DACE Contactbijeenkomst 24 november 2022
tekst Rien Scholing
De laatste contactbijeenkomst van 2022 had als thema hoe cost estimating en besluitvorming kunnen worden uitgevoerd bij innovaties. In dat geval moet worden afgeweken van de standaard aanpak en moeten nieuwe wegen worden verkend.
De cost estimator beschikt in het geval van innovatieve technologieën immers niet over historische kostendata en moet de data op andere manieren verkrijgen. Bij besluitvorming over innovaties kan een deadlock ontstaan omdat de harde terugverdienmodellen aangeven om nog geen besluit te nemen vanwege te grote onzekerheid. Iedereen begrijpt dat op je handen blijven zitten en nietsdoen ook niet de goede oplossing is omdat de boot gemist wordt. Daartoe werden vanmiddag drie presentaties gehouden. De eerste presentatie betrof een innovatieve en duurzame aanpak om CO2 splitsing naar CO op te lossen met plasmatechnologie. In de tweede presentatie werd deze innovatie opgepakt en werd getoond hoe cost estimating kon worden uitgevoerd door intensieve samenwerking tussen wetenschapper/engineer en cost estimator. De derde presentatie liet zien hoe de deadlock bij de besluitvorming over innovaties kan worden doorbroken.
Robert de Vries (Voorzitter DACE)
DACE-voorzitter Robert de Vries opende de bijeenkomst en begon met een enquête onder de aanwezigen. Opgemerkt was dat er in verhouding niet veel DACE-deelnemers aanwezig waren op het ICEC-congres afgelopen juni en het DACE-bestuur wilde proberen een aantal redenen te achterhalen. Met een aantal gerichte vragen over het afgelopen ICEC-congres en over een eventueel volgend nationaal congres wat betreft vorm, kosten, duur en voertaal werd het publiek bevraagd. Met de uitkomsten gaat het bestuur aan de slag.
Ook meldde Robert dat volgend jaar de cursussen weer in volle vaart doorgaan; daarbij worden de cursussen Value Management 2 en 3 gecombineerd. Verder wordt volgend jaar juni de 36e editie van het prijzenboekje opgeleverd. Robert riep daartoe iedereen met een kostendatabase op om de data aan te leveren; anonimisering van de data is daarbij gegarandeerd.
Spreker: Andy van Dijck (SIG CEPI)
Andy van Dijck van de SIG CEPI introduceerde daarna de sprekers en legde het verband met de Jan Korevaar award voor ‘outstanding paper’ die was uitgereikt op het ICEC-congres voor het artikel ‘Investment Predictability of Conventional and Innovative Projects’.
Innovatie door plasma
De eerste spreker deze middag was Waldo Bongers van onderzoeksinstituut DIFFER. Hij besprak de mogelijkheid om plasmatechnologie als innovatie in te zetten voor het grote duurzaamheidsvraagstuk waarmee de wereld wordt geconfronteerd. Tot 2012 werkte Waldo aan kernfusie en daar worden zeer hoge temperatuur plasma’s, gevangen in magnetische velden, toegepast. Die hoge temperaturen zijn nodig om kernfusie te laten ontstaan en invangen in een magneetveld is nodig simpelweg omdat geen (reactor)materialen bestaan die zulke hoge temperaturen kunnen weerstaan. Destijds waren er al ideeën om plasma’s ook voor andere toepassingen in te zetten.
Spreker Waldo Bongers (DIFFER)
Een idee is deze technologie toe te passen bij het introduceren van een CO2 neutraal systeem voor brandstoffen. Daarbij wordt de geproduceerde CO2 afgevangen en ingezet als grondstof om nieuwe brandstof te produceren. De CO2 wordt daarbij gesplitst naar CO en zuurstof, door middel van plasmatechnologie waar bij de productie gebruik kan worden gemaakt van renewable elektriciteit.
Belangrijke parameters om deze toepassing te beoordelen zijn opbrengst en efficiëntie. Om te vergelijken werd elektrolyse genoemd, waarbij water wordt omgezet in waterstof en zuurstof; dat heeft een efficiëntie van ongeveer 70%.
Zo’n 10 jaar geleden toen Waldo startte met zijn onderzoek was al bekend dat CO2 splitsing met plasmatechnologie te doen is; de efficiëntie van dat proces was redelijk en de opbrengst was wat lager omdat er nog CO2 in het eindproduct zat. Om die reden zijn experimenten gestart om opbrengst en efficiëntie te verbeteren. De experimenten werden gedaan met microgolven van 2,5 GHz, dus vergelijkbaar met een magnetron, die worden geabsorbeerd door een gasplasma dat 3.500-8.000 oK wordt en dat door middel van een vortex is ingevangen in een kwartsbuis. Een filmpje illustreerde deze hangende plasma in de kwartsbuis ook heel mooi; bedenk daarbij dat kwarts een smelttemperatuur van 1.700 oC heeft. Na splitsing bij deze hoge temperaturen moet het CO en de zuurstof wel zeer snel gescheiden worden, omdat bij afkoeling normaalgesproken de omgekeerde reactie terug naar CO2 zou plaatsvinden. Een verblijftijd van 1 ms is hierbij kenmerkend.
Quench nozzle
Bij de experimenten heeft Waldo, onder variërende flow en druk tot 1 atm, verschillende configuraties getest bijvoorbeeld met en zonder een speciaal blusmondstuk, de ‘quench nozzle’, of met een voorwaartse of achterwaartse vortex. Daarbij blijkt de achterwaartse vortex met mondstuk de winnaar wat betreft opbrengst. Ook wat betreft efficiëntie hoort deze bij de beter presterende configuraties. Ook bij hoge drukken wordt goed gepresteerd. Met een mondstuk zijn de efficiëntie en opbrengst in het algemeen redelijk constant voor verschillende flows en drukken. Waldo lichtte nog de redenen van het verschil in prestaties toe. Een opstelling zonder mondstuk kent bijvoorbeeld een gepiekt temperatuurprofiel. Verder blijkt dat een configuratie met achterwaartse vortex en met mondstuk beter presteert bij een gepiekt temperatuurprofiel; de reden is dat nog een tweede omzetting van CO2 met zuurstof naar CO en zuurstof plaatsvindt die een lagere enthalpieverandering heeft.
Tenslotte werd nog gemeld dat de thermische modellering deze experimentele bevindingen ondersteunen. Belangrijke parameters daarbij zijn koel- en verblijftijden. Zo kwam Waldo tot de conclusie dat CO2 splitsing met plasmatechnologie werkt en veelbelovend is. Wel moeten anders dan bij elektrolyse de gassen gescheiden worden. Bij verdere experimenten zijn er verschillende ideeën om opbrengsten en efficiëntie te verbeteren, bijvoorbeeld door te werken met andere mondstukken of door afstanden binnen de configuratie te veranderen. Met een bereikte efficiëntie van 40% is er nog wel een weg te gaan om hetzelfde effect als elektrolyse te halen. Maar bedenk dat er geen dure grondstoffen zoals platina benodigd zijn bij een plasma; het plasma ‘zweeft’ in de kwartsbuis. Ander voordeel ten opzichte van elektrolyse is dat de vermogensdichtheid hoog is.
Contactbijeenkomst
Opschaling
De tweede spreker was Henk Akse van Traxxys, een consultancybureau dat helpt bij innovatie en duurzaamheid in de procesindustrie. De handen van Henk waren te zien in een plaatje dat het experimentele laboratorium met de praktische toepassing verbond.
Henk liet in zijn bijdrage zien hoe een cost estimate is te maken van een techniek die nog in zo’n experimentele fase zit. Belangrijk te beseffen is welke bijzondere procesparameters aan de orde zijn. Zo is een temperatuur van 3.500-8.000 oK iets heel anders dan de circa 1.500 oC waarmee wordt gewerkt in krakers in de procesindustrie. Ook een verblijftijd van 1 ms geeft aan dat scheiding van gassen heel snel moet plaatsvinden.
Om te beginnen nam Henk als uitgangspunt dat een behoorlijke opschaling nodig is naar bijvoorbeeld 20.000 ton CO-productie per jaar. Hij liet vervolgens een blokschema zien waarin het proces was opgedeeld in bijzondere processen en standaardprocessen. Standaardprocessen worden al toegepast in de procesindustrie en daarvoor zijn makkelijk kostengegevens te verkrijgen. Het gaat hierbij om bijvoorbeeld een standaardproces om de CO2 feed te conditioneren en om toepassing van zeolietbedden.
Daarnaast werd het bijzondere deel getoond waarvoor geen kostengegevens beschikbaar zijn. Dit betreft bijvoorbeeld plasmareactor met de generator om de microgolven op te wekken en de quenching nozzles om snel af te koelen. Deze configuratie moet van scratch af aan opgezet worden en opgeschaald worden. Een goede interactie met de wetenschapper is daarbij van belang. Of zoals Henk het zei, de chemie moet worden gekoppeld aan leidingen, afmetingen, diameters, diktes. Zo blijkt de optimumdruk rond 400 mbar te zijn, dus een lichte onderdruk. Dit houdt in dat compressoren en kleppen benodigd zijn. Een discussie over de opbrengsten versus de diameter van de kwartsbuis leverde op dat bij een diameter van 1 meter geen stabiel plasma is te verkrijgen. Kleine reactoren zijn nodig hetgeen gevolgen heeft voor het benodigde leidingwerk.
Zo kon een proces flow diagram worden opgesteld voor de gehele installatie van 20.000 ton productie per jaar. Deze diende als basis voor de cost estimate. Daarbij bleek voor deze technologie dat 80% van de kosten in de front-end zaten, dus inclusief het afvangen van de CO2 en de reactors, en slechts 20% in de back-end. De onzekerheid van 50% zat juist die in die front-end.
Sweet spots
Een andere case die Henk behandelde was de vraag in hoeverre de techniek om CO2 in methaan om te zetten betaalbaar is voor huishoudens. Omdat de huidige infrastructuur op gas is ingericht zou dat behoorlijke voordelen kunnen hebben. Om een benchmark te hebben, werd het getal van € 40.000 per huis gehanteerd dat het Ministerie van Binnenlandse Zaken gebruikt om circa 2 miljoen ‘lastige’ huizen te verduurzamen. Uitgangspunt bij deze omzetting is dat alleen bestaande technieken worden gebruikt, met een bestaand Honeywel proces, een electrolyzer en een Sabatier procesinstallatie. Een combinatie van bestaande standaardprocessen die tot voor kort nog niet in deze samenstelling was te zien, maar sinds 2021 door het Zuid-Afrikaanse bedrijf TES op de markt is gezet.
In de case zijn drie schalen toegepast: de eerste op huishoudniveau met een gasgebruik van 1.340 m3/jaar, de tweede schaal is een appartementencomplex met 14 huishoudens en de derde een middelgrote plaats van 34.000 inwoners c.q. circa 8.500 huishoudens. Uit berekeningen blijkt dat de CAPEX voor een enkel huishouden een factor drie scheelt met de standaard die het ministerie hanteert, dat wil zeggen € 120.000. Voor het appartementencomplex is dat een factor 1 en voor de middelgrote plaats 0.4. De voetprint laat ook verschillen zien: voor een enkel huishouden betreft dat 1 m2, voor een appartementencomplex 55 m2 en voor de plaats 2.500 m2.
Verder is de vraag of met deze installatie geld te verdienen is. Er gaat immers stroom in en er komt gas uit. Hiertoe zijn een negental scenario’s doorgerekend en in slechts 2 gevallen bleek een positieve uitkomst, de ‘sweet spots’ in het overzicht. Geconcludeerd kan worden dat het een kwetsbare investering is die goed zou kunnen gedijen bij een lage, groene elektriciteitsprijs. Afgezet tegen opslag van energie in waterstof, is dit een dure toepassing. Intussen zijn er wel bedrijven die CO2 opvangtechnieken hebben die aanzienlijk goedkoper zijn. Zo is er een bedrijf dat aardwarmte gebruikt in plaats van stroom bij deze opvang; de vergelijking met waterstof wordt dan al aanzienlijk beter. Henk concludeerde dat deze aanpak goed aangeeft waar de R&D-focus moet gaan liggen om deze technieken beter haalbaar te maken.
Henk Akse van Traxxys
Spagaat
De laatste spreker was Geert Henk Wijnants van Stork, die sprak over besluitvorming in onzekere omstandigheden. Dat is van toepassing voor de meeste bedrijven waarbij op de huidige assets het verduurzamingsvraagstuk moet worden losgelaten. Het betreft in dat geval een variëteit aan nieuwe technologieën met een technische rijpheid van laboratoriumfase tot en met klaar voor gebruik in de praktijk ofwel TRL 5 tot 8.
Geert Henk Wijnants van Stork
En die ieder hun eigen kenmerken hebben wat betreft kosten, capaciteit, betrouwbaarheid en vereisten aan de omgeving. Wat dat laatste betreft noemde Geert Henk de innovaties die, in plaats van gas of olie, elektriciteit als energiebron nodig hebben, in een tijd dat TenneT de zeilen bij moet zetten om te voldoen aan de steeds grotere vraag. De vraag die daarbij opkomt is wat het juiste moment is om te investeren, zeker als bestaande business-casetechnieken niet een eenduidig antwoord geven.
Met nieuwe technologieën komen verschillende onzekerheden. Zeker is dat investeringskosten omhoog gaan, maar wat gebeurt er met operationele kosten? Zal de capaciteit ook stijgen en wat is bekend van de beschikbaarheid en onderhoudbaarheid? Is de verkrijgbaarheid ook gewaarborgd op den duur?
In een casus met duurzame energieopwekking liet Henk zien hoe met technologierijpheid kan worden omgegaan. Met gegevens uit de veel gebruikte EI-database voor bijvoorbeeld on-/offshore windmolens, zonnepanelen en geothermie is te zien dat schaalgrootte hier leidt tot verlaging in kosten. In de praktijk is dit om te zetten in een formule van de zogenoemde progress ratio: hoe ontwikkelt zich die kostenreductie van de techniek versus groei in grootte.
Besluitvorming rondom bestaande technieken is redelijk eenvoudig en een berekening van terugverdientijden geeft ook eenduidig antwoord zodat het moment van introductie kan worden bepaald. Maar als onzekerheden optreden in bijvoorbeeld grootte en efficiency van de te vergelijken varianten van bijvoorbeeld 25%, dan kunnen terugverdientijden 2 jaar zijn maar ook 20 jaar of 40 jaar. Een eenduidig antwoord wordt dan niet verkregen en bijkomende vraag is ook hoe in dat geval moet worden omgegaan met de wettelijke verplichting dat duurzaamheidsverbeteringen met terugverdientijden van minder 5 jaar verplicht ingevoerd moeten worden.
Zo kan bij besluitvorming over innovaties een spagaat ontstaan, omdat de harde terugverdienmodellen aangeven om nog geen besluit te nemen vanwege te grote onzekerheid. Wachten tot de onzekerheden voorbij zijn is vaak geen optie. Verder is nietsdoen doorgaans niet de goede oplossing, omdat de boot gemist wordt. In dat geval kan een ander aspect dat bij besluitvorming van toepassing is uitkomst bieden. Geert Henk noemde dit de ‘drukpunten’ uit de omgeving; dit betreft geen kosten- en batenafweging maar de toegevoegde waarde die een bedrijf wil leveren bijvoorbeeld om bij te dragen aan oplossing van de klimaatcrisis (nul op de teller) of de rol die het wil spelen in de omgeving (sociaal krediet). De vraag komt er dan op neer: welke kosten heeft het bedrijf daarvoor over? Er is dan sprake van een strategische keuze die op een andere manier iets oplevert.
In andere woorden de keuze wordt dan niet gemaakt op basis van een ‘business case’ maar op basis van een ‘strategie case’. Hiervoor bestaan standaards om bij te ondersteunen zoals de ISO 19.600. Geert Henk lichtte enkele aspecten van deze standaard toe, die te maken hebben met stakeholders, governance en compliance.
Ook als verder vooruit wordt gekeken blijven onzekerheden een gegeven. Om daarmee te kunnen omgaan en niet steeds in een spagaat bij besluitvorming terecht te komen zijn strategieperspectieven nodig, die helpen bij besluitvorming. Daarbij wordt transparant gemaakt aan welke compliance zaken wordt voldaan en kunnen met meer onderbouwing kantelmomenten worden bepaald. Feike Siebesma, destijds CEO van DSM, heeft zo de ‘verborgen kosten’ van CO2 zichtbaar willen maken bij DSM. Als voorbeeld noemde Geert Henk ook Eneco dat een strategie heeft om in 2035 klimaatneutraal te zijn.
contactbijeenkomst