Elektrochemische synthese is geen nieuwe techniek en er wordt wereldwijd door verschillende instituten al volop mee geëxperimenteerd. Een nadeel, het blijft vaak beperkt tot het laboratorium. Ook het e-Refinery instituut heeft twee routes uitvoerig getest en wil nu samen met industriële bedrijven een pilot beginnen. “De industrie maakt grondstoffen die hard nodig zijn, bijvoorbeeld voor verpakkingsmateriaal of medicijnen”, vertelt Ruud van Ommen, directeur van het e-Refinery instituut en hoogleraar Chemical Engineering aan de TU Delft. “Maar de samenleving moet ‘defossiliseren’ en om deze essentiële stoffen te kunnen blijven maken, zijn er dus nieuwe, schone technieken nodig. Omdat we bovendien in een relatief korte tijd een grote transitie doormaken, is het belangrijk om het zo snel mogelijk in de praktijk te testen. Hiermee krijgen we een beeld wat er nog nodig is om de apparaten op grote schaal te bouwen, zodat de volledige industrie haar processen uiteindelijk kan verduurzamen.” 

Het e-Refinery instituut, dat sinds begin dit jaar structureel samenwerkt met TNO, ontwikkelde twee vormen van elektrochemische synthese: waterelektrolyse in combinatie met een thermochemisch of biotechnologisch proces, ook wel ‘de indirecte route’ genoemd en CO₂-elektrolyse, ‘de directe route’. Bij de indirecte route wordt bijvoorbeeld door middel van duurzame elektriciteit waterstof gemaakt en CO^₂ omgezet in CO, waardoor je syngas verkrijgt, een bouwsteen waar weer andere stoffen uit gemaakt kunnen worden. Bij de directe route wordt CO₂ in water opgelost. Door hier vervolgens duurzame stroom op te zetten kunnen er direct grondstoffen worden gemaakt. “De directe methode is efficiënter, maar moet verder uitgekristalliseerd worden en dit kost nog enkele jaren”, legt Van Ommen uit. “Voordeel is wel dat er minder schaarse elementen nodig zijn. Voor de indirecte methode bevatten de waterelektrolysecellen die aan de binnenkant van het apparaat zitten namelijk platina. Bij de directe methode gebruiken we daarvoor veelal koper, een metaal waar je makkelijker aan kunt komen. Want als we op zo’n grote schaal zullen verduurzamen moeten de materialen natuurlijk wel voorradig zijn zodat het voor iedereen haalbaar is en de kosten zo laag mogelijk blijven.” 

Een andere uitdaging is dat voor elektrochemische synthese CO₂ nodig is. Die kan wel al uit de lucht gehaald worden, maar de methode staat nog in de kinderschoenen en moet efficiënter. Hiervoor is meer onderzoek nodig. Ook het verkrijgen van voldoende duurzame energie kan een struikelblok zijn. “De industrie is gewend om altijd energie te hebben voor de operationele processen”, vertelt John Nijenhuis, senior technology manager en grondlegger van het e-Refinery instituut. “Als we overstappen op duurzame energie, wordt dat aanbod in ons land alternerend en seizoensafhankelijk. De huidige processen zijn daar nog niet op ingericht en de industrie moet dus rekening houden met een dynamischer proces.”

Het e-Refinery instituut werkt sinds begin dit jaar structureel samen met het programma VoltaChem van TNO en wil gezamenlijk de samenwerking met de industrie aangaan. “Er zijn nog een hoop vragen waar pas antwoord op komt als we de technologie onder echte praktijkcondities testen”, verklaart Nijenhuis. “Hoe gedragen de systemen zich onder industriële condities? Wat is de levensduur van het apparaat? Hoe kunnen we de scheidingsprocessen die bij dit proces komen kijken zo optimaal mogelijk uitvoeren? Hoe moeten de fabrieken van de toekomst worden ingericht? Is er nog regelgeving die dwars zit? En wat gaat het kosten?” Het belangrijkste is volgens hem dat de industrie in elk geval reële opties krijgt, zodat de transitie op den duur ingezet kan worden. “Dit zal stapsgewijs gaan. De meeste bedrijven hebben niet ergens nog een lap grond en het kapitaal over om zomaar een fabriek neer te zetten als proefproject. Dat is begrijpelijk.” Maar duidelijk wordt wel dat er haast bij is. “Als de industrie over ruim 25 jaar compleet verduurzaamd moet zijn, dan moeten we in feite over 15 jaar de eerste goed werkende schone fabriek hebben neergezet. En daar moet nog een hoop voor gebeuren. Kortom, er is werk aan de winkel. We zoeken daarom de versnelling met TNO binnen ‘e-Chem’, zodat we samen met de industrie snelle stappen kunnen zetten.”