Brightsite spin-out Thoriant is officieel van start gegaan. Het bedrijf richt zich op de commerciële ontwikkeling van geavanceerde plasmatechnologie voor de productie van emissievrije waterstof en acetyleen uit methaan. Hier vertellen Hans Linden (Business Developer bij TNO en CTO van Thoriant), Gerard van Rooij (hoogleraar Plasmachemie, Universiteit Maastricht en hoofd van het Brightsite Plasmalab) en Wilbert Derks (COO Thoriant en projectmanager Brightsite bij EbertHERA) over het potentieel van plasmatechnologie en het ontstaan van Thoriant. “Plasmatechnologie is een ‘game changer’ als het gaat om elektrificatie van processen in de chemische industrie”, aldus Hans Linden.
In 2050 moet de chemie in Nederland klimaatneutraal zijn. De inzet van groene elektriciteit speelt daarbij een sleutelrol. Plasmatechnologie, een efficiënt elektrisch proces voor het splitsen en synthetiseren van moleculen, heeft de potentie daarin een belangrijke rol te spelen. In het Brightsite Plasmalab wordt dan ook sinds 2021 onderzoek naar deze innovatieve technologie gedaan. Inmiddels is de volgende fase aangebroken met de start van Thoriant.
“Met plasmatechnologie kunnen we, gebruikmakend van elektriciteit opgewerkt uit duurzame energiebronnen, broeikasgas methaan omzetten in waterstof en hoogwaardige koolwaterstoffen zoals acetyleen en etheen zonder dat er CO2 vrijkomt. Er wordt niets verbrand en geen zuurstof gebruikt, alle methaan wordt gebruikt om koolwaterstoffen – de basis voor plastics – en waterstof te maken. Op die manier kan koolstof in de keten worden gehouden en CO2-emissie worden voorkomen. In het plasmalab hebben we het plasmaproces op R&D-schaal aangetoond. De volgende stap is verificatie van plasmatechnologie op pilotplantschaal, een essentiële stap voor succesvolle demonstratie en implementatie in de industriële praktijk”, legt Linden uit.
Hoe werkt plasmatechnologie?
Plasma wordt ook wel de vierde aggregatietoestand genoemd, naast vast, vloeibaar en gas. Wanneer een gas in een voldoende sterk elektrisch veld wordt gebracht ontstaat een toestand waarin gasdeeltjes ioniseren. Dit geïoniseerde gas bestaat uit gasmoleculen en reactieve deeltjes zoals ionen, elektronen en radicalen. Deze combinatie van reactieve deeltjes maakt (nieuwe) chemische reacties mogelijk. In het hart van deze elektrische vlam, het hart van de plasmawolk, is de temperatuur heel hoog (tot 10.000 graden Celsius). Onder deze omstandigheden kunnen zeer snel moleculen gesplitst en gevormd worden. Zo kunnen de C-H bindingen in methaan gebroken worden om zo waterstof en acetyleen te produceren. En omdat plasma opgewekt wordt met elektrische energie is het proces erg duurzaam wanneer er groene elektriciteit wordt gebruikt. De basis van plasmatechnologie voor methaanvalorisatie is vorige eeuw in Duitsland ontwikkeld, het Hüls-proces.
Van lab & bench scale naar pilotplant
Linden, Van Rooij en Derks zijn allen nauw betrokken geweest bij de haalbaarheidsstudies, procesverbeteringen en het fundamentele onderzoek gericht op industriële opschaling van plasmatechnologie binnen het Brightsite Plasmalab. “Het is begonnen met fundamenteel onderzoek op kleine schaal en bij een lage Technology Readiness Level (TRL), gevolgd door toegepast onderzoek op bench scale (50kW) en nu is de tijd rijp om een pilotplant (500kW) te bouwen. De resultaten op bench scale bieden zodanig perspectief dat we nu aan de slag kunnen. Maar voordat de stap naar industriële schaal gemaakt kan worden, moet niet alleen het proces maar ook apparatuur ontwikkeld worden om industriële installaties te bouwen. Dat is uitdagend, opschaling van plasmatechnologie is vrijwel onontgonnen terrein. De expertise van EbertHERA, met kennis op het gebied van reactorkunde, opschaling en SHE (Safety, Health & Environment) in de chemische industrie, komt hier goed van pas. Gezien deze veelvoud aan uitdagingen hebben we binnen het Brightsite Plasmalab vanaf het begin verschillende expertises bij elkaar gebracht, en dat zullen we nu binnen Thoriant ook blijven doen. Deze fase vraagt om nauwe synergie met de markt en gerichte kapitaalinjecties om de technologie door te ontwikkelen naar grootschalige toepassing. Op dit moment zijn we dan ook druk bezig met het bij elkaar krijgen van partijen en financiering om de pilotplant te kunnen bouwen. Want dat vergt een behoorlijke investering en dus partijen die met ons het avontuur willen aangaan. We zijn met verschillende partijen aan de equipmentkant aan het praten en op zoek naar nieuwe partners aan de toepassingskant”, vertelt Linden.
Aan de slag met Thoriant
De naam van de startup is een samensmelting van ‘Thor’ – de Noorse god van de bliksem –, dat de elektrische aard van plasma weerspiegelt, en ‘giant’, dat de significante impact symboliseert die het bedrijf kan hebben op de energietransitie binnen de industrie. Hans Linden zal 50% van zijn tijd aan Thoriant en 50% aan zijn werk bij TNO, waaronder het plasmalab, besteden. Gerard van Rooij blijft zich vooral op zijn werk bij de Universiteit Maastricht (UM) richten en weidt zich voor 10% aan Thoriant. Daarnaast is Joep Huijsmans aangetrokken als CEO. Hij is afkomstig van Shell en heeft daar veel ervaring opgedaan met startupprogramma’s. Wilbert Derks zal als projectmanager verantwoordelijk zijn voor het realiseren en bedrijven van de pilotplant. “De basic engineering van de pilotplant is inmiddels gereed waardoor we snel aan de slag kunnen zodra de funding gerealiseerd is. Dit is in nauwe samenwerking met de Brightlands Chemelot Campus gebeurd zodat we alle uitgangspunten ten aanzien van utilities, plot layout, emissies, SHE-aspecten met elkaar hebben afgestemd”, zegt Derks.
Ondertussen gaat het onderzoek in het Brightsite Plasmalab gewoon door. Niet alleen naar methaanvalorisatie, maar er wordt tevens onderzoek gedaan naar andere mogelijkheden met plasmatechnologie zoals stikstoffixatie en CO2-valorisatie. “Het Brightsite samenwerkingsverband binnen het plasmalab gaat gewoon door. Het ecosysteem dat we hebben opgebouwd is super belangrijk en wij profiteren nu ook van wat er tot nu toe is opgebouwd. Methaanvalorisatie is de tak waarmee we zijn begonnen in 2021 en ook daarmee zijn we in het lab nog niet helemaal klaar. Al bij de start hebben we geïdentificeerd dat we ons parallel aan fundamenteel onderzoek ook moesten richten op opschaling. Deze aanpak van parallel op verschillende TRL-niveaus bezig zijn past goed bij de geest van de Brightsite samenwerking. Toen wisten we echter nog niet dat dat zou resulteren in het opzetten van Thoriant. De stap naar een zelfstandige startup is noodzakelijk in deze fase, gezien de omvangrijke investeringsmogelijkheden die nodig zijn om deze technologische doorbraak wereldwijd te realiseren”, benadrukt Van Rooij.
Waarom methaan?
“Methaan is bij uitstek een interessante koolwaterstof om met behulp van plasmatechnologie om te zetten. Het zit in biogas en rondom hergebruik van CO2 wordt er gekeken om als eerste stap methaan te synthetiseren. In de Chemelot context is dat interessant omdat methaan als bijproduct (15%) vrijkomt in naftakrakers. Naftakrakers zullen ook in de toekomst onderdeel van de chemie blijven. Maar waar methaan uit het kraakproces nu wordt ingezet voor verwarming van het proces, zullen kraakinstallatie in de toekomst elektrisch worden verhit. En dat maakt dat de geproduceerde methaan beschikbaar is voor andere, waardevolle bestemmingen”, licht Van Rooij toe.
“Methaan zal er altijd zijn, het is een van de belangrijkste broeikasgassen en we kunnen maar beter zorgen dat we het op een goede manier gebruiken. Het is dus cruciaal om goede processen te ontwikkelen om methaan te valoriseren. De focus ligt nu op het omzetten van methaan naar waterstof en acetyleen. Directe omzetting naar ethyleen is wellicht in de toekomst ook interessant, maar op dit moment is de TRL nog te laag”, vult Linden aan.
2033 draaien op industriële schaal
“Het plan ligt klaar, nu is het zaak zo snel mogelijk tot bouwen over te gaan. We verwachten anderhalf jaar nodig te hebben om de pilotplant te bouwen. We hopen de komende paar jaar grote stappen te maken. En we gaan er vanuit dat onze technologie tegen 2033 industrieel gebruikt kan worden”, zegt Linden.
De uitdaging voor de bouw van de pilot plant zit met name in het definiëren van het hart van de installatie, stelt Derks. “Namelijk de plasmareactor met bijbehorende quench (voor het snel afkoelen van het proces) en powersupply. We zijn de komende maanden druk bezig om dit ‘hart’ te engineeren in samenwerking met beoogde suppliers. Hierbij gebruiken we uiteraard de R&D resultaten van de 50 kW benchscale als basis”, vertelt Derks.
“Gezien de urgentie achter de transitie van de chemische industrie is het noodzakelijk om door te pakken. Hopelijk kunnen we met Thoriant laten zien dat plasmatechnologie daar een bijdrage aan kan leveren. Het moet gebeuren, wij gaan er met Thoriant voor zorgen dat het werkelijkheid wordt”, besluit Van Rooij.
