T-REX – On the transition to more renewable energy in power-to-X applications
T-REX richt zich op Power-to-X, het gebruik van elektriciteit om andere brandstoffen en grondstoffen te produceren. Het project richt zich op de omzetting van CO2 in hernieuwbare materialen via geëlektrificeerde routes. Door rechtstreeks gebruik te maken van zonne-energie of door aansluiting op een groen elektriciteitsnet wil dit project het aandeel van hernieuwbare energie in België zo groot mogelijk maken. De gedetailleerde analyse van de katalysatoren, hun stabiliteit en efficiëntie staan centraal in het project en wordt ondersteund door reactiemodellering en techno-economische en levenscyclusanalyse.
De EU heeft zich verbonden tot een hernieuwbare energietransitie en tot het leveren van een bijdrage aan het bereiken van de doelstellingen van de Overeenkomst van Parijs inzake klimaatverandering, waarbij de gemiddelde mondiale temperatuurstijging wordt beperkt tot ruim onder de 2°C vóór 2100. Dit werd vertaald in een EU-wetgeving met bindende klimaat- en energiedoelstellingen voor 2030, waaronder een Nationaal Energie- en Klimaatplan (NECP) van elke lidstaat, waarin wordt uiteengezet hoe de nationale doelstellingen moeten worden bereikt. De Belgische klimaatambities behelzen een BKG-reductie van 35% ten opzichte van 2005 tegen 2030 en minstens 80% reductie ten opzichte van 1990 tegen 2050. Het is duidelijk dat de impact van de overeenkomstige maatregelen op het concurrentievermogen van de industrie tot een minimum moet worden beperkt. Aangezien de raffinage-, chemische en ijzer- en staalindustrieën energie-intensief zijn en veel CO2 uitstoten, moeten passende technologieën worden ontwikkeld en geïmplementeerd om deze verschuiving te realiseren. Het gaat hierbij om het koolstofvrij maken van de energieproductie en het ‘de-fossiliseren’ van de brandstof- en chemische productie, waarbij verschillende belanghebbenden betrokken zijn, zoals de industrie, de mobiliteit en de energiesector.
De grootschalige inzet van hernieuwbare energieproductie vereist bufferende oplossingen, vanwege de intermitterende aard ervan, om het elektriciteitsnet te stabiliseren. Afhankelijk van de operationele randvoorwaarden zijn er verschillende strategieën beschikbaar, zoals batterijen voor kortetermijnopslag, terwijl Power-to-X-benaderingen het mogelijk maken om grote seizoensgebonden elektriciteitsoverschotten op te slaan in chemische energie, in de vorm van waterstof of vloeibare brandstoffen. Anderzijds vertrouwen de CCU-strategieën (Carbon Capture and Utilization) op koolstofarme energie, naast CO2 als koolstofgrondstof. Voor het opzetten van economisch haalbare waardeketens zijn aanbevelingen gedaan in het Europese SET (Strategic Energy Technologies) implementatieplan, door WG9 in de context van CCU en CCS. Deze inzichten dienen als uitgangspunt voor het T-REX project, zoals geïllustreerd in Figuur 1.
De (intermitterende) beschikbaarheid van hernieuwbare elektriciteit wordt als belangrijkste randvoorwaarde genomen en waardeketens worden beoordeeld op basis van volledig geëlektrificeerde, direct zonne-energie en indirect aan het net gekoppelde CO2-omzettingsprocessen (Figuur 2). Idealiter kunnen deze technologieën omgaan met minder zuivere CO2-stromen (% gehalte en onzuiverheden) uit verschillende industriële bronnen om de upstream kosten voor CO2-afvang en voorbehandeling te verlagen. Voor dit doel zijn de processen afhankelijk van robuuste katalysatorsystemen die een hoge operationele stabiliteit en algemene energie-efficiëntie mogelijk maken. Het volledige potentieel/effect wordt geëvalueerd op basis van routekaarten en hun ambities/doelstellingen voor CO2-reductie, rekening houdend met de tijdlijn en geografie en gepositioneerd samen met andere warmtegestuurde en/of H2-gemedieerde CO2-omzettingsprocessen. De focus ligt op hernieuwbare brandstoffen als relevante CCU-eindproducten (methanol, ethanol en H2) met gegeven productiekosten en ecologische voetafdruk en hun inpassing in regelgevende kaders (REDII).
Het T-REX project bestaat uit 3 werkpakketten (WP1-3), die laag TRL onderzoek omvatten binnen de procestechnologieplatformen van elektro-, plasma- en fotogebaseerde katalyse (Figuur 3). Dit wordt ondersteund door fundamentele atomistische inzichten door modellen over CO2-gebaseerde reacties op de katalysator interfase in WP4. De onderzoeksparameters en hun gevoeligheid op de haalbaarheid van de innovatie worden geëvalueerd in WP5 door techno-economische modellen om onderzoeksdoelen te stellen, het traject te sturen en op te volgen. Parallel en geïntegreerd met levenscyclusanalyses worden de resultaten gebruikt in een beslissingsondersteunend kader en technologiepositionering in roadmaps (bv. Deloitte’s roadmapstudie en contextanalyse rond koolstof circulaire en koolstofarme Vlaamse Industrie, Dechema roadmap en position paper, …) samen met de juiste innovatiebenchmarks en de state-of-the-art.
