Het gas-to-liquids (GTL) proces gebruikt aardgas in plaats van olie om vloeibare producten te maken zoals brandstoffen voor voertuigen met dieselmotoren en brandstof voor vliegtuigen. Daarnaast kan het GTL-proces ook grondstoffen voor alledaagse producten zoals wasmiddelen, cosmetica, kunststof en smeermiddelen maken.

GTL-brandstof verbrandt schoner dan conventionele diesel of kerosine uit aardolie en produceert daardoor minder lokale uitstoot en geen zwarte rook. Het is geur-en kleurloos en eenvoudig te gebruiken in bestaande machines, vrachtwagens en schepen met nieuwe en oudere dieselmotoren. Halverwege 2019 zijn nagenoeg alle grondvoertuigen op Schiphol overgestapt op Shell GTL- brandstof.

Een duurzaamheidsslag voor het vliegverkeer is ook mogelijk met het GTL-proces. Kerosine die gemaakt is met het GTL-proces kan bijgemengd worden tot 50% van een volle tank van een vliegtuig. Ook hier gelden de eerdergenoemde voordelen zoals schonere verbranding waardoor er minder uitstoot en zwarte rook is. Daarnaast is GTL-kerosine thermisch stabieler, wat betekent dat er minder vieze deeltjes in de motor terechtkomen waardoor deze efficiënter werkt en langer meegaat.

Gas omzetten in vloeibare producten is een complex chemisch proces. De kern van het GTL-proces bestaat uit drie stappen, die sinds de jaren ‘70 door Shell-onderzoekers geoptimaliseerd worden in het lab in Amsterdam. De drie stappen zijn afgestemd op elkaar om de hoogst haalbare efficiëntie en beste productkwaliteit te krijgen.

  1. Het maken van synthesegas: aardgas wordt met pure zuurstof omgezet in synthesegas (een mengsel van waterstof en koolmonoxide).
  2. Synthese: Het synthesegas wordt via de zogeheten Fischer-Tropschsynthese omgezet in synthetische koolwaterstoffen, wat een soort wasachtig product oplevert. Bij kamertemperatuur is dit een vaste stof die het beste is te vergelijken met kaarsvet. Dit product noemt men paraffine. De Fischer-Tropschsynthese is in de jaren ‘20 al door Duitse wetenschappers ontwikkeld.
  3. Hydrokraken/omzetten naar producten: De pure paraffine wordt met behulp van een katalysator en waterstof via hydrokraken ‘geknipt’ tot kortere koolwaterstofketens. Dit levert een reeks vloeistoffen met verschillende stroperigheden. Deze worden verder verwerkt tot transportbrandstoffen, smeermiddelen en chemische grondstoffen.

Bij Shell Amsterdam startte in 1982 de eerste GTL-proeffabriek die 3 vaten GTL per dag kon produceren (een vat is ongeveer 160 liter). Ongeveer tien jaar later, in 1993, startte in Bintulu in Maleisië Shells eerste commerciële GTL-fabriek waarvan de huidige capaciteit 14.700 vaten GTL-product per dag is. In 2011 startte in Qatar de reusachtige Pearl GTL-fabriek. Deze installatie vult een terrein van 1,5 km bij 1,5 km en is ‘s werelds grootste fabriek voor het omzetten van aardgas in synthetische koolwaterstoffen. Nadat het aardgas is schoongemaakt, maakt de installatie hier dagelijks 140.000 vaten synthetische GTL-producten. 

GTL en de energietransitie: groene waterstof samen met kooldioxide (CO2) in plaats van aardgas

De onderzoekers in STCA zetten nu hun jarenlange ervaring op het gebied van het GTL-proces in om te onderzoeken hoe dit proces een rol kan spelen in de energietransitie. Het GTL-proces kan in plaats van aardgas namelijk groene waterstof samen met kooldioxide (CO2) gebruiken als grondstof. In dit geval verandert alleen de eerste stap van het conventionele GTL-proces: synthesegas wordt niet gemaakt van aardgas en zuurstof, maar van waterstof en CO2. Dit synthesegas volgt vervolgens dezelfde stappen 2 en 3 als het conventionele GTL-proces.

Als groene energie in de vorm van elektriciteit (groene stroom) de enige energiebron is, noemen we het proces power-to-liquids (PTL). Een zogenoemde elektrolyser gebruikt de groene stroom om samen met water groene waterstof te maken. Naast waterstof is ook koolstof nodig: deze kan in de vorm van CO2 komen. Industriële installaties kunnen een bron van CO2 zijn, zoals een staal- of cementfabriek of raffinaderij. Hergebruik voorkomt uitstoot van deze CO2. Ook kan CO2 vanuit biogas komen, bijvoorbeeld bij de verwerking van reststoffen uit landbouw of waterzuivering tot groen aardgas. De zogenoemde Direct Air Capture technologie kan de CO2 kan ook uit de atmosfeer afvangen.

In het “hybride” GTL-PTL-proces wordt aardgas als grondstof niet geheel, maar gedeeltelijk vervangen door groene waterstof en CO2. Deze hybride vorm gebruikt voornamelijk groene stroom overdag in het geval van zonne-energie of tijdens periodes met veel wind in het geval van windenergie. En het gebruikt aardgas dan voornamelijk wanneer er geen groene stroom beschikbaar is. Dit betekent dat er met het hybride GTL-PTL-proces minder dure energieopslag nodig is in de vorm van batterijen of waterstofopslag dan bij het PTL-proces, waardoor de kosten lager zijn. Door de flexibiliteit van het groene element in het hybride GTL-PTL-proces en de lagere kosten is dit concept dichter bij commerciële haalbaarheid dan het PTL-proces.

De producten die voortkomen uit een hybride GTL-PTL-proces en een PTL-proces kunnen een belangrijke rol spelen in de energietransitie. Bijvoorbeeld diesel en kerosine, van oudsher uit aardolie of aardgas gemaakt, worden met dit vernieuwde concept uit groene stroom, water en CO2 gemaakt.

Meer over GTL

Shell GTL Fuel

Vloeibare synthetisch dieselbrandstof, gemaakt van aardgas, verbrandt schoner dan conventionele van aardolie gemaakte diesel. Resulteert in een significante vermindering van lokale uitstoot en zwarte rook.

Gas-to-liquids

Our gas-to-liquids (GTL) technology uses natural gas instead of crude oil to make liquid fuels, base oils for lubricants and other high-quality products.