Hoeveel kost het om af te stappen van fossiel gas in de voedings-, chemische en glasindustrie?  

10 oktober 2022

Context en doel van de studie 

De Europese aardgasmarkt staat sinds een jaar onder spanning in verband met het economische herstel na de crisis en, recentelijk, de oorlog in Oekraïne. Hierdoor groeide het besef dat Europa minder afhankelijk moet worden van de invoer van aardgas, met name uit Rusland. De totale invoer van 155 bcm aardgas uit Rusland is namelijk goed voor ongeveer 45% van de gasinvoer van de EU in 2021 en bijna 40% van haar totale gasverbruik.[1] Hoewel dit een grote uitdaging is, biedt het ook een kans om de klimaattransitie naar een efficiënter energiesysteem op basis van schonere energie te versnellen. 

In dit verband heeft de European Climate Foundation Climact gevraagd om  

• De hotspots voor aardgasverbruik in de EU-industrie te identificeren
• Voor deze hotspots de beste alternatieven voor aardgas op korte termijn te onderzoeken, d.w.z. alternatieven waarmee het aardgasverbruik snel en aanzienlijk kan worden verminderd, hetzij door procesverandering, energie-efficiëntie of overschakeling op een andere brandstof.
• De kosten en baten van deze alternatieven beoordelen 

De delen i) en ii) zijn behandeld in een vorig artikel, waarin vier industriesectoren zijn aangewezen die samen goed zijn voor twee derde van de aardgasvraag van de EU-industrie: de chemische sector (aardgas als energiedrager en als grondstof), de voedings- en drankenindustrie, de glas- en de keramieksector. De beste kortetermijnalternatieven voor aardgas voor deze 4 sectoren en hun potentieel om het aardgasgebruik te verminderen werden bepaald en er werd geschat dat ongeveer een kwart van het huidige verbruik in de komende 5 jaar kan worden verminderd (zie fig. 1).

Figuur 1: reductiepotentieel op korte termijn van het aardgasverbruik in 4 industriële hotspots in een ambitieus afbouwscenario (TWh aardgas)

Dit artikel beoordeelt de kosten en baten van het beste alternatief (met het grootste reductiepotentieel voor aardgasgebruik op korte termijn) voor drie van deze sectoren: voeding, chemie en glas. 

De beoordeling is gebaseerd op: 

• een literatuurstudie en een onderzoek van bestaande proefprojecten om de reële OPEX en CAPEX voor dergelijke alternatieven te beoordelen, alsmede de terugverdientijd 
• een vergelijking van deze cijfers met die van het huidige op gas gebaseerde proces gedurende de levensduur van de installatie, in twee verschillende energieprijsscenario’s. 

In de gedetailleerde studie worden ook verscheidene informatiebladen gepresenteerd met proefprojecten waarin dergelijke alternatieven voor aardgas zijn toegepast. Deze factsheets bevatten informatie over de investeringscontext, de CAPEX en OPEX en de terugverdientijd voor deze projecten. 

Belangrijkste bevindingen 

Voedingssector 

In de voedingssector bieden warmtepompen met een lage temperatuur (d.w.z. lager dan 100°C) op korte termijn het grootste potentieel om het aardgasverbruik te verminderen. Deze kunnen immers voldoen aan de behoeften van talrijke processen in de voedingsindustrie: drogen, koken, verwarmen/koelen van water (bv. waswater), verwarmen/koelen van stoom (bv. om producten te steriliseren). De temperatuur kan worden verhoogd via hybride warmtepompen en elektrische boilers.  

De mediane investeringskosten voor lagetemperatuurwarmtepompen in het bereik van 0,5 tot 5 MWth bedragen 400€ per thermische kilowatt en per jaar, wat neerkomt op 8000€ per kw gedurende de 20 jaar van de levensduur, of 8 M€ voor een installatie van 1 MW. Dit is ongeveer 3 keer duurder dan gewone gasketels in termen van initiële investeringen.  

Aan de andere kant verbruiken warmtepompen 3 tot 7 keer minder energie dan gasketels, zodat hun brandstofkosten veel lager zijn. Het voordeel van de overschakeling van aardgasketels naar lagetemperatuur-warmtepompen zal dus voornamelijk afhangen van het proportionele verschil tussen gas- en elektriciteitsprijzen. Bij de beschouwde prognoses voor elektriciteits- en gasprijzen (zie de studie voor details) en uitgaande van een jaarlijkse bedrijfstijd van 6400 uur, bedragen de brandstofkosten van een langdurige HP ongeveer 200 euro/kWth/jaar, terwijl die voor gas ongeveer 500 euro/kWth/jaar bedragen (inclusief een CO2-kostenpost van 200 euro/kWth/jaar).   

Bij hogere energieprijzen (zie studie voor details) bedragen de brandstofkosten respectievelijk 480€ en 1580€/kWth/jaar voor warmtepompen en gasketels. De grotere bestendigheid van HP tegen stijgende energieprijzen is dus een belangrijk voordeel in vergelijking met gasketels. 

Tot de proefprojecten behoort de fabriek in Rødkærsbro, eigendom van de Scandinavische zuivelcoöperatie Arla, die voornamelijk rauwe melk verwerkt tot kaas.  In 2014 werd op het terrein een warmtepomp met een verwarmingscapaciteit van 1,5 MWth en een koelcapaciteit van 1 MWth geïnstalleerd. Voor dit specifieke project bedroegen de CAPEX 5,5 miljoen euro voor een levensduur van 20 jaar en de exploitatie en het onderhoud 4 euro/MWhth. Dit project kreeg een investeringssubsidie van 1,2 miljoen euro. Met de installatie van de warmtepomp kan jaarlijks 16 010 MWh en 2980 ton CO2 worden bespaard. Met deze energiebesparingen en de initiële investeringssubsidie is de warmtepompinstallatie na 6,1 jaar rendabel geworden.

Chemische sector 

Wat de energieverbruikende processen in de chemische sector betreft, zijn warmtepompen en elektrische boilers de alternatieven met het grootste potentieel om het aardgasverbruik op korte termijn te verminderen. Hogere temperatuurbehoeften dan in de voedingssector kunnen echter een belemmering vormen voor het gebruik van warmtepompen in de chemische industrie. Hoge temperatuur warmtepompen (HT HP) vormen een opkomende technologie (die momenteel warmte kan produceren tot ongeveer 200°C) en kunnen een deel van deze uitdaging aangaan.  

Omdat deze technologie minder ver ontwikkeld is, zijn de CAPEX nog steeds aanzienlijk hoger dan voor LT HP, ongeveer 22 040 euro per thermische kW. Een hogere marktpenetratie zou de kosten van deze technologie moeten helpen drukken. Van de bestaande HT HP-voorbeelden produceert het Belgische bedrijf Qpinch chemische hogetemperatuurwarmtepompen die tot 50% van de afvalproceswarmte kunnen oogsten en omzetten in proceswarmte van 230°C.   

Proefprojecten voor deze technologie zijn onder meer de fabriek van Borealis in Zwijndrecht, waar in 2021 een HT HP van 1,3 MWth werd geïnstalleerd om de afvalwarmte van de fabriek te oogsten. Deze HT HP verbruikt 50kW elektriciteit om 1,3 MWth nuttige warmte te produceren. De CAPEX bedraagt 2,6 miljoen euro voor een levensduur van 20 jaar. In dit geval is de terugverdientijd 3 tot 5 jaar. Deze HT HP levert een jaarlijkse vermindering van het aardgasverbruik op van 10 600 MWh gas en vermindert de jaarlijkse CO2-uitstoot van de fabriek met 2200 ton. 

Sector glas 

In de glassector vormt directe elektrificatie (bv. elektrische ovens) het beste alternatief voor aardgas op korte termijn. Bij gedeeltelijke elektrificatie in bestaande lijnen, elektrische boosting genoemd, worden elektroden in het glasbad gebracht terwijl de bestaande gasbranders behouden blijven. Dit biedt het voordeel dat er geen nieuwe installatie nodig is en dat het relatief gemakkelijk in bestaande leidingen kan worden uitgevoerd, waardoor het op korte termijn de gemakkelijkste oplossing is. Op langere termijn zullen volledig elektrische ovens of hybride ovens in combinatie met waterstof een levensvatbare oplossing worden. De verhouding tussen gas en elektriciteit kan dan worden aangepast om het gebruik van elektriciteit te maximaliseren zolang het geproduceerde glas dezelfde kwaliteit behoudt.    

Fabrikanten van verpakkingsglas hebben al een aantal elektrische boosters in hun productielijnen en variëren de verhouding elektriciteit tussen 5-15%, afhankelijk van de energieprijs. AGC elektrificeert zijn fabrieken sinds 2020. Een jaar geleden openden zij hun eerste hybride fabriek in België. Om de nodige temperatuur te bereiken, gebruiken ze momenteel 90% gas en 10% elektriciteit. Het doel is echter om het gebruik van elektriciteit via weerstanden zoveel mogelijk te verhogen. Voor dit project kreeg AGC subsidies van de Belgische overheid die 30% van de CAPEX dekken. 

Perspectieven 

Dit artikel richt zich op de verschillen tussen investerings- en brandstofkosten bij de overschakeling van processen op gas naar alternatieven. Vanuit het oogpunt van de industrie is het evenwicht tussen kosten en baten inderdaad zeer belangrijk om dergelijke investeringsbeslissingen te onderbouwen. In het besluitvormingsproces moet echter ook rekening worden gehouden met andere elementen die hier niet aan bod zijn gekomen: langlopende energieaankoopovereenkomsten, resterende levensduur van bestaande installaties, voldoende elektriciteitstransmissie- of distributiecapaciteit bij de betrokken installatie, … Dit zijn belangrijke voorwaarden voor een succesvolle overschakeling van aardgas op elektriciteit die niet over het hoofd mogen worden gezien.  

Een ander element waarmee rekening moet worden gehouden, is dat de kostenvergelijking tussen op aardgas gebaseerde processen en alternatieven gebaseerd is op voorspellingen van de huidige energieprijzen, die voornamelijk gebaseerd zijn op de waarneming van toekomstige grondstoffenmarkten. Deze markten vangen echter niet de totaliteit van de elektriciteit die wordt verkocht of gekocht (bijvoorbeeld op day-ahead- of intraday-markten). Voorts worden momenteel op EU-niveau besprekingen gevoerd om de stijgende energieprijzen in de hand te houden. Een daarvan betreft een voorstel om de prijs van elektriciteit op de spotmarkt (day-ahead of intraday) te plafonneren door maximumprijzen vast te stellen afhankelijk van de productietechnologie. Deze elementen leiden tot voorzichtigheid bij het vergelijken van op aardgas gebaseerde oplossingen en alternatieven die uitsluitend gebaseerd zijn op prijsvoorspellingen, aangezien deze momenteel een hoge mate van onzekerheid vertonen.  

Ten slotte vermeldt de studie ook een reeks subsidie-instrumenten die beschikbaar zijn om bedrijven te helpen alternatieven voor aardgas in hun processen in te voeren. Talrijke in de studie genoemde proefprojecten hebben van dergelijke subsidies geprofiteerd, waardoor de terugverdientijd bij de uitvoering van deze investeringen kan worden verkort. Om het proces van geleidelijke stopzetting van het gebruik van aardgas in de EU-industrie te vergemakkelijken, is het belangrijk dat bedrijven zich bewust zijn van de bestaande steunregelingen die kunnen helpen om investeringen in alternatieven voor aardgas rendabel te maken.

>> DOWNLOAD HIER DE PUBLICATIE

---

“Dit project is ondersteund door de European Climate Foundation. De verantwoordelijkheid voor de informatie en standpunten in deze analyse ligt bij de auteurs. De Europese Klimaatstichting kan niet verantwoordelijk worden gehouden voor het gebruik dat eventueel wordt gemaakt van de daarin vervatte of uitgedrukte informatie.” 

[1] IEA : A 10-Point Plan to Reduce the European Union’s Reliance on Russian Natural Gas

Share