Na vele jaren van plannen, engineering en bouwen zal eind dit jaar de carbon capture-installatie van Heidelberg Materials in Brevik (Noorwegen) in gebruik worden genomen. Bij de productie van cement wordt er CO2 afgevangen en in de Noordzee opgeslagen. Dat biedt de mogelijkheid om vanaf zomer 2025, als eerste cementproducent ter wereld, net-zero cement op industriële schaal op de markt te brengen. Eerst in Europa en dus ook Nederland, vervolgens wereldwijd. Een belangrijke stap naar een klimaatneutrale cementindustrie en klimaatneutraal beton.
EERSTE EMISSIELOZE CEMENTEN VANAF MEDIO 2025
VERKRIJGBA AR DANKZIJ CARBON CAPTURE
Na vele jaren van plannen, engineering en bouwen zal eind dit jaar de
carbon capture-installatie van Heidelberg Materials in Brevik
(Noorwegen) in gebruik worden genomen. Bij de productie van
cement wordt er CO
2 afgevangen en in de Noordzee opgeslagen. Dat
biedt de mogelijkheid om vanaf zomer 2025, als eerste
cementproducent ter wereld, net-zero cement op industriële schaal
op de markt te brengen. Eerst in Europa en dus ook Nederland,
vervolgens wereldwijd. Een belangrijke stap naar een klimaatneutrale
cementindustrie en klimaatneutraal beton.
De opkomst van net-zero cement
Z
oals bekend is beton, met 14 miljard m 3
per jaar, het meest gebruikte bouwmate -
riaal ter wereld. De bouwopgave van
woningen, kantoren, fabrieken en infrawerken
tot 2050 is vanwege de nog altijd snel groei-
ende wereldbevolking (met een netto groei
van 80 miljoen mensen per jaar) en stijgende
welvaart enorm. In het Klimaatakkoord van
Parijs uit 2015 is als doel gesteld dat de opwar -
ming van de aarde, ten opzichte van voor de
industriële revolutie, onder de 1,5 °C blijft. Om
hieraan te voldoen, zal de uitstoot van CO
2 van beton flink naar beneden moeten. Cement als
onderdeel van beton is verantwoordelijk voor
circa 7% van de wereldwijde CO
2-uitstoot. In
Nederland is dit, door het veelvuldig gebruik
van hoogovencementen, 1,5%.
KLIMA ATNEUTR A AL CEMENT
Heidelberg Materials heeft zich geconfor -
meerd aan de 1,5 °C-grens en zal in 2030 ten
opzichte van 1990 bijna 50% minder CO
2 uit -
stoten en in 2050 of eerder klimaatneutraal
zijn. Een belangrijke stap naar deze doelstel- ling, een klimaatneutrale cementindustrie, is
het afvangen van de bij de productie van
cement uitgestoten CO
2. In de klimaatplannen
van de Europese Unie is de afvang en opslag
van CO
2, ofwel carbon capture and storage
(CCS), uitdrukkelijk benoemd als één van de
maatregelen om tot CO
2-reductie te komen.
Eind dit jaar wordt de eerste carbon capture
(CC)-installatie in Brevik in Noorwegen in
gebruik genomen (foto 1). Vanaf medio vol-
gend jaar leidt dat tot de introductie van net-
zero cement, onder de merknaam evoZero.
NET-ZERO IN DRIE STAPPEN
Bij de productie van portlandklinker wordt
kalksteen (CaCO
3) bij hoge temperaturen (ca.
1400 °C) verhit. De kalksteen ontleedt zich in
calciumoxide (CaO) en CO
2. De decarbonisatie
van de kalksteen is onvermijdelijk in het proces
en verantwoordelijk voor ongeveer twee derde
van de uitgestoten CO
2. Een derde is het gevolg
van het gebruik van brandstoffen voor het ver -
hitten van de oven (fig. 2).
Om uiteindelijk net-zero cement te produceren,
is het belangrijk het aandeel portlandklinker in
cement zo laag mogelijk te houden (stap 1).
Portlandcement (CEM I) bestaat bijna volledig
uit gemalen portlandklinker en heeft een aard -
4 VAKBL AD 3 2024
Auteur Jan Veenstra, Heidelberg Materials
1 Eind dit jaar wordt in Brevik (Noorwegen) CO 2 afgevangen bij de productie van portlandklinker
BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 4BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 4 05-09-2024 12:3005-09-2024 12:30
Cement & CO 2
1
6-8-2024Presentatie - HM evoZero RWS Da vy va n Lienden en Jan Veenstra
CaCO 3 + warmte CaO + CO 2
CO 2 uit
proces
68% CO 2 uit
brandstoen
32%
De opkomst van net-zero cement
opwarmingsvermogen (global warming poten-
tial, GWP) van circa 857 kg CO
2-eq/ton. Het in
Nederland veel toegepaste hoogovencement
CEM III/B 42,5 LH SR, waarbij 70% portlandklin -
ker is ver vangen door gegranuleerde hoog -
ovenslak, heeft met 270 kg CO
2-eq/ton een aan-
zienlijk lager GWP. Het gebruik van zoveel
mog
elijk alternatieve brandstoffen voor de pro -
ductie van portlandklinker helpt de CO
2-uitstoot
verder te verlagen (stap 2). De laatste en derde
stap naar volledig net-zero cement is het afvan -
gen van de vrijgekomen CO
2 tijdens de productie
van portlandklinker. Met deze productietechniek
kan portlandklinker CO
2-vrij worden gemaakt.
Dit vormt de basis voor net-zero cementen.
CO 2 AFVANGEN
De eerste gesprekken binnen Heidelberg
Materials over het op industriële schaal afvan-
gen van de uitgestoten CO
2 bij de productie van
portlandklinker, dateren uit 2005. Vele duizen-
den uren zijn er sindsdien besteed aan de engi-
neering van de CC-installatie. Er zijn diverse
technieken voor carbon capture (zie kader
' Technieken voor carbon capture'). In Brevik is
gekozen voor de aminetechnologie. Dit is een
volwassen en bewezen technologie voor het
afvangen van CO
2 uit de rookgassen. De tech- niek is in 2014 op kleine schaal getest, het
haalbaarheidsonderzoek is in 2016 afgerond.
De daadwerkelijke bouw van de installatie is in
2020 gestart en nadert nu haar voltooiing
(foto 3). Eind dit jaar zal deze in bedrijf worden
genomen. Per jaar zal dan zo'n 400.000 ton CO
2
worden afgevangen. Dit is ongeveer de helft
van de totale hoeveelheid uitgestoten CO
2.
Naast Brevik, staan er nog twee projecten in de
planning die voor de Nederlandse markt
belangrijk zijn: Anthemis en Gezero. Het pro-
ject Anthemis betreft een in 2028 te bouwen
CC-installatie in Antoing (België). Deze fabriek
levert momenteel een significant volume aan
klinker voor de Nederlandse markt. Hier zal circa 800.000 ton CO
2 per jaar worden afgevan-
gen, wat gelijk staat aan 97% van de totale uit -
stoot. Gezero betreft een CC-installatie in
Geseke (Duitsland). De afvangcapaciteit van
die installatie is circa 700.000 ton CO
2 per jaar,
ook hier betreft het 97% van de totale uitstoot.
Wereldwijd heeft Heidelberg Materials nog
diverse andere CC-installaties gepland (fig. 7).
OPSL AG ONDER DE ZEEBODEM
De afgevangen CO
2 wordt in de cementfabriek
vloeibaar en klaar voor transport gemaakt. Het
transport en de opslag (storage) zijn onderdeel
van het project Northern Lights, een samen-
werking tussen Equinor (Noorse overheid),
Shell en TotalEnergies. Met speciaal gebouwde
2 Twee derde van de CO?-uitstoot bij de productie van portlandklinker is het gevolg van decarbonisatie, een derde van fossiele brandstoffen voor het verhitten van de oven
TECHNIEKEN VOOR CARBON CAPTURE
De cementindustrie werkt aan de ontwikkeling van een aantal technieken om CO 2 af te vangen en ver -
volgens elders te gebruiken of op te slaan. Alle in ontwikkeling zijnde technieken richten zich op het
concentreren van de vrijkomende CO
2. De rookgassen van een cementoven
bevatten namelijk grofweg 25% CO
2 en dat is veel te weinig om het efficiënt te
kunnen afvangen en te gebruiken of op te slaan. In het artikel 'CO
2-afvang bij
de productie van cement' in Betoniek Vakblad 2024/1 worden drie verschil-
lende technieken beschreven, namelijk: oxyfuel, amines en separate calcina-
tie (Leilac).
De CC-installatie vangt bij de productie van
portlandklinker 400.000 ton CO
2 per jaar af, ongeveer
de helft van de totale CO
2-uitstoot
5 VAKBL AD 3 2024
BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 5BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 5 05-09-2024 12:3005-09-2024 12:30
schepen zal de vloeibare CO 2 van Brevik naar de
tussenopslag aan de westkust van Noorwegen
(Øygarden) worden gevaren. Vanaf de tussen-
opslag gaat het transport verder via een pijplei-
ding 100 km uit de kust, naar de opslag in lege
gas- en olievelden gelegen op 2,6 km onder de
zeebodem (fig. 4). Northern Lights slaat op
deze plek nog meer afgevangen CO
2 uit andere
industrieën permanent op, waaronder die van
de Deense biomassaenergiecentrale Ørsted
A snæs (ca. 430.000 ton afgevangen CO
2 per
jaar) en kunstmestfabrikant Yara uit Sluiskil. Het op deze manier opslaan van CO
2 wordt al
meer dan 30 jaar door de olie- en gasindustrie
toegepast en is een bewezen en veilige tech-
niek. De opgeslagen CO
2 zal na vele (meer dan
duizend) jaren uiteindelijk mineraliseren.
CCUS
De EU-commissie subsidieert, met de inkom-
sten uit verkoop van emissierechten via het
Emissions Trading System (zie kader 'ETS'),
met miljarden euro's fors in transport- en
opslagcapaciteit van CCS- en CCUS-projecten (de U staat voor Utilisation, ofwel het gebruik
van CO
2 als grondstof). Naast de al genoemde
CC-projecten, wordt momenteel op de Maas -
vlakte gewerkt aan het project Porthos (Port of
Rotterdam CO
2 Hub and Offshore Storage). Het
project omvat de aanleg van een CO
2-trans-
portleiding die 25 km uit de kust naar een
opslag 3 km onder de zeebodem leidt. Vanaf
2026 kan hier in een periode van 15 jaar circa
37 megaton CO
2 worden opgeslagen. De
cement-, afvalverwerkings-, chemische en
kunstmestindustrie zullen gebruikmaken van
deze opslag. De verwachting is dat de Euro-
pese carbon capture-industrie in de toekomst
75.000 tot 170.000 banen zal opleveren in de
volledige waardeketen.
BOEKHOUDING CARBON BANK
Voor het cement uit Brevik worden de CO
2-
afvang en emissieboekhouding onafhankelijk
nagekeken door het verificatiebedrijf DNV (Det
Norske Veritas). Voor de registratie van carbon
capture geldt dat de emissierechten voor elke
ton aan afgevangen CO
2 slechts één keer op de
rekening van de carbon bank kunnen worden
bijgeschreven. Dat gebeurt pas op het moment
dat de batch CO
2 daadwerkelijk in de lege olie-
en gasvelden is opgeslagen. Vanaf dat moment
kunnen de rechten gegarandeerd slechts één
keer worden uitgegeven. Dit is gewaarborgd
door middel van CO
2-kwaliteitscertificaten en
het onherroepelijk en transparant registreren
van alle transacties en stappen in blockchain,
zodat alles herleidbaar is.
BESCHIKBA ARHEID
Door het afvangen van 400.000 ton CO
2 per jaar,
kan in Brevik ongeveer 500.000 ton aan emis -
sieloze portlandklinker worden geproduceerd.
Afhankelijk van het type cement en portland-
klinkeraandeel ligt dat tussen de 600.000 en
1 miljoen ton net-zero cement. Bij een jaarlijkse
Europese cementbehoefte van circa 200 miljoen
ton is de beschikbaarheid van het emissieloze
cement in het begin minder dan 1%. Dat aandeel
zal groeien wanneer de komende jaren meer -
dere CC-installaties met een grotere capaciteit
in gebruik zullen worden genomen.
F YSIEK NET-ZERO CEMENT
Heidelberg Materials introduceert twee typen
net-zero cementen, fysieke en virtuele. De
fysieke krijgt als toevoeging 'Brevik' in de
merknaam. Dit betreft de cementen die gro-
ETS
Het Emissions Trading System (ETS) is een systeem voor de handel in emissierechten en een marktin-
strument voor het terugdringen van CO
2-uitstoot. Met 1 emissierecht mag een bedrijf 1 ton CO 2 uitsto-
ten. Het aantal beschikbare rechten is beperkt en gaat ook nog eens elk jaar omlaag. De prijs voor een
emissierecht, de CO
2-prijs, wordt bepaald door vraag en aanbod.
Wereldwijd zijn er verschillende emissiehandelssystemen. Nederland doet, samen met nog 29 andere
Europese landen, mee aan het Europese systeem voor emissiehandel. Dit EU ETS is in 2005 ingevoerd
en is het grootste emissiehandelssysteem ter wereld, met ongeveer 10.000 Europese bedrijven die
samen verantwoordelijk zijn voor 45% van de CO
2-uitstoot in de EU. Deze deelname is verplicht. Elk
jaar stelt de Europese Commissie vast hoeveel CO
2 de ETS-bedrijven mogen uitstoten, hetgeen gelijk
staat aan het aantal emissierechten dat op de markt komt.
Het EU ETS wordt in Nederland uitgevoerd door de Nederlandse Emissieautoriteit. Zij verleent de vergun -
ningen, houdt toezicht en voert metingen, inspecties, controles en onderzoeken uit. Daarnaast beheert zij
he
t EU ETS-register, de carbon bank met de rekeningen en emissierechten van de ETS-deelnemers.
Bron: emissieautoriteit.nl
3 De CC-installatie in Brevik zal per jaar circa 400.000 ton CO
2 afvangen
Heidelberg Materials introduceert vanaf medio 2025
twee typen net-zero cement: fysieke en virtuele
6 VAKBL AD 3 2024
BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 6BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 6 05-09-2024 12:3005-09-2024 12:30
tendeels in Scandinavië op de markt komen.
Aangezien in Brevik ongeveer de helft van het
CO
2 wordt afgevangen, kan het gaan om hier
geproduceerde cementen die compleet of
gedeeltelijk emissieloos zijn, of een traditio-
neel GWP-profiel hebben. Via het zogenoemde
systeem Mass Balance wordt transparant
gemaakt bij welke cementen de afgevangen
CO
2-emissies zijn verrekend en dat elke ton
afgevangen CO
2 maar eenmaal wordt gebruikt.
VIRTUEEL NET-ZERO CEMENT
Het in Noorwegen geproduceerde net-zero
cement wordt nu volledig benut in Scandina-
vië. Het is natuurlijk mogelijk dit fysieke net-
zero cement naar de rest van Europa te trans -
porteren, maar dat betekent extra CO
2-uitstoot
door transport. Voor elke geëxporteerde ton
cement zou er dan ook weer een ton moeten
worden geïmporteerd. Om dit transport te
voorkomen, komen er ook virtuele net-zero
cementen op de Europese markt. Hierbij wordt
het zogenoemde systeem book and claim
gehanteerd. Dit is een systeem waarmee spe -
cifieke kenmerken van een bepaald fysiek
cement, in dit geval het kenmerk aandeel afge -
vangen CO
2, kunnen worden losgekoppeld en
afzonderlijk worden overgedragen aan een
ander cement via een speciaal register (fig. 5).
Zowel bij Mass Balance als book and claim
vindt er controle plaats door het verificatiebe -
drijf DNV. Bij het gebruik van virtuele net-zero
cementen kan dus het in het land zelf toege -
paste cement worden toegevoegd. Het heeft
als voordeel dat de betonmengsels, de ver -
werking en de bewaarcondities niet hoeven te
worden aangepast. Fysieke en virtuele net-
zero cementen zijn dus communicerende
vaten: wanneer meer virtueel net-zero cement
wordt toegepast, kan er minder fysiek net-zero
cement worden toegevoegd.
evoZero Carbon Captured | We will o ?er two types of unique net z ero] products
evoZero Ca rbon C aptured ? Sa les training
1
2
6-8-2024 Presentatie - HM evoZero RWS Da vy va n Lienden en Jan Veenstra
CO2-opslag
oshore
CO2-opslag
2,6 km
onshore tussenopslag transport per schip CO2 wordt bij productie
afgevangen en vloeibaar gemaakt
100 km
CO2 CO2
4 Afgevangen CO 2 wordt vloeibaar gemaakt en getransporteerd naar de opslag in lege gas- en olievelden onder de zeebodem
5
F
ysiek net-zero cement komt uit Brevik (1). Virtueel
net-zero cement (2) kan lokaal worden geproduceerd;
via book and claim worden emissierechten uit de
carbon bank overgedragen
REKENEN MET NET-ZERO CEMENT
Hoe bereken je het milieuprofiel van virtueel
net-zero cement? Een Nederlands voorbeeld.
Het GWP-profiel van hoogovencement CEM
III/B 42,5 LH SR, bestaande uit 30% klinker en
70% hoogovenslak, is 270 kg CO
2-eq per ton
cement. Door deze 270 kg CO
2 uit de eigen car -
bon bankrekening te halen, wordt de emissie
gereduceerd naar 0 kg CO
2. Daardoor kan de
milieukostenindicator (MKI) verlaagd worden
van ? 17,30 naar ? 3,80 per ton cement. De
andere 10 van de nu 11 milieu-impactcatego-
rieën die bepalend zijn voor de MKI blijven
immers gelijk (per 1 januari 2025 wordt de MKI
berekend op basis van 19 milieu-impactcate -gorieën). In dit voorbeeld wordt naast de CO
2-
emissie van de portlandklinker ook de toege -
rekende CO
2-emissie van de gegranuleerde
hoogovenslak gereduceerd.
In een gemiddeld gebouw is beton voor onge -
veer de helft verantwoordelijk van de totale
CO
2-uitstoot van alle toegepaste bouwmate -
rialen. Het toepassen van (virtueel) net-zero
c
ement heeft daarmee de potentie om een
CO
2-reductie van 50% te behalen. Bij toepas -
sing van dit type cement in een infrastructu-
reel kunstwerk, waar het aandeel beton
groter is, zal de reductie van CO
2 nog veel
hoger zijn.
Virtuele net-zero cementen kunnen lokaal worden geproduceerd;
betonmengsels, de verwerking en de bewaarcondities hoeven niet
te worden aangepast
7 VAKBL AD 3 2024
BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 7BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 7 05-09-2024 12:3005-09-2024 12:30
Indien met de opdrachtgever is overeengeko-
men het principe van Cradle to Grave te hante-
ren voor de berekening van de CO
2-emissies
voor bouwwerken, kan ook de carbonisatie van
de betonconstructie gedurende de levensduur
en sloop worden meegerekend. Carbonisatie is
de chemische reactie waarbij poriewater op het
grensvlak beton/lucht in aanraking komt met
CO
2 (uit de buitenlucht), waardoor kalksteen
(CaCO
3) wordt gevormd. Dit betekent dat het
aandeel beton zelfs CO
2-negatief kan zijn.
TOT SLOT
De net-zero cementen komen vanaf medio 2025
op de markt en zijn een belangrijke stap naar
een klimaatneutrale cementindustrie en kli-
maatneutraal beton. Betonproducenten en aan-
nemers hoeven met virtuele emissieloze
cementen geen aanpassingen te doen aan het
productie- en verwerkingsproces, maar hebben
wel het voordeel van volledige CO
2-reductie. De
beschikbaarheid is in het begin minder dan 1%
van de Europese cementbehoefte, maar dat
aandeel zal groeien door de komst van meer -
dere geplande CC-installaties (fig. 7). Heidel-
berg Materials heeft de ambitie het emissieloze
cement, voor de introductie en zichtbaarheid,
op korte termijn toe te passen in iconische infra-
werken en gebouwen, zoals het in 2027 te bou-
wen nieuwe Nobel Center in Stockholm.
7
13
8
10
6
11
5
3
4
2
9 14
12 1
*Door de EU genancierde projecten
Alle data zijn geschatte startdata van de activiteiten, timing afhankeli\
jk van verschillende factoren, incl. nancieringsbesluit
1 | CCS 2024Brevik, Norway
400 kt CO 2 p.a.
2 | CC 2024*Devnya, Bulgaria
OxyCal pilot site
3 | CC 2025Mergelstetten, Germany
Oxyfuel pilot
4 | CCU 2025Lengfurt, Germany
70 kt CO 2 p.a.
5 | CC 2026Ennigerloh, Germany
LEIL AC1+2, 100 kt CO 2 6 | CCU 2026Sa, Morocco
Upscaling capacity
7 | CCUS 2027Edmonton, Canada>
1,000 kt CO 2 p.a.
8 | CCS 2028Padeswood, UK
800 kt CO 2 p.a.
9 | CCUS 2028*Devnya, Bulgaria
800 kt CO 2 p.a.
10 | CCUS 2029Antoing, Belgium
800 kt CO 2 p.a.
11 |CCS 2029*Geseke, Germany
700 kt CO 2 p.a.
12 | CCS 2030Slite, Sweden
1,800 kt CO 2 p.a.
13 | CCUS 2030Mitchell, USA
2,000 kt CO 2 p.a.
14 | CCS 2030Air vault, France
1,000 kt CO 2 p.a.
7 Geplande CC-installaties van Heidelberg Materials wereldwijd
6 Bouw van de CC-installatie in Brevik
8 VAKBL AD 3 2024
BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 8BV 2024-03_art-net-zero-cement.indd 8 05-09-2024 12:3005-09-2024 12:30
In het kort
- Eind dit jaar wordt de eerste carbon capture (CC)-installatie van Heidelberg Materials in Brevik (Noorwegen) in gebruik genomen
- De CC-installatie vangt bij de productie van portlandklinker 400.000 ton CO2 per jaar af, ongeveer de helft van de totale CO2-uitstoot
- Dankzij deze techniek kan er ongeveer 500.000 ton aan emissieloos portlandklinker worden geproduceerd en, afhankelijk van het type cement en portlandklinkeraandeel, tussen de 600.000 en 1 miljoen ton net-zero cement
- Net-zero cementen zijn een belangrijke stap naar een klimaatneutrale cementindustrie
- In Brevik is gekozen voor de volwassen en bewezen aminetechnologie
- De afgevangen CO2 wordt vloeibaar gemaakt en via een tussenopslag en een pijpleiding 100 km uit de kust getransporteerd naar de opslag in lege gas- en olievelden, gelegen op 2,6 km onder de zeebodem
- Heidelberg Materials introduceert vanaf medio 2025 twee typen net-zero cement: fysieke en virtuele
- Fysieke net-zero cement, geproduceerd in Brevik, komt vooral in Scandinavië op de markt
- Bij virtueel net-zero cement, dat lokaal wordt geproduceerd, is de CO2-uitstoot via book and claim verrekend
- Virtuele net-zero cementen kunnen lokaal worden geproduceerd; betonmengsels, de verwerking en de bewaarcondities hoeven niet te worden aangepast
- De beschikbaarheid van emissieloos cement is in 2025 minder dan 1% van de totale cementbehoefte in Europa, maar zal groeien door de komst van meerdere geplande CC-installaties
Zoals bekend is beton, met 14 miljard m3 per jaar, het meest gebruikte bouwmateriaal ter wereld. De bouwopgave van woningen, kantoren, fabrieken en infrawerken tot 2050 is vanwege de nog altijd snel groeiende wereldbevolking (met een netto groei van 80 miljoen mensen per jaar) en stijgende welvaart enorm. In het klimaatakkoord van Parijs uit 2015 is als doel gesteld dat de opwarming van de aarde, ten opzichte van voor de industriële revolutie, onder de 1,5 °C blijft. Om hieraan te voldoen, zal de uitstoot van CO2 van beton flink naar beneden moeten. Cement als onderdeel van beton is verantwoordelijk voor circa 7% van de wereldwijde CO2-uitstoot. In Nederland is dit, door het veelvuldig gebruik van hoogovencementen, 1,5%.
Klimaatneutraal cement
Heidelberg Materials heeft zich geconformeerd aan de 1,5 °C-grens en zal in 2030 ten opzichte van 1990 bijna 50% minder CO2 uitstoten en in 2050 of eerder klimaatneutraal zijn. Een belangrijke stap naar deze doelstelling, een klimaatneutrale cementindustrie, is het afvangen van de bij de productie van cement uitgestoten CO?. In de klimaatplannen van de Europese Unie is de afvang en opslag van CO2, ofwel carbon capture and storage (CCS), uitdrukkelijk benoemd als één van de maatregelen om tot CO2-reductie te komen. Eind dit jaar wordt de eerste carbon capture (CC)-installatie in Brevik in Noorwegen in gebruik genomen (foto 1). Vanaf medio volgend jaar leidt dat tot de introductie van net-zero cement, onder de merknaam evoZero.
Net-zero in drie stappen
Bij de productie van portlandklinker wordt kalksteen (CaCO3) bij hoge temperaturen (ca. 1400 °C) verhit. De kalksteen ontleedt zich in calciumoxide (CaO) en CO2. De decarbonisatie van de kalksteen is onvermijdelijk in het proces en verantwoordelijk voor ongeveer twee derde van de uitgestoten CO2. Een derde is het gevolg van het gebruik van brandstoffen voor het verhitten van de oven (fig. 2).
Om uiteindelijk net-zero cement te produceren, is het belangrijk het aandeel portlandklinker in cement zo laag mogelijk te houden (stap 1). Portlandcement (CEM I) bestaat bijna volledig uit gemalen portlandklinker en heeft een aardopwarmingsvermogen (global warming potential, GWP) van circa 857 kg CO2-eq/ton. Het in Nederland veel toegepaste hoogovencement CEM III/B 42,5 LH SR, waarbij 70% portlandklinker is vervangen door gegranuleerde hoogovenslak, heeft met 270 kg CO2-eq/ton een aanzienlijk lager GWP. Het gebruik van zoveel mogelijk alternatieve brandstoffen voor de productie van portlandklinker helpt de CO2-uitstoot verder te verlagen (stap 2). De laatste en derde stap naar volledig net-zero cement is het afvangen van de vrijgekomen CO2 tijdens de productie van portlandklinker. Met deze productietechniek kan portlandklinker CO2-vrij worden gemaakt. Dit vormt de basis voor net-zero cementen.
2. Twee derde van de CO2-uitstoot bij de productie van portlandklinker is het gevolg van decarbonisatie, een derde van fossiele brandstoffen voor het verhitten van de oven
CO2 afvangen
De eerste gesprekken binnen Heidelberg Materials over het op industriële schaal afvangen van de uitgestoten CO2 bij de productie van portlandklinker, dateren uit 2005. Vele duizenden uren zijn er sindsdien besteed aan de engineering van de CC-installatie. Er zijn diverse technieken voor carbon capture (zie kader ‘Technieken voor carbon capture’). In Brevik is gekozen voor de aminetechnologie. Dit is een volwassen en bewezen technologie voor het afvangen van CO2 uit de rookgassen. De techniek is in 2014 op kleine schaal getest, het haalbaarheidsonderzoek is in 2016 afgerond. De daadwerkelijke bouw van de installatie is in 2020 gestart en nadert nu haar voltooiing (foto 3). Eind dit jaar zal deze in bedrijf worden genomen. Per jaar zal dan zo’n 400.000 ton CO2 worden afgevangen. Dit is ongeveer de helft van de totale hoeveelheid uitgestoten CO2.
Naast Brevik, staan er nog twee projecten in de planning die voor de Nederlandse markt belangrijk zijn: Anthemis en Gezero. Het project Anthemis betreft een in 2028 te bouwen CC-installatie in Antoing (België). Deze fabriek levert momenteel een significant volume aan klinker voor de Nederlandse markt. Hier zal circa 800.000 ton CO2 per jaar worden afgevangen, wat gelijk staat aan 97% van de totale uitstoot. Gezero betreft een CC-installatie in Geseke (Duitsland). De afvangcapaciteit van die installatie is circa 700.000 ton CO2 per jaar, ook hier betreft het 97% van de totale uitstoot. Wereldwijd heeft Heidelberg Materials nog diverse andere CC-installaties gepland (fig. 6).
3. De CC-installatie in Brevik zal per jaar circa 400.000 ton CO2 afvangen
4. Afgevangen CO2 wordt vloeibaar gemaakt en getransporteerd naar de opslag in lege gas- en olievelden onder de zeebodem
Technieken voor carbon capture
De cementindustrie werkt aan de ontwikkeling van een aantal technieken om CO2 af te vangen en vervolgens elders te gebruiken of op te slaan. Alle in ontwikkeling zijnde technieken richten zich op het concentreren van de vrijkomende CO2 . De rookgassen van een cementoven bevatten namelijk grofweg 25% CO2 en dat is veel te weinig om het efficiënt te kunnen afvangen en te gebruiken of op te slaan. In het artikel ‘CO2-afvang bij de productie van cement’ in Betoniek Vakblad 2024/1 worden drie verschillende technieken beschreven, namelijk: oxyfuel, amines en separate calcinatie (Leilac).
Opslag onder de zeebodem
De afgevangen CO2 wordt in de cementfabriek vloeibaar en klaar voor transport gemaakt. Het transport en de opslag (storage) zijn onderdeel van het project Northern Lights, een samenwerking tussen Equinor (Noorse overheid), Shell en TotalEnergies. Met speciaal gebouwde schepen zal de vloeibare CO2 van Brevik naar de tussenopslag aan de westkust van Noorwegen (Øygarden) worden gevaren. Vanaf de tussenopslag gaat het transport verder via een pijpleiding 100 km uit de kust, naar de opslag in lege gas- en olievelden gelegen op 2,6 km onder de zeebodem (fig. 4). Northern Lights slaat op deze plek nog meer afgevangen CO2 uit andere industrieën permanent op, waaronder die van de Deense biomassaenergiecentrale Ørsted Asnæs (ca. 430.000 ton afgevangen CO2 per jaar) en kunstmestfabrikant Yara uit Sluiskil. Het op deze manier opslaan van CO2 wordt al meer dan 30 jaar door de olie- en gasindustrie toegepast en is een bewezen en veilige techniek. De opgeslagen CO2 zal na vele (meer dan duizend) jaren uiteindelijk mineraliseren.
CCUS
De EU-commissie subsidieert, met de inkomsten uit verkoop van emissierechten via het Emissions Trading System (zie kader ‘ETS’), met miljarden euro’s fors in transport- en opslagcapaciteit van CCS- en CCUS-projecten (de U staat voor Utilisation, ofwel het gebruik van CO2 als grondstof). Naast de al genoemde CC-projecten, wordt momenteel op de Maasvlakte gewerkt aan het project Porthos (Port of Rotterdam CO2 Hub and Offshore Storage). Het project omvat de aanleg van een CO2-transportleiding die 25 km uit de kust naar een opslag 3 km onder de zeebodem leidt. Vanaf 2026 kan hier in een periode van 15 jaar circa 37 megaton CO2 worden opgeslagen. De cement-, afvalverwerkings-, chemische en kunstmestindustrie zullen gebruikmaken van deze opslag. De verwachting is dat de Europese carbon capture-industrie in de toekomst 75.000 tot 170.000 banen zal opleveren in de volledige waardeketen.
ETS
Het Emissions Trading System (ETS) is een systeem voor de handel in emissierechten en een marktinstrument voor het terugdringen van CO2-uitstoot. Met 1 emissierecht mag een bedrijf 1 ton CO2 uitstoten. Het aantal beschikbare rechten is beperkt en gaat ook nog eens elk jaar omlaag. De prijs voor een emissierecht, de CO2-prijs, wordt bepaald door vraag en aanbod.
Wereldwijd zijn er verschillende emissiehandelssystemen. Nederland doet, samen met nog 29 andere Europese landen, mee aan het Europese systeem voor emissiehandel. Dit EU ETS is in 2005 ingevoerd en is het grootste emissiehandelssysteem ter wereld, met ongeveer 10.000 Europese bedrijven die samen verantwoordelijk zijn voor 45% van de CO2-uitstoot in de EU. Deze deelname is verplicht. Elk jaar stelt de Europese Commissie vast hoeveel CO2 de ETS-bedrijven mogen uitstoten, hetgeen gelijk staat aan het aantal emissierechten dat op de markt komt.
Het EU ETS wordt in Nederland uitgevoerd door de Nederlandse Emissieautoriteit. Zij verleent de vergunningen, houdt toezicht en voert metingen, inspecties, controles en onderzoeken uit. Daarnaast beheert zij het EU ETS-register, de carbon bank met de rekeningen en emissierechten van de ETS-deelnemers.
Bron: emissieautoriteit.nl
Boekhouding carbon bank
Voor het cement uit Brevik worden de CO2-afvang en emissieboekhouding onafhankelijk nagekeken door het verificatiebedrijf DNV (Det Norske Veritas). Voor de registratie van carbon capture geldt dat de emissierechten voor elke ton aan afgevangen CO2 slechts één keer op de rekening van de carbon bank kunnen worden bijgeschreven. Dat gebeurt pas op het moment dat de batch CO2 daadwerkelijk in de lege olie- en gasvelden is opgeslagen. Vanaf dat moment kunnen de rechten gegarandeerd slechts één keer worden uitgegeven. Dit is gewaarborgd door middel van CO2-kwaliteitscertificaten en het onherroepelijk en transparant registreren van alle transacties en stappen in blockchain, zodat alles herleidbaar is.
Beschikbaarheid
Door het afvangen van 400.000 ton CO2 per jaar, kan in Brevik ongeveer 500.000 ton aan emissieloze portlandklinker worden geproduceerd. Afhankelijk van het type cement en portlandklinkeraandeel, ligt dat tussen de 600.000 en 1 miljoen ton net-zero cement. Bij een jaarlijkse Europese cementbehoefte van circa 200 miljoen ton is de beschikbaarheid van het emissieloze cement in het begin minder dan 1%. Dat aandeel zal groeien wanneer de komende jaren meerdere CC-installaties met een grotere capaciteit in gebruik zullen worden genomen.
Fysiek net-zero cement
Heidelberg Materials introduceert twee typen net-zero cementen, fysieke en virtuele. De fysieke krijgt als toevoeging ‘Brevik’ in de merknaam. Dit betreft de cementen die grotendeels in Scandinavië op de markt komen. Aangezien in Brevik ongeveer de helft van het CO2 wordt afgevangen, kan het gaan om hier geproduceerde cementen die compleet of gedeeltelijk emissieloos zijn, of een traditioneel GWP-profiel hebben. Via het zogenoemde systeem Mass Balance wordt transparant gemaakt bij welke cementen de afgevangen CO2-emissies zijn verrekend en dat elke ton afgevangen CO2 maar eenmaal wordt gebruikt.
Virtueel net-zero cement
Het in Noorwegen geproduceerde net-zero cement wordt nu volledig benut in Scandinavië. Het is natuurlijk mogelijk dit fysieke net-zero cement naar de rest van Europa te transporteren, maar dat betekent extra CO2-uitstoot door transport. Voor elke geëxporteerde ton cement zou er dan ook weer een ton geïmporteerd moeten worden. Om dit transport te voorkomen, komen er ook virtuele net-zero cementen op de Europese markt. Hierbij wordt het zogenoemde systeem book and claim gehanteerd. Dit is een systeem waarmee specifieke kenmerken van een bepaald fysiek cement, in dit geval het kenmerk aandeel afgevangen CO2, kunnen worden losgekoppeld en afzonderlijk worden overgedragen aan een ander cement via een speciaal register (fig. 5). Zowel bij Mass Balance als book and claim vindt er controle plaats door het verificatiebedrijf DNV. Bij het gebruik van virtuele net-zero cementen kan dus het in het land zelf toegepaste cement worden toegevoegd. Het heeft als voordeel dat de betonmengsels, de verwerking en de bewaarcondities niet hoeven te worden aangepast. Fysieke en virtuele net-zero cementen zijn dus communicerende vaten: wanneer meer virtueel net-zero cement wordt toegepast, kan er minder fysiek net-zero cement worden toegevoegd.
5. Fysiek net-zero cement komt uit Brevik (1). Virtueel net-zero cement (2) kan lokaal worden geproduceerd; via book and claim worden emissierechten uit de carbon bank overgedragen
6. Bouw van de CC-installatie in Brevik
7. Geplande CC-installaties van Heidelberg Materials wereldwijd
Rekenen met net-zero cement
Hoe bereken je het milieuprofiel van virtueel net-zero cement? Een Nederlands voorbeeld. Het GWP-profiel van hoogovencement CEM III/B 42,5 LH SR, bestaande uit 30% klinker en 70% hoogovenslak, is 270 kg CO2-eq per ton cement. Door deze 270 kg CO2 uit de eigen carbon bankrekening te halen, wordt de emissie gereduceerd naar 0 kg CO2. Daardoor kan de milieukostenindicator (MKI) verlaagd worden van € 17,30 naar € 3,80 per ton cement. De andere 10 van de nu 11 milieu-impactcategorieën die bepalend zijn voor de MKI blijven immers gelijk (per 1 januari 2025 wordt de MKI berekend op basis van 19 milieu-impactcategorieën). In dit voorbeeld wordt naast de CO2-emissie van de portlandklinker ook de toegerekende CO2-emissie van de gegranuleerde hoogovenslak gereduceerd.
In een gemiddeld gebouw is beton voor ongeveer de helft verantwoordelijk van de totale CO2-uitstoot van alle toegepaste bouwmaterialen. Het toepassen van (virtueel) net-zero cement heeft daarmee de potentie om een CO2-reductie van 50% te behalen. Bij toepassing van dit type cement in een infrastructureel kunstwerk, waar het aandeel beton groter is, zal de reductie van CO2 nog veel hoger zijn.
Indien met de opdrachtgever is overeengekomen het principe van Cradle to Grave te hanteren voor de berekening van de CO2-emissies voor bouwwerken, kan ook de carbonisatie van de betonconstructie gedurende de levensduur en sloop worden meegerekend. Carbonisatie is de chemische reactie waarbij poriewater op het grensvlak beton/lucht in aanraking komt met CO2 (uit de buitenlucht), waardoor kalksteen (CaCO3) wordt gevormd. Dit betekent dat het aandeel beton zelfs CO2-negatief kan zijn.
Tot slot
De net-zero cementen komen vanaf medio 2025 op de markt en zijn een belangrijke stap naar een klimaatneutrale cementindustrie en klimaatneutraal beton. Betonproducenten en aannemers hoeven met virtuele emissieloze cementen geen aanpassingen te doen aan het productie- en verwerkingsproces, maar hebben wel het voordeel van volledige CO2-reductie. De beschikbaarheid is in het begin minder dan 1% van de Europese cementbehoefte, maar dat aandeel zal groeien door de komst van meerdere geplande CC-installaties (fig. 7). Heidelberg Materials heeft de ambitie het emissieloze cement, voor de introductie en zichtbaarheid, op korte termijn toe te passen in iconische infrawerken en gebouwen, zoals het in 2027 te bouwen nieuwe Nobel Center in Stockholm.
Reacties
Branco Schipper - SGS Search 06 december 2024 16:50
Een uitgebreid artikel, en goede ontwikkeling voor de cement sector! Het rekenen met net-zero cement zoals in het artikel wordt gepresenteerd werkt in de praktijk helaas anders. In MKI-berekeningen mag namelijk geen gebruik worden gemaakt van de Mass Balance methode. Voor het rekenen met net-zero cement moeten we dus nog wachten tot het fysieke cement ook op de Nederlandse markt beschikbaar komt.