Versnelling van de overgang naar hernieuwbare brandstoffen

hernieuwbare brandstoffen Biofuel

Het wereldwijde streven om de uitstoot van broeikasgassen tegen 2050 te neutraliseren, is niet alleen veelbelovend voor de toekomst van de planeet, maar zal ook miljoenen banen creëren, een snelle groei stimuleren en technologische innovatie stimuleren. Bedrijven in alle sectoren over de hele wereld hebben initiatieven op het gebied van milieu- en sociale verantwoordelijkheid (ESR) genomen, vaak met ambitieuze plannen om hun activiteiten koolstofarm te maken in lijn met de 2050-nul-nul-doelstelling, hoewel ze verschillen in reikwijdte en strategie. Aangezien de transportsector verantwoordelijk is voor ruwweg 30% van alle broeikasgasemissies in de VS, wordt verwacht dat nieuwe soorten hernieuwbare brandstoffen uit organische bronnen – plantaardige oliën of dierlijk afval – een leidende rol zullen spelen in de overgang naar een ecologisch duurzame economie.

Hoe veranderingen in beleid en technologie de toekomst van bio-brandstoffen vormgeven

Biobrandstoffen zijn natuurlijk niet nieuw. Ethanol, dat uit maïs wordt gemaakt en met benzine wordt gemengd, is met 17,5 miljard gallon per jaar nog steeds de meest geproduceerde alternatieve transportbrandstof in de VS. Nadat het in de jaren 70 werd ontwikkeld en in de jaren 80 op grote schaal werd gebruikt, zijn de voordelen en de kostengerelateerde nadelen ervan goed bekend. De nieuwe groene brandstoffen van vandaag zijn afkomstig van landbouwafval en -gewassen die chemisch identiek zijn aan de traditionele producten op basis van fossiele brandstoffen, maar betere prestaties leveren met een kleinere koolstof footprint.

Vooruitgang in automatiseringstechnologie maakt het meer haalbaard om voorheen onbruikbare grondstoffen, zoals switchgrass en gebruikt frituurvet, om te zetten in grondstoffen die kunnen worden verwerkt tot brandstoffen van hoge kwaliteit die concurreren met fossiele producten zoals vliegtuigbrandstof en benzine voor auto’s, en in toenemende mate ook met elektriciteit en aardgas. Ondertussen zijn leiders in de luchtvaart-, spoorweg- en vrachtwagensector begonnen met het aandrijven van hun vloot met hernieuwbare brandstoffen, wat mogelijkheden heeft geschapen voor slimme downstream operators om de curve voor te blijven.

Koolstofintensiteit (Carbon Intensity: CI) is de hoeveelheid broeikasgasemissies per eenheid vervoersenergie die wordt geleverd tijdens de “well-to-wheel”-levenscyclus van een brandstof, gemeten in gram CO2-equivalent per megajoule aan energie. Grondstoffen voor biobrandstoffen op basis van afval, zoals afgewerkte bak- en braadolie, hebben een lagere CI-score dan grondstoffen die kunnen worden verwerkt tot een eetbare voedingsbron, zoals maïs. Andere factoren die van invloed zijn op de CI zijn de afstand tussen de bron van de grondstof en de verwerkingsinstallatie, en de energie en de broeikasgasemissies die nodig zijn om de brandstof te verwerken tot een eindproduct.

Uit onderzoek blijkt dat, afhankelijk van aannames over toekomstig beleid en maatschappelijke normen, het aandeel van koolwaterstoffen in het wereldwijde energiesysteem dramatisch zou kunnen dalen, vooral met de overeenkomstige stijging van de vraag naar hernieuwbare energie naarmate de wereld steeds meer elektrificeert. Als de 2050-nuldoelstelling wordt gehaald, zou het aandeel van koolwaterstoffen in de primaire energiestromen kunnen dalen van ongeveer 85% in 2018 tot 70-20%, terwijl het aandeel van hernieuwbare energie zou toenemen tot 20-60%.

Overheidsprogramma’s zoals de Europese Green New Deal en de richtlijn hernieuwbare energie (RED) II van de EU, die het streefcijfer voor het verbruik van hernieuwbare energie vaststelt op 32% tegen 20305 , zijn een belangrijke reden waarom meer raffinaderijen deze nieuwe brandstoffen vandaag onderzoeken. De Amerikaanse regering biedt momenteel federale belastingvoordelen aan raffinaderijen van biobrandstoffen, en Canada, Californië en Oregon hebben hun eigen normen voor koolstofarme brandstoffen (Low Carbon Fuel Standards, LCFS) ingevoerd, die gebruikmaken van een systeem van stimulansen en straffen om industrieën aan te moedigen de doelstellingen inzake koolstofintensiteit (CI) te halen, zowel bij de productie als bij het gebruik van hernieuwbare transportbrandstoffen.

Hoe het marktlandschap aan het verschuiven is

Dit beleid heeft geleid tot echte veranderingen op de markt. Uit gegevens van Californië blijkt dat het verbruik van op fossiele brandstoffen gebaseerde ultralaagzwavelige diesel (ULSD) tussen 2011 en 2020 is gedaald en dat daarmee ook de koolstofintensiteit is afgenomen, maar dat hernieuwbare diesel en andere biobrandstoffen het verschil ruimschoots hebben goedgemaakt door de vraag te ondersteunen zonder de koolstofintensiteit te beïnvloeden. Het verbruik van biodiesel is de afgelopen tien jaar wereldwijd meer dan verdubbeld tot 682 duizend vaten olie-equivalent per dag en groeit met meer dan 11% per jaar. Het sentiment begint zich al af te tekenen. Volgens de huidige marktprognoses zal de wereldwijde vraag naar hernieuwbare diesel blijven stijgen tot 2026 en zelfs daarna.

De combinatie van overheidsbeleid, bedrijfsinitiatieven en recente doorbraken in automatiseringstechnologie heeft van duurzamere hernieuwbare brandstoffen zoals groene diesel en duurzame vliegtuigbrandstof (Sustainable Aviation Fuel: SAF) de snelst groeiende alternatieve energiestromen op de markt gemaakt. SAF, dat tot 70% minder koolstof produceert dan fossiele brandstoffen, kan een doeltreffende brug vormen tussen de huidige hernieuwbare technologieën en toekomstige hybride, elektrische of waterstofaangedreven motorontwerpen.

In februari 2022 kondigde de burgerluchtvaartautoriteit van Singapore aan dat zij de vlaggenschipmaatschappij van de stad, Singapore Airlines, zal steunen bij de aankoop van SAF van Exxon Mobil Corp. om een deel van haar passagiersvloot van brandstof te voorzien.10 De Finse olieraffinaderij Neste Oyj zal 1,25 miljoen liter SAF leveren, die in de faciliteiten van Exxon Mobil in Singapore wordt gemengd met geraffineerde vliegtuigbrandstof. Verwacht wordt dat het eenjarige proefprogramma de uitstoot van koolstofdioxide met ongeveer 2.500 ton zal verminderen.

Wat toonaangevende raffinaderijen kunnen doen om de kans te grijpen

De meest urgente uitdagingen voor de meeste raffinaderijen in de wereldwijde downstream olie- en gassector zijn het voldoen aan KPI’s en tegelijkertijd de flexibiliteit behouden om verschillende productieprocessen te verwerken, en ervoor zorgen dat de betrouwbaarheid van apparatuur met veeleisende grondstoffen, de naleving van complexe wettelijke voorschriften om overheidssubsidies veilig te stellen, en de bevordering van de eigen initiatieven van raffinaderijen op het gebied van maatschappelijk verantwoord ondernemen en duurzaamheid.

Flexibiliteit in grondstoffen en meetzekerheid

Om de kosten laag te houden en tegelijkertijd nieuwe installaties voor hernieuwbare brandstoffen te bouwen en andere aan te passen, moeten raffinaderijen een zo hoog mogelijk productierendement behalen en tegelijkertijd aan de kwaliteitsspecificaties voldoen. Dit vereist zeer nauwkeurige procesmetingen om CI-gegevens te berekenen en geavanceerde analysesoftware om de algehele prestaties van de fabriek te evalueren onder verschillende grondstoffenscenario’s.

Traditionele niveau- en debietmetingstechnologieën worden beïnvloed door veranderende vloeistofeigenschappen en omgevingsomstandigheden, die onvermijdelijk zijn bij de verwerking van dierlijke vetten, maïsolie, gerecyclede bak- en braadolie of plantaardige olie. Slimme debietmeetsystemen en niveau-instrumenten die overweg kunnen met verschillende vloeistofeigenschappen in een breder scala van omgevingen, maken het eenvoudiger om vloeistofoverdrachten betrouwbaar te meten en ontvangsten, gebruik en verzendingen te rapporteren.

Optimalisering van de opbrengst en de gezondheid van activa in nieuwe processen

De gemiddelde opbrengst van het tweede-generatieproces voor hernieuwbare diesel is afhankelijk van veel operationele factoren. Nauwkeurige controle over de complexe processen in de reactoren van een fabriek is essentieel om te voorkomen dat producten te veel kraken en om te voldoen aan kwaliteits- en emissienormen. Controle heeft ook een directe invloed op de levensduur van de reactorkatalysator, wat een belangrijke kostenpost is. Analytics-software kan de optimale bedrijfsomstandigheden voor elk type grondstof identificeren, de ideale productiedoelen berekenen en operators vroegtijdig waarschuwen voor potentiële problemen, zodat ze de dieselopbrengst kunnen maximaliseren en tegelijkertijd de afvalverwijdering verminderen en het onderhoud stroomlijnen.

De betrouwbaarheid van apparatuur is altijd een prioriteit en is zelfs nog belangrijker bij de verwerking van zeer corrosieve biomassagrondstoffen. Oplossingen voor het bewaken van de gezondheid van bedrijfsmiddelen, zoals corrosiesensoren die op kritieke vaten worden geïnstalleerd, zijn nu gebruikelijker, maar corrosiegegevens kunnen moeilijk te interpreteren en te gebruiken zijn. Draadloze ultrasone sensoren met datahistorische software verlengen de levensduur van vitale apparatuur door proactief onderhoud mogelijk te maken, ruim voordat de veiligheid van werknemers en de productie te lijden hebben onder veiligheidsincidenten en ongeplande uitvaltijd.

Verslaglegging volgens de voorschriften, zonder hoofdpijn

Hoewel de markt voor hernieuwbare brandstoffen zijn voortdurende groei grotendeels te danken heeft aan subsidieprogramma’s van de overheid, legt het beleid complexe rapportageregels op die van licentiegevers vereisen dat ze gegevens opslaan op een flexibele, veilige plaats die verschillende functies kan dienen. Fabrieken voor hernieuwbare diesel moeten voldoen aan uitgebreide rapportage-eisen van de federale overheid en de staten. In Noord-Amerika heeft de Environmental Protection Agency (EPA) en de Internal Revenue Service werken samen met overheidsinstanties om fiscale stimuleringsprogramma’s te beheren, waarvoor raffinaderijen uitgebreide gegevens uit vele bronnen moeten verzamelen: aangesloten trajecten, contracten, facturen, vervoer, documentatie over de bewakingsketen, enzovoort. Voor rapportagefouten worden sancties en boetes opgelegd.

Het samenvoegen van de gegevens in een centrale opslagplaats is gebruikelijk, maar bedrijven verdrinken vaak in een moeras van gegevens die ze niet kunnen gebruiken. Zij hebben een datamanagementstrategie nodig die hen in staat stelt verbinding te maken met alle bronnen en die de gegevens ook bruikbaar maakt in de juiste context, of het nu gaat om operationele beslissingen, rapportage op basis van regelgeving, trendanalyse of wat er maar nodig is.

Emerson’s Plantweb digital ecosystem-platform biedt data lake-tools die helpen bij het aggregeren, historiseren en organiseren van informatie die nodig is voor rapporten en analyses, evenals geïntegreerde visualisatietools en KPI-dashboards, allemaal met realtime veilige toegang op afstand. Deze technologie maakt het mogelijk om de volledige workflow voor het verzamelen, analyseren, visualiseren en rapporteren van regelgevingsgegevens effectief te automatiseren met de flexibiliteit om toekomstige brandstofnormen en onvermijdelijk veranderende vereisten in te passen, wat cruciaal is in zo’n snel evoluerende markt.

Bevorderen van duurzaamheidsinitiatieven brandstoffen van raffinaderijen

Met de groeiende impact van decarbonisatie op sociaaleconomische prioriteiten wereldwijd, zijn taken zoals het nauwkeurig bijhouden van CI-gegevens, het continu bewaken en voorspellen van emissies, het maximaliseren van energie-efficiëntie, het identificeren van verspilling en het meten van de impact van operationele beslissingen nog nooit zo noodzakelijk geweest voor downstream fabrikanten.

Installaties voor hernieuwbare diesel zijn grote verbruikers van elektriciteit en waterstof, wat gepaard gaat met ingewikkelde energie-intensieve procesinteracties. Lagere CI-waarden betekenen meer LCFS-kredieten, maar het verzamelen en nauwkeurig berekenen van de informatie wordt bemoeilijkt door de variërende grondstoffen en de gegevens over het energieverbruik in de hele fabriek, die vaak pas achteraf beschikbaar zijn in maandelijkse verslagen. Gelukkig is het nu mogelijk voor installaties voor hernieuwbare diesel om hun CI-kredieten te maximaliseren met behulp van door AI aangedreven energiebeheersinformatiesystemen (EMIS) die realtimegegevens verstrekken over de energieprestaties en het totale energieverbruik op de site met tot 15% kunnen verlagen.

Twee andere gebieden waar automatisering kan helpen zijn de bewaking van overdrukkleppen (PRV’s) en de analyse van fakkelgassen. Het lokaliseren van de bron, het tijdstip en de duur van lekkages van PRV’s vereist veel handenarbeid en gegevensinterpretatie, maar draadloze drukmeters, akoestische transmitters en analysesoftware kunnen PRV-gebeurtenissen registreren en interpreteren, waardoor het gemakkelijker wordt om lekken te vinden en te dichten. Natuurlijk zijn vluchtige emissies een probleem voor veel typen kleppen in een raffinaderij. Daarom zijn de klepafdichtingssystemen van Emerson met lage emissies rigoureus ontworpen en getest om ervoor te zorgen dat de omgevingsomstandigheden voldoen aan de concentratie-eis van 100 delen per miljoen van de EPA.

Ten slotte fakkelen alle raffinaderijen gassen af in de atmosfeer als een bijproduct van de normale activiteiten. Nauwkeurige meting en analyse van de fakkel zelf is van cruciaal belang om de emissies te controleren en zorgen voor een efficiënte verbranding. Verfijnde instrumentatie en regelsystemen kunnen nauwkeurige veranderingen in de gassamenstelling detecteren en in realtime reageren om de verbrandingsefficiëntie te optimaliseren en de emissies binnen de beoogde niveaus te houden.

Belangrijkste conclusies

Toonaangevende raffinaderijen bereiden zich al jaren voor op de geleidelijke afschaffing van fossiele brandstoffen, niet alleen omdat dit maatschappelijk verantwoord is, maar ook omdat het zakelijk gezien verstandig is. Vermindering van de uitstoot en optimalisering van het energieverbruik betekent lagere bedrijfskosten en meer waarde halen uit hulpbronnen. In sommige landen reserveren producenten 40% tot 60% van hun raffinagecapaciteit voor de productie van groene brandstoffen. De implementatie van nieuwe technologie, software en analyses verhoogt de betrouwbaarheid, optimaliseert de energie, verlaagt de emissies en vermindert de algemene impact op het milieu.

Downstream operators bevinden zich in een unieke positie om nu te investeren en mee te doen met de overgang van de transportsector naar hernieuwbare brandstoffen. Emerson kan raffinaderijen helpen van deze kans te profiteren door hen een beter inzicht in hun processen te geven, een breed scala aan gegevens te aggregeren en te analyseren en die gegevens op bedrijfsniveau bruikbaarder te maken. Degenen die het potentiële concurrentievoordeel dat automatisering kan opleveren volledig onderkennen, zouden in het volgende decennium en daarna wel eens de leiders op de markt voor hernieuwbare brandstoffen kunnen zijn.

Meer informatie over het Emerson’s Plantweb digital ecosystem-platform.

Referenties

  1. U.S. Environmental Protection Agency, Sources of Greenhouse Gas Emissions, 2019.
  2. U.S. Energy Information Agency, U.S. Ethanol Plant Production Capacity, 2021.
  3. North Dakota State University, Geschiedenis van de Ethanolproductie en het Ethanolbeleid.
  4. BP, Energievooruitzichten, 2020.
  5. Europese Commissie, Richtlijn Hernieuwbare Energie II, dec. 2018.
  6. Cohen Research, A Primer on Renewable Diesel, jun. 2020.
  7. California Air Resources Board, Normen voor koolstofarme brandstoffen, 2022.
  8. BP, Statistical Review of World Energy, 2021.
  9. Baker & O’Brien, Inc., The Push for Alternative Fuels, okt. 2021.
  10. Reuters, “Singapore Airlines koopt duurzame brandstof van ExxonMobil om uitstoot
    uitstoot te verminderen”, 11 feb. 2022.

Digitale Nieuwsbrief

SCHRIJF JE IN VOOR ONZE WEKELIJKSE NIEUWSBRIEF EN BLIJF OP DE HOOGTE VAN ALLE INDUSTRIËLE EN TECHNISCHE ONTWIKKELINGEN!

Door jouw inschrijving voor de nieuwsbrief, ga je akkoord met onze privacy voorwaarden.

Dit artikel delen op je eigen website? Geen probleem, dat mag. Meer informatie.

Avatar foto

Redactie

Dit nieuws is samengesteld door de redactie van IndustrieVandaag.
Lees meer van: Redactie

Dossier - Uitgelicht

Digitale Nieuwsbrief

SCHRIJF JE IN VOOR ONZE WEKELIJKSE NIEUWSBRIEF EN BLIJF OP DE HOOGTE VAN ALLE INDUSTRIËLE EN TECHNISCHE ONTWIKKELINGEN!

Door jouw inschrijving voor de nieuwsbrief, ga je akkoord met onze privacy voorwaarden.