Tagarchief: Koninklijke Nederlandsche Hoogovens en Staalfabrieken

Verduurzaming als paniekvoetbal

 

 

Het Energieakkoord, dat inzet op een forse groei van windmolens op zee, is politiek paniekvoetbal, stelt Erwin van den Brink, oud-hoofdredacteur van De Ingenieur. ‘Technologiepreferent beleid schiet zijn doel altijd voorbij en ontmoedigt nieuwe experimenten.’

 

De Hisarnaproeffabriek arriveert bij Tata in IJmuiden, 2012
Een nieuw smelt- vat en een gerenoveerde smelt- cycloon op weg naar de proefinstallatie bij Tata Steel voor het produceren van ruwijzer volgens het Hisarna- procedé, dat zorgt voor minder energiegebruik en een lagere CO2- uitstoot.

 

Als één thema in de twintig jaar dat ik als redacteur en als hoofdredacteur aan dit tijdschrift verbonden ben geweest, de boventoon heeft gevoerd, dan is het wel de rol van technologie in het streven naar een duurzame samenleving, in het bijzonder energiegebruik en meer in het bij- zonder het terugdringen van de uitstoot van broeikasgas door het verstoken van fossiele brandstoffen. In 1996 organiseerde ik het eerste klimaatdebat binnen het Koninklijk Instituut Van Ingenieurs (KIVI).

Centraal in het klimaatbeleid staat de rol van ingenieurs, omdat de echte, blijvende oplossingen technisch van aard zullen zijn. Zeker nu steeds meer blijkt
dat regulerende, juridische oplossingen, zoals verhandelbare emissierechten, perverse neveneffecten hebben en in feite niet werken.

De samenleving met zijn democratie
sche instituties doet een beroep op ingenieurs om met snelle oplossingen te ko-
men. Die zijn er echter niet. Verleid door
subsidies proberen bedrijven het met
‘technologie van de plank’. Maar, zoals
David Mackay ons in zijn boek Sustainable
 Energy Without The Hot Air voorrekent, is met
windparken en zonnepanelen niet bij be
nadering te voorzien in onze huidige energieconsumptie (zie ook de KIVI-pu
blicatie De rekening voorbij). Uit een uitvoerige studie van de Amerikaanse National Academies of Science blijkt dat de milieubelasting van een elektrische auto groter is dan die van een conventionele dieselauto. De technologie voor een duurzame samenleving bestaat nog niet.

Hoe taai en complex het vestigen van een werkelijk nieuwe technologie is, laat de ontwikkeling van de Cyclone Converter Furnace zien. Eind jaren zestig opperde een ingenieur bij Hoogovens in IJmuiden, tegenwoordig Tata Steel, het idee om ijzer te gaan produceren in een reactiecycloon in plaats van in een hoogoven, zoals we al eeuwen gewend zijn. Moderne hoogovens worden geladen met ijzeroxidepellets, een soort gebakken kleine ertsknikkers, en cokes, een even- eens in een cokesoven ‘hardgebakken’ steenkool. Die gehardheid is nodig om te voorkomen dat de ijzererts- en kolen- massa in de hoogoven onder de hoge temperatuur en druk wordt geplet. Als er geen lucht meer door de massa zou kunnen, stopt het proces. Die voorbewerking van erts en kolen kost veel energie en veroorzaakt een aanzienlijk deel van de CO2-uitstoot die met ijzerproductie gepaard gaat.

Die voorbewerkingen zijn voor ijzerproductie in een reactiecycloon niet nodig. In zo’n cycloon wervelt poederkool en poedererts in een loeihete wervelwind en reageren zij met elkaar met als resultaat ruwijzer, dat als het ware tegen de wand ‘condenseert’ en naar beneden druipt. De CO2-uitstoot is 20 % minder en in het uiterste geval mogelijk 80 %, omdat CO2 bij dit proces gemakkelijker in zuivere vorm is af te vangen voor een andere herbestemming.

Een uit oogpunt van klimaatbeleid geweldig perspectief en technisch appeltje- eitje, zou je denken. Niet dus. Sinds de ‘incubatie’ van het idee eind jaren zestig is de ontwikkeling van de Cyclone Converter Furnace een aantal malen in de mottenballen gelegd. Dat had te maken met fusies en dus veranderend bedrijfs- beleid, met schommelingen in grondstoffenprijzen en economische recessies, waardoor het project economisch perspectief verloor. Maar ook met grilligheid in overheids- en subsidiebeleid. Allerlei externe factoren de- den het project tussentijds ‘struikelen’. Sinds enkele jaren lijken de economische en politieke randvoorwaarden voor Hisarna, zoals het precompetitieve project van meerdere staalbedrijven nu heet, blijvend gunstig.

De Hisarna-staalfabriek die nu proefdraait in IJmuiden, is voorbij het proof of principle, maar in de opschaling zijn nog allerlei problemen te overwinnen. Het is zeker 2030 voordat het nieuwe proces op industriële schaal bruikbaar is. Dat betekent dat de nieuwe technologie zo’n zeventig jaar nodig had om zich te bewijzen.

Daarmee is Hisarna geen uitzondering, maar eerder de regel: grote technologische doorbraken doen er ergens tus- sen de vijftig en honderd jaar over om brede toepassing te vinden. Het eerste idee voor een inwendige verbrandingsmotor- tor met bougie is van de Belg Etienne Lenoir en stamt uit 1860. Pas veertig jaar later was die massaal produceerbaar en pas na de Tweede Wereldoorlog kwam de auto in Noord- Amerika en Europa binnen ieders financieel bereik – dat duurde dus zo’n tachtig jaar. De eerste kunststof, celluloid, werd in 1862 uitgevonden in de Verenigde Staten. Die vond vooral toepassing in de filmindustrie. Pas na de Tweede We- reldoorlog brak kunststof door als een breed toegepaste materiaalsoort in talloze alledaagse voorwerpen.

HORDES

Vooral in retrospectief lijkt zulke nieuwe technologie de wereld stormenderhand te hebben veroverd. Wie zo’n wordingsproces echter meemaakt, ziet vooral de talloze hordes die moeten worden overwonnen. Ga er maar van uit dat je geen enkele technologie die je tijdens jouw tijd van leven ge- boren ziet worden, tot wasdom zult zien komen. Behalve technologische zijn er ook sociologische hordes. Het duurde bijna een eeuw om nuttige toepassingen te vinden voor de stoommachine en in de automatisering en computerisering deed jarenlang de productiviteitsparadox opgeld: het toenemende aantal computers leidde niet tot hogere productiviteit.

Nu gaat het bij de genoemde voorbeelden nog om op zich- zelf staande uitvindingen. Bij wat ook wel te boek staat als ‘de transitie naar een duurzame samenleving’ gaat het om niet minder dan het ‘overdoen’ van de Industriële Revolutie vanaf pakweg 1750, omdat alle sindsdien ontwikkelde technologie is te herleiden tot het verbruik van grondstoffen en het verbruiken van steenkool, olie en gas. Of het nu gaat om materiaal, zoals staal, voedselproductie, geneesmiddelen of ver- voer, elke vorm van technologie is te herleiden tot arbeid of warmte of synthetische stoffen gemaakt uit fossiele koolwaterstofverbindingen met als bijproduct broeikasgassen.

De pleitbezorgers van deze transitie doen het voorkomen alsof het bereiken van een duurzame samenleving een kwestie is van besluitvaardigheid. Het vereist politiek activisme. ‘Ge- vestigde belangen’ die zich hier tegen verzetten, worden dan ontwaard in ‘de industrie’. Hoewel zij tot op zekere hoogte gelijk hebben, zien zij over het hoofd dat de hordes in de juiste volgorde moeten worden genomen: eerste de technologische en dan de sociologische, institutionele belemmeringen.

Wie naar voren vlucht, zoals de Duitse bondskanselier Merkel in 2011 vanwege electorale redenen deed door de Energie- wende te omarmen, loopt vrijwel zeker een doodlopende steeg in en moet op zijn schreden terugkeren, zoals nu ook inderdaad gebeurt. Want in feite ontbreekt de technologie voor een duurzame opwekking van elektriciteit, gegeven het niveau van energieconsumptie waaraan wij zijn gewend. Wind en zon zullen bovendien niet de ruggengraat worden van een betrouwbare stroomvoorziening zolang we deze niet vraaggestuurd, maar alleen aanbodgestuurd kunnen inzetten. Een democratische samenleving is slechts in hoge uitzondering bij machte zoiets enorms als 250 jaar op fossiele energie gebaseerde technologie in enkele decennia te vervangen. Dat vergt een oorlogseconomie. Dat het wetenschappelijk inzicht dat materie is om te zetten in energie door kernsplijting binnen twee jaar tot een bruikbare atoombom leidde, is zonder precedent. Het Manhattanproject kostte 2 miljard toenmalige dollars en er werkten 130 000 mensen aan. Het resultaat was niettemin een tamelijk bot stuk gereedschap. Maar het dwong Japan in elk geval tot capitulatie.

Het stranden van de Energie wende door de laatste Duitse verkiezingen en het eindeloze diplomatieke gepalaver over klimaatverdragen laten zien dat klimaatverandering kennelijk niet urgentie op- roept in die mate zoals werd gevoeld in de geallieerde landen toen zijn werden aangevallen door de totalitaire regimes van Japan en Duitsland – hoewel het geschetste toekomstbeeld niet minder apocalyptisch is. Elke manifestatie van extreem weer wordt ons voorbehoud- den als ‘klimaatverandering’.

Dat leidt tot politiek paniekvoetbal, zoals het Energieakkoord met 4000 MW aan windparken. Die moeten dan wel 40 % goedkoper dan nu, dat dan weer wel – de achilleshiel van het Energieakkoord is er veiligheidshalve ingeschreven, zodat iedereen ook direct weer is gerustgesteld dat die windparken er niet direct komen.

Beleid per decreet werkt niet. Technologiepreferent beleid schiet zijn doel altijd voorbij en ontmoedigt nieuwe experimenten. Beleid moet gunstige voorwaarden scheppen voor verduurzaming, om te beginnen ontfossilisering. Fiscaliseer energieverbruik tegen gelijktijdige belastingverlaging op arbeid en inkomen, geleidelijk en in Euro- pees verband. Dat is nou een van de weinige zinnige ideeën uit de koker van GroenLinks. Vooral omdat het creativiteit, innovatie en ondernemerschap van onderop bevordert en daar heeft de samenleving als totaal veel meer baat bij dan bij het spekken van het grootkapitaal van de windindustrie.

Geen zinnig mens is tegen verduurzaming zolang maar niet specifieke technologie als duurzaam wordt geframed, terwijl die dat niet is, alleen maar omdat die nu eenmaal ideologisch zo is ingekaderd in een bepaald beleidsdenken. Behalve klimaatverandering zijn er nog honderden andere, vaak betere, redenen om niet afhankelijk te willen zijn van fossiele energiedragers. Om te beginnen: ons consumptieniveau is bij de huidige stand der techniek niet vol te hou- den met een miljard Indische en een miljard Chinese middenklasseburgers erbij.

TERRASVERWARMING

Het mooie is: die zijn er morgen en ook overmorgen nog niet. We hebben dus nog even de tijd en de geschiedenis heeft ons geleerd dat er dan ook wel raad komt. Hoe? Dat weten we niet. Resultaten uit het verleden bieden geen garantie voor de toekomst. De essentie van een innovatieve samenleving is dat we de toekomstige oplossingen nog niet kennen. Zou dat wel het geval zijn, dan viel er niets te innoveren. Wie niet met die onzekerheid kan leven, fnuikt innovatie.

Innovatief, dat is die jonge ingenieur Industrieel Ontwerpen die ’s winters langs horecaterrassen fietste die met straalkachels werden verwarmd. Dat kan beter, bedacht hij, door die terrassen uit te rusten met verwarmde stoelen. En dus ontwikkelde hij een verwarmde terrasstoel. Een druppel op een gloeiende plaat? In een samenleving waarin iedereen via bijvoorbeeld fiscale regels wordt geprikkeld om kritisch na te denken over energiegebruik, ontstaan duizenden, tien- duizenden en uiteindelijk talloze van dit soort kleine projecten.

Erwin van den Brink is oud-hoofdredacteur van De Ingenieur.

 

Hisarna, staalproces met IJmuidense roots

VERVOER CYCLOON CORUS

(Voor de PDF van het artikel klik hier: 50_51_INGR13_Staalproductie)

ccf-ontwerp

 

 

tekst erwin van den brink

 

 

PROCEDÉ REDUCEERT CO2-UITSTOOT STAALPRODUCTIE

 

Nieuwe ijzertijd

 

Hoogovens maken ijzer volgens een procedé dat eigenlijk in wezen nooit is veranderd en dat energie vreet. In IJmuiden bouwt Corus nu een proeffabriek, de Cyclone Converter Furnace, die vloeibaar ruwijzer maakt uit onbewerkte grondstoffen en daarbij 20 % minder CO2 uitstoot.

 

Ingewikkeld is het maken van ijzer niet: een brandende stapel van lagen ijzererts en houtskool is voldoende om het metaal te verkrijgen. Het moet dan alleen nog uit de slak worden gebikt. Lastiger is de grootschalige industriële productie, waarbij het metaal als hete vloeistof in een hoogoven wordt gevormd en kan worden afgetapt. Om zo’n hoogoven te laten werken zijn namelijk twee andere installaties nodig, die duur zijn en veel energie vergen: een cokesoven en een ertspelletfabriek. De cokesoven verdampt en verbrandt met een ondermaat aan zuurstof de lichte, olieachtige fracties in steenkool, die daardoor harder wordt. In de ertspelletfabriek wordt fijn, rood ijzerertspoeder gebakken tot een soort knikkers, pellets. Als de steenkool niet eerst via pyrolyse in cokes wordt omgezet, dan zou deze brandstof vloeibaar, papachtig worden. Er is dan geen poreuze structuur waar de gassen die het ijzererts moeten reduceren (ontdoen van zuurstof), doorheen kunnen stromen. Zonder pellets zouden de poederlagen de hoogoven verstikken.

Staalbedrijf Corus in IJmuiden werkt al vanaf 1986 met tussenpozen aan een proces waarbij geen cokes en pellets meer nodig zijn. Inmiddels is Corus begonnen met de bouw van een proeffabriek, de Cyclone Converter Furnace (CCF), die een capaciteit krijgt van 60 000 ton per jaar. Deze reactoroven doet enigszins denken aan een enorme fles. In de hals wervelt een cycloon van zeer hete gassen rond, waarin tangentieel ijzerertspoeder met zuurstof wordt geblazen. Het deels gereduceerde erts wordt tegen de wand geslingerd, smelt en druipt langs de wand naar beneden. Waar de hals zich verwijdt, laat de vloeistof van de wand los en druipt in het ruwijzerbad onderin de fles. In dat bad worden poederkool en zuurstof geïnjecteerd. Er ontstaat zuiver vloeibaar ruwijzer, waarop een laag slak drijft. Het ijzer en de slak zijn beide apart af te tappen.

‘Dat het basismateriaal poederachtig is, werkt in tegenstelling tot bij een hoogoven in ons voordeel’, zegt ir. Koen Meijer, projectcoördinator van de proeffabriek. ‘De installatie heeft een groot reactieoppervlak en een snelle reactie, waardoor de hoeveelheid warmte-energie per eenheid product klein is en de emissie navenant lager. De reactor is in feite een lege ruimte waarin de componenten met elkaar reageren terwijl ze door de gascycloon zweven.’

 

COKESTEKORT

De CCF is een initiatief van ULCOS (Ultra-Low CO2 Steelmaking), een samenwerkingsverband van 48 Europese staalbedrijven en onderzoeksinstellingen dat de CO2-uitstoot bij het maken van staal wil reduceren. Maar dat was niet de reden waarom het project ooit is opgestart. ‘Zo’n tien jaar terug dreigde een tekort aan cokescapaciteit. Bestaande fabrieken raakten aan het eind van hun levensduur en nieuwe installaties kosten veel geld, vooral door de milieueisen. Iedereen probeerde te vermijden een nieuwe cokesfabriek te moeten bouwen en daardoor ontstond krapte op de cokesmarkt.’

Eind jaren negentig ontpopte het opkomende China zich echter als grote cokesleverancier. Bovendien ging de staalindustrie over tot het injecteren van poederkool in de hoogovens, waardoor minder cokes nodig is. De cokes brandt eenvoudig veel minder snel op door de poederkoolinjectie, terwijl de poreusheid van de lading wel in stand blijft. Corus IJmuiden loopt hierin voorop: uiteindelijk is de helft van de hoeveelheid cokes die oorspronkelijk nodig was, vervangen. ‘Daardoor kon de CCF niet meer concurreren. De hoogoven hadden we al, terwijl we de cycloon nog helemaal moesten ontwikkelen.’

Het historische dieptepunt voor de prijzen van grondstoffen eind jaren negentig deed de rest: de CCF belandde op de plank. Tot de Europese Unie er in 2004 nieuw leven in blies met ULCOS. ‘De Europese staalindustrie had uit eigen beweging al de technologie geïnventariseerd die leidt tot minder CO2-uitstoot, vanaf het delven van grondstoffen tot warmgewalst rol staal voor autodeuren en koelkasten.’ In de periode 2005-2007 zijn vier technologieën geselecteerd. Twee daarvan, advanced direct reduction en elektrolyse, wijken sterk af van het bestaande hoogovenproces en vergen nog veel ontwikkeltijd. De andere zijn topgasrecycling, waarbij in een conventionele hoogoven de bruikbare componenten als koolmonoxide en waterstof uit het afgas worden gefilterd en teruggeleid in het proces, en de CCF.

Het principe om chemische processen in wervelende gasstromen te laten plaatsvinden, wordt in de industrie wel vaker toegepast. Het is dus een beetje verbazingwekkend dat dit idee van een cycloon in de staalindustrie nergens elders is opgepakt. In de jaren zestig was Jan van Lange bij Hoogovens in IJmuiden betrokken bij een project om een smeltcycloon toe te passen. Dat werd geen succes, maar toen de jonge Meijer in de jaren tachtig bij Hoogovens betrokken raakte bij de zoektocht naar een cokesloze productietechniek, kruiste zijn pad dat van Van Lange, die toen vlak voor zijn pensioen zat. Meijer: ‘Dat smelten van erts ging eigenlijk wel goed, maar het proces daarna niet. Vandaar dat we toen hebben besloten het nogmaals te proberen met die cycloon.’ De proefinstallatie, die in de jaren negentig bewees twintig ton ruwijzer per uur te kunnen maken, bestond eigenlijk alleen uit de cycloon, het bovenste gedeelte. Voor het procesgedeelte van de converter, het ijzerbad onderin de oven, werd toen gebruikgemaakt van een van de bestaande converters van Oxystaalfabriek 1.

Daarom komt het goed van pas dat het ULCOS-consortium in 2008 besloot te gaan samenwerken met het Brits-Australische Rio Tinto, dat de zogenoemde HIsmelt-technologie heeft ontwikkeld: ertsdeeltjes worden in een ijzerbad gereduceerd met kolen en zuurstofrijke lucht. Dit lijkt sterk op het onderste gedeelte van de CCF. Dit vloeibare bad is essentieel, maar Corus heeft dit nooit op industriële schaal toegepast. Door samen te werken met Rio Tinto hoeft Corus de technologie niet zelf te ontwikkelen. De combinatie van de twee technologieën is HIsarna gedoopt, een samensmelting van het HI van HIsmelt en van Isarna, een oud Keltisch woord voor ijzer.

www.corus.nl

www.ulcos.org

 

 

(BEELDMATERIAAL)

 

(ccf-ontwerp.jpg samen met CCF-doorsnede-teskt.ai)

Impressie van de Cycloon Convertor Furnace, die in IJmuiden in aanbouw is, met een schematische weergave van de werking.

 

ILLUSTRATIES CORUS

 

(Tekening multi-oven.jpg)

Ontwerptekening van een smeltcycloon van Hoogovens, eind jaren zestig.

 

 

(QUOTES)

 

‘Dat het basismateriaal poederachtig is, werkt in ons voordeel’

 

‘De componenten reageren met elkaar terwijl ze door de gascycloon zweven’