De raffinage is een van de meest energie-intensieve industriële installaties, die grote hoeveelheden warmte en elektriciteit verbruiken om ruwe olie te verwerken tot brandstoffen, smeermiddelen en petrochemische grondstoffen. Gedurende decennia kwam deze energie bijna uitsluitend uit het verbranden van fossiele brandstoffen.Natuurlijk gas, steenkool en petroleumcokes. Vandaag de dag is de wereldwijde energietransitie dat paradigma aan het hervormen. De stijgende koolstofprijzen, strengere emissieregels, beleggersdruk en bedrijfsnet-nulverplichtingen drijven de raffinaderijen ertoe om hernieuwbare energiebronnen in hun activiteiten te integreren. Deze verschuiving is niet alleen een milieugebaar feit, maar is een strategische noodzaak om het kostenconcurrentievermogen te verbeteren, om een vergunning op lange termijn te garanderen en af te stemmen op de koolstofvrijmakingstraject van het bredere energiesysteem.

Hoewel de integratie van hernieuwbare energie in raffinaderijen technische en economische uitdagingen met zich meebrengt, bewijzen de vroege adoptanten dat een hybride energiemodel dat conventionele energie combineert met zonne-energie, wind, biomassa en opkomende technologieën zoals groene waterstof, zowel haalbaar als winstgevend is. In dit artikel worden de strategieën, technologieën, voorbeelden uit de echte wereld en toekomstige vooruitzichten voor het inbedden van hernieuwbare energie in raffinaderijactiviteiten onderzocht, en wordt een gedetailleerde routekaart voor een industrie in transformatie aangeboden.

Strategische case for hernieuwbare energiebronnen in raffinage

De business case voor integratie van hernieuwbare energie in raffinaderijen gaat veel verder dan emissiereductie. Het gaat over operationele veerkracht, naleving van de regelgeving en bottom-line prestaties.

Milieu- en klimaatbevorderaars

De raffinage van CO2 is goed voor ongeveer 4 .6% van de wereldwijde CO2-uitstoot, waarbij een typische raffinaderij tussen 1,5 en 3 miljoen ton CO2 per jaar uitstraalt, afhankelijk van de complexiteit en de doorvoer. Deze emissies zijn afkomstig van directe verbranding van brandstoffen in ovens, ketels en waterstofproductie-eenheden (stoommethaanhervormers), alsook van aangekochte elektriciteit. Een deel van die fossiele brandstof-energie wordt vervangen door directe reducties van de uitstoot van Scope 1 en Scope 2. Zo kan bijvoorbeeld een 50-MW zonnebedrijf dat een raffinaderij voedt, jaarlijks 40.000 .60.000 ton CO2 vermijden, afhankelijk van de lokale intensiteit van het net. Met koolstofprijzen in de Europese Unie die meer dan 100 euro per ton bedragen en vergelijkbare mechanismen die wereldwijd toenemen, is de financiële waarde van dergelijke reducties aanzienlijk.

Naast koolstof verdringt hernieuwbare energie lokale luchtverontreinigende stoffen zoals SOx, NOx en deeltjes. Veel raffinaderijen werken in dichtbevolkte gebieden, waardoor de luchtkwaliteit een belangrijke factor is voor het handhaven van de gemeenschapsbetrekkingen en het naleven van strengere nationale normen voor de luchtkwaliteit.

Economische voordelen en risicobeheer

  • Lagere en gestabiliseerde energiekosten: Overeenkomsten voor de aankoop van zonne-energie en windenergie (PPA's) bieden nu genivelleerde kosten van elektriciteit (LCOE) die vaak concurreren met of goedkoper zijn dan elektriciteitsnet uit fossiele brandstoffen. Zo zijn de recente zonne- PPA's in de Amerikaanse Golfkust ondertekend voor $20.0$30 per .., vergeleken met $40.0$60 voor gasgestookte energie. Lange-termijncontracten (15.225 jaar) zorgen voor prijsstabiliteit, waardoor raffinaderijen worden geïsoleerd van vluchtige aardgasmarkten.
  • Operationele veerkracht:[ On-site of nabijgelegen hernieuwbare energiebronnen verminderen de afhankelijkheid van een potentieel kwetsbaar net. In combinatie met batterijopslag kunnen raffinaderijen kritieke activiteiten handhaven tijdens onderbrekingen of piekperiodes, waardoor dure sluitingen worden voorkomen.
  • Toegang tot koolstofarme stimulansen:[ Belastingkredieten, subsidies en productiestimulansen in rechtsgebieden zoals de VS (Inflation Reduction Act), Europa (Innovation Fund, staatssteun) en het Midden-Oosten (groene financiering) kunnen 30.50% van de vooraf gemaakte kosten van hernieuwbare projecten dekken, waardoor de opbrengsten worden verbeterd.
  • Verbeterde reputatie en marktpositie van ondernemingen: De raffinagebedrijven die zichtbaar koolstofvrij maken, krijgen een voorkeursbehandeling van ESG-gerichte investeerders, kredietverstrekkers en klanten. Verschillende grote oliemaatschappijen koppelen nu de compensatie aan emissiereductiedoelstellingen, waaronder de invoering van hernieuwbare energie.

Regelgeving en beleid

Het beleid van de overheid versnelt de verschuiving. Fase 4 van de Europese Unie voor emissiehandel (ETS) legt steeds strengere plafonds op en het mechanisme voor koolstofgrensaanpassing (CBAM) zal binnenkort de invoer voor ingebedde emissies in rekening brengen. In de Verenigde Staten wordt de 45Q-belastingskorting voor koolstofafvang en 45Y voor schone elektriciteitsproductie gestimuleerd om hernieuwbare energie te koppelen aan raffinaderijen. China's nationale ETS is aan het uitbreiden om raffinage te dekken, en India dringt aan op de verplichting om hernieuwbare aankoopverplichtingen (RPO's) voor industriële consumenten.

Kerntechnologieën voor duurzame energie in de raffinagesector

Een moderne raffinaderij kan meerdere hernieuwbare bronnen gebruiken, die elk aan verschillende energiebehoeften beantwoorden: elektriciteit, lagetemperatuurwarmte of hogetemperatuurproceswarmte.

Fotovoltaïsche zonne-energie (PV) en geconcentreerde zonne-energie

Solar PV is de meest gebruikte hernieuwbare energie in raffinaderijen vandaag. Aan de grond of dak arrays genereren elektriciteit die kan worden gebruikt voor elektrische motoren, compressoren, verlichting en hulpsystemen. Veel raffinaderijen bouwen zonne-parken op bedrijfsgronden naast raffinaderijen of op gesloten kringloop bruinveld. Een typische grote raffinaderij kan 100 .300 hectare toewijzen voor een 50 .200 MW zonne-installatie, die voldoet aan 10 .30% van de elektriciteitsvraag.

Geconcentreerde zonne-energie (CSP) met thermische opslag kan warmte leveren bij temperaturen tot 400°C, geschikt voor stoomopwekking in raffinaderijprocessen zoals destillatie, hydrobehandeling en stoomkraken. Hoewel CSP duurder is dan PV, maakt de verzending van CSP via gesmolten zoutopslag het aantrekkelijk om continue warmte te leveren. Projecten in Oman en Californië hebben aangetoond dat CSP-integratie met olieveldoperaties plaatsvindt en soortgelijke modellen ontstaan voor raffinaderijen.

Windenergie

De offshore- en offshore-windturbines leveren elektriciteit met een hoge capaciteit, vaak als aanvulling op het dagprofiel van zonne-energie. De raffinages in winderige regio's zoals de Noordzeekust van Europa, de Golf van Mexico en de Grote Vlakten van de VS. De hostturbines van de VS zijn aanwezig of ondertekenen virtuele PPA's voor windparken buiten de regio. Bijvoorbeeld, de raffinaderij Phillips 66 (nu WRB Refining) in Illinois gebruikt een 175-MW windpark om een deel van zijn elektriciteitsverbruik te compenseren. Windenergie is bijzonder waardevol voor raffinaderijen die 24/7 werken, aangezien moderne turbines werken met een hoge beschikbaarheid (35.50% capaciteitsfactor aan wal, 50.00% offshore).

Biomassa en bio-energie

De raffinages hebben een unieke kans om biomassa en biogene afvalstromen als brandstof te gebruiken.

  • biomassaketels die houtkorrels, landbouwresiduen of bosbouwafval verbranden om stoom te genereren. Door biomassa met aardgas te verbranden kan de uitstoot worden verminderd zonder grote kapitaalinjecties.
  • Gastificatie van afval om syngas te produceren dat aardgas vervangt in waterstofproductie- of procesverwarmingstoestellen.
  • Biogas afkomstig van de anaërobe vergisting van organisch afval (bijvoorbeeld uit voedselverwerking of gemeentelijke bronnen) kan worden gereinigd en gebruikt in ketels of turbines.
  • Integratie met bioraffinaderijen: Veel raffinaderijen zetten eenheden om om om hernieuwbare diesel en duurzame luchtvaartbrandstof (SAF) te produceren, waarbij plantaardige oliën en dierlijke vetten als grondstof worden gebruikt.Het proces zelf genereert co-producten (bv. biogas) die als energie-input kunnen worden gerecycleerd, waardoor een circulair systeem ontstaat.

Groene waterstof

Waterstof is essentieel voor het waterbehandeling en hydrokraken om zwavel te verwijderen en zware fracties te upgraden. Traditioneel wordt het geproduceerd uit aardgas door middel van stoommethaan reforming (SMR), het genereren van ongeveer 10 kg CO2 per kg H2. Groene waterstof geproduceerd via elektrolyse met behulp van hernieuwbare elektriciteit . Het aanbod van een nul-koolstof alternatief. Raffinerijen beginnen ter plaatse elektrolyzers te installeren aangedreven door speciale zonne- of windparken. In Duitsland bouwt de Heide Melate een 30-MW elektrolyzer om groene waterstof te leveren voor haar activiteiten. Hoewel kapitaal-intensieve vandaag de dag, kosten dalen: elektrolyzer kosten zijn gedaald 60% sinds 2018 en worden verwacht om $ 400 .$ 500 per kW tegen 2030 te bereiken, waardoor groene waterstof kosten-concurrentie met grijze waterstof in regio's met lage hernieuwbare elektriciteitsprijzen.

Energieopslagsystemen voor batterijen (BESS)

Om de intersternitie van zonne- en windenergie te verwerken, koppelen raffinaderijen hernieuwbare energie met grootschalige batterijen. BESS kan overdag overtollige zonne-energie opslaan en 's nachts uitladen, stroomproductie verzachten en een hogere hernieuwbare penetratie mogelijk maken. Batterijen leveren ook netdiensten, waardoor inkomsten worden verdiend door frequentieregulering en vermindering van de vraag-last. Recente projecten, zoals de 100-MW/400- connecto-tb-BESS van de door BP bediende Cherry Point-raffinaderij in de staat Washington, tonen de levensvatbaarheid van de integratie van opslag met raffinaderij hernieuwbare energie.

Case studies: Raffineries Leading the Transition

1.TotalEnergys . .Grandpuitsraffinaderij (Frankrijk)

TotalEnergies heeft haar Grandpuits raffinaderij, die de ruwe verwerking in 2021 heeft stopgezet, omgezet in een nul-schuur platform dat gewijd is aan biobrandstoffen en bioplastics. De site omvat een 40-MW zonne-boerderij die de bioraffinaderijen aanstuurt, samen met een batterijopslageenheid. De zonne-energie-array beslaat 60 hectare en produceert jaarlijks 50 GWh, die 30% van de elektriciteitsbehoefte van de locatie dekt. Het bedrijf installeert ook elektrolyzers voor de productie van groene waterstof, gericht op 100% hernieuwbare energie voor de locatie tegen 2028. Dit geval illustreert hoe een raffinaderij kan draaien van fossiele brandstoffen naar een schone energiehub, terwijl geschoolde banen worden behouden.

2. Marathon Petroleum . . Garyville Raffinaderij (VS Golfkust)

Marathon Petroleum, een van de grootste Amerikaanse raffinaderijen, heeft een PPA van 15 jaar ondertekend voor 200 MW zonne-energie van een zonne-energiebedrijf op utiliteitsschaal in Texas. De elektriciteit wordt via het ERCOT-netwerk geleverd, waardoor ongeveer 250.000 ton CO2 per jaar wordt vervangen. Marathon installeerde ook een zonne-energie-installatie van 5‐MW op locatie voor hulpladingen en verkent biomassa die wordt opgewekt voor zijn waterstofbehoeften. Het raffinaderijcomplex van Garyville gebruikt ook warmteterugwinning en energie-efficiëntie-upgrades voor afval, waardoor de aangekochte elektriciteit met 15% wordt verminderd over vijf jaar.

3. Preem

Zweden heeft Preem AB veel geïnvesteerd in hernieuwbare integratie in de Lysekil-raffinaderij, de grootste in Scandinavië. Het project Preem crs omvat plannen voor een grootschalig zonnepark, onshore windturbines, en een warmte- en elektriciteitscentrale (WKK) die stoom en elektriciteit levert. Preem wil tegen 2030 5 miljoen kubieke meter hernieuwbare brandstoffen (HVO en SAF) produceren, waarbij hernieuwbare energie wordt gebruikt in de hele productieketen. De raffinaderij heeft ook samengewerkt met Vattenfall om een offshore windmolenpark van 300-MW te bouwen dat gewijd is aan industriële energie, met de raffinaderij als anker off-taker.

Uitdagingen en oplossingen

Ondanks duidelijke voordelen is de integratie van hernieuwbare energiebronnen in de raffinageactiviteiten niet zonder belemmeringen. Hieronder staan de belangrijkste uitdagingen en praktische benaderingen om deze te overwinnen.

Vereisten inzake intermittentie en basislading

De raffinage vereist een stabiele, continue levering van warmte en elektriciteit. Zonne- en windproducties kunnen variabele output produceren. Een plotselinge daling van de hernieuwbare productie kan gevoelige processen zoals destillatie of kraken verstoren.

Oplossing: Hybride systemen die hernieuwbare energie combineren met batterijopslag, back-upturbines en flexibiliteit van de vraag. Bijvoorbeeld, het gebruik van overtollige hernieuwbare energie om grondstoffen voor warmte te produceren of waterstof (elektrolyse) kan fungeren als een flexibele belasting. Bovendien kunnen virtuele PPA's met netgekoppelde hernieuwbare bedrijven raffinaderijen om hernieuwbare eigenschappen te claimen zonder direct te reageren op intermittentie. Geavanceerde energiebeheersoftware (digitale tweeling) kan in real time optimaliseren, waarbij de omschakeling tussen bronnen naadloos verloopt.

Hoge kapitaalkosten en lange terugbetalingstermijnen

Het installeren van zonneparken, windturbines, elektrolyzers en opslag vereist aanzienlijke investeringen vooraf. Veel raffinaderijen prioriteren kernonderhoud en procesverbeteringen ten opzichte van hernieuwbare projecten.

Oplossing: Het verminderen van overheidsstimulansen (investeringsbelastingkredieten, versnelde afschrijving, subsidies) en financiering door derden zoals overeenkomsten voor zonne-energie of energiediensten (ESA's) vermindert het risico vooraf. De interne koolstofprijs kan ook de projecteconomie verbeteren; bijvoorbeeld, ervan uitgaande dat een koolstofprijs van $50 per ton bijdraagt aan de waarde van hernieuwbare elektriciteit. Het bundelen van hulpbronnen via hernieuwbare energiegemeenschappen of industriële clusters kan infrastructuur delen en de kosten per eenheid verlagen.

Ruimtebeperkingen en landgebruik

De raffinages bevinden zich vaak op overbelaste percelen met een beperkt beschikbare grond voor grote arrays. Vlakheid naar woongebieden of beschermde ecosystemen kunnen de ligging verder beperken.

Oplossing: Duurzame energie op locatie via PPA's of communautaire zonne-energieprogramma's vermijden landproblemen. Drijvende zonne-energie op waterbekkens (koelvijvers, afvalwaterlagunes) kan stroom opwekken zonder te concurreren om land. Agrivoltaics lokaliseren zonnepanelen met begrazing of gewassen is een andere optie die zich voordoet. Voor wind, off-site turbines (onshore of offshore) kunnen via PPA's worden gecontracteerd.

Compatibiliteit van warmte-processen

Veel raffinageprocessen vereisen hoge temperatuurwarmte (boven 400°C) waarvoor de huidige hernieuwbare energie niet direct geschikt is. De thermische zonne-energie bij hoge temperaturen is duur, en alternatieve elektrische verwarming (bijvoorbeeld inductie, weerstand) kan op schaal kostbaar zijn.

Oplossing: Groene waterstof kan worden verbrand om hoge temperatuurwarmte te produceren, zij het met energieverliezen. Er worden elektrische ketels met hernieuwbare elektriciteit ingezet voor stoom bij lagere temperatuur (tot 250°C). Voor hogere temperaturen wordt elektrische warmtepompen en elektrische boogovens ontwikkeld voor chemicaliën. Ondertussen kan het meebranden van biomassa of biogas in bestaande ovens de netto-emissies verminderen. Thermische opslag (voelend, latent of thermochemisch) komt op voor het opslaan van hernieuwbare warmte voor on-demand levering.

Toekomstperspectief en strategische aanbevelingen

De integratie van hernieuwbare energiebronnen in raffinage bevindt zich nog in een vroeg stadium, maar het tempo neemt toe. Tegen 2030 is het aannemelijk dat veel raffinaderijen 30‐50% van hun energie uit hernieuwbare bronnen zullen halen, gevoed door dalende kosten, strengere koolstofregelgeving en technologische doorbraken.

De belangrijkste trends die moeten worden bekeken zijn:

  • Hydrogenhubs: Raffinerieën zullen regionale groene waterstofecosystemen verankeren, waarbij de elektrolysecapaciteit wordt gedeeld met de nabijgelegen industrieën en het vervoer.
  • Verrijking van proceswarmte: Modulaire elektrische verwarmingseenheden en hogetemperatuurwarmtepompen zullen gasgestookte verwarmingstoestellen in fasen vervangen, te beginnen met middelhogetemperatuurprocessen.
  • Digitale tweeling en AI: Geavanceerde software zal de verzending van hernieuwbare energie, opslag en back-up vermogen in real time optimaliseren, waardoor het rendement op activa wordt gemaximaliseerd.
  • Carbonafvang die wordt aangedreven door hernieuwbare energiebronnen: Het koppelen van koolstofafvang en -opslag (CCS) met hernieuwbare elektriciteit zorgt voor een werkelijk negatieve emissie van waterstofproductie uit biomassa.

Voor de eigenaren en exploitanten van raffinaderijen is het nu tijd om te handelen. Beginnen met investeringen in een laag niveau zoals zonne-energie voor hulpladingen op locatie en het ondertekenen van langetermijn PPA's voor wind of zonne-energie. Samen met beleidsmakers zorgen voor een vastzetting van stimulansen en ontwikkelen van een lange-termijn routekaart die de fases in het vergroten van hernieuwbare aandelen in zich bergt. Werk samen met technologieleveranciers en peer-bedrijven via industriële consortia om kennis te delen en vroege projecten te derisico's te verminderen.

De reis naar een volledig hernieuwbare raffinaderij is geen sprong, maar een reeks doelbewuste, economisch gezonde stappen. Door zonne-energie, wind, biomassa, groene waterstof en opslag te integreren, kunnen de raffinaderijen zich vandaag de dag als leiders in de koolstofarme economie positioneren, hun activiteiten veiligstellen tegen vluchtige fossiele-energiemarkten en een zinvolle bijdrage leveren aan de mondiale klimaatdoelstellingen. De raffinaderij van de toekomst zal niet alleen ruw werken, maar zal op een diverse, schone energiemix draaien.

Externe bronnen voor verdere lezing: