De vraag naar groen gas neemt steeds meer toe door stijgende aardgasprijzen – als gevolg van geopolitieke factoren – en de stijgende bijmengverplichting van groen gas. CE Delft onderzoekt alternatieve afvalstromen, inclusief plastics, voor methaangasproductie. Hieruit blijkt dat mechanische recycling en korte-keten-chemische recycling de meest gunstige opties zijn qua energierendement en CO2-reductie. Het vergassen van plastic scoort minder goed op energie en kosten, maar overtreft met CO2-afvang wel de CO2-score van huidige afvalverbrandingsinstallaties.

Door de stijgende kosten van aardgas als gevolg van de oorlog in Oekraïne en de bijmengverplichting van groen gas is de vraag naar methaangas enorm aan het stijgen. CE delft onderzoek de potentie van alternatieve afvalstromen voor de productie van methaangas. Naast het vergassen van biogeen afval wordt er ook gekeken naar het bijmengen van niet-biogeen afval (voornamelijk plastics) in het rapport Methaan uit niet-biogene (afval)stromen van CE delft.

Wat doen we met plastics?
Op dit moment wordt slechts 28 procent van het plasticafval in Nederland wordt gerecycled, en 72 procent wordt hoofdzakelijk verbrand in afvalverbrandingsinstallaties. Het gerecyclede aandeel plastic moet volgens de Nederlandse Transitieagenda Kunststoffen fors stijgen. Nieuw plastic moet in 2030 voor 40 procent uit gerecycled materiaal bestaan waarbij meer mechanische gerecycleerd en minder chemische gerecycleerd wordt.   

Bij de vergassing van niet-biogeen afval spreken we van gemengd huishoudelijk afval, pmd en RDF (papier- en plasticfractie), waarbij het grootste deel van de energetische waarde en koolstofinhoud uit plastics bestaat. Het vergassingsproces krijgt financiële ondersteuning van de overheid, maar de huidige overheidsondersteuning geldt alleen voor het biogene deel van gemengde afvalstromen.

Uit de analyse van CE Delft blijkt ook dat mechanische recycling en korte-keten-chemische recycling (oplossen en depolymerisatie) de meest gunstige opties zijn qua energierendement en CO2-reductie. Vergassing van plastic scoort minder goed op energie en heeft hoge kosten, maar overtreft wel de CO2-score van huidige afvalverbrandingsinstallaties door de toepassing van CO2-afvang (CCS).

Methaanproductietechnieken
De huidige methaanproductie uit afval via vergassing is voornamelijk gebaseerd op biogene afvalstromen en RDF/SRF (mix van plastic en papier uit huishoudelijk restafval). De voornaamste producten van de vergassing zijn methaan, waterstof of methanol. De samenstelling van het gas hangt af van de feedstock. In Nederland zijn een aantal initiatieven actief die verschillende technologieën en feedstocks gebruiken om methaan of waterstof te produceren uit afvalstromen (niet-biogeen).

SCW Systems maakt gebruik van superkritische watervergassing om natte biomassa-afvalstromen, zoals rioolslib, te verwerken. Er is ook een optie om plasticafval mee te verwerken. Het geproduceerde syngas kan worden opgewerkt tot hoogcalorisch groen gas. Het vergassingsproces van SCW Systems heeft een hoog omzettingsrendement (tenminste 80 procent) van plastic naar methaan. Daarnaast wordt de vrijkomende CO2 afgevangen voor CCS en, of CCU (met CO2-CLEANUP technologie).

Lees ook: Wereldprimeur in Alkmaar: zelf geproduceerd circulair groen gas geïnjecteerd in het gasnet

Het initiatief Synova richt zich vooral op chemische recycling van plastic, maar kan ook methaan en waterstof produceren uit biotische afvalstromen. Bij dit chemisch recyclering wordt het feedstock verhit tot hoge temperaturen waarbij productgas met een hoog gehalte aan methaan (bij gebruik van biomassa) en zogeheten onverzadigde koolwaterstoffen als olefinen (bij gebruik van plastics) wordt geproduceerd. Er wordt 65 tot 70 megajoule groengas geproduceerd uit 100 megajoule biomassa of SRF.

GIDARA Energy wilt een mix van houtafval, RDF, en andere afvalstromen omzetten in methanol of waterstof in Amsterdam en Rotterdam. Het proces heeft een hoge koolstofconversie in de vergasser, tot 95 procent, en kan een energetisch rendement van meer dan 60 procent behalen.

Lees ook: Schaal en innovatie noodzakelijk voor groen gas, hoe doet GIDARA Energy dat?

Het initiatief Furec ontwikkelt een grote installatie in Limburg om voornamelijk waterstof te produceren uit RED/SRF-afval. Het proces omvat het recyclen van materialen uit het afval, het drogen ervan en het samenvoegen met afval slib, gevolgd door waterstofproductie via entrained flow gasification of meegevoerde vergassing. Naar schatting zal het proces een energetisch rendement van boven de 70 procent hebben.

Uit de huidige initiatieven blijkt dat een mix van biogene afval en RDF/SRF-afvalstromen kan leiden tot groengas productie met een energierendement tussen 65 tot 80 procent voor plasticafval en 55 tot 70 procent voor biomassa.

Milieu-impact van plasticafvalverwerking
Het onderzoek van CE delft heeft ook de klimaatimpact van tien verschillende afvalverwerkingsroutes bestudeerd in een levenscyclusanalyse. De resultaten zijn gebaseerd op verschillende modellen, technologieën en aannames, waardoor bandbreedtes worden gebruikt om onzekerheden weer te geven.

Hierbij wordt bestudeerd welke verwerkingsroutes het meeste klimaatvoordeel opleveren voor het schaarse plasticafval waarbij het milieu impact wordt uitgedrukt in kilo geproduceerde CO2-equivalent per kilo plastic.

Uit de resultaten blijkt dat alle onderzochte technologieën een lagere klimaatimpact hebben dan verbranding. Voor de verbranding in de huidige AVI’s kan de milieu-impact aanzienlijk worden verminderd door meer energie terug te winnen (hoogrendement AVI) en door 93 procent van de broeikasgassen af te vangen en permanent op te slaan (HR AVI en CCS). Deze technologie heeft de laagste milieu-impactwaarde van min 1,8 kilo CO2-equivalenten per kilo plastic.

Voor de recyclingtechnologieën varieert de milieu-impact. Mechanische recycling scoort over het algemeen beter dan depolymerisatie (chemische recycling met een 'korte keten') en prolyse, chemische recycling, waarbij plastic wordt omgezet in een olie die kan dienen als uitgangsstof voor nieuw plastic).  

Voor vergassing liggen de klimaatimpactscores tussen de 0 en min 0,5 kilo CO2-equivalenten per kilo plastic. Vergassing is qua milieu-impact beter dan AVI-verbranding zonder CCS, maar slechter dan de recyclingroutes.

Kostenanalyses plastic afvalroutes
CE delft heeft een kostenanalyse uitgevoerd waarbij de kosten van verschillende opties voor het verwerken van plasticafval worden vergeleken. Momenteel beschikt Nederland over elf AVI's. Deze afvalverbrandingsinstallaties hebben geen uitbreidingsplannen en zullen beleidsmatig afgebouwd worden. Voorscheiding voor AVI's wordt momenteel als meerkosten beschouwd. Droge nascheiding kost 40 miljoen euro voor 300 kiloton afval, vergelijkbaar met bronscheiding.

De kosten voor het recycleren van plastic variëren sterk. Sommige plastic recycling is al rendabel, maar sommige niet-rendabele recycling gebeurt toch vanwege producentenverantwoordelijkheid. De kosten van het recyclingsmateriaal liggen rond de 875 euro per ton.

HR AVI-kosten zijn hoger dan conventionele AVI's, maar met de stijgende energieprijzen kan de terugverdientijd halveren. Een voorbeeld van deze AVI is de Amager Bakke AVI in Kopenhagen waarbij het een kleine 1,4 miljoen euro kostte om een kiloton afval te verwerken.

De kosten van vergassing zijn ook aan de hoge kant en vereisen subsidies van de overheid. Furec ontvangt 108 miljoen euro subsidie voor hun grootschalige vergassingsinitiatief van de EU. De investering bedraagt 600 miljoen euro voor een capaciteit van 700 kiloton restafval (0,85 miljoen euro per kiloton). Gidara daarentegen investeert 250 miljoen euro voor een vergassingsfabriek met een capaciteit van 200 kiloton afval (1,25 miljoen euro per kiloton).

Conclusie
In de toekomst, met meer CCS-toepassingen, mix van gassen en elektriciteit, en groter aandeel duurzame energie, blijft recycling de meest efficiënte en kosteneffectieve optie. HR AVI met CCS volgt als tweede en vergassing naast lange-keten-chemische recycling als derde.

Het vermijden van fossiele ketens en emissies uit verbranding zullen minder opleveren door verbeterde efficiëntie en toepassing van CCS. Recycling zal zich verder ontwikkelen en waarschijnlijk de meest gunstige optie blijven.