijn als hiervoor onafhankelijke tussenpartijen worden ingeschakeld. Zo kan ook het ownership over producten en kennis geregeld worden.

Pooling is ook lastig omdat er grote verschillen zijn in samenstelling en in regelgeving tussen regio’s en landen. Het vereist bovendien andere, nieuwe logistieke concepten en reversed logistics (terugname systemen of retour logistiek). Hoe kunnen we het aanpakken? Achtereenvolgens: 1. Overzicht maken van beschikbaarheid en globale samenstelling stromen, bijvoorbeeld via het SYMBIOSE platform. 2. Voor kansrijke stromen meer specifiek de samenstelling en risico’s voor valorisatie in kaart brengen. Vereist meer aandacht voor vervuiling. Is niet echt lastig maar vereist wel openheid van de producent. 3. Business case maken en daadwerkelijk poolen van stromen met goede business case.

5.5 Business cases en haalbaarheidsstudies Wat is het? Omdat de valorisatie van nevenstromen vaak om een gemeenschappelijke aanpak vraagt, dienen haalbaarheidsstudies en business cases ontwikkeld te worden. De studies dienen zicht te geven op economische en technische haalbaarheid op korte en lange termijn. Ze onderzoeken wat nodig is voor een substantiële marktontwikkeling. Ook wordt aandacht besteed aan de haalbaarheid en risico’s van nieuwe organisatie- en samenwerkingsvormen. De studies dienen naar het hele proces te kijken, d.w.z. niet alleen naar technologie maar ook naar logistiek (inclusief reële lokalisatie) en applicatie. De studies dienen “duurzaamheid (LCA)” en “kost” mee te nemen


33



T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 als de twee belangrijkste randvoorwaarden. nevenstromen. Het betreft ook integrale oplossinM +32 496 529 526

gen waarbij de gehele waardeketen is betrokken, modellen voor afname en terugnamegarantie en [email protected] producentenverantwoordelijkheid. www.fi-sch.be Omdat de valorisatie van nevenstromen veelal geconfronteerd wordt met schaalgrootteprobleWaarom is het belangrijk? men en vaak om een gemeenschappelijk aanpak vraagt, is op korte termijn behoefte aan haalbaarOptimale (ecologische en economische) valoriheidsstudies om bepaalde matches met technisatie van de meeste stromen vereist (intensieve) sche barrières uit het SYMBIOSE netwerk extra te ketensamenwerking. De ontwikkeling en toepasonderzoeken en business cases te ontwikkelen sing van nieuwe business modellen kan zowel de die valorisatie wel haalbaar te maken. productie van nevenstromen voorkomen als de economisch rendabele valorisatie van nevenstroWaarom is het lastig op te lossen? men stimuleren. Waarom is het belangrijk?

Bedrijven zijn vaak onvoldoende bereid tot het delen van relevante informatie over deelstromen om inzicht te krijgen in mogelijke schaalgrootte. Hoe kunnen we het aanpakken? Participatief, met inbreng van expertise over de valorisatieketen. Snel inspelend op geïdentificeerde kansen en met lage administratieve drempel. Het werken met onafhankelijke derde partijen gespecialiseerd in het beheren van vertrouwelijke informatie op basis van duidelijke protocollen voor datatransfer, -analyse en -communicatie, kan tevens motiveren tot participatie.

5.6 Ontwikkelen nieuwe business modellen Wat is het? Nieuwe manieren van werken om kringlopen te sluiten en industriële symbiose te realiseren. Omvat oplossingen zoals ‘chemical leasing’ of decentrale mobiele of on-site verwerking van

34


Waarom is het lastig op te lossen? - Vereist vertrouwen, openheid en vergaande ketensamenwerking. Bovendien heerst er bij industriële partners vaak nog een negatieve perceptie of een zeker wantrouwen over het samen werken aan de valorisatie van nevenstromen. - Nieuwe modellen komen alleen tot stand als er sprake is van een eerlijke en goede verdeling van verantwoordelijkheden en risico’s tussen de verschillende betrokken partijen. Vaak is ook een leidende of trekkende partner nodig. - De ontwikkeling en toepassing van nieuwe business modellen is vaak niet in het belang van grote en/of dominante marktspelers. Hantering van nieuwe business modellen zou in sommige gevallen producten of services van sommige spelers overbodig kunnen maken. Bijvoorbeeld, vele bedrijven doen beroep op externe verwerkers of recyclers voor de recuperatie van hun gebruikte solventen. De hantering van een ‘chemical leasing’ model tussen de producent van een solvent en de afnemer kan ervoor zorgen dat deze afnemer geen be-

roep meer zal doen op derde partijen voor de recuperatie van het solvent. - Wet- en regelgeving zijn soms onduidelijk of verhinderen in bepaalde gevallen zelfs de valorisatie van een specifieke nevenstroom. Door de status van afval en/of afvalverwerkend bedrijf bestaan er veel barrières op legaal vlak waardoor afval-ophalende bedrijven een must zullen blijven in de gehele keten. Veel bedrijven wensen niet aanzien te worden ( en hebben dus ook niet de nodige vergunningen) als een afvalverwerkend bedrijf. - Inzicht geven of krijgen in te verwachte tekorten en prijsstijgingen van grondstoffen op korte en lange termijn ligt vaak moeilijk. Als de problemen en kansen voor valorisatie voldoende groot zijn, zullen bedrijven actiever oplossingen bedenken. - Onderzoek van kennisinstituten en investeringen van bedrijven zijn veelal gericht op kansen voor de korte termijn terwijl het valoriseren van nevenstromen vaak op middellange termijn pas rendabel voor bedrijven is. Omdat sprake is van een lange ontwikkeltijd (technologisch en qua business concepten) moet echter nu al geïnvesteerd worden in kennisen netwerkontwikkeling indien onze Vlaamse bedrijven op lange termijn willen profiteren en hun grondstoffenvoorziening zeker willen stellen. Hoe kunnen we het aanpakken? - Invoeren en hanteren van betrouwbare (kwaliteits-)certificaten zodat producenten en gebruikers eerder geneigd zijn grondstoffen op basis van nevenstromen te verwerken. - Bedrijven verleiden of dwingen tot vergaande openheid en transparantie, bijvoorbeeld door middel van wetgeving.

- De netwerking rond valorisatie van nevenstromen uitbreiden en bevorderen. Dit kan door FISCH meer en structureler in te zetten als kennismakelaar en het SYMBIOSE project te versterken. - Internationale aanpakken en successen met diverse nieuwe business modellen zoeken, bestuderen en de resultaten breed verspreiden. Deze kunnen dienen als inspirerende voorbeelden voor de lokale spelers. - Opzetten van shared services en proeftuinen om beter vat te krijgen op mogelijke valorisatieroutes. Deze actie draagt ook bij tot stimuleren van het netwerk. - Een tool ontwikkelen waarmee organisaties/ consortia sneller zicht kunnen krijgen op de potentiele economische waarde van een business case.

5.7 Meer inzicht in de werkelijke risico’s Wat is het probleem? De oorspronkelijke producent van een nevenstroom is niet altijd de verwerker van deze stroom. Het doorgeven van nevenstromen voor valorisatie door andere, externe organisaties houdt risico’s in voor de producent, o.a. voor het merk, de eigen naam van de producent. Maar ook voor de verwerker bestaan er risico’s omwille van de onzekere herkomst en samenstelling. Indien de verwerker niet de eindgebruiker is, loopt ook deze laatste risico op contaminatie van het (eind-)product. Verwerkers en eindgebruikers kunnen testen op onzuiverheden of eigenschappen die buiten specificatie vallen, maar dit moet gericht kunnen gebeuren. Ze kunnen niet


35



T +32 2 238 97 64 +32 2 230 71 18 Creëren push vanuit regelgeving, bv. door realle mogelijkheden of eigenschappenF testen en M +32 496 529 526

hebben dus informatie nodig over de herkomst cyclage verplichtingen [email protected] om te weten welke eigenschappen aangetast of De overheid kan recyclage targets instellen of opwww.fi-sch.be welke contaminaties mogelijks aanwezig zijn. leggen voor bepaalde stromen, bijvoorbeeld stromen met een goede economische business case. Waarom is het belangrijk? Ook kan er gekeken worden naar het instellen van een verbod voor verbranding van bepaalde waarBij de verwerker: Er is een negatief beeld over devolle afval- en nevenstromen. het gebruik van nevenstromen. Hergebruik is een risico, dus liever niet. Grensoverschrijdende opschaling op EU-niveau, Bij de eindgebruiker: Perceptie (zowel consument mogelijk gemaakt door Europese wetgeving. In het als industrie). Daarnaast kan doorheen het progeval van het ‘plant on a truck’ concept is tijdeductieproces een bepaalde vervuiling wel degelijke opslag van solventnevenstromen in afwachlijk impact hebben op technologie en productie. ting van verwerking noodzakelijk. Deze tijdelijke Hoe kunnen we het aanpakken? - Wegwerken van de perceptie door informeren van zowel consumenten als industrie - Goede kennis van mogelijke effecten op eigen proces - Analysespecificaties en delen van de resultaten tussen bedrijven (gestimuleerd of opgelegd door overheid) - Meer relevante parameters testen - Laboproeven en piloottesten

5.8 Overige randvoorwaarden Wegwerken belemmeringen in wetgeving Vele belemmeringen zijn stroom-specifiek en moeten case-by-case bekeken en aangepakt worden. Maar dit omvat ook algemene acties, zoals het vereenvoudigen van vergunningsaanvragen en het wegwerken van administratieve lasten.

36


opslag dient vergunning-technisch mogelijk te zijn en dient ingepast te worden in het financieel management van stocks en afval. In het geval van multipurpose installaties is de competentie van de operatoren van zeer groot belang. De systemen voor APC (Air Pollution Control) dienen hierop aangepast te zijn. Faciliteren van langdurige afspraken tussen bedrijven, waardoor effectief opschalen mogelijk is en investeringen, zonder subsidie, gerealiseerd kunnen worden. Deze opschaling kan op de site van een derde partij of via het ‘plant on a truck’ concept. Opschaling kan gedreven zijn door het herwinnen van het solvent of de “vreemde stoffen” in het mengsel, bv API’s (Active Pharmaceutical Ingredients) en waardevolle metalen. Op lange termijn is een win-win voor alle partijen nodig. De afspraken tussen bedrijven en/of een derde partij dienen op lange termijn: - perspectief te bieden op het vlak van onderscheidingsvermogen inzake flexibiliteit, duurzaamheid en/of kost t.o.v. concurrenten. In dit geval is opschaling enkel mogelijk met andere sectoren en/of met een breder veld aan inno-

vatieve derden. Bijvoorbeeld innovatieve KMO’s zullen in de verwerking stappen als grote bedrijven voor een langere periode zekerheid geven. Vaak zijn dit bestaande bedrijven, die extra inkomsten genereren bovenop bestaande business. - garantie te geven op competitief gelijk speelveld (met name deze van de hoogste flexibiliteit en duurzaamheid voor de laagste kost) t.o.v. concurrenten. In dit geval is opschaling mogelijk i.s.m. concurrenten, andere chemische waardeketens en eventueel innovatieve derden. Inertie van bestaande installaties verhindert vaak het hergebruik of de valorisatie van nevenstromen. In eerste instantie moet bekeken worden of de nevenstroom niet kan vermeden worden of anders het proces zo bijgestuurd dat de stroom een andere samenstelling krijgt en eenvoudig(er) te behandelen is. Er zit echter vaak te weinig flexibiliteit in bestaande installaties om deze opties toe te passen. Toegang tot pilootopstelling is lastig te verkrijgen. De uitbouw van eigen pilootinfrastructuur brengt grote kosten en investeringen mee. Een alternatieve optie is om bestaande infrastructuur te delen of een gezamenlijke pilotplant op te bouwen. Passende/goedkope opslag en logistiek. Pooling en verwerking van stromen stelt ook eisen aan opslag en transport. Het gescheiden opslaan en vervoeren moet zeer eenvoudig (gemakkelijk) en goedkoop kunnen (zonder extra kosten voor de spelers). Soms zijn hiervoor aanpassingen van het proces of extra vergunningen nodig. Aanpassing van het proces moet ervoor zorgen dat opslag en verwerking/hergebruik geïntegreerd wordt in de bestaande productielijn of plant.


37

FISCH


Chemistryfor for Sustainability Chemistry Sustainability

Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels

6. TECHNOLOGIEËN

T +32 2 238 97 64 +32 2 230 71 18 In sectie 2.2 De globale roadmap wordtF verwezen naar verschillende technologiedomeinen waarin de benoM +32 496 529 526

digde technologieën voor alle typen van nevenstromen onderverdeeld kunnen worden: selectieve inzameling, voorbehandeling, stabilisatie, scheiding, conversie en ICT. In dit hoofdstuk zullen deze domeinen gelinkt [email protected] worden aan de resultaten van de interviews en de finale workshop. Tijdens het roadmapping proces zijn niet www.fi-sch.be alle domeinen aan bod gekomen, enerzijds door de focus op enkele industrieel relevante nevenstromen (zie Hoofdstuk 4), anderzijds doordat de FISCH Roadmap Hernieuwbare Chemicaliën en de KET roadmap industriële biotechnologie selectieve inzameling, voorbehandeling en stabilisatie voor biologische nevenstromen reeds behandelt. Bijgevolg zijn de opgesomde technologieën in dit hoofdstuk niet allesomvattend voor de valorisatie van nevenstromen, maar zijn ze het resultaat van de focus die de participerende bedrijven en kennisinstellingen gelegd hebben en de input die ze gegeven hebben. Samenvattend kunnen volgende algemene TECHNOLOGIE-aspecten en PROCES-ontwikkelpunten geëxtraheerd worden uit de input van de deelnemers. Chemische data Proces automatisering Modellen verwerkingsProces Combinatie parameters mechanismen scheidingconversie Continu/ in situ Meer robuust Water(her)gebruik Verbeteren efficiëntie Hybride combinaties Multi-purpose Technologieën

Optimaal stromen beheer

Selectieve inzameling

Conversie TECHNOLOGIE aspecten Scheiding

Hoog recyclage rendement

Logistiek

ICT

Pooling

Voorbehandeling

Flexibiliteit

Stabilisatie

Fase scheiding Drogen

Zuur/base neutralisatie Bioremediëring

Technologie aspecten

Selectieve inzameling, voorbehandeling & stabilisatie Selectieve inzameling beoogt de vermindering van de onzuiverheden die kunnen interfereren met het daaropvolgende proces en het faciliteren


PROCES ontwikkel punten

Efficiëntie

Schaalbaar

Solidificatie

38

Flexibel inzetbaar

Laag energie verbruik

Vermalen

Verbeteren selectiviteit Micro/in situ/ continu

Kleinschalige (economische) verwerking

Lage kost

Ontwatering

Ontwateren

Nieuwe membranen

Selectief

Breed werkingsspectrum

Performantie Eenvoudige installatie Eenvoudig onderhoud Stabiel

Resistent tegen hoge & lage temperaturen

Resistent tegen actieve chemische stoffen Anti-fouling

Proces ontwikkelpunten

van het gebruik van deze stromen als secundaire grondstof. Afhankelijk van het soort nevenstroom kan het inzamelen gecombineerd worden met stabilisatie of voorbehandeling en/of dienen huidige installaties aangepast te worden zonder afbreuk te doen aan de rendabiliteit van de gehele waardeke-

ten. Vooral voor solventnevenstromen geldt dat vele bedrijven een groot pallet aan solventen en/of solventmengsels gebruiken. Om optimaal te valoriseren is het noodzakelijk dat tijdelijke, eenvoudige en goedkope mogelijkheden aangereikt worden voor het gescheiden bewaren van de diverse mengsels. Daarnaast bleek uit de bevragingen dat bij nevenstromen van verven en coatings een inzameling op basis van kleur essentieel is voor een meer hoogwaardige valorisatie. In dit geval dient nog technologie ontwikkeld te worden om zulke inzameling mogelijk te maken als aangetoond kan worden dat deze valorisatie voldoende meerwaarde genereert. Om nevenstromen meer geschikt te maken voor latere behandelingen zoals scheiding of conversie en om de efficiëntie van deze verdere stappen te maximaliseren, ondergaan nevenstromen vaak een voorbehandeling. Het type voorbehandeling kan zeer uiteenlopend zijn en is afhankelijk van de aard van de nevenstromen; bijvoorbeeld de verwijdering van onzuiverheden of het reduceren van partikelgrootte. Dit kunnen zowel fysische processen zijn zoals vergruizen, drogen, sedimenteren, adsorptie, of (fysico-)chemische zoals extractie. Stabilisatie daarentegen is een behandeling om afbraak en degradatie van nevenstromen te voorkomen welke zowel fysisch, chemisch als fysicochemisch kan zijn. Veel van de technologieën voor voorbehandeling en stabilisatie zijn gekend en reeds langdurig in gebruik, maar dienen nog geïmplementeerd te worden in het domein van nevenstroomvalorisatie. Afhankelijk van de gecreëerde meerwaarde zullen deze processen mogelijk moeten verbeteren in energie-efficiëntie zoals bijvoorbeeld in het geval van droging. Voor een overzicht van technologieën die gebruikt worden bij de voorbehandeling en stabilisatie wordt verwezen naar de FISCH Roadmaps Scheidingstechnologie en Hernieuwbare Chemicaliën.

Scheiding Gezien de heterogene samenstelling van vele nevenstromen is scheiding een essentieel onderdeel om tot valorisatie te komen. Scheiding bestaat uit een fysisch massatransferproces dat een mengsel splitst in twee of meer onderscheiden productmengsels waarvan tenminste één stroom verrijkt is met één of meer van de bestanddelen van het mengsel. In Tabel 5 staan enkele scheidingstechnologieën opgelijst met info over hun maturiteit en doelstellingen voor 2030. In de toegevoegde bijlage wordt tevens bijkomende informatie over de sterktes, zwaktes en innovatiemogelijkheden van deze technologieën gegeven. Verdere gedetailleerde informatie over scheidingstechnologieën kan gevonden worden in de FISCH roadmap Scheidingstechnologie.


39


Scheidingstechnologie Kristallisatie Vrieskristallisatie

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 Doel M +322030 496 529 526

Maturiteit

Betere proceskennis en procescontrole, vereenvoudiging installaties,

L+P

[email protected] in situ kristallisatie www.fi-sch.be Mogelijkheden aantonen met eerste applicaties

concept

Electrodialyse met bipolair membraan

Meer stabiele en robuuste membranen

R+L

Electrodialyse

Niche applicaties

P

Capacitieve deïonisatie

Geschikt voor hogere concentraties en specifieke stromen, goedkoper moduledesign met hogere waterrecovery

R+L+P

Membraanfiltratie Continu, nieuwe membranen, minder fouling, hogere selectiviteit door functionalisering, hogere flux, chemische resistentie tov agressieve solventen en extreme pH, chirale scheidingen, tools/decision tree voor selectie/ontwerp membranen

R+L+P

Pervaporatie

R+L+P

Meer stabiele en selectieve membranen, innovatieve moduleconcepten, fouling resistentie, goedkopere membranen, tools/decision tree voor selectie membranen

Membraandestillatie Meer specifieke membranen, betere modules, minder gevoelig voor temperatuurverschillen

R+L

Destillatie

Lager energieverbruik (dividing wall distillation, multivessel distillation), microdestillatie (continu)

R+P

Heterogene extractieve destillatie Hybride combinatie destillatie – extractie – pervaporatie voor solventrecuperatie

Recuperatie solventstromen, gebruik ionische solventen (Zie destillatie, extractieve destillatie, pervaporatie) Design, simulaties voor generieke aanpak van complexe, multicomponent afvalstromen, flexibele, modulaire, multipurpose piloot installaties voor on site solvent recovery (plant-on-a-truck benadering)

R R+L+P

Membraantechnologie herwinnen homogene katalysatoren

Meer inzicht in relatie scheidingsgedrag en katalytische cyclus metaalcomplexen, dichtere keramische nanofiltratie membranen voor in situ hogere reactietemperaturen

R+F

Tabel 5: Technologieën voor scheiding aangeduid als relevant in de workshop (R= research; L= pilot; F= first mover; P= in practice)

Kristallisatie is van oudsher bekend in de chemie, maar omvat omslachtige meerstaps procedures welke vaak energie vereisend zijn en nevenstromen genereren. Uitdagingen bevinden zich aldus vooral in de vereenvoudiging van het proces zonder teniet te doen aan de selectiviteit van de opzuivering. In het domein van de scheidingstechnologie gaat veel aandacht naar verschillende soorten membraanprocessen. Doordat druk- en concentratiegradiënten en niet temperatuur het achterlig-

40


gende mechanisme is en opstellingen algemeen veel kleiner zijn (lagere CAPEX en OPEX), richten onderzoeksinspanningen zich veeleer op deze ontwikkelingen. Hoewel membraanprocessen vandaag reeds in gebruik zijn voor verschillende toepassingen is het potentieel nog groot. Echter dienen zowel de membranen als de installaties aangepast te worden naar de specifieke noden om het toepassingsgebied sterk uit te breiden. Analoog aan chromatografie wordt de selectiviteit van membraanscheiding bepaald door fysische en chemische eigenschappen zoals grootte, vorm

en/of chemische affiniteit van moleculen. Doordat de productiecapaciteit van membraanopstellingen groter is dan bij preparatieve chromatografie, zou bij voorkeur de diversiteit die aanwezig is bij chromatografie vertaald worden naar membraanprocessen, echter wel met meer robuustheid. Daarnaast kan het integreren van scheiding en conversie, processen intensifiëren door onder andere productinhibitie te voorkomen, selectiviteit te verhogen door afvoer van de eindproducten of katalysatoren te fixeren welke downstream processing vergemakkelijkt. Een specifiek voorbeeld is de recuperatie van homogene katalysatoren welke vandaag vooral gefocust is op het herwinnen van de metaalfractie waarbij (dure) liganden vaak verloren gaan. Naast het fixeren van homogene katalysatoren zou de selectieve recuperatie van ge(de)activeerde katalysatoren veel kosten kunnen besparen. Om meer complexe stromen te valoriseren zou tevens voordeel gehaald worden uit de combinatie van verschillende technieken om zowel druk-, concentratie- als temperatuurgradiënten als drijvende kracht aan te wenden. Anderzijds worden chemische reacties of faseveranderingen toegepast om de fysicochemische eigenschappen te wijzigen in functie van scheiding. Hoewel

verschillende technieken afzonderlijk reeds hun toepassingen kennen, staan verschillende complexe stromen voor nieuwe uitdagingen doordat vandaag de mogelijkheid tot scheiden nog niet bestaat vanwege te nauw verwante fysicochemische eigenschappen. Door de meer uitgebreide kennis van de afzonderlijke technieken zouden modellen ter voorspelling van het gedrag deze ontwikkelingen kunnen versnellen. Voor meer details over dit technologisch domein wordt verwezen naar de FISCH Roadmap Scheidingstechnologie waarin de verschillende technologieën, opkomende trends, combinaties van bestaande processen, uitdagingen en doelstellingen voor 2030 uitgebreid aan bod komen. Conversie Conversie in de context van nevenstromen beoogt het verhogen van de waarde door andere producten met hogere waarde te vormen enerzijds, anderzijds om scheiding te vergemakkelijken om bij voorkeur verschillende fracties te valoriseren. De inhoud van Tabel 6 werd geëxtraheerd uit de bevragingen en bevat algemeen biotechnologische omzettingen en een voorbeeld van een chemisch gekatalyseerd proces.

Conversietechnologie

Doel 2030

Maturiteit

Biotechnologische omzettingen

Meer robuuste organismen, enzymen en technieken door genetische modificatie, andere voedingsbronnen, continu, in situ product recovery, geïntegreerde aanpak bioconversie met upstream en downstream processen, water(her)gebruik, opschaling

R+L+P

Katalytische hydrolyse van macromoleculen naar functionele chemicaliën

Efficiënte, stabiele en reproduceerbare (katalytische) processen die rekening houden met de hele waarde keten

R+L+F

Tabel 6: Technologieën voor conversie aangeduid als relevant in workshop (R= research; L= pilot; F= first mover; P= in practice)


41



T +32 2 238 97 64 +32 2 230 71 18 De wetenschappelijke uitdaging in Fconversiechanismen voorspellend gebruikt worden. Bij het M +32 496 529 526

technologie voor nevenstromen wordt veroorgeheel aan bevragingen werd een duidelijk doel zaakt door hun vaak complexe samenstelling. geformuleerd om tools ter beschikking te hebben [email protected] Doordat vele (bio)chemische katalysatoren verbijvoorbeeld voor de ontwikkeling van membrawww.fi-sch.be stoord worden door onzuiverheden zijn de te nen of het combineren van processen om valoverwerken nevenstromen vandaag nog beperkt. risatie van complexe nevenstromen mogelijk te Om de toepassingsmogelijkheden uit te breiden maken. en voorafgaande zuivering te minimaliseren of te voorkomen, dienen aldus meer robuuste (bio)katalysatoren of organismen ontwikkeld te worden. Naast zuivering voor conversie kan in situ scheiding het gehele proces intensifiëren. De mogelijkheden voor procesintensifiëring, zoals bijvoorbeeld micro- of continue processen, zijn legio en onderhevig aan de creativiteit van de wetenschappers. Daarnaast worden bij de verwerking van complexe nevenstromen bij voorkeur enkel valoriseerbare stromen gegenereerd waardoor het proces en zijn condities in functie moeten staan van de meest volledige waardeketen. Een voorbeeld welke beide technologieën combineert, zijn de destillatie residu’s. Deze zware fractie zou bij voorkeur eerst gehydrolyseerd worden zodat in een vervolgstap de kleinere moleculen beter beschikbaar zijn voor (bio)chemische conversie naar nuttige chemicaliën.

7. ONTWIKKELPADEN EN SCENARIO’S Binnen de chemische en chemie-gebruikende sectoren zijn de beschikbare nevenstromen zeer divers en ook zeer talrijk. De valorisatie van elke nevenstroom is afhankelijk van verschillende interne en externe variabelen zoals beschikbaar volume, aanwezige verontreinigingen, economische en energetische waarde, wetgeving, marktvraag, beschikbare verwerkingstechnologieën, etc. Elk valorisatietraject van een nevenstroom vergt dan ook een unieke business case en ontwikkelpad. Binnen de scope van voorliggende Markt en Technologie Roadmap was de uitwerking van specifieke ontwikkelpaden voor specifieke stromen niet mogelijk. Er werd wel, op basis van de input gegeven door de deelnemers aan de interviews en de workshop, een matrix-model voor portfolioanalyse opgesteld. Dit model kan men vergelijken met de marketing-matrix van de Boston Consulting Group. In de matrix worden nevenstromen beoordeeld volgens de twee belangrijkste externe variabelen:

• Het marktpotentieel: De valorisatie van nevenstromen is voor bedrijven het meest interessant als het gaat om nevenstromen met potentieel hoge waarde, bijvoorbeeld omdat de grondstof duur (of schaars) is of wordt en er voldoende vraag (volume) is. Als er alleen maar bulktoepassingen met zeer lage waarde mogelijk zijn, labellen we dit als laag marktpotentieel. • De technologische haalbaarheid: Zijn de verwerkingstechnologieën en -processen wel of niet gekend? Is de verwachting dat men met de huidig beschikbare technologieën, of door onderzoek en technologieontwikkeling, op korte termijn tot een performante en efficiënte verwerking kan komen? Zowel voor markt als voor technologie kijken we naar de huidige en de toekomstige situatie. Op basis van deze 2 variabelen zijn vier categorieën te typeren die in principe elk om een ander ontwikkelscenario vragen:

Automatisering (Dataverwerking, ICT) Algemeen beoogt automatisering het terugdringen van de invloed van arbeid op de besturing en de controle van het productieproces. Hierdoor worden processen meer betrouwbaar, verlopen mogelijk meer stabiel en kan aldus de gehele productie versneld worden. Dataverwerking en ICT liggen inherent aan de basis van automatisering omdat het geheel van gevolgde procesparameters de programma’s aanstuurt. Naast het aansturen en controleren van productieprocessen kunnen modellen op basis van werkingsmeValorisatie matrix

42



43


1 OPSCHALING

Jan Van Havenbergh, dr. sc. Managing Director Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 2 MARKTONTWIKKELING M +32 496 529 526

Voor veel nevenstromen geldt dat er nog weinig In deze situatie zijn zowel de potentiele [email protected] gezocht is naar mogelijk hergebruik van (compotoepassingen als de nodige verwerkingstechnowww.fi-sch.be nenten van) deze stromen. Om de valorisatie van logieën gekend. Mogelijks werden dezelfde of deze stromen op te starten of te stimuleren zijn gelijkaardige stromen uit andere bronnen reeds marktonderzoek en/of productontwikkeling nodig gevaloriseerd. Voor deze stromen is het mogelijk om mogelijke toepassingen te specificeren. Dit om een positieve business case op te stellen en marktonderzoek kan tevens leiden tot de concluhet valorisatietraject op te zetten of uit te breiden. sie dat voor bepaalde toepassingen een nieuwe Binnen deze categorie vallen bijvoorbeeld sommiketen ontwikkeld dient te worden om via intege nevenstromen van solventen en katalysatoren. grale samenwerking te komen tot een rendabel Echter kunnen nog niet alle nevenstromen van solproces met voldoende kwaliteitsgarantie. Dit kan venten en katalytische processen gerecupereerd gaan van de ontwikkeling van nieuwe business worden met de huidige technologieën. modellen, over het poolen van nevenstromen tot Organische solventen worden in de industrie reeds het opzetten van een industriële symbiose. Vaak grotendeels gerecupereerd en/of gevaloriseerd. zal voor het opzetten van zulke nieuwe waardeImmers, de totale kost van solventgebruik in het ketens een haalbaarheidsstudie uitgevoerd moeproductieproces is een differentiërende factor in ten worden om de risico’s bij implementatie in te de totale productiekost. Door het hergebruik van schatten en beperken. Naast technologische en solventen in de productie op te drijven kunnen beeconomische aspecten dienen tevens potentiële drijven hun kosten drukken en hun concurrentiebelemmeringen op het vlak van regelgeving tijdig positie versterken. De twee belangrijkste mogelijkaangepakt te worden. Anderzijds zou regelgeving heden om de valorisatie van organische solventen ook voor een push in de markt kunnen zorgen. op te schalen zijn: De categorie marktontwikkeling geldt bijvoor- Meer verschillende solventen valoriseren. Vaak beeld voor residuen van chemische destillatie. worden enkel de hoogwaardige solventen of de Onbekend is met welke componenten welke solventen die beschikbaar zijn in grote volumes nuttige grondstoffen/toepassingen gerealiseerd gerecupereerd. Verdere technologieontwikkekunnen worden. Technologieën om de residuen ling kan ervoor zorgen dat ook kleine volumes te verwerken zijn wel gekend, maar de toepasop economische wijze gevaloriseerd kunnen baarheid op deze stromen dient geëvalueerd te worden of dat de kost voor hergebruik kleiner worden. wordt dan de kost voor verbranding (met enerEen ander voorbeeld zijn de zoute nevenstromen gie recuperatie). vanwege hun lage marktwaarde. Veel technolo- Het volume gerecupereerd en hergebruikt solgieën voor de valorisatie van zouten en zoutopvent opdrijven, bijvoorbeeld door middel van lossingen zijn beschikbaar, bestaan in pilootoppooling van solventen, industriële symbiose, stelling of zijn in volle ontwikkeling, maar doordat verdere marktontwikkeling en zoeken naar bijzouten in beginsel basischemicaliën zijn met komende toepassingen,... beperkte toegevoegde waarde leiden de kosten

44


voor recuperatie er toe dat deze stromen in realiteit vaak nog niet gevaloriseerd worden. Indien uit het marktonderzoek zou blijken dat er geen of weinig marktpotentieel is, vallen de betreffende stromen niet meer in deze categorie maar in MONITORING en kunnen de onderzoeksactiviteiten best gestaakt worden. 3 TECHNOLOGIEONTWIKKELING Hier gaat het om nevenstromen waarvoor de markt of nuttige toepassingen gekend zijn, maar er nog geen technologieën zijn om de nevenstromen op economisch rendabele wijze te verwerken of om te zetten in grondstoffen van de gewenste kwaliteit. Valorisatie van deze stromen vergt eerst verder technologisch onderzoek en ontwikkeling. Vaak bevinden stromen zich in deze categorie omdat er (grote) onzekerheid is over de mogelijkheid om de technologieën, al dan niet bewezen op labo-schaal, ook op industriële schaal flexibel en tegen een acceptabele kost met voldoende selectiviteit in te zetten. Naast de organische solventen bevatten veel nevenstromen water welke vandaag nog niet kosten- en energie-efficiënt ontwaterd kunnen worden. Een voorbeeld zijn nevenstromen die ontstaan bij reiniging (met water) en aldus beladen met organische vervuiling. Door gebrek aan alternatieven is momenteel verbranding vaak de enige oplossing, wat energetisch nochtans niet efficiënt is. Nieuwe technologieën voor ontwatering kunnen deze efficiëntie mogelijk verhogen of misschien zelfs bij voorkeur waarde creëren voor de geconcentreerde nevenstroom.

sis)grondstoffen nu en in de nabije toekomst naar verwachting tegen zeer lage prijzen op grote schaal beschikbaar blijven, en er geen technologieën zijn die valorisatie eenvoudig en economisch mogelijk maken. De beste strategie voor deze stromen is niets doen of hooguit periodiek monitoren of deze specifieke stroom nog steeds in deze categorie valt. Veel resten van verf, lak, coatings, lijmen, resin, gum en kit voldoen aan dit criterium. Door hun eigenschappen zijn de nevenstromen niet meer geschikt voor directe inmenging in nieuwe, vaak reeds minderwaardige, toepassingen. Tevens is de technologie nog niet ontwikkeld om deze producten te klasseren/modificeren/reactiveren waardoor enkel zeer laagwaardige of zelfs geen toepassingen mogelijk zijn in de nabije toekomst. Zolang de economie of wetgeving geen druk geeft, zullen deze nevenstromen niet snel gevaloriseerd worden. Om een oplossing te vinden voor deze problematiek dienen misschien eerder de grondstoffen, processen en/of producten veranderd te worden om de vorming van de nevenstromen te minimaliseren of voorkomen.

4 MONITORING Dit scenario geldt voor stromen waar weinig tot geen markt voor is, bijvoorbeeld doordat de (ba-


45

Bijlage: Globale analyse kansrijke technologieën

45

Membraandestillatie Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Één pilootinstallatie in Azië voor -‐ Modulaire opbouw -‐ Kunnen alleen opconcentreren, dat bij ontzouten van zeewater -‐ Werking is onafhankelijk van complexe of vervuilde mengsels een -‐ Weinig toepassingen voor zoutrijke zoutsamenstelling en werkt tot bijna probleem is stromen in chemie kristallisatie (is groot voordeel t.o.v. -‐ Nog niet op grote schaal langdurig -‐ Onderzoek bij diverse universiteiten reversed osmosis RO) uitgetest (Leuven, Gent) en bedrijven (Aquaverre, -‐ Laag energieverbruik door -‐ Modules zijn nog niet geoptimaliseerd o Solvay?) • Gebruik van restwarmte van 70-‐80 C naar energieverbruik en flux -‐ Er wordt nu nog gebruik gemaakt van Mogelijk FISCH project • Lage druk 1. Screening productietechnologieën voor -‐ Installaties geheel in kunststof, die hoge membranen, die ontwikkeld zijn voor andere hydrofobe toepassingen zoutconcentraties kunnen verwerken membranen -‐ Hoge kostprijs en door modulaire 2. Moduledesign voor zoutrijke stromen. -‐ Relatief ongevoelig voor fouling opbouw ook weinig schaalvoordelen te 3. Kleinschalige demo’s behalen waardoor de technologie vooral voor installaties voor kleine stromen concurrerend kan worden Nano-‐filtratie voor opzuivering Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Proven/in ontwikkeling -‐ Goedkoper dan elektro-‐dialyse (indien de -‐ Nooit 100% scheiding (sommige -‐ Veel toepassingen voor ontzouten water gewenste kwaliteit wordt halen) organische stromen gaan door, sommige -‐ Weinig toegepast voor complexe stromen -‐ Selecteren van de juiste membraan is erg zouten komen in reststroom lastig en vereist vaak een lange -‐ Veel proceskennis nodig om goede Mogelijk FISCH project testperiode installaties en modules te ontwerpen 1. Piloot plant/productiecentrum voor -‐ Modules voor productie kunnen -‐ Vaak is combinatie ultra en nano nodig; membranen voor niches eenvoudig geautomatiseerd worden dit verhoogt de kwetsbaarheid 2. Applicatie demonstratie -‐ Eenvoudige/goedkope modules) -‐ Weinig leveranciers van membranen in België

[email protected] www.fi-sch.be

Status/maturiteit Sterk -‐ Zeer matuur -‐ Valoriseerbaar eindproduct -‐ Full scale productie in metallurgie, -‐ Mature technologie farmacie en zoutsectors -‐ Veel kennis in procesindustrie -‐ Pilootinstallatie voor zoutrijk water in olieindustrie Mogelijk FISCH project Indien er veel vraag is, dan: Procesoptimalisatie voor diverse stromen en combinaties van technieken (Betere proces-‐ en simulatiemodellen)

44

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Specifieke membranen -‐ Betere modules met betere stromingscondities -‐ Membranen en installaties die beter isoleren en ongevoeliger zijn voor temperatuurverschillen

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Continu nieuwe membranen die minder fouling vertonen -‐ Low fouling -‐ Veel betere selectiviteit -‐ Betere chemische resistentie

Kristallisatie Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Risico op schade aan pompen, pijpen en -‐ Meer en betere proceskennis en membranen procescontrole. -‐ Risico op verstopte pijpen afhankelijk van -‐ Installaties die eenvoudiger te bouwen en temperatuurgradiënten onderhouden zijn. -‐ Relatief weinig aandacht en onderzoek in -‐ Membraankristallisatie in de unit (hierop Vlaanderen zet bv. TNO sterk in; hebben hiervoor -‐ Opstarten (na shut down voor veel patenten aangevraagd; is misschien onderhoud) lastig/duur. Speelt ook bij over 10 jaar te realiseren). klassieke verdamping.

Electrodialyse met bipolair membraan Status/maturiteit Sterk Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Enkele installaties op kleine schaal voor -‐ Levert direct een product (zuren en -‐ Haalbare concentraties en zuiverheden -‐ Stabielere/robuuste membranen die specifieke nichestromen basen) voor zowel lokaal hergebruik als -‐ Dure membranen met korte levensduur goed bestand zijn tegen elektrische -‐ LABO/pilotschaal op week/maandbasis voor de markt -‐ Stabiliteit membranen onzeker velden, invloed zuren en basen, -‐ Is enige techniek die zoutoplossingen kan -‐ Hoge energiekosten excellente hechtingen van diverse lagen Mogelijke FISCH projecten -‐ Oplossen van problemen i.v.m. Demonstratieproject van 6 maanden per omzetten in zuren en basen (= product -‐ Bouwen/construeren van een met relatief goede marktprijs) betrouwbare installatie is lastig. Het is concentratiegradiënten case rond 4 stromen om installaties te daarom moeilijk om een leverancier te testen vinden die met garantie bouwt -‐ Geen producenten en beperkt aantal leveranciers in België (3?)

F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526

47 ROADMAP VALORISATIE VAN NEVENSTROMEN ROADMAP VALORISATIE VAN NEVENSTROMEN

46

Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels

BIJLAGE: GLOBALE ANALYSE KANSRIJKE TECHNOLOGIEËN T +32 2 238 97 64

Chemistryfor for Sustainability Chemistry Sustainability


FISCH

Diamant Building Boulevard Auguste Reyerslaan 80 B-1030 Brussels Chemistryfor for Sustainability Chemistry Sustainability

Status/maturiteit -‐ Voor ontwatering reeds ver ontwikkeld -‐ Voor solventverwijdering uit water al goed op weg maar verbetering nodig -‐ Organo-‐Organo moet nog ontwikkeld worden Mogelijke FISCH projecten 1. Recuperatie solventen uit azeotrope/ moeilijk te scheiden mengsels met destillatie/pervaporatie processen: demonstratie op reële afvalstromen, ontwikkelen generieke methodologie, modelleren 2. Intensifiëren organische synthese-‐ reacties d.m.v. membraanreactoren: bvb. ontwatering condensatie-‐ reactiemengsel in situ product removal, 3. Recuperatie organische solventen uit afvalwaterstromen (of solvent beladen dampen) d.m.v. hybrideprocessen Status/maturiteit -‐ Mature technologie -‐ Nieuwe toepassingen mogelijk in niet-‐ petrochemische bedrijven Mogelijk FISCH project

Pervaporatie Sterk Zwak -‐ Verbruikt weinig energie -‐ Kostprijs membranen met korte -‐ Hoge specificiteit levensduur voor bepaalde toepassingen -‐ Werkt ook voor scheiding van azeotropen -‐ Stabiliteit membranen onzeker -‐ Geschikt voor scheiding waardevolle -‐ Werkt niet voor mengsels met weinig thermosensitieve moleculen verschil in polariteit -‐ Geschikt voor zowel waterige als niet -‐ Minder bestand tegen hogere zout-‐ waterige stromen concentraties -‐ Modulair en daardoor makkellijk te -‐ Minder “multipurpose” dan bv destillatie combineren met andere unit operations -‐ Fouling (plug-‐and-‐play, retrofit design) -‐ Moeilijk voor complexe mengsels -‐ Proper: vereist geen toevoeging van -‐ Kostprijs membranen additieven (zoals bij -‐ Tijdsduur van ontwikkelingen extractieve/azeotrope destillatie) die achteraf herwonnen moeten worden en een risico op contaminatie vormen -‐ Flexibel door “tailor made” membranen: selectiviteit wordt in hoofdzaak bepaald door affiniteit van membraan voor de te verwijderen component

47

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Stabielere membranen -‐ Selectievere membranen -‐ Innovatieve membraan-‐ moduleconcepten -‐ Fouling resistente toplagen -‐ Goedkopere membranen -‐ Decision tree voor selectie van membranen (theoretisch of fast screening)

Destillatie Sterk Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Robuuste “proven” technologie -‐ Energieverbruik -‐ Energiezuinige destillatie (dividing wall -‐ Multipurpose -‐ Minder geschikt voor mengsels met distillation, multivessel distillation) -‐ Beter bestand tegen hogere waardevolle thermosensitieve moleculen -‐ Microdestillatie (continu); Zie artikel in zoutconcentraties dan pervaporatie -‐ Minder geschikt voor mengsels met zeer Journal of Chemical Technology and -‐ Scheiding mogelijk van solvent mengsels hoog watergehalte (energieverbruik) Biotechnology: “Distillation technology-‐ met weinig verschil in polariteit -‐ Geavanceerde destillatietechnieken Still young and full of breakthrough (heteroazeotrope destillatie of opportunities" by Tony Kiss http://bioindustry.de/uploads/media/BCI extractieve destillatie) nodig indien azeotrope mengsels gescheiden moeten _Kolloqu_Ankuendigung_140115_Kiss_Ab stract.pdf worden

Sterk -‐ Goede basisfilosofie -‐ Vereist weinig energie Mogelijk FISCH project Onderzoek naar stand van zaken en mogelijke toepassingen en prestaties anno 2030

Vrieskristallisatie Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Onduidelijk of het ooit praktisch haalbaar wordt

Capacitieve deïonisatie (CDI) Status/maturiteit Sterk Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Vooral geschikt voor lage Voordelen tov ED: -‐ Elke cel heeft eigen electrode; dit maakt -‐ Betere modules die geschikt zijn voor zoutconcentraties -‐ Slimme koppelingen maken hergebruik technologie duur hogere concentraties en specifieke -‐ Wellicht eerder voor voedingssector dan van energie mogelijk -‐ Geen krachtige vraag stromen in chemie -‐ Toepasbaar bij lagere concentraties van -‐ Betere moduledesign met hogere water-‐ zouten recuperatie Mogelijk FISCH project -‐ Dalende kostprijs van modules (mate Elektro gedreven scheidings-‐technieken -‐ Modules zijn gemakkelijk te standaardiseren waarin is nog onduidelijk want geen full (ED en CDI) op processtromen. scale installaties) Electrodialyse Status/maturiteit Sterk Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Diverse mature installaties in Japan en VS -‐ Quasi concentratieonafhankelijk -‐ Relatief duur (maar wel al veel beter en -‐ Steeds meer niche-‐applicaties voor voor ontzouten zeewater -‐ Kan goed inspelen op scheiding van NaCl goedkoper dan in de jaren ’70 stromen waar nog geen andere oplossing en Na2SO4. -‐ Nog geen goede scheiding van zouten voor is Mogelijk FISCH project ste met calcium Faciliteren 1 applicatie op volle schaal? -‐ Focus van toepassingen naar opconcentreren voor afvoer (kleine stroom afvoeren is goedkoper) [email protected] www.fi-sch.be

Status/maturiteit -‐ Alleen nog theorie

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526


48


FISCH

Sterk

Zwak

48

Ontwikkelingen technologie tot 2030 Tot 2020 -‐ Verbeterde OSN-‐membranen (voor agressievere solventen, extreem pH-‐ gebied, hogere flux) -‐ Meer inzicht in de complexe interacties tussen membraan-‐materiaal, solvent en opgeloste stof voor OSN-‐membranen (= vergroting van de voorspelbaarheid van potentiële toepassingen). -‐ Selectiviteit van de scheiding verbeteren door functionalisering (bv. hydrofobisering) van de membranen (zowel keramisch als polymeer). -‐ ”Tailoring” (membranen op maat) van een membraan voor een specifieke toepassing door flexibele functionalisering -‐ Praktisch werkbare membraanselectie-‐ criteria en tools om performantie te voorspellen 2020-‐2030 -‐ Membraan-‐functionalisering voor chirale scheidingen.

Ontwikkelingen technologie tot 2030

-‐ Uitwerken watergebruik en -‐hergebruik -‐ Opschaling

-‐ Nood aan verhoogde opbrengst en -‐ Impact van variabiliteit van substraten op productiviteit performantie -‐ Meestal batch processen om risico op -‐ Ontwikkeling van meer robuuste enzymes contaminatie te verminderen en technieken om inactivatie tegen te gaan -‐ Gevoelig voor variabiliteit in -‐ Verhogen van performantie door substraatsamenstelling -‐ Productinhibitie beperkt productiviteit en verschuiving naar continue processen -‐ Verminderde gevoeligheid voor inhibitie productconcentratie door genetische modificatie -‐ Robuustheid kan probleem zijn -‐ Opheffen van inhibitie door combinatie (bijvoorbeeld door inactivatie met scheidingsprocessen (“In-‐situ biokatalysator) -‐ Watermanagementsystemen ontbreken product recovery”) -‐ Geïntegreerde aanpak bioconversie met vaak upstream en downstream processen

Biotechnologische omzetting

Extractieve destillatie en heterogene Sterk Zwak Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Scheiden van azeotropen -‐ Energieverbruik -‐ Toepassingen voor recuperatie van -‐ Scheiden van solventmengsels met -‐ Toevoeging van co-‐solvent solventstromen onvoldoende verschil in polariteit -‐ Minder geschikt voor mengsels met -‐ Gebruik van ionische solventen waardevolle thermosensitieve moleculen -‐ Minder geschikt voor mengsels met zeer hoog watergehalte (energieverbruik)

49

Organische Solvent Nanofiltratie (OSN) Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Jonge, opkomende technologie in de -‐ Scheiding op moleculair niveau door -‐ Slechts een beperkt aantal producenten farmacie voor specifieke toepassingen simpelweg drukgradiënt aan te leggen -‐ Momenteel een beperkt aantal -‐ Veel onderzoek, demoprojecten en meer over nanoselectief gradiënt membranen voor industriële en meer implementaties -‐ Zeer specifieke scheiding van waardevolle toepassingen (fijnchemie en componenten zoals API’s, homogene polymeerchemie) beschikbaar die op Mogelijk FISCH project katalysatoren… pilootschaal worden getest 1. Combinatie OSN met reacties (in situ product removal of reagent dosing) om -‐ Kan ingezet worden binnen bulkchemie -‐ Robuustheid van de technologie is een (voor solventrecuperatie, aandachtspunt (alle industriële stromen deze te intensifiëren (hogere polymeerfractionering, ontzwaveling zijn anders, neven-‐componenten kunnen opbrengsten selectiviteit, lager solventverberuik, compactere reactoren, ruwe aardolie, benzeen-‐reductie in nafta, storend zijn) ontzuring van ruwe olie) en binnen farma -‐ Meer acceptatie/vertrouwdheid met de etc.) technologie nodig 2. Exploratie en verbreding potentieel OSN (voor recuperatie van homogene katalysatoren, solvent-‐wisselingen bij de -‐ Het begrip van OSN scheidingen op in organische synthese-‐ketens van moleculair niveau is complex (vergt farmaceutische, chemische en andere synthese van APIs bedrijven (bvb. opzuiveren/fractioneren -‐ Breed inzetbaar bij procesintensificatie kennis van de fysisch-‐chemische interacties tussen membraanmateriaal, polymeren, recuperatie van ionische -‐ Hoge toegevoegde waarde voor de productie van fijnchemicaliën oplosmiddel en opgeloste stoffen) vloeistoffen, etc.) -‐ Energetisch efficiënter dan bv. destillatie -‐ Scheidingsperformantie moeilijk te -‐ Vervanging vluchtige door niet-‐vluchtige voorspellen/modelleren (vaak “trial and solventen error”) -‐ Vereist geen additieven -‐ Terugverdientijden (1 tot 3 jaar) -‐ unieke scheidingseigenschappen (b.v.b. transfer van thermolabiel molecule van hoogkoker naar laagkoker) -‐ Draagt bij tot producten met hogere zuiverheid/marktwaarde. -‐ Huidige membranen/modules stabiel in praktisch alle solventen.

ste

Status/maturiteit -‐ Proven technologie maar niet in de toepassing van solvent recuperatie Mogelijk FISCH project 1. Toepassing van extractieve destillatie voor de scheiding van azeotrope solventmengsels (of close boiling mengels) 2. Combinatie met extractie en/of membraantechnologie in hybride systemen Status/maturiteit


-‐ Meerdere industriële installaties op 1 -‐ mogelijkheid om afvalstromen te generatie substraten (biobrandstoffen, valoriseren brouwerijen...) -‐ mogelijkheid om CO2 als feedstock te -‐ Slechts enkele industriële installaties op gebruiken de nevenstromen (of 2 generatie stromen) -‐ milde reactiecondities, hoge -‐ -‐ Vaak laboschaal, meer en meer regioselectiviteit, enantioselectiviteit opschaling in piloot faciliteiten -‐ groen alternatief voor chemische processen Mogelijke FISCH projecten 1. Demonstratie voor geselecteerde cases -‐ betere performantie dan huidige processen (bulk versus fijnchemicaliën, fermentaties versus enzymatische -‐ betere tolerantie voor aanwezigheid van omzettingen) onzuiverheden dan katalytische 2. Technisch-‐economische evaluatie van processen geselecteerde cases -‐ potentieel voor energiereductie t.o.v. chemische processen -‐ groot potentieel voor reductie in broeikasgasemissies -‐ kan leiden tot nieuwe producten en processen T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526


50



FISCH


51

Membraantechnologie voor herwinnen van homogene katalysatoren Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Gebruik van solventnanofiltratie voor -‐ Niet-‐thermische, en bijgevolg niet-‐ -‐ In bepaalde gevallen gaat afscheiding afscheiding en hergebruik van homogene destructieve afscheiding van homogene gepaard met significant activiteitsverlies kata’s (als alternatief voor thermische kata’s met organische van kata, bvb. door deligatie of Pdblack processen, adsorptie, extractie, etc.) is solventnanofiltratie laat hergebruik toe, vorming, wat ook kan leiden tot membraanvervuiling nieuwe technologie die reeds occasioneel in principe zonder activiteitsverlies geïmplementeerd is, maar nog weinig -‐ Draagt bij tot “raw material loop closure”, -‐ Bij in-‐situ katarecuperatie (tijdens reactie gekend is in industrie waardoor lifetime kata’s enorm gerokken dus) dient rekening gehouden te worden -‐ Verschillende membranen en modules kan worden en kosten voor aankoop van met de beperkte thermische stabiliteit (polymerische en keramische) met dure transitiemetaal-‐complexen bijgevolg van de beschikbare solventstabiele polymeermembranen. Keramische gewenste cut-‐off en brede enorm gedrukt kunnen worden, wat membranen kunnen hier een alternatief solventstabiliteit commercieel resulteert in zeer korte vormen, maar in vele gevallen zijn ze nog beschikbaar terugverdientijden -‐ Enkele recente, zeer sterke business -‐ Opwerkketen (destructieve afscheiding net iets te open om homogene kata’s efficiënt te kunnen afscheiden cases (o.a. Evonik)  recyclage via metaalverwerker  -‐ Reeds aangetoond met verschillende aanmaak nieuwe kata) wordt omzeild -‐ Voorbehandeling en nabehandeling (verwijdering metaalsporen) in vele soorten transitiemetaalcomplexen, o.a. -‐ Kan nieuwe types katalyse met heel gevallen nodig Heck (Pd), metathesis (Ru), specifieke, dure kata’s (bvb. chirale) hydroformylation (Ro) economisch rendabel maken -‐ Flexibel, modulair en dus eenvoudig en Mogelijke FISCH projecten snel schaalbaar 1. Afscheiden en recupereren van homogene katalysatoren uit allerhande -‐ Kan gebruikt worden als “standalone” industriële reactiemengsels, batchgewijs techniek of in combinatie met andere (reactie-‐filtratiecycli) dan wel continu (in processen voor metaalverwijdering (bvb. “polishing” permeaat, d.w.z. verwijdering situ), al dan niet in combinatie met (membraangebaseerde) opzuivering van laatste metaalsporen, met metaal reactieproducten, solventrecuperatie, scavengers) -‐ Kan zowel batchgewijs (reactie-‐filtratie-‐ etc. reactie-‐etc.) als continu (in situ) uitgevoerd worden


Hybride combinatie destillatie – extractie – pervaporatie voor solventrecuperatie Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Afzonderlijk “proven technologies” -‐ Combinatie van verschillende -‐ Over het algemeen gesproken is de (klassieke destillatie, extractie, technologieën, elk met hun eigen expertise rond hybride pervaporatie voor ontwatering), maar werkingsgraad en “operating window”, scheidingsprocessen in de industrie niet of slechts beperkt in combinatie biedt flexibiliteit en synergistische beperkt -‐ Hybride scheidingsprocessen zijn goed voordelen -‐ Kennis van verschillende gekend, bvb. klassieke destillatie – -‐ Hybride aanpak biedt mogelijkheid om scheidingstechnologieën (en pervaporatie voor ontwatering van kostenefficiënt solventen te recupereren infrastructuur) zit verspreid over alcoholen of destillatie – extractie uit een brede waaier van complexe verschillende onderzoeksgroepen  (extractieve destillatie dus) voor afvalstromen die momenteel niet noodzaak tot samenwerking solventopzuivering (productie) gevaloriseerd en daarom verbrand -‐ Elke scheiding vergt een specifieke -‐ Geavanceerde destillatietechnieken worden aanpak (dedicated entrainer, extractant, (azeotrope/extractieve destillatie), -‐ Combinatie van conventionele, mature, membraan), terwijl een destillatiekolom extractie en pervaporatie (en zeker de robuste technologieën (destillatie, op zich bvb. wel multipurpose is combinatie) zijn nog minder gekend voor extractie) met meer innovatieve, groene solventrecuperatie uit waterige scheidingsprocessen (pervaporatie, afvalstromen of solventmengsels groene extractanten) laat efficiënte, energiezuinige, maar ook economisch Mogelijke FISCH projecten realistische en praktisch 1. Behandeling van problematische implementeerbare scheidingsprocessen afvalwaters (hoge COD, hoge toe verwerkingskost) met waardevolle solventen (waterzuivering in combinatie -‐ Flexibel, modulair design (plug-‐and play), “retrofit to existing facilities” met solventrecuperatie) 2. Recuperatie van solventen uit azeotrope solvent/solvent mengsels (kleine verschillen in vluchtigheid en/of polariteit) die met klassieke destillatie niet gescheiden kunnen worden (alternatief voor verbranding)

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Verwerven van meer inzicht in de relatie scheidingsgedrag van membranen tot katalytische cyclus metaalcomplexen zal toepasbaarheid van technologie vergroten en problemen zoals activiteitsverlies helpen vermijden -‐ Ontwikkeling van dichtere keramische nanofiltratiemembranen die efficiënte afscheiding van katalytische complexen toelaten, ook in situ bij hogere reactietemperaturen -‐ Demonstraties op pilootschaal zullen helpen om technologie verder ingang te doen vinden

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Zie ontwikkelingen aparte technologieën (destillatie, extractieve destillatie, pervaporatie) -‐ Opbouwen van theoretische (design, simulaties) en praktische expertise die een generieke aanpak van hybride scheidingsprocessen voor het valoriseren van complexe afvalstromen toelaat (uniek aanspreekpunt voor industrie door bundeling van expertises onderzoeksgroepen) -‐ Verbreden van toepasbaarheid naar complexe, multicomponent afvalstromen (meerdere solventen, zouten of opgeloste organische stoffen, meerdere azeotropen) -‐ Aanbieden van flexibele, modulaire, multipurpose piloot installaties voor “on site” solvent recuperatie (‘plant-‐on-‐a-‐ truck’ benadering)


52


FISCH

53

Katalytische hydrolyse van biomassa naar functionele chemicaliën Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Chemische katalyse: bepaalde -‐ Technologieën nuttig om de transitie naar -‐ Strenge procescondities (hoge strategieën, o.a. base hydrolyse, cracking, duurzame chemie te bevorderen temperaturen en hoge drukken nodig ) reductie en oxidatie zijn reeds -‐ Hoog potentieel van valorisatie voor de chemische katalyse gedeeltelijk geïmplementeerd met -‐ De enzymatische katalyse is meer -‐ Genereerd complexe mengsels van succes. Maar niet op een industriële selectief dan de chemische katalyse chemicaliën schaal -‐ De stabiliteit en de prijs van enzymen -‐ Enzymatische katalyse (biokatalyse): de vormen een rem op de ontwikkeling van technologie is nog immatuur en werd pas enzymatische hydrolyse bestudeerd op model componenten. -‐ De omzetting van suikers (cellulose en hemicellulose) is meer geavanceerd dan de hydrolyse van lignine Mogelijke FISCH projecten 1. Ontwikkeling van scheidingsprocessen voor de valorisatie van bio-‐chemicaliën 2. Efficiënte en reproduceerbare chemische en/of enzymatische hydrolyse processen voor lignine valorisatie


Membraanfiltratie (drukgedreven processen) Status/maturiteit Sterk Zwak -‐ Mature technologie voor -‐ Energetisch en economisch interessanter -‐ Directe nanofiltratie of omgekeerde afvalwaterbehandeling dan conventionele scheidingsprocessen osmose toepassingen meestal niet -‐ Membranen/membraanprocessen (destillatie, evaporatie…) optimaal, zonder voorbehandeling (via beschikbaar voor waterige -‐ Relatief goedkope membranen voor ultrafiltratie, zandfilter, …) processtromen (mogelijk met bepaalde % waterbehandeling hier bruikbaar -‐ Vereisten installaties (foodgrade, solvent aanwezig) -‐ Grote range aan commerciële GMP, …) kunnen installatiekosten membranen beschikbaar opdrijven (enkel interessant bij hoge Mogelijke FISCH projecten -‐ Brede range aan membraantypen debieten of batchbehandelingen) 1. Recuperatie van “raw materials” (en water) uit product-‐ en afvalstromen via (tubulair, spiraalgewonden, …) ultrafiltratie en -‐ Athermisch proces: verhoogde nanofiltratie/omgekeerde osmose productkwaliteit 2. Valorisatie van zoutrijke afvalstromen in Mature technologie, makkellijk inzetbaar -‐ stand-‐alone (nanofiltratie) of hybride -‐ Snel van lab-‐ naar pilootschaal en scheidingsprocessen in chemische implementatie industrie 3. Ultrafiltratie als “polishing” van grove filtratieprocessen van productstromen 4. Fractionatie, zuivering en opconcentratie van waterige processtromen

T +32 2 238 97 64 F +32 2 230 71 18 M +32 496 529 526

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Katalyse wordt gezien als een ”key enabling technology” voor de biomassa omzetting en valorisatie, en dus ook beschouwd als de belangrijkste barrière voor de complete valorisatie van biomassa -‐ Stabielere en meer reproduceerbare processen -‐ Efficiëntere processen Niet alleen de katalytische hydrolyse van biomassa moet bekeken worden, maar de hele waardeketenvan de feedstock naar de eindproducten. Daarvoor zijn andere technologieën nodig zoals scheidingtechnologieën en biomassa voorbehandeling

Ontwikkelingen technologie tot 2030 -‐ Verbreding in range met nieuwe membranen, met hogere flux en retentiecapaciteit, verlaagd fouling-‐ gedrag


54



FISCH

F I S CH ROADMAP VALORISATIE VAN NEVENSTROMEN. Chemistry for Sustainability. Flanders Innovation Hub for Sustainable Chemistry

Recommend Documents