Bouwstenen voor een circulaire toekomst

Oplossingsrichting voor grondstof-schaarste

Nieuwe materialen uit hernieuwbare grondstoffen, hoe doen we dat? Circulariteit is een belangrijke oplossingsrichting voor grondstof-schaarste. Het menu om onze grondstofhonger te stillen vraagt om innovatieve industriële koks; lees over een rigoureus andere omgang met energie, grondstoffen en materialen.

Om in balans te leven met onze aarde moeten we veel zorgvuldiger omgaan met grondstoffen. In de nabije toekomst -en zelfs nu al- hebben we te maken met grondstoffenschaarste. Dit gegeven is een belangrijk uitgangspunt voor de economie van de toekomst. Nieuwe grondstoffen staan niet onbeperkt tot onze beschikking. Circulariteit is een belangrijke oplossingsrichting om te kunnen omgaan met deze grondstoffenschaarste. In dit essay diep ik enkele thema’s uit die hieraan raken, geef ik aan dat circulariteit een oplossing is voor meerdere problemen en ga ik in op de rol die de chemische industrie speelt bij de materialentransitie die nodig is om te komen tot een circulaire economie in 2050.

De toekomst voorspellen

“Voorspellen is erg moeilijk, zeker als het over de toekomst gaat” liet de beroemde Deense wetenschapper Niels Bohr zich eens ontvallen. Om een beeld te schetsen van ons dagelijks leven over 30 jaar, lijkt dan ook een gewaagde exercitie. Toch is dit niet helemaal waar. Zo weten we nu al -op basis van demografische ontwikkelingen- dat de wereldbevolking zal stijgen naar 11 miljard inwoners aan het eind van deze eeuw. En dat dit gepaard zal gaan met een inkomensstijging in alle delen van de wereld, maar vooral in Afrika en Azië. Zonder ingrijpen is dit een zorgwekkende ontwikkeling, meer mensen op aarde leidt immers tot meer economische transacties waarvoor energie en grondstoffen nodig zijn. Zowel het energieverbruik als de grondstoffen leiden tot broeikasgasemissies, waarvan we de uitstoot juist willen zien afnemen. Dat grondstoffen daar ook zo’n grote rol in spelen is nog niet breed bekend.

Het mondiale gebruik van grondstoffen is momenteel goed voor ongeveer de helft van de totale uitstoot van broeikasgassen, ongeveer 30% van de uitstoot van fijnstof, meer dan 90% van het verlies aan biodiversiteit op land en waterschaarste. Met de voorspelde bevolkingstoename en welvaartsstijging, zal de druk op natuur en milieu nog verder toenemen én komt de leefbaarheid op aarde in het geding.

Nederland en Europa zetten daarom sterk in op het tot stand brengen van een circulaire economie, hopelijk gevolgd door andere werelddelen. Dit moet leiden tot het loskoppelen van de groei van welvaart en de hoeveelheid grondstoffen die daarvoor nodig is. Alleen dan kunnen we ervoor zorgen dat de draagkracht van de aarde niet langer structureel wordt overschreden. Dit houdt ook in dat we grondstoffen niet langer als onuitputtelijk mogen beschouwen (want dat zijn ze ook niet…). Vanuit dit perspectief spreken we daarom over de materialentransitie. Eindproducten worden niet langer van primaire (virgin) grondstoffen gemaakt, maar van grondstoffen die hernieuwbaar of circulair zijn.

“Nederland is ongemerkt een netto exporteur van milieueffecten door de huidige import van (fossiele) grondstoffen. In een circulair systeem houden we zeggenschap over materialen en zijn we zelf in staat om deze te verwerken als grondstof voor een nieuwe toepassing … volgens de eigen (hogere) milieu- en duurzaamheidsstandaarden.”

Zonder energietransitie geen materiaaltransitie, zonder materiaaltransitie geen energietransitie

Dit vraagt om een rigoureus andere omgang met energie en grondstoffen(/materialen). Op dit moment gaat vrijwel alle aandacht in het beleid van overheden uit naar de energietransitie. Hierbij gaat het voor de industrie over gebruik van duurzame energiebronnen, waardoor in 2050, of zelfs eerder al, geen CO₂ meer wordt uitgestoten uit de schoorstenen (zogenaamde scope-1 emissies).
De materialentransitie gaat over het gebruik van minder, én andere, niet-fossiele grondstoffen voor de productie van producten en materialen. Opvallend is dat de mogelijke besparing van CO₂ van deze materialentransitie zelfs nog groter is dan de besparing die de energietransitie kan opleveren. Alleen is dit veel minder bekend en is er nog heel weinig (stimulerend) beleid.

En het mes snijdt ook aan de andere kant: voor de productie van duurzame energie (nodig voor de energietransitie) zijn veel nieuwe materialen nodig. Denk aan windmolenbladen, zonnepanelen, batterijen en accu’s of installaties voor het opwekken van groene waterstof. Uitgangspunt voor een circulaire economie is dat de energievoorziening die nodig is voor de toekomstige productie en verwerking van materialen volledig afkomstig is van duurzame bronnen. Beide transities (energie- en materialentransitie) kennen dus een sterke wederzijdse afhankelijkheid, maar het belang van de materialentransitie dient nog beter te worden onderkend, zo luidt ook de conclusie van de SER in het recent uitgebrachte rapport ‘Evenwichtig sturen op de grondstoffentransitie en de energietransitie voor brede welvaart’.

Andere omgang met grondstoffen

Om te komen tot een circulaire economie is dus een andere omgang met materialen nodig.

Om het grondstoffengebruik te verminderen zijn er verschillende strategieën te volgen:

• narrowing the loop (verminderen van primair grondstofgebruik);
• slowing the loop (langere levensduur van producten);
• closing the loop (recycling van materialen);
• substitution van eindige grondstoffen door hernieuwbare grondstoffen of alternatieve primaire grondstoffen met minder milieudruk.

Dit heeft gevolgen voor de toekomstige bedrijvigheid in Nederland. Naar verwachting zal de nadruk veel meer komen te liggen op onderhoud en reparatie, het aanbieden van diensten zoals product-as-a-service en recycling. Het zou verleidelijk kunnen zijn om te veronderstellen dat we toekunnen met een soort lightversie van onze huidige op materialen gebaseerde economie. En dat er eigenlijk geen echte rol meer is voor de basisindustrie in de nieuwe circulaire economie. Daarmee zouden we tenslotte 2 vliegen in 1 klap slaan, want met het verdwijnen van deze industrie, zijn we ook direct verlost van de milieu-impact van deze bedrijven.

Of ligt het toch anders…?

Verandering als constante

Ik kom graag nog een keer terug op een eerder punt over voorspelbaarheid van de toekomst. We weten immers dat de wereldbevolking de komende decennia blijft groeien. En die mensen zullen in 2050 nog steeds behoeften en wensen hebben op het gebied van huisvesting, voeding, mobiliteit, verbruiksartikelen, gezondheidszorg en communicatie. In een circulaire economie zal dit vanwege de inzet van de verschillende grondstofstrategieën –van hergebruik, reparatie tot levensduurverlenging- gepaard gaan met een lager totaal materiaalbeslag dan nu het geval is. Maar in tegenstelling tot deze behoeften, die vrij universeel zijn, weten we nu nog niet hoe de toekomstige producten eruit gaan zien en welke grondstoffen daarvoor nodig zijn. Wat we wel weten is dat dit sterk zal afwijken van wat nu kennen.

Het is goed te beseffen dat een product niets meer is dan een tijdelijke verschijningsvorm van een set van fysiek met elkaar verbonden materialen (bijvoorbeeld een benzineauto). Bij verlenging van de levensduur door hergebruik of reparatie van een product blijft deze integriteit grotendeels bewaakt. Maar het is onvermijdelijk dat er op een bepaald moment een einde komt aan de functie van de gebruikte materialen in die specifieke producttoepassing. Het is daarmee niet gezegd dat circulaire materialen zullen terugkeren in dezelfde toepassing, ook niet indien deze goed zijn te recyclen.

De vraag naar producten verandert immers continu. Neem het voorbeeld van de benzineauto. Voor een groot deel van de productie van een vervangende elektrische auto heb je heel andere materialen en grondstoffen nodig. Ook kan de mobiliteitsbehoefte zelf wijzigen waardoor een verschuiving plaatsvindt naar gebruik van meer (futuristisch, snel) OV of de fiets in plaats van auto’s. 

Veel van de verbeteringen in ons dagelijks leven op het gebied van gezondheid, veiligheid en welzijn zijn het gevolg van technische materiaalinnovaties. Ook dit stelt eisen aan de grondstofmix die nodig is voor de volgende generaties van producten. De toekomstige ketens zullen dus adaptief moeten zijn voor veranderingen in vraag, maar ook moeten ze in staat zijn om toekomstige product- en materiaalinnovaties te accommoderen.

Zonder chemie geen materialentransitie

Precies deze laatste constatering raakt aan de essentie van de chemie als basisindustrie. De chemie is immers verbonden met vrijwel elke andere waardeketen. De producten (bouwstenen) die de chemische industrie maakt, komen terecht in de landbouw, bouw, voeding, energie, gezondheidszorg, machinebouw, textiel, ziekenhuizen en transport (en nog veel meer waardeketens die inspelen op basisbehoeften van mensen). Bovendien is de chemie altijd in staat gebleken om nieuwe materialen en processen te bedenken om te kunnen voldoen aan de veranderde behoeftes van bedrijven en mensen. Naast deze centrale positie in de keten en het vermogen tot innovatie, heeft de chemische industrie ook de schaal en de kunde om de circulaire grondstofmotor aan te zwengelen en draaiende te houden.

Ik durf wel te stellen dat het verduurzamen van de grondstoffen en materialen, nodig voor de toekomstige behoeften van de groeiende wereldbevolking, niet mogelijk is zonder de adaptieve uitvinderskracht van de chemie. Of in de woorden van Walter White, scheikundeleraar in Breaking Bad: "Technisch gezien is chemie de studie van materie. Maar ik zie het liever als de studie van verandering."

Transformatie chemische industrie

De huidige chemieclusters in Nederland draaien nog grotendeels op fossiele grondstoffen en zijn erop ingericht om hier de maximale waarde uit te halen. De chemie was er vroeg bij met industriële symbiose (het restproduct van de ene fabriek is de grondstof van de andere), maar wel met de nadruk op output en nog niet op circulariteit.

Een circulaire economie stelt dus nieuwe eisen aan de manier waarop we producten vervaardigen. De feedstock (grondstof) is niet langer afkomstig uit eindige primaire fossiele bronnen, maar zal komen uit afvalstoffen (recyclaat), biogrondstoffen of uit de afvang van CO2. Voor de chemie maakt het in feite niet uit of koolstof afkomstig is uit olie, plastic afval of de natuur. Koolstof blijft immers hetzelfde atoom, en blijft ook in het ‘post-fossiele’ tijdperk een belangrijke bouwsteen voor materialen en producten. Het vergt echter wel andere bewerkingen en technologieën om deze alternatieve grondstofbronnen te transformeren tot de gewenste nieuwe materialen. De benodigde transformatie is voor de chemische industrie niets minder dan een kentering.

Ik beschrijf hier de 3 belangrijke routes:

1. Recycling
   Bij recycling wordt in eerste instantie gedacht aan mechanische recycling. Hier zie je dat de materialen uit het product weliswaar worden verkleind, maar dat de oorspronkelijke grondstof zelf en een deel van de eigenschappen nog behouden blijft (denk aan metaal, hout, plastic, papier). “Hier wassen, knippen en scheren we”, aldus de eigenaar van een mechanisch kunststofrecyclingbedrijf dat ik recent bezocht. Deze vormen van bewerking worden in de praktijk vaak uitgevoerd door licht industriële mkb-bedrijven.
   
   In enkele gevallen kunnen de secundaire grondstoffen die uit mechanische recycling ontstaan weer opnieuw worden ingezet binnen bulk-productieprocessen, bijvoorbeeld binnen de papier- of metaalindustrie. Maar lang niet alle materialen die mechanisch gerecycled worden, zijn geschikt voor dezelfde toepassing. Bij hergebruik van kunststof gaat het bijvoorbeeld om toepassingen als emmers, pallets of (high end) koffers (“gemaakt van 100% gerecycled plastic”).
   
   Maar voor een aantal specifieke toepassingen, waarvoor strenge eisen gelden voor inzet van recyclaat – zoals gebruik in de voedsel(verpakking)keten of in medische hulpmiddelen - is chemische recycling een waardevolle en noodzakelijke aanvulling op mechanische recycling. Met chemische recycling kunnen ook kunststofproducten die mechanisch moeilijk te recyclen zijn, vanwege lage kwaliteit, composietkarakter of lage economische waarde, worden verwerkt. Ook kunnen eventuele ongewenste stoffen uit de hergebruikte stroom kunststof gehaald worden. Dit is met mechanische recycling niet mogelijk.
   
   Zo zijn er technologieën waarbij het oorspronkelijke polymeer als geheel wordt teruggewonnen, processen die de polymeren juist weer terug vormen in de monomeer bouwblokken of routes waarin de materialen nog verder worden afgebroken tot de basisbouwstenen van de chemie. Daarbij geldt over het algemeen de volgende regel: een verdere chemische afbraak van materialen vereist een hogere energie-inzet, maar geeft wel meer mogelijkheden om er weer nieuwe en ook andere producten van te maken. Het zal er in de toekomst om gaan om de meest (energie)efficiënte route te kiezen, waarbij aan de vraagbehoefte van de afnemers wordt voldaan.
   
   Over het algemeen geldt, daar waar mechanisch gerecycled kan worden moet dat maximaal worden benut, aangezien deze productieprocessen in de regel minder energie verbruiken dan chemische recycling.
2. Biogrondstoffen
   Ook biogrondstoffen kunnen worden gebruikt als alternatieve feedstock om chemicaliën en producten van te maken. Zo bestaan er biovarianten van bestaande chemische producten die vergelijkbare eigenschappen hebben. Verder zijn er ook juist volledig nieuwe producten waarvoor geen fossiel equivalent bestaat, die soms nog betere eigenschappen hebben en nieuwe producttoepassingen mogelijk maken. De verwerking van bijvoorbeeld reststromen van biogene oorsprong stelt wel weer andere eisen aan de installaties die nodig zijn voor bewerking, ook omdat de samenstelling van deze uitgangsmaterialen sterk verschilt van die van fossiele grondstoffen.
3. Carbon Capture and Utilisation (CCU)

   En een derde ‘alternatieve koolstofbron’ als vervanging van fossiel, is het omzetten van CO2 en CO tot een waardevolle grondstof (ook wel Carbon Capture and Utilisation genoemd). Deze technologie staat nu nog in de kinderschoenen, al zijn er steeds meer partijen die hier onderzoek naar doen.

   Een combinatie van deze bronnen zal nodig zijn om te voorzien in onze circulaire koolstofbehoefte.

Safe & Sustainable by Design

De chemie is dus een belangrijke speler om de materialentransitie/transformatie naar een circulaire economie te realiseren. Om van die overgang een succes te maken, is het wel zaak dat alle partijen in de keten hun omgang met materialen kritisch tegen het licht houden. Ontwerpers van producten hebben daarbij ook een bepalende rol. Zij dienen naast de vereiste functionaliteit oog te hebben voor de selectie van de meest geschikte materialen en de inzet van de juiste hoeveelheid en kwaliteit hiervan. Ook moeten ze goed nadenken over het inbouwen van mogelijkheden om de materialen aan het eind van de gebruiksfase weer eenvoudig geschikt te maken voor een nieuwe toepassing: Design for Circularity.

De chemie op haar beurt baseert haar innovatieagenda op het principe van Safe and Sustainable by Design. Dit programma bevordert de ontwikkeling van chemische grondstoffen die veilig zijn voor mens en milieu, een verbeterde ecologische voetafdruk bieden en de verwachte prestaties en waarde leveren die van een product verwacht worden tijdens alle fases van de levensduur, inclusief herbruikbaarheid aan het einde daarvan. Op deze manier innoveren vraagt om samenwerking tussen alle partners uit de hele waardeketen.

Organiseren van de terugreis

Er zitten vele stappen tussen productie van materialen en het uiteindelijke gebruik van een eindproduct. Het is cruciaal dat de materialen - nadat de eindproducten hun functie hebben verloren - daadwerkelijk weer beschikbaar komen voor nieuwe toepassingen. Behoud van waarde staat hierbij centraal. Waarde is echter geen inherente eigenschap van materialen; een plastic flesje ingeleverd in de supermarkt vertegenwoordigt een heel andere waarde dan eenzelfde in het restafval of, slechter nog, een exemplaar achtergelaten als zwerfafval in de natuur.

Dit vraagt dus ook om een andere omgang met materialen en bewustwording bij mensen van wat het betekent als materialen schaars worden. Het inrichten en faciliteren van de juiste systemen om materialen en waarde te behouden, en het voorkomen dat het als afval wordt verbrand of gestort, is een gezamenlijke verantwoordelijkheid van de overheid, de consument en het bedrijfsleven. Er moet nog meer aandacht uitgaan naar retour- en sorteersystemen. Of we in de toekomst ons afval in één grote bulk als ‘restafval’ zullen weggooien (met steeds ‘slimmere’ nascheiding) of dat een ander systeem wordt ontwikkeld, ik weet het niet. Belangrijk is in ieder geval dat de drempel voor het ‘verantwoord weggooien’ van een product aan het einde van de verbruiksduur, zo laag mogelijk moet zijn. Hier ligt een belangrijke sleutel om hergebruik van materialen te stimuleren. En het is goed dat Europa en Nederland hier vooroplopen en voor de wereld een voorbeeld willen stellen.

Strategische autonomie

Graag benoem ik nog een laatste, belangrijke, invalshoek gerelateerd aan de circulaire economie. Op dit moment is Nederland voor een belangrijk deel afhankelijk van de import van (fossiele) grondstoffen, halffabricaten en producten. Deze komen vaak uit niet altijd even betrouwbare buitenlanden of landen die niet dezelfde normen hanteren als het gaat om milieu of duurzaamheid. Hierdoor zijn we ongemerkt een netto exporteur van milieueffecten. In een circulair systeem houden we zeggenschap over deze materialen en zijn we zelf in staat om deze te verwerken voor een nieuwe toepassing. Ook stelt ons dat in staat om dat volgens de eigen (hogere) milieu- en duurzaamheidsstandaarden te doen.

We hebben de kwetsbaarheid van onze toeleveringsketens recent ondervonden ten tijde van COVID-19 en ook nu weer met de oorlog in Oekraïne. Indien we straks ‘de kraan’ dichtdraaien en de toevoer van primaire (met name fossiele) grondstoffen sterk terugbrengen, creëren we bewust een schaarste voor ons eigen consumptiesysteem. Tegelijkertijd worden in hoog tempo investeringen gedaan voor het tot stand brengen van de energietransitie. Dit gaat gepaard met de inzet van kritieke materialen, zoals bijvoorbeeld lithium en neodymium, afkomstig uit een toeleveringsketen waarbij de geopolitieke afhankelijkheid mogelijk nog groter (en vaak ook nog onzekerder) is dan die voor olie en gas. Een onzekere en ongewenste ontwikkeling.

Met de verwachte groei van de afzetmarkten in Azië en Afrika, is het niet meer vanzelfsprekend dat Nederland toegang krijgt tot deze schaarse grondstoffen. Zuinig zijn met de materialen en grondstoffen die je hebt, is dan extra belangrijk. Strategische autonomie binnen de EU, maar ook in Nederland, is dus een ander argument voor de circulaire economie; het vergroot onze span of control binnen productieketens. Voor deze strategische autonomie blijft een maakindustrie in Nederland belangrijk. Het maakt ons onafhankelijker als we nog zelf producten en materialen kunnen produceren. Maar het moet wel een maakindustrie zijn die gericht is op het circuleren van (waardevolle) grondstoffen. De chemie kan en wil hier een centrale rol in spelen.

Want uiteindelijk willen mensen wél de producten om hun levensstijl te kunnen vormgeven, maar geen zorgen hebben over wat er nodig is om deze producten te maken en onder welke omstandigheden dit gebeurt. Omdat de achterliggende industrie weinig zichtbaar is, dreigt deze aan relevantie te verliezen. Ik hoop dat een focus op circulariteit de belangrijke rol van productie, consumptie én hergebruik weer meer bij elkaar laat komen.

Conclusie

Om onze manier van leven in balans te brengen met de draagkracht van de aarde, zijn de doelen van zowel de energie- als de materialentransitie van doorslaggevend belang. Een belangrijke manier om de milieudruk die gepaard gaat met onze levensstijl te beperken, is om het gebruik van (fossiele) primaire grondstoffen sterk te verminderen. Om de materialen die in omloop zijn te kunnen behouden binnen een circulaire economie, is het noodzakelijk dat we deze transformeren tot de grondstoffen voor toekomstige producten.

De chemie is bij uitstek gepositioneerd om de gevraagde adaptiviteit in te vullen en de bouwstenen voor nieuwe producten en toepassingen te synthetiseren. De chemie van de toekomst is feitelijk 1 grote recyclingmachine. De rol van de chemische basisindustrie blijft daarmee van groot belang. Sterker nog: zonder de chemie is de materialentransitie niet mogelijk. Maar dit vraagt wel om een aanpassing van de processen om dit te doen met alternatieve feedstock (recyclaat, biogrondstoffen of CO2) en met de inzet van duurzame energiebronnen.

Bovendien is het in een systeem gebaseerd op schaarste van grondstoffen, van nog groter belang om structureel toegang te houden tot materialen die lokaal beschikbaar komen aan het einde van hun functionele levensduur. Een verbeterde strategische grondstofautonomie maakt onze economie minder afhankelijk van buitenlandse productie en kwetsbaarheden in internationale productieketens. Dit geeft ons de mogelijkheid om de verduurzamingsagenda zelf vorm te geven en de milieueffecten binnen de gehele keten aantoonbaar te beperken.

^{[2] De cijfers: 95% tot 97% van de industriële productie gebruikt een (basis)grondstof uit de chemie. Daarmee wordt de chemische industrie ook wel de “industry of industries” genoemd.}

^{[3] Het product dat met chemische recycling wordt gemaakt is vergelijkbaar met ‘virgin’ (primaire) grondstof. En kan dus ook weer voor alle toepassingen gebruikt worden.}

Referenties

Cefic. The Chemical Industry is a solution provider for Sustainability

De Wit, M. (2022). Het Circularity Gap Report. Circle Economy

Haanemaaijer, A., Kishna, M., Kooke, M., Brink, H., Koch, J., Prins, A.G., Rood, T. (2021) Integrale circulaire economie rapportage 2021. Planbureau voor de Leefomgeving

Internation Institute for Applied Systems Analysis. (2019). Shared Socioeconomic Pathways Scenario Database (SSP)

Koninklijke VNCI, Guidehouse. (2021). Van Routekaart naar Realiteit

Oberle, B., Bringezu, S., Hatfield-Dodds, S., Hellweg, S., Schandl, H., Clement, J. (2019). Global Resources Outlook. United Nations Environment Programme

Rosling, H. (2018). Factfulness. ISBN: 9781473637481

SER (2022). Evenwichtig sturen op de grondstoffentransitie en de energietransitie voor brede welvaart