Op weg naar een blauwdruk voor een duurzame toekomst

Besef eindigheid grondstoffenvoorraad dringt steeds verder door

In het kader van de verduurzaming worden steeds meer initiatieven ontplooid ten aanzien van gesloten materiaalkringlopen en hernieuwbare energie. De derde essentiële factor is systeemdenken, want alleen een proactieve, integrale samenwerking binnen de kennisketens zal tot de gewenste resultaten leiden. In een dubbelinterview met Fenna Van de Watering en Yannick Severin van het Nederlandse advies- en ingenieursbureau Witteveen+Bos wordt nader ingegaan op de ins en outs van genoemde aspecten en op hun haalbaarheid in het kader van het Rijksbrede programma ‘NL Circulair in 2050’.

Duurzame ontwerpprincipes

De roofbouw die de afgelopen tweehonderd jaar is gepleegd op de natuurlijke voorraden heeft een kentering teweeggebracht in het denken. Het streven is te komen tot een circulaire of kringloopeconomie, een economisch systeem van gesloten materiaalkringlopen waarin grondstoffen, onderdelen en producten hun waarde behouden, hernieuwbare energiebronnen worden gebruikt en systeemdenken centraal staat. Witteveen+Bos houdt zich daar volop mee bezig, en vertaalt innovatie binnen de bouw- en procesindustrie in toekomstgerichte, duurzame en vooral economisch haalbare oplossingen. Fenna van de Watering, adviseur waterstof: “Witteveen+Bos heeft op basis van sustainable development goals (SDG’s) duurzame ontwerpprincipes ontwikkeld die in alle fasen van alle projecten worden toegepast (zie kader). Dit levert een denkraam op waarbinnen gesloten kringlopen en hernieuwbare energie als vanzelf een plek krijgen. Ze vormen de leidraad en de medewerkers worden gestimuleerd deze dagelijks toe te passen.” Yannick Severin, adviseur circular & biobased solutions, lachend: “Ooit zei een klant tegen mij: jullie zijn het ingenieursbureau met de geitenwollensokken. Geen probleem, voor mij is dat een Geuzennaam.”

Witteveen+Bos

Witteveen+Bos, een wereldwijd opererend advies- en ingenieursbureau met kantoren in elf landen, is werkzaam op het gebied van water, infrastructuur, milieu en bouw. Als uitgangspunt worden daarbij de volgende duurzame ontwerpprincipes gehanteerd:

• Ontwerp met de natuur: er wordt gebruikgemaakt van natuurlijke processen om het ontwerp te versterken; werken met in plaats van tegen de natuur.
• Flexibel ontwerp: het ontwerp is gemakkelijk aan te passen aan toekomstige omstandigheden.
• Circulair ontwerp: het sluiten van ketens door in het ontwerp afval te benutten als grondstof en uit te gaan van maximaal hoogwaardig hergebruik.
• Multifunctioneel ontwerp: ontwerp voor meerdere functies in het ontwerp.
• Participatief ontwerp: er wordt niet ontworpen voor maar samen met de omgeving.
• Trias: het gebruik van energie en grondstoffen wordt beperkt en geoptimaliseerd volgens de trias prioritering.
• Maatschappelijk ontwerp: maatschappelijke maatregelen en kansen worden toegevoegd aan de fysieke maatregelen van het ontwerp.

De in Deventer gevestigde onderneming heeft wereldwijd circa 1.200 ingenieurs en adviseurs in dienst en voert jaarlijks ruim 3.000 projecten uit.

Futureproof

“We proberen bij Witteveen+Bos op basis van onze duurzame ontwerpprincipes al in het offertestadium een ‘futureproof’ ontwerp neer te leggen door rekening te houden met het type project, bijvoorbeeld door gebruik te maken van participatief ontwerp: kunnen we met de kennis uit de omgeving een inpasbaar en meer gedragen ontwerp maken? Als je op strategisch niveau advies wil uitbrengen, dan moet je zaken als kosteneffectiviteit en duurzaamheid al vanaf het begin meenemen.”

Van de Watering: “Ik denk dat er bij het maken van keuzen en het sluiten van ketens bij duurzame thema’s sprake is van iteratieve processen die onderling verbonden zijn en voortgang weten te boeken dankzij voortschrijdend inzicht; alleen door dat te respecteren kun je stappen maken. Elke keer als er een succes is behaald ‒ en vergeet ook vooral niet dat te vieren ‒ moet je als partners beslissen welke vervolgstappen je gaat ondernemen.”

Fenna van de Watering en Yannick Severin: “We proberen bij Witteveen+Bos op basis van onze duurzame ontwerpprincipes al in het offertestadium een ‘futureproof’ ontwerp neer te leggen door rekening te houden met het type project, bijvoorbeeld door gebruik te maken van participatief ontwerp. Als je op strategisch niveau advies wilt uitbrengen, dan moet je zaken als kosteneffectiviteit en duurzaamheid al vanaf het begin meenemen.”

Circulair ontwerp

Bij circulair ontwerp gaat het om vooruitdenken over ontwerp en materiaalgebruik op alle niveaus en in alle levensfasen van een product. Severin: “Bij circulaire projecten inventariseer je de materiaal-, grondstof-, energie- en waterstromen, en kijk je naar de wijze waarop technologie, beleid en regelgeving kunnen helpen de circulariteitsambities waar te maken. Op basis van die bevindingen ga je ideeën opperen, scenario’s bedenken en evalueren op basis van criteria die samen met de klant zijn vastgesteld.

Samenwerking en onderling vertrouwen tussen de actoren is daarbij cruciaal. Je gaat vaak aan de slag met materiaal dat door de maatschappij wordt gezien als vies en gevaarlijk, en ook de wet- en regelgeving werkt in veel gevallen niet echt mee. Ten onrechte, want het gaat om herbruikbare grondstoffen en materialen die je via integrale maatregelen kunt ‘oppoetsen’ of kunt omzetten voor hergebruik.”

“We staan aan de vooravond van een grote revolutie. Waterstof heeft het in zich de energiedrager te worden van de toekomst en de digitalisering kan de waterstofproductie verder optimaliseren” – Fenna van de Watering

Circulariteit meten

Circulair ontwerp vergt een omslag in het denken. Het verwerken van afval(producten) kost veel geld, terwijl het afval van de een in feite ‘goud’ waard is voor de ander. Wel vraagt dit als gezegd om wederzijds vertrouwen, zeker wanneer de een afhankelijk wordt van de ander als het gaat om productiecontinuïteit. Verder werpt de wet- en regelgeving ‘barrières’ op die het circulair gebruik van afval bemoeilijken en duurder maken. Severin onderschrijft dit: “Het mooie is dat je met circulariteit nieuwe waarden kunt creëren: je kunt gewoon aan reststoffen verdienen. Het is louter een kwestie van bruggen slaan tussen partijen, en geloof me, op dat punt is er nog veel winst te behalen.”

Een hulpmiddel daarbij is de +Circular designtool, een door Witteveen+Bos ontwikkeld ontwerp- en evaluatieprogramma voor het meten en inzichtelijk maken van circulaire mogelijkheden (zie kader). De visualisaties uit het programma stellen de opdrachtgever en de ontwerpers in staat de circulariteit van het ontwerp te meten en te vergelijken, om zo inzicht te verkrijgen in het verbeterpotentieel.

Tool circular design

Middels de digitale tool +Circular design kunnen snel vragen worden beantwoord als ‘Wat is de oorsprong van de materialen en grondstoffen?’, ‘Zijn deze van biogene oorsprong of gerecycled?’, ‘Welk percentage van de materialen kan na het bereiken van de eindelevensduur worden hergebruikt?‘, ’Met hoeveel milieu-impact gaat het project gepaard?’ en natuurlijk: ‘Hoe kan ik zo de milieu-impact verminderen en tegen welke kosten?’

Al deze informatie wordt in de tool gekwantificeerd en door die getallen in het model te laden wordt letterlijk ‒ door visualisatie ‒ en figuurlijk een beeld verkregen van de milieu-impact. Al met al is er sprake van een geautomatiseerde levenscyclusanalyse die ontwerpers helpt de circulariteit van hun ontwerpen te testen en nader uit te werken.

Waterstof als energiedrager

De tweede pijler onder de circulaire economie is hernieuwbare energie. Een van de belangrijkste problemen nu − en meer nog in de toekomst − is de onbalans tussen vraag en aanbod van hernieuwbare elektriciteit. H2 kan een van de energiedragers van de toekomst worden, doordat het in staat is te middelen tussen vraag en aanbod.

Van de Watering: “De huidige energietransitie heeft als doel de CO2-uitstoot terug te dringen: uiteindelijk naar negatief. In het circulair denkkader is CO2 echter gewoon een grondstof met allerhande mogelijke toepassingen. Groene H2 kan hierbij ook een rol van betekenis spelen door het in te zetten als grondstof. Tijdens de masterclass die ik verzorg onder de noemer ‘Waterstof voor dummy’s’ merk ik dat mensen er bang voor zijn. Dan probeer ik een en ander in het juiste perspectief te plaatsen door erop te wijzen dat aardgas als energiedrager ook niet zonder risico is. Verder probeer ik duidelijk te maken dat H2 wat betreft de energietransitie een van de oplossingen is, maar zeker niet de enige en ook niet altijd de beste. Ik denk dat het heel belangrijk is die boodschap genuanceerd uit te dragen, en mensen een reëel beeld te geven van wat er met H2 mogelijk is/wordt, en dat is al een missie op zich.”

Grijze, groene en blauwe waterstof

Waterstof bestaat normaal gesproken uit een proton en een elektron, en is daarmee het enige element zonder neutronen. Productietechnisch gezien zijn er drie ‘hoofdkleuren’:

• Grijze waterstof is nu nog de meest toegepaste vorm − wordt geproduceerd uit fossiele brandstoffen, waarbij CO2 wordt uitgestoten.
• Groene waterstof wordt geproduceerd met energie uit hernieuwbare bronnen als zonne- en/of windenergie. De stroom wordt in dat geval gebruikt voor elektrolyse, waarbij de H2-atomen uit water (H2O) worden afgescheiden volgens
  2 H2O + O2 → 2H2 + 2O2.
• Blauwe waterstof is het product van grijze waterstofproductie gecombineerd met CO2-afvang en -opslag.

Framen

Witteveen+Bos werkt in het kader van het GROHW-project samen met bedrijven en hogescholen in Deventer en Arnhem aan manieren om de groene (GR) zuurstof(O), waterstof(H) en warmte(W) lokaal te produceren en te benutten binnen de industrie, de transportsector en in de gebouwde omgeving. Van de Watering: “We zoeken daarbij nadrukkelijk ook naar oplossingen die netcongestie moeten voorkomen, zodat al op korte termijn meer hernieuwbare energie kan worden geïnstalleerd, zonder dat uitbreiding van het elektriciteitsnet noodzakelijk is. Uiteindelijk doel is een blauwdruk die op tal van andere industrieterreinen in Nederland ‒ en daarbuiten ‒ kan worden toegepast.

Behalve in GROHW participeert Witteveen+Bos ook in RELEASE (zie kader). “Omdat inmiddels ook de circulaire kant wordt behartigd en bewaakt, ben ik ervan overtuigd dat circulair produceren en hernieuwbare energie naar elkaar toe zullen groeien. H2 is daarbij een van de schakels, omdat het én grondstof én energiedrager is.”

RELEASE-project

Witteveen+Bos neemt deel aan het RELEASE-project ‒ een samentrekking van Reversible Large-scale Energy Storage ‒ dat na de zomer van start gaat. Met de TU Delft als penvoerder wordt het project uitgevoerd door een consortium van universiteiten, hogescholen, overheden en bedrijven die zich tot taak hebben gesteld Nederland op de kaart zetten als Hydrogen, CCU en Flowbattery Valley. Elke technologie-onderzoekslijn heeft zich daarbij doelen gesteld voor 2030 en voor 2050.

Het RELEASE-project kent drie speerpunten:

1. Hydrogen: primair wordt gezocht naar een oplossing voor het gebrek aan stabiliteit van de momenteel beschikbare anion-selectieve, polymere elektrolytmembranen. Verder wordt onder meer gekeken naar de kinetische beperkingen aan de anodekant en naar de ontwikkeling van anodische elektrokatalysatoren.
2. Bij CCU ‒ de letters staan voor Carbon Capture Usage ‒ richt men zich op de elektrochemische omzetting van CO2 in het energierijke ethyleen en ethanol. In 2030 moet de directe elektrochemische omzetting van CO2 uit rookgassen in ethyleen en ethanol een feit zijn.
3. Bij Flowbattery is de focus gericht op het verbeteren van de prestaties van waterstofbroom- en zoutbatterijen. De nu in gebruik zijnde membranen, cellen en elektroden zijn niet specifiek voor dat doeleinde ontwikkeld, dus op dat punt is naar verwachting nog veel winst te behalen.

Metafoor

Severin: “Als ik in dat verband een metafoor mag gebruiken, dan denk ik in eerste instantie aan een toren. De fundatie voor verduurzaming moet duurzame energie zijn, en daarop worden vervolgens etages gebouwd als energieopslag, circulair grondstofgebruik en biobased produceren. Het moet dan al wel duidelijk zijn hoe die etages eruit moeten komen te zien, anders kun je het fundament niet goed vormgeven. Die verdiepingen zijn via liften verbonden, want er moet uiteraard wel onderling kunnen worden gecommuniceerd.”

Van de Watering: “Als we de perceptie dat H2 en CO2 vies en gevaarlijk zijn kunnen framen naar de perceptie dat beide kansrijk zijn, dan zijn mensen wellicht eerder geneigd daarmee ‘iets’ te doen. Die systemen en die technologie moeten echter wel eerst worden ontwikkeld voordat ook maar iemand kan profiteren. We beginnen binnen het GROHW-project ‘klein’ met de productie van H2, maar ik zie een doorkijk naar ‘groot’: het combineren van H2 met CO2 maar ook bijvoorbeeld biobased en met stikstof voor de productie van plastics, ethanol of groene kunstmest.” (zie de illustratie)

“Als het gaat om hergebruik van grondstoffen, dan zijn de plannen zonder meer ambitieus. Om die doelstellingen te (kunnen) halen zal er toch wat meer daadkracht moeten worden getoond” – Yannick Severin

Waardeketen

De derde pijler onder de circulaire economie is het systeemdenken. Proactieve samenwerking is daarvoor een randvoorwaarde: de actoren vormen een netwerk waarin de acties van de een consequenties hebben voor de ander en voor de waardeketen als geheel. Het Rijksbrede programma ‘NL Circulair in 2050’ is erop gericht in 2030 50% minder primaire grondstoffen te gebruiken, en vanaf 2050 zou er alleen nog sprake moeten zijn van circulaire grondstoffen. In dat verband wordt gezocht naar technologische oplossingen en beleidsmaatregelen, mede in de hoop de Nederlandse knowhow te kunnen doorgeven aan het buitenland onder het motto ‘goed voorbeeld doet goed volgen’.

Wat betreft de haalbaarheid van een en ander is Severin vooralsnog terughoudend: “Qua hergebruik van grondstoffen zijn de plannen zonder meer ambitieus. Om die doelstellingen te (kunnen) halen, zal er toch meer daadkracht moeten worden getoond: vereenvoudiging van de regelgeving, meer financiële tegemoetkoming en met name ook voorlichting richting de burger om de noodzakelijke gedragsverandering te bewerkstelligen.”

Proactief

“Nu er technisch steeds meer kan, denk ik dat de tijd rijp is voor een omslag in denken, en dan met name ook ten aanzien van de verhouding tussen wetenschappelijke doorbraken en de doorbraken op andere gebieden.” Van de Watering vult aan: “Ik denk dat we nog innovaties krijgen waarvan je je nu nog geen voorstelling kunt maken ‒ anders hadden we ze wel bedacht ‒ met name ook op digitaal gebied. Dergelijke ontwikkelingen zullen ons helpen de gewenste stappen te nemen. Ik denk dat digitalisering mogelijk ook kan helpen bij het verbeteren en optimaliseren van onder meer onze innovatieve waterstofprojecten waardoor de kosten omlaag kunnen, bijvoorbeeld dankzij predictive maintenance.

Verder denk ik dat de overheid wat betreft de bevordering van een gezamenlijke en duurzame pioniershouding wel wat meer de touwtjes in handen mag nemen door betrokkenen een spreekwoordelijke wortel voor te houden, zodat men minder in de ‘ik’- en ‘kan niet’-modus’ blijft hangen. Severin besluit: “Daar ben ik het helemaal mee eens. Die sturende rol van de overheid is echt hard nodig en moet ook toekomstbestendig zijn. Het zou mooi zijn als er meer financieringsmogelijkheden komen waardoor je toch wat meer kunt gaan pionieren, ontdekken en ervaren.”