Algemeen beeld
De energiebalans (tabel B.2.8 in bijlage 2) laat zien dat de belangrijkste energiedragers voor energetische inzet in de HTW elektriciteit, kolen en biomassa zijn. Opvallend zijn de grote ranges in het verbruik van energiedragers. Door het schaalniveau is de HTW erg flexibel bij de inzet van verschillende energiedragers, en verschillen in beschikbaarheid van potentiëlen komen hier dan ook sterk naar voren. Het verbruik van kolen hangt rechtsreeks samen met de keuze van de technologie voor de productie van ijzer en staal.
Opties
Generiek
Belangrijke generieke opties bij de HTW omvatten besparing, inzet van biomassa en/of CCS, en (gedeeltelijke) elektrificatie van de warmteproductie. Dat laatste kan met weerstandver- warming of warmtepompen. Zie ook tabel 2.7.
Specifiek
Naast de generieke opties omvat de analyse een beperkt aantal opties die heel specifiek zijn voor bepaalde processen. Processpecifieke opties zijn onder andere alternatieven op basis van elektriciteit voor staalproductie en ammoniakproductie. Bij de staalproductie zijn er twee dominante alternatieven: voortzetting van de productie op basis van kolen in combinatie met CCS, al dan niet met nieuwe processen (Hisarna) of productie op basis van elektrolyse (ULCOLYSIS/ULCOWIN), waarbij net als bij zink of aluminium erts met elektriciteit geredu- ceerd wordt tot metaal. Bij ammoniak speelt productie met SSAS (solid state ammonia syn- these) een belangrijke rol. De processen op basis van elektriciteit komen vooral in de oplossing bij verdergaande reductie en/of minder CCS. Waarschijnlijk zijn er nog meer speci- fieke mogelijkheden om processen te elektrificeren (dus anders dan elektrificatie van de warmtevraag), maar hiervoor waren geen gegevens voorhanden.
Opvallende observaties
Met de elektrificatie levert de HTW ook vaak een substantiële bijdrage aan de flexibiliteit van het energiesysteem: in veel varianten is de capaciteit van bijvoorbeeld ULCOLYSIS staalpro- ductie en SSAS ammoniakproductie overgedimensioneerd. Hiermee is de totale productie van staal en ammoniak haalbaar in een kortere bedrijfstijd en hoeft het proces alleen te draaien op momenten dat er voldoende wind en zon zijn. Dergelijke flexibiliteit is misschien wel veel breder te ontsluiten in de industrie dan nu in het model mogelijk is. Ook is het denkbaar dat dit op een goedkopere manier kan, door alleen de meest elektriciteitsintensieve processtappen te overdimensioneren.
Tabel 2.7. Technische kenmerken van hoge temperatuur warmte in de 2050-beelden.
Functionaliteit: Hoge temperatuurwarmte
Onderdeel Technologie en/of energiedrager Potentiële rol in 2050 In 80%-beelden In 95%-beelden Warmtevoorzie- ning en proces- sen totaal Elektriciteit 0-25% 20-30%
Vaak flexibel ingezet, en daarmee belangrijk voor in- passing wind en zon
Waterstof Komt niet in de OPERA-beelden, maar kan mogelijk wel een rol gaan spelen. Mogelijk ook verborgen in de toepassing van CCS (Centrale waterstofproductie met CCS in grote industriële agglomeraties als alter- natief voor individuele pre-combustion CCCS) Biomassa Speelt relatief grote rol IN warmteproductie, vaak in
combinatie met CCS
CCS 8-29 Mton 6-34 Mton Besparing Warmtevraagverminde-
ring, terugwinning rest- warmte
Circa 70 PJ 70-120 PJ
Exclusief fundamenteel nieuwe processen en elektri- ficatie (b.v. Hisarna, ULCOLYSIS/ULCOWIN). Be- langrijker naarmate biomassa en CCS minder beschikbaar zijn
Staalproductie De belangrijkste varianten zijn:
a) Huidige proces soms met CCS
b) Hisarna proces met CCS
c) ULCOLYSIS/ULCOWIN proces op basis van elektriciteit
Optie a en b zijn relevant bij voldoende CO2-
opslaggpotentieel en als optie c) in de praktijk pas later dan 2050 grootschalig zou kunnen worden in- gezet. In de 95%-beelden is het meestal c), maar in enkele varianten optie a/b met CCS. In de 80%- beelden komt optie a) met en zonder CCS voor, in een enkel geval ook c).
Chemie: kunst- stofproductie
CCS bij feedstock - - Aandeel biogrondstof Telt niet mee als reductie bij IPCC-
grondgebiedbenadering, daarom geen onderdeel van de oplossingen. Wel relevant bij bredere mondiale benadering
Chemie: ammo- niakproductie
CCS 0% 0% Elektriciteit 100% 100%
Nader uit te zoeken, beperkingen berekeningen en beperkingen beschikbare kennis
Ook in de HTW liggen er nog de nodige vraagstukken, en ook hier gaat het niet zozeer over de richtingen waarlangs verduurzaming moet plaatvinden, maar wel de omvang van de ver- schillende richtingen en de precieze vorm waarin dit moet plaatsvinden. Veel vraagstukken hebben hier te maken met de consequenties voor beschikbare restwarmte (vooral belangrijk voor LTW) en de toepasbaarheid van bepaalde technieken:
• Bij de hoge temperatuurwarmte is nog veel onduidelijk over de precieze potentiele om- vang, invulling en implicaties van opties. De studies die op dit gebied beschikbaar zijn beperken zich vaak tot energiebesparing, en zijn bovendien vaak gedateerd en/of niet toegespitst op de Nederlandse situatie.
• Bij CCS zijn er ruwweg drie alternatieven: post-combustion (CO2 uit verbrandingsgas-
sen), pre-combustion (CO2-uit brandstoffen waarna een waterstofrijk gas overblijft) of
oxy-fuel combustion (verbranding met zuivere zuurstof, waardoor na condensatie van de waterdamp vrijwel zuivere CO2 overblijft). Bij de keuze tussen deze alternatieven zul-
len zaken als technologische ontwikkeling, kosten en omvang van rest-emissies (alleen vrijwel nihil bij oxy-fuel) een belangrijke rol spelen. Op basis van de huidige informatie ontlopen de alternatieven elkaar nog niet zo veel. Ook lokale factoren en inpassing in bestaande processen kunnen belangrijk zijn, vooral bij grote industriële agglomeraties. Deze bieden de mogelijkheid om bepaalde voorzieningen centraal op te zetten, zoals een zuurstoffabriek (oxyfuel) of een waterstoffabriek (pre-combustion), met de bijbeho- rende infrastructuur.
• Bij CCS kan lage temperatuur restwarmte nodig of inzetbaar zijn voor de regeneratie van het solvent waarmee CO2-wordt afgevangen (post- of pre-combustion). Het is onbe-
kend wat de consequenties hiervan kunnen zijn op de beschikbaarheid van restwarmte voor levering aan derden. Dit is ook van belang omdat bij inzet van restwarmte in de industrie zelf er een veel betere aansluiting is op het warmtevraagpatroon dan bij inzet bij de LTW. In dat laatste geval kan ook bij toepassing van warmtebuffers een groot deel van de restwarmte waarschijnlijk niet benut worden.
• Onbekend is wat precies de beperkingen zijn voor industriële warmtepompen ten aan- zien van haalbare temperatuurniveaus, en wat de consequenties zijn van toepassing er- van voor de beschikbaarheid van restwarmte voor derden
• Flexibiliteit is nu in kaart gebracht voor een paar specifieke processen en elektrische (bij)verwarming, maar wellicht is dit nog veel breder mogelijk. Ook zijn er waarschijnlijk nog veel mogelijkheden om dit qua kosten te optimaliseren, door deze flexibiliteit te concentreren in de meest energie-intensieve en minst kapitaalintensieve processtappen. Dat zal dan wel (extra) voorzieningen voor opslag van tussenproducten vergen.
• Voor de staalproductie zijn twee processen op basis van elektrolyse opgenomen, een hoog temperatuurproces (ULCOLYSIS, 1600 oC) en een proces met een veel lagere tem-
peratuur (ULCOWIN, 110 oC). Beide processen zijn nu flexibel op- en afregelbaar veron-
dersteld, maar het ligt voor de hand dat dit bij een lage-temperatuurproces makkelijker is. Bij onderzoek naar en ontwikkeling van dergelijke processen zou de realiseerbare flexibiliteit een apart aandachtspunt moeten zijn.
• Bij de industrie kan de rol van de investeringscyclus in installaties erg belangrijk zijn, en doen zich niet zo vaak geschikte momenten voor om de overstap naar een nieuwe tech- niek te maken. Als een dergelijk moment te vroeg komt, is de meest aantrekkelijk keuze van dat moment niet noodzakelijk optimaal op de langere termijn. Er bestaan dan een risico op een (tijdelijke) lock-in.
• Voor de staalindustrie geldt: komen de nieuwe processen op tijd gereed om in 2050 al grootschalige inzet te kunnen veronderstellen? Hierbij is van belang dat de ontwikkeling van het Hisarna proces veel verder is gevorderd dan van de ULCOLYSIS/ULCOWIN- processen, terwijl de laatste beter passen in de 95 procent beelden met beperkte CCS.