27 september 2024
Vandaag vieren we de officiële installatie van dr. ir. Joàn Teerling als lector Duurzame Gassen en Brandstoffen! Drs. Dick Pouwels, voorzitter van het College van Bestuur, heeft hem na zijn lectorale rede en een inspirerend symposium benoemd tot lector.
Dr. ir. Joàn Teerling is met zijn jarenlange ervaring op het gebied van gasverbranding en waterstofprojecten de ideale persoon om binnen ENTRANCE – Centre of Expertise Energy van de Hanze verder onderzoek te doen naar de productie, opslag en het gebruik van duurzame brandstoffen en gassen.
We zijn enorm trots op Joàn en kijken uit naar de impact die hij als lector zal hebben op de toekomst van duurzame energie!
Een paar graden warmer. Ik kan het me nog goed herinneren. Een docent tijdens college in Delft midden jaren 90. Een paar graden warmer. “Nou, dat kunnen we in ons koude kikkerlandje prima gebruiken. Straks palmbomen op De Dam. Niks mis mee.” Die voorspelde stijging van de temperatuur vormde toen totaal geen bedreiging. In mijn verbeelding leek het toen een prettig vooruitzicht. Toen.
Opwarming van de aarde wordt onder meer veroorzaakt door bovenmatige uitstoot van broeikasgassen waaronder koolstofdioxide (CO2). Vooral door het grootschalig gebruik van fossiele brandstoffen zoals gas, olie en steenkool is de CO2 -concentratie flink toegenomen.
De algehele overtuiging in de wereld dat opwarming van de aarde en hogere CO2 -concentraties met elkaar te maken hebben, groeit. Het is in ieder geval duidelijk dat het afbouwen van het inzetten van fossiele brandstoffen een eindig verhaal is, simpelweg omdat de bron eindig is. Het houdt een keer op. Er is niet een nog een planeet beschikbaar. “There is no planet B”.
Klimaatverandering betekent onder meer een veranderende leefomgeving op aarde: meer extreme neerslag, meer droogte, meer hittegolven, sterkere orkanen, grotere bosbranden en afname van de biodiversiteit.
Anderhalve graad. Na veel jaren van onderhandelen is in het klimaatakkoord van Parijs in 2015 dit doel gesteld voor de planeet. Anderhalve graad. Dit betekent dat landen zich er collectief voor willen inzetten om een maximale stijging van de gemiddelde temperatuur op aarde van maximaal anderhalve graad te realiseren. Dit om de effecten van klimaatverandering enigszins binnen de perken te houden.
1 cm per jaar. Ik kan het me nog goed herinneren. De meester vertelde over de bodem bij Slochteren die met 1 cm per jaar daalt. Ik zat op de Willem Lodewijkschool in Noordhorn in klas 3. 1 cm per jaar. We vonden het eigenlijk maar wat grappig. Dat betekende dat de mensen in Slochteren over 50 jaar in een huis zouden wonen dat een halve meter was gezakt. Ik kon het me helemaal inbeelden. In mijn verbeelding was het toen een grappig gezicht. Toen.
De gaswinning in Groningen. De gasbel van Slochteren. Een enorm potentieel aan energie en geld die vanaf de jaren zestig een boost gaf aan de welvaart van Nederland. Scholen, ziekenhuizen, wegen, woningen zijn ervan betaald. Veel van de verdiensten zijn weer geïnvesteerd in de Nederlandse samenleving. De gaswinning heeft ons als Nederland veel gebracht.
Van die hele gaswinning zelf was boven de grond niet veel te zien, behalve dan wat installaties hier en daar in het landschap. En dan had je nog waarnemingen van ondergrondse bevingen. Maar die hoefde je natuurlijk niet al te serieus nemen. En al dat gas, wat een goudmijn!
Ruim een halve eeuw nadat deze goudmijn was ontdekt en gas was gaan produceren, klonk er opeens een ander geluid, eerst in Groningen en daarna ook in Nederland.
“Van het gas af!” Dit beleid werd ingevoerd als onderdeel van de bredere strategie om de CO2 -uitstoot te verminderen en de klimaatdoelstellingen te behalen. In het bijzonder in Nederland lijkt deze kreet wat doorgeslagen, alsof we alles wat energie gebruikt gasloos en dus elektrisch kunnen maken.
‘Van het gas af’ betekent voor burgers twee belangrijke dingen: de winning van aardgas in Groningen, die heel wat sociale onrust veroorzaakte, werd afgebouwd én, alternatieven voor een cv-ketel op aardgas werden gestimuleerd.
Het klopt dat door meer elektrisch te doen er kan worden gestuurd op het verminderen van CO2 -uitstoot. We hebben alleen naast elektriciteit nog andere dragers van energie nodig, namelijk in de vorm van gassen en brandstoffen. Dit kan ook op een duurzame manier en kan de klassieke, fossiele soort zoals aardgas en aardolie, vervangen. Dit kan door de inzet van hernieuwbare, duurzame gassen en brandstoffen. Terecht daarom dat de kreet ‘Van het gas af’ werd vervangen door ‘Aardgasvrij’.
In september 2023 ben ik begonnen als lector Duurzame gassen en brandstoffen’ bij EnTranCe op de Hanze. Binnen het lectoraat houden we ons bezig met duurzame, groene moleculen. Hoe kunnen we deze maken, opslaan en transporteren en weer gebruiken? Hoe kunnen gassen en brandstoffen zoals waterstof en biogas bijdragen aan een duurzame samenleving?
Voor duurzamer gebruik van energie en de vermindering van uitstoot van broeikasgassen wordt vaak deze volgorde gehanteerd:
Hernieuwbare bronnen zoals zonnepanelen en windmolens leveren energie in de vorm van elektronen. Deze kun je vrij eenvoudig direct in een elektrisch apparaat gebruiken, denk aan een elektrische auto of een koelkast. Helaas schijnt de zon niet altijd of waait de wind niet altijd als je energie nodig hebt. Gelukkig kan je energie opslaan.
Het opslaan van energie is niet nieuw en er bestaan ook al lang duurzame vormen. Bijvoorbeeld in de vorm van warmte of door het op te slaan een stuwmeer. Voor de energietransitie hebben we alleen heel veel meer opslag nodig. Deze schaalgrootte is een nieuw fenomeen. Dat komt omdat we tot voor kort altijd uit de heel lang geleden opgewekte bronnen, namelijk fossiele energiebronnen zoals aardgas en aardolie, hebben kunnen putten.
Er bestaan twee types energiedragers die we veel tegenkomen in de energietransitie. Bij beide wordt energie opgeslagen waarbij gebruik wordt gemaakt van een materiaal. En deze twee manieren dienen snel en flexibel inzetbaar te zijn. De ene vorm is elektronen en de andere vorm is moleculen. En ze zijn allebeide nodig.
Elektronen kan je goed opslaan in de vorm van een batterij. Prachtige technologie en best efficiënt. Elektrische batterijen zijn met name geschikt voor een korte tijd en kleine hoeveelheden. De huidige generaties batterijen gebruiken vaak schaarse materialen, wat dit tot een groot en onzeker issue maakt. De schaarste wordt bovendien gekleurd door toenemende geopolitieke spanningen. Daarnaast is het transporteren van elektriciteit (door middel van kabels) een stuk duurder dan in de vorm van moleculen.
Voor moleculen is dit kostenplaatje anders; bovendien kan veel van de aanwezige infrastructuur weer worden gebruikt. Daarbij komen nog twee grote uitdagingen: procentueel neemt de vraag naar elektriciteit de komende decennia toe, terwijl het er steeds meer file op het stroomnet komt, zowel aan de vraag- als aan de aanbodkant. Die file noemen we netcongestie.
In het lectoraat Duurzame Gassen en Brandstoffen kijken we naar energiedragers in de vorm van moleculen. Om deze direct te maken uit zon en wind (en dus uit elektriciteit) is technologie nodig die dit kan. Dit heet elektrolyse en vindt plaats in een electrolyser. Hiermee kan je waterstof maken uit water. Waterstof is een molecuul dat kan je transporteren en opslaan. Bovendien komt er bij het gebruik van waterstof geen CO2 vrij.
De basis is technisch redelijk uitgedokterd. Diverse kerntechnologieën zijn ontwikkeld met ieder hun voor- en nadelen. Maar om echt een vuist te maken is schaalgrootte nodig. Op dit moment hikken we tegen verschillende dingen aan: het rendement van electrolysers, de kosten van een installatie, onzekerheid over hoelang een electrolyser het goed blijft doen, hoeveel onderhoud er nodig is. En de onzekerheid van de kosten van elektriciteit die nodig is om waterstof te produceren. Dit laatste hangt af van vraag en aanbod, die trouwens sterk kunnen fluctueren, en daarmee ook de prijs ervan. Dit geldt ook voor de CO2-uitstoot die ook beprijsd is. Anderzijds gaan ontwikkelingen zoals in batterijen ook door waardoor het een dynamisch vergelijk is en blijft.
Naast waterstof kijken we naar andere moleculen. Waterstof is een heel klein molecuul wat opslag en transport lastiger maakt. Dit betekent dat er grotere volumes nodig zijn. Andere moleculen, zoals methaan, ammoniak en methanol hebben dit nadeel veel minder. Bovendien kunnen voor het maken van dergelijke brandstoffen gebruik worden gemaakt van reststromen uit andere processen.
Veel reststromen zijn gelinkt aan biochemische processen. In het lectoraat werken we daarom veel en prettig samen met het KCBBE (kenniscentrum biobased economy) van de Hanze. Dit doen we onder andere in het Remolab dat eerder dit jaar is geopend. Deze faciliteit is gericht op het maken van nieuwe moleculen (Renewable Molecules) en biedt de kans om verschillende processen met elkaar te verbinden, en te testen op een niveau tussen het lab en de realiteit. Op dit moment werken we aan de combinatie van elektrolyse en fermentatie in het Remolab. Dit gecombineerde proces van fermentatie en elektrolyse hebben we Fermolyse genoemd.
Hierbij gebruiken we de reststroom uit een mestvergister. In een mestvergister wordt biogas gemaakt uit mest. Digestaat – zoals deze reststroom heet- bevat vaak nog stoffen die weer kunnen worden opgewaardeerd door middel van elektrolyse.
Digestaat is een voorbeeld van een reststroom uit de agrarische sector. Maar je kunt ook denken aan reststromen die ontstaan bij het maken van bijvoorbeeld suiker, bier, aardappelzetmeel, whisky, karton, enzovoort. Dit vakgebied is nog relatief nieuw en biedt veel kansen om reststromen op te waarderen op een innovatieve manier. Deze kunnen worden ingezet als energiedrager en worden gemaakt door reststromen op te waarderen met hernieuwbare energie. Zo levert dit proces een bijdrage aan de energietransitie.
Over de hele keten beschouwd zijn er goede win-win situaties te creëren bij het gebruik van reststromen. Een mooi voorbeeld is de omzetting van ammoniak -dat in digestaat zit- naar waterstof. Dit biedt diverse voordelen:
Bij de inzet van reststromen is vaak voorbehandeling nodig. Ook hier kijken we naar. En wat levert het technisch en economisch op? En hoe goed is de methode op te schalen en is het stabiel en werkbaar in de praktijk?
Het hergebruik van materialen is trouwens een belangrijke motor achter een andere grote transitie, de grondstoffentransitie. Deze transitie houdt onder andere in dat stoffen steeds minder uit de aarde worden gewonnen en hergebruik wordt gestimuleerd.
Groengas is gas uit biomassa dat is verbeterd tot aardgaskwaliteit. Door dit in te zetten als vervanger van aardgas wordt er netto minder CO2 uitgestoten. In Nederland wordt groengas gemaakt door middel van vergisting of vergassing. De koolstof daarvoor komt uit mest, houtresten of andere afvalstromen. Zeer binnenkort moet een deel van het gas als groengas worden geleverd. Dat betekent dat naast het biochemische proces van vergisting, we ook gaan kijken naar vergassing als bron voor groengas. Deze route draagt trouwens bij aan de verduurzaming van de gebouwde omgeving en het wegtransport.
De hoeveelheid koolstof uit biomassa die beschikbaar is om weer te gebruiken is echter niet oneindig. Naar schatting is in Nederland genoeg voor enkele tientallen procenten om aan de jaarlijkse groengasbehoefte te kunnen voldoen. Maar ook andere sectoren hebben deze reststromen ontdekt en onderzoeken de potentie daarvan, bijvoorbeeld door het in te zetten als veevoer. Daarom kijken we verder dan de eigen bubbel.
De veranderende geopolitieke situatie, en de groeiende onbalans van vraag en aanbod van kritieke grondstoffen, zoals gas, maken de noodzaak voor alternatieven nog groter. Europa wordt meer afhankelijk van import van gas buiten de EU en dit maakt Europa kwetsbaar. Dit vergroot de noodzaak om nieuwe, eigen manieren te vinden.
Als mensen niet elkaar praten, praten systemen ook niet met elkaar. Dit geldt voor organisaties, teams maar ook voor apparaten in een fabriek. In het lectoraat zijn er diverse technische disciplines aan het werk, zoals procestechnologen, microbiologen, werktuigbouwers en elektronici.
Door naast mensen ook systemen en processen met elkaar te verbinden biedt dit kansen voor synergie. Dit levert oplossingen die niet zelfstandig maar integraal worden geoptimaliseerd.
Om duurzame gassen en brandstoffen in te kunnen zetten zijn twee dingen belangrijk. Innovatie en samenwerking. Dit betekent slimme mensen die innovaties bedenken en testen. Bedrijven die hun praktische kennis delen. En mensen met de juiste competenties en kwaliteiten. Dit schept economische activiteit voor de regio, in Nederland en in de EU. Het coördineren en uitvoeren van dit soort onderzoek is nu de rol van ENTRANCE, het Centre of Expertise Energie en onderdeel van de Hanze.
Op hogescholen in Nederland vindt praktijkgericht onderzoek plaats. Praktijkgericht onderzoek is de schakel tussen fundamenteel onderzoek en onze samenleving. Dit helpt bedrijven en organisaties te innoveren en zorgt ervoor dat actuele kennis en inzichten direct in het onderwijs en de beroepspraktijk terechtkomen.
De energietransitie gaat met horten en stoten en vergt goede afstemming vanuit verschillende disciplines. Op ENTRANCE wordt gewerkt vanuit dit multidisciplinair perspectief. Disciplines worden dicht bij mekaar gezet met als doel de transitie sneller te laten verlopen. Dit betekent samenwerking met andere lectoraten, om samen te werken aan technische, juridische, economische en communicatievraagstukken.
Bovendien werken we in het onderzoek samen met ondernemers, overheid en onderwijs in de regio. Ondernemers en overheid helpen ons richting naar relevantie te geven voor onderzoeksvragen. Deze connectie met het onderwijs geeft de mogelijkheid om samen met studenten in relevante projecten te werken en levert hun kennis en ervaring die ze in hun loopbaan nodig gaan hebben. En het levert de broodnodige werknemers om de energietransitie vooruit te helpen.
In het lab kun je allerlei omstandigheden nog ideaal en simpel houden. Dat is handig als je snel wilt leren. Maar om impact te maken moeten zowel de schaalgrootte als de omgeving zo dicht mogelijk bij de werkelijkheid liggen. Voor ons betekent dit van een proefopstelling ter grootte van een koffiebeker in het lab naar het niveau een kleine testfabriek met een schaalgrootte van enkele kubieke meters. Zo onderzoeken we de ontwerpen van apparaten en installaties, en testen en valideren we deze. In de echte wereld is ook van belang om te weten hoe lang een installatie meegaat en hoe veel en vaak er onderhoud moeten worden gedaan. Vooral van een kritisch component in zo’n installatie, zoals van een electrolyser, is dit vaak onvoldoende goed bekend. Dit aspect van levensduur en duurzame prestaties is een belangrijk aspect in het onderzoek.
Regelmatig hoor ik de vraag wat waterstof voor mensen privé gaat betekenen. Wanneer gaan we ons huis verwarmen met waterstof? Of wanneer moet ik over op een auto op waterstof?
Groene waterstof kan op veel manieren worden ingezet, maar is niet altijd even effectief. Voor grootschalige inzet is een volgorde op basis van doelmatigheid het verstandigst. Voor ons hier en nu betekent dit dat waterstof wordt ingezet:
De scheepvaartsector is van oudsher sterk vertegenwoordigd in Noord-Nederland. Uit die hoek krijgen we vragen over verduurzaming. Waterstof is één van die routes. Er zijn ook andere brandstoffen goede kandidaten zoals methanol, biodiesel, ammoniak of vloeibare waterstof. Belangrijk aspecten voor de scheepvaart zijn dat de brandstof mee moet aan boord, de installaties tegen schommelingen en trillingen bestand zijn en uiteraard veilig gebruikt kunnen worden. Voor zulke sectorspecifieke vragen zetten we ons in.
Binnen het lectoraat doen we onderzoek op twee manieren: aan de ene kant bouwen we opstellingen in het lab om praktijksituaties te testen: experimenten met echte moleculen. En aan de andere kant maken we modellen van die opstellingen. Door modellen en labexperimenten hand in hand te laten gaan kan de doorlooptijd worden verkort en kan inzicht worden vergroot. Dit modelleren doen we van het niveau van een apparaat tot het niveau van een pilotfabriek.
Het ontwerpen van apparaten met gebruik van Digital Twinning staat nog in de kinderschoenen op de Hanze. Mijn ervaring met Digital Twinning in productontwikkeling in de industrie komt hier goed van pas. Komende tijd gaan we dit verder uitbouwen.
Aan het College van Bestuur vroeg ik bij mijn aanstelling om een advies. “Ga vooral niet direct de diepte in, maar kijk vooral eerst goed om je heen binnen de Hanze”. Dat heb ik ter harte genomen. Aan de andere kant van technologie kwam ik al gauw bij kunstvormen uit.
Nu heb ik persoonlijk best wel wat met muziek en beeldende kunst. Maar er bleek toch nog een gebied dat verder weg ligt. Flink buiten mijn comfortzone en toch Hanze.
Het omvat voor mij meerdere aspecten: iets van teruggeven aan de samenleving, en iets van schoonheid en bovendien toegankelijk voor een groter publiek. En een verhaal vertellen over de klimaatcrisis, Groningen en moleculen.
In de energietransitie hebben we niet de luxe alleen maar perfecte oplossingen te gebruiken, nee, we hebben alle opties nodig om voor 2050 CO2-neutraal te zijn. We staan op een kruispunt in de tijd. Het is de tijd voor duurzame, hernieuwbare moleculen. En wat is het mooi dat we verder kunnen bouwen op de rijke historie op het gebied van aardgas in deze regio: op o.a. de kennis, het netwerk en de mensen.
Ik vind dat we goed moeten zorgen voor de plek die we ook maar hebben gekregen om op te wonen. Ik zie de aarde als een plek door God gegeven. Een plek om samen te leven, te delen, te werken en ook te rusten en te genieten. Voor mij motiverend om mijn tijd, energie en talenten hiervoor in te zetten.
Begin vorig jaar stond ík op een kruispunt in mijn carrière. Na 20 jaar te hebben gewerkt in de industrie besloot ik om de rest van mijn werkende leven in te willen zetten voor de energietransitie. Na een wonderlijk pad sta ik hier dan vandaag. Op de grond waar ik ben geboren en getogen. Voor mij tijd om iets terug te doen. Time to pay back. Om samen te werken aan groene moleculen voor energie, als lector Duurzame Gassen en Brandstoffen. En zo een steentje bij te dragen aan deze mooie planeet.
Zo gezegd, zo gedaan.
