Het Circular Mainframe is een ontwerpverkenning naar een mogelijk toekomstbeeld van een robuust en efficiënt energie- én grondstoffensysteem in 2050, ontwikkeld vanuit ruimtelijke overwegingen én vanuit de logica van systemen.
StudioMarcoVermeulen heeft dit onderzoek in opdracht van de ministeries EZK en BZK uitgevoerd. Al sinds het Klimaatakkoord in 2018 werkt Studio Marco Vermeulen aan dit vraagstuk. Het Klimaatakkoord komt neer op één van de grootste opgaven voor de ruimtelijke ordening van de komende decennia en destijds hebben wij een bijdrage geleverd aan een samenhangende ruimtelijke uitwerking van de resultaten van de klimaattafel Industrie.
StudioMarcoVermeulen heeft dit onderzoek in opdracht van de ministeries EZK en BZK uitgevoerd. Al sinds het Klimaatakkoord in 2018 werkt Studio Marco Vermeulen aan dit vraagstuk. Het Klimaatakkoord komt neer op één van de grootste opgaven voor de ruimtelijke ordening van de komende decennia en destijds hebben wij een bijdrage geleverd aan een samenhangende ruimtelijke uitwerking van de resultaten van de klimaattafel Industrie.
2021
Ontwerpend Onderzoek
opdrachtgever
Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties, Ministerie van Economische Zaken en Klimaat , Ministerie van Infrastructuur en Milieu
×
Grondstoftransitie
De transitie naar een duurzaam energiesysteem staal al lang op ons netvlies, maar de transitie van fossiele naar hernieuwbare grondstoffen wordt vaak onderbelicht. Toch heeft juist het grondstoffen vraagstuk een belangrijke impact op systeemkeuzes die gemaakt moeten worden in andere transitieopgaven. Hoe we fossiele grondstoffen gaan vervangen, waar deze hernieuwbare grondstoffen vandaan komen, en hoe we deze efficiënt kunnen inzetten, zijn vragen die in samenhang bekijken moeten worden om een integrale afweging te maken.
Het Circular Mainframe probeert overzicht en inzicht te bieden in de complexe wereld van netwerken en systemen. Dit toekomstbeeld is niet bedoeld als blauwdruk, maar geeft wel een goed beeld van de ‘stofwisseling’ van toekomstig Nederland en van mogelijke zwaartepunten in de verschillende netwerken.
Het Circular Mainframe probeert overzicht en inzicht te bieden in de complexe wereld van netwerken en systemen. Dit toekomstbeeld is niet bedoeld als blauwdruk, maar geeft wel een goed beeld van de ‘stofwisseling’ van toekomstig Nederland en van mogelijke zwaartepunten in de verschillende netwerken.
Nederland, Vlaanderen en de rest van Europa zijn in hoge mate grondstofafhankelijk van derde landen, dat maakt ons kwetsbaar.
Grondstoffen en goederenstromen anno 2020
De noodzaak voor de totstandkoming van een circulaire economie komt voort uit een samenloop van een drietal ontwikkelingen; de impact op het klimaat, de verminderde beschikbaarheid van grondstoffen, en de afhankelijkheid van andere landen. Kijkend naar de ligging van de nog beschikbare grondstoffen, zien we dat de voorraden in Europa grotendeels verdwenen zin. Hierdoor zijn Nederland, Vlaanderen en de rest van Europa in hoge mate grondstofafhankelijk van derde landen. Veel aardgas wordt gewonnen uit aardgasvelden in de Noordzee bij Noorwegen, maar de meeste aardgas wordt in Rusland gewonnen en met vijf pijpleidingen naar Europa vervoerd. Ook het uitgestrekte aardolienetwerk toont onze afhankelijkheid van fossiele grondstoffen. Lange pijpleidingen vervoeren aardolie vanuit Siberië tot ver in West Europa.
De knooppunten in het systeem
Over de hele wereld vindt een voortdurende uitwisseling plaats van producten, halffabricaten, grondstoffen en energie. Via wegen, water, lucht, spoor, kabels en pijpleidingen worden goederen, olie, biomassa, warmte, waterstof, water, elektronen, CO2 etc. over korte en lange afstanden van de ene naar de andere locatie getransporteerd.
Diepzeehavens vormen hierin een belangrijke schakel. Ze hebben elk een eigen mix van overslag typologieën, een verschillende havendiepte, en verschillende transportmogelijkheden. Bovendien verschilt de context waar ze zich in bevinden, sommige diepzeehavens liggen direct naast of in de stad, andere havens meer in het landbouwgebied. Ook in de biobased economie zullen de genoemde zeehavens een belangrijk internationaal knooppunt blijven.
Diepzeehavens vormen hierin een belangrijke schakel. Ze hebben elk een eigen mix van overslag typologieën, een verschillende havendiepte, en verschillende transportmogelijkheden. Bovendien verschilt de context waar ze zich in bevinden, sommige diepzeehavens liggen direct naast of in de stad, andere havens meer in het landbouwgebied. Ook in de biobased economie zullen de genoemde zeehavens een belangrijk internationaal knooppunt blijven.
Ook in de biobased economie zullen de diepzeehavens met hun haven-industrieel complex belangrijke knooppunten van koolwaterstofstromen en koolwaterstofconversie blijven
Systeemarchitectuur van de toekomst
De infrastructuur waarlangs deze stromen lopen voorziet vaak in een directe behoefte aan een bepaalde verbinding tussen A en B. Tegelijkertijd zal de aanwezigheid van infrastructuur ook een impuls geven aan toekomstige ontwikkelingen op de route van A naar B. Net zoals de eerste handelsnederzettingen ontstonden op kruispunten van weg- en waterwegen, zo zullen alle vormen van infrastructuur bepaalde vestigingscondities creëren die de ene locatie interessanter maken voor bepaalde bedrijvigheid dan andere locaties.
Veel infrastructuur is aangelegd om de bestaande industrieclusters en steden zo goed mogelijk te voorzien in een behoefte aan energie en grondstoffen. Tegelijkertijd zijn er ook legio locaties waar deze infrastructuren samenkomen die nog niet ontwikkeld zijn. In de komende jaren zullen er ook veel nieuwe infrastructuren bij komen, bijvoorbeeld om de energietransitie te faciliteren alsmede de behoefte aan natuurlijke grondstoffen.
Veel infrastructuur is aangelegd om de bestaande industrieclusters en steden zo goed mogelijk te voorzien in een behoefte aan energie en grondstoffen. Tegelijkertijd zijn er ook legio locaties waar deze infrastructuren samenkomen die nog niet ontwikkeld zijn. In de komende jaren zullen er ook veel nieuwe infrastructuren bij komen, bijvoorbeeld om de energietransitie te faciliteren alsmede de behoefte aan natuurlijke grondstoffen.
Van een lijn naar een netwerk
Deze nieuwe verbindingen worden in eerste instantie alleen daar aangelegd waar er concreet vraag naar is. Dat lijkt logisch, maar dat leidt wel tot netwerken die worden gevormd door de optelsom van losse initiatieven voor verbindingen. Dat resulteert niet meteen tot het best functionerende netwerk. Vaak is er tijd voor nodig om een logische hiërarchie in het systeem te ontwikkelen. Ter vergelijking: het rijkswegennet loopt inmiddels tussen de steden door en niet meer van stads- tot stadscentrum.
Deze nieuwe verbindingen worden in eerste instantie alleen daar aangelegd waar er concreet vraag naar is. Dat lijkt logisch, maar dat leidt wel tot netwerken die worden gevormd door de optelsom van losse initiatieven voor verbindingen. Dat resulteert niet meteen tot het best functionerende netwerk. Vaak is er tijd voor nodig om een logische hiërarchie in het systeem te ontwikkelen. Ter vergelijking: het rijkswegennet loopt inmiddels tussen de steden door en niet meer van stads- tot stadscentrum.
Backbone
Het Circulaire Mainframe laat een toekomstbeeld zien (2050) waarbij de netwerken voor o.a. elektriciteit, warmte, CO2, waterstof en biomassa veel completer zijn dan nu. In het voorstel positioneren we de nieuwe hoofdinfrastructuren (backbones) zoveel mogelijk op aannemelijke locaties, zoals in de bestaande buisleidingenstraten en gekoppeld aan industriële clusters waarvan wordt verwacht dat deze een belangrijke rol zullen spelen in 2050.
In vier deelschema’s worden de verschillende energie- en grondstoffenstromen uitgesplitst. Per stroom worden de belangrijkste componenten en de ligging ten opzichte van de buisleidingenstrook en elkaar inzichtelijk. De lus in het midden van de schema’s verbeeld de buisleidingenstrook, de backbone.
In vier deelschema’s worden de verschillende energie- en grondstoffenstromen uitgesplitst. Per stroom worden de belangrijkste componenten en de ligging ten opzichte van de buisleidingenstrook en elkaar inzichtelijk. De lus in het midden van de schema’s verbeeld de buisleidingenstrook, de backbone.
De verschillende energie- en grondstoffenstromen zijn in vier deelschema’s uitgesplitst. Per stroom worden de belangrijkste componenten en de ligging ten opzichte van de buisleidingenstrook en elkaar inzichtelijk.
In het Circular Mainframe positioneren we nieuwe hoofdinfrastructuren (backbones) zoveel mogelijk op aannemelijke locaties, zoals in de bestaande buisleidingenstraten en gekoppeld aan industriële clusters waarvan wordt verwacht dat deze een belangrijke rol zullen spelen in 2050.
Het Circular Mainframe
In eerste oogopslag is de hoofdinfrastructuur voor het transport van waterstof en warmte duidelijk zichtbaar. Zij vormen de backbone van het systeem. Waar nodig wordt deze backbone aangevuld met een CO2 pijpleiding. Daar waar transportcorridors zoals rivieren of spoorwegen de backbone kruisen, zijn mogelijkheden voor de ontwikkeling van biobased industrieën, omdat grote hoeveelheden biomassa hier eenvoudig naartoe kunnen worden getransporteerd. Ook kunnen nieuwe bunkerstations voor waterstof, oplaadstations en batterijenoverslag de binnenvaart van brandstof voorzien. Waar het elektriciteitsnetwerk de backbone doorkruist, ontstaan overdacht en uitwisseling tussen verschillende energiestromen en kan conversie tussen verschillende energiedragers plaatsvinden.
Negen knooppunten
Daar waar verschillende (ondergrondse) energiestromen samenkomen ontstaan nieuwe, of worden bestaande, industriële clusters, versterkt. Op de kaart komen negen knooppunten naar voren. De onderzochte diepzeehavens met hun haven-industrieel complex zullen belangrijke knooppunt van koolwaterstofstromen en koolwaterstofconversie blijven. Sommige haven-industriële clusters liggen echter geografisch gunstiger om bepaalde activiteiten te accommoderen. Bovendien zullen er regionale verschillen ontstaan door de beschikbare grondstoffen in de (directe) omgeving.
Biobased haven cluster
Zo transformeert de haven van Rotterdam, door de grootste faciliteiten, de diepgang van de haven, en de vrij te komen ruimte, naar alle waarschijnlijkheid tot hèt biobased cluster voor de verwerking van veel bulk grondstoffen, zoals zeewier. Het Noordzeekanaalgebied zal door de omliggende voedingsmiddelenindustrie in de Zaanstreek en het stedelijk gebied, een andere mix van grondstoffen ontvangen en zo een andere biobased industrie ontwikkelen. Door de verscheidenheid aan grond- en reststoffen uit de landbouw in Zeeland en Vlaanderen kan de North Sea Ports zich onderscheiden in de fijne biobased chemie.
Negen knooppunten
Daar waar verschillende (ondergrondse) energiestromen samenkomen ontstaan nieuwe, of worden bestaande, industriële clusters, versterkt. Op de kaart komen negen knooppunten naar voren. De onderzochte diepzeehavens met hun haven-industrieel complex zullen belangrijke knooppunt van koolwaterstofstromen en koolwaterstofconversie blijven. Sommige haven-industriële clusters liggen echter geografisch gunstiger om bepaalde activiteiten te accommoderen. Bovendien zullen er regionale verschillen ontstaan door de beschikbare grondstoffen in de (directe) omgeving.
Biobased haven cluster
Zo transformeert de haven van Rotterdam, door de grootste faciliteiten, de diepgang van de haven, en de vrij te komen ruimte, naar alle waarschijnlijkheid tot hèt biobased cluster voor de verwerking van veel bulk grondstoffen, zoals zeewier. Het Noordzeekanaalgebied zal door de omliggende voedingsmiddelenindustrie in de Zaanstreek en het stedelijk gebied, een andere mix van grondstoffen ontvangen en zo een andere biobased industrie ontwikkelen. Door de verscheidenheid aan grond- en reststoffen uit de landbouw in Zeeland en Vlaanderen kan de North Sea Ports zich onderscheiden in de fijne biobased chemie.
Electrolyse
Clusters waar in de toekomst grote hoeveelheden duurzame elektriciteit zullen aanlanden zijn de ideale locatie om door middel van elektrolyse duurzame waterstof te produceren. Hier liggen vooral kansen voor de haven van Rotterdam, Groninger Seaports en het Noordzeekanaalgebied. Daarnaast beschikken zowel Rotterdam als het Noordzeekanaalgebied over CO2 afvang en opslag faciliteiten. Waterstof is een belangrijke grondstof in de biobased economie en zal, samen met de aanvoer van groene grondstoffen essentieel zijn in de bioraffinage.
Grondstoffencluster
Daar waar transport- en energiestromen elkaar kruisen, ontstaan belangrijke knooppunten in de goederenoverslag. Het cluster Arnhem – Nijmegen, en in mindere mate ook Venlo, Luik of Hannover, zijn zulke knooppunten in het Circular Mainframe. Hier komen waterstof- en elektriciteitsinfrastructuur samen om de binnenvaart te voorzien van duurzame energie. Bovendien kan CO2 uit de lokale industrie worden afgevangen en per schip worden ingeladen en vervoerd naar de havens van Rotterdam of het Noordzeekanaalgebied, waar het in lege gasvelden onder de Noordzee wordt opgeslagen.
Clusters waar in de toekomst grote hoeveelheden duurzame elektriciteit zullen aanlanden zijn de ideale locatie om door middel van elektrolyse duurzame waterstof te produceren. Hier liggen vooral kansen voor de haven van Rotterdam, Groninger Seaports en het Noordzeekanaalgebied. Daarnaast beschikken zowel Rotterdam als het Noordzeekanaalgebied over CO2 afvang en opslag faciliteiten. Waterstof is een belangrijke grondstof in de biobased economie en zal, samen met de aanvoer van groene grondstoffen essentieel zijn in de bioraffinage.
Grondstoffencluster
Daar waar transport- en energiestromen elkaar kruisen, ontstaan belangrijke knooppunten in de goederenoverslag. Het cluster Arnhem – Nijmegen, en in mindere mate ook Venlo, Luik of Hannover, zijn zulke knooppunten in het Circular Mainframe. Hier komen waterstof- en elektriciteitsinfrastructuur samen om de binnenvaart te voorzien van duurzame energie. Bovendien kan CO2 uit de lokale industrie worden afgevangen en per schip worden ingeladen en vervoerd naar de havens van Rotterdam of het Noordzeekanaalgebied, waar het in lege gasvelden onder de Noordzee wordt opgeslagen.
Verbinden maakt robuust
Om een betrouwbaar energie- en grondstoffensysteem in de toekomst te garanderen dient er voldoende buffercapaciteit in het netwerk ingebouwd te zijn. Voor veel van de systemen geldt dat opschaling leidt tot een robuuster en efficiënter systeem (economy of scale). Dit vraagt om een bepaalde mate van overcapaciteit in de productie van duurzame energie, alsook opslagvoorzieningen. Optimale internationale connectiviteit dient als maatregel om de periodiciteit van energiebronnen het hoofd te bieden. Denk bijvoorbeeld aan de leveringszekerheid tijdens een ‘dunkelflaute’, een periode met weinig wind en zon of disruptieve situaties zoals de oliecrisis in 1973 of het huidig conflict in Oekraïne.
Van lokale clusters naar grensoverschrijdend Circular Mainframe
Een grootschalig netwerk voor meerdere energie en grondstofstromen is er niet binnen één dag. Het strategisch en proactief sturen op de realisatie van dit Circular Mainframe is noodzakelijk. Dit vraagt om een sterke planning en regie op nationaal niveau en op de korte termijn. Vergelijk het met de aanleg van het rijkswegennetwerk. In 1935 is begonnen met de aanleg van de eerste rijkswegen van stad naar stad. Dit is later uitgebreid tot een netwerk van rijkswegen dat anticipeerde op de massa motorisatie. Vervolgens groeide dit netwerk uit tot een landsdekkend, open-acces snelwegennetwerk, dat resulteerde in een aantrekkelijk vestigingsklimaat. Een belangrijk verschil met het rijkswegennet is dat we geen 100 jaar de tijd hebben voor realisatie en organische groei.
Om een betrouwbaar energie- en grondstoffensysteem in de toekomst te garanderen dient er voldoende buffercapaciteit in het netwerk ingebouwd te zijn. Voor veel van de systemen geldt dat opschaling leidt tot een robuuster en efficiënter systeem (economy of scale). Dit vraagt om een bepaalde mate van overcapaciteit in de productie van duurzame energie, alsook opslagvoorzieningen. Optimale internationale connectiviteit dient als maatregel om de periodiciteit van energiebronnen het hoofd te bieden. Denk bijvoorbeeld aan de leveringszekerheid tijdens een ‘dunkelflaute’, een periode met weinig wind en zon of disruptieve situaties zoals de oliecrisis in 1973 of het huidig conflict in Oekraïne.
Van lokale clusters naar grensoverschrijdend Circular Mainframe
Een grootschalig netwerk voor meerdere energie en grondstofstromen is er niet binnen één dag. Het strategisch en proactief sturen op de realisatie van dit Circular Mainframe is noodzakelijk. Dit vraagt om een sterke planning en regie op nationaal niveau en op de korte termijn. Vergelijk het met de aanleg van het rijkswegennetwerk. In 1935 is begonnen met de aanleg van de eerste rijkswegen van stad naar stad. Dit is later uitgebreid tot een netwerk van rijkswegen dat anticipeerde op de massa motorisatie. Vervolgens groeide dit netwerk uit tot een landsdekkend, open-acces snelwegennetwerk, dat resulteerde in een aantrekkelijk vestigingsklimaat. Een belangrijk verschil met het rijkswegennet is dat we geen 100 jaar de tijd hebben voor realisatie en organische groei.
Geen Blauwdruk
Dit toekomstbeeld is niet bedoeld als blauwdruk, maar geeft wel een goed beeld van de ‘stofwisseling’ van toekomstig Nederland en van mogelijke zwaartepunten in de verschillende netwerken. Het kan de basis zijn voor gesprekken over de netwerken zelf én over de verschillende condities die worden ge-vormd door de aan- of afwezigheid van bepaalde infrastructuur. Daarmee kan het ook een belangrijke basis zijn voor ruimtelijke ordeningsvraagstukken.
Wij hopen dat het Circular Mainframe overzicht en inzicht biedt in de complexe wereld van netwerken en systemen. En de mogelijkheden die dit biedt om beter te sturen op de inrichting van Nederland. Mogelijk zijn deze inzichten relevant voor de korte termijn en helpen ze bij het maken van keuzes op de korte termijn.
Wij hopen dat het Circular Mainframe overzicht en inzicht biedt in de complexe wereld van netwerken en systemen. En de mogelijkheden die dit biedt om beter te sturen op de inrichting van Nederland. Mogelijk zijn deze inzichten relevant voor de korte termijn en helpen ze bij het maken van keuzes op de korte termijn.