background image

 

 
 
 
 
 

Exploration of Transition 

Strategies in Dutch 
Refineries and Organic 
Chemicals Industry for 

Climate Policy

 

  

TNO Public   TNO 2024 R11075 
9 September 2024 

background image

 

 

Energy & Materials 
Transition 
www.tno.nl 
+31 88 866 23 45 
info@tno.nl 

 TNO Public 

TNO 2024 R11075   9 September 2024 
Exploration of Transition Strategies in 
Dutch Refineries and Organic Chemicals 
Industry for Climate Policy

 

 

Refineries and the large volume organic 
chemicals industry 
 

 TNO Public 

 

 
 
 
 
 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Author(s) 

Ayla Uslu, Carina Oliveira 

Classification report 

TNO Public 

Number of pages 

78 (excl. front and back cover) 

Number of appendices 

Project name 

KVE 23 Industrie weglekeffecten 

Project number 

060.55401 

 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

 

All rights reserved 
No part of this publication may be reproduced and/or published by print, photoprint, 
microfilm or any other means without the previous written consent of TNO.  
 
This project has been funded as part of the Energy Transition Studies research program 
under the directorate general Energy and Climate of the Ministry of Economic Affairs and 
Climate (EZK) (with the new name Ministry of Climate and Green Growth) with the aim of 
providing knowledge for energy policy.  
 
© 2024 TNO 
 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

3/78 

Summary 

The heavy industry sector, particularly the petrochemical industry, relies on fossil fuels for a 
variety of processes, both energy and non-energy applications. Non-energy fossil fuel use 
refers to raw materials derived from fossil fuels, such as naphtha and other feedstocks that 
are essential for manufacturing processes, accounting for nearly 50% of the total energy use 
in industry. In alignment with combating climate change and meeting the objectives of the 
Paris Agreement, the Dutch government has set the national ambition to become climate-
neutral by 2050. Additionally, the Dutch government expressed its aspiration for the country 
to become fossil free and circular by 2050. Achieving these goals will require substantial 
changes in industrial processes that currently depend on fossil fuels. 
 
This study aims to support the Ministry of Climate and Green Growth1 of the Netherlands and 
serve as a starting point for broader discussions on future developments within the heavy 
industry sector. It focuses on the significant changes required in industrial processes to 
become climate-neutral by 2050. Thus, this study assumes a scenario in which the ambition 
to reach carbon neutrality by 2050 will be reflected globally in national policies. The study 
focuses on the refineries and the large volume organic (LVO) chemicals industries. Another 
study has been conducted for the iron and steel industry and the fertilizer industry, with the 
results of that study reported separately.  

This research employs a desk-study approach, utilising both qualitative and quantitative 
assessments of possible industry retrofits and the demand for renewable resources. This 

 within the 

framework of a carbon-neutral energy system. The study also considers the potential risks of 
value chain relocation to other regions where renewable resources are more abundant and 
cost-effective. However, it excluded an analysis of carbon leakage issues and the broader 
competitiveness of the industrial sectors. Possible environmental impacts or effects on 
human capital of both adaptation strategies and the relocation risks were also beyond the 
scope of this analysis. Instead, the focus was on the availability of renewable feedstocks 
necessary for the sector's transformation. 

A brief overview of the results for the refineries and LVO chemical industries can be found 
below. A more detailed summary of these findings is presented in the subsequent sections. 

Refineries 
Dutch refineries, which contribute significantly to European capacity and production, are 
likely to face significant challenges in the transition towards climate neutrality by 2050. 
Future scenarios involving climate policy implementation project a significant reduction in 
demand for fossil fuels, which could lead to downsizing or conversion of existing facilities, 
but much will depend on key factors such as the development of renewable fuels, 
geopolitical dynamics, and the industry's ability to adapt to shifting market conditions.  
 
The review of company plans indicates that while Dutch refineries acknowledge the need for 
long-term transitions towards renewable fuel production, their efforts have been limited and 
reactive, driven more by current market conditions. This underscores the need for a more 

_______ 
1 Previously, this ministry was named Ministry of Economic Affairs and Climate Policy 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

4/78 

robust and forward-looking approach to ensure the successful transition of the refining 
sector.

 

The adaptation strategies for refineries involve the integration of additional steps in the 
value chains, with biomass co-processing emerging as a transitional solution. This approach 
could help refineries gradually shift towards producing renewable fuels. While the potential 
for biomass as a sustainable feedstock appears sufficient, the mobilisation of these 
resources and the establishment of tradable bio-oil commodities that are produced from 
various types of biomass feedstocks has been lagging. This lag presents a challenge to the 
transition of refineries.  

Another challenge relates to the limited research on the effectiveness of co-hydrotreatment 
of bio-oil with petroleum streams. This knowledge gap hinders the development of 
comprehensive retrofit strategies and the efficient use of existing refinery infrastructure. 
Therefore, further research is needed to explore the potential of these technologies and their 
implications for refinery operations. 

Despite the challenges associated with retrofitting existing refineries, there is significant 
strategic value in developing fully integrated biomass-to-fuel refineries in the Netherlands. 
These refineries could not only support the country's transition to a carbon-neutral energy 
system but also provide essential biogenic products, such as naphtha for the chemical 
industry and biogenic CO2 for negative emissions or synthetic fuel production. 

In summary, the future of Dutch refineries lies in their ability to adapt to a rapidly changing 
energy landscape. While the risk of relocating existing refineries diminishes, the need for 
strategic adaptation and addressing potential bottlenecks becomes increasingly critical. 

Large volume organic(LVO) chemicals  
The Netherlands is a key player in the European organic chemical industry, strategically 
positioned within the Antwerp-Rotterdam-Rhine-Ruhr-Area (ARRRA).  

The industry is navigating a complex regulatory environment where current EU policies aim 
to reduce emissions but do not explicitly mandate a transition to circular feedstocks, leaving 
uncertainties about how to shift from fossil to renewable feedstocks. Consequently, current 
company strategies focus on reducing direct greenhouse gas emissions and exploring 
electrification, with slow progress on renewable feedstocks. While plastic pyrolysis is a 
promising alternative and explored more by the companies, its expansion is uncertain due to 
potential limitations on plastic waste. 

The LVO chemical sector is closely intertwined with the refinery sector, and any 
transformation in the latter is expected to influence this industry significantly. 
Transformations in refineries, particularly if they produce bio- and synthetic naphtha in 
significant quantities, would create a renewable naphtha market and reduce possible 
relocation risks in these industries. However, the oil refineries also produce aromatics. The 
downsizing of oil refineries could create the risk that the production of aromatics from these 
processes may shift elsewhere.  
 
The relocation risk mainly relates to new processes, like bioethylene production from 
bioethanol, as they may be located in regions with abundant biomass. Current leading 
bioethylene production is in countries like Brazil, India, China, and the USA. Similarly, 
methanol-to-olefins and biomass-to-aromatics production may also be situated in resource-
rich areas. Nevertheless, the easy transportation of polymer pellets allows the displacement 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

5/78 

of semi-finished product supply and the downstream processing plants can continue 
producing final plastic products in the Netherlands.  
 
Further research needs 
Further research is needed to address several key areas, including the suitability of individual 
refinery sites in the Netherlands for conversion, hydrogen needs and costs to retrofit these 
sites, the mobilization of biomass resources from other regions and the set up of efficient 
logistics, and synergies between biomass and renewable power-to-fuel production. 

 

When it comes to the LVO chemicals industry, a thorough techno-economic assessment of 
polymer pellets production from alternative value chains in various global regions is needed. 
This will support understanding the future markets for renewable polymer pellets and the 
role Dutch companies may play, particularly in the downstream processes. In addition, 
further evaluation of the potential of novel polymers to replace conventional ones, including 
scalability and market introduction, requires further research.  

 

 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

6/78 

 

 
Refineries 

Today, Dutch refineries contribute approximately 6% of the European installed capacity and 
10% of the production. Overall, 55% of the production serves the Dutch market and the 
remaining portion is exported. Within the Dutch manufacturing sector, refineries represent 
the second-largest greenhouse gas (GHG) emitting industry, after the basic metals industry. 
The Dutch government has been in the process of establishing tailor-made agreements with 
refineries to ensure that they reduce their annual operational CO₂ emissions (referred to as 
scope 1) by 2030 and share their long-term visions. 
 
The refineries will need to adapt to changing market conditions as the demand for oil 
products is projected to be significantly reduced when stringent climate policies are 
implemented.  
The majority of the refinery products are used as transportation fuels, and the demand for 
these products will undergo significant changes as a result of the policy instruments within 
the Fit-for-55 package. While the European Emission Trading Scheme (EU ETS) and the 
Dutch CO2 tax aim to reduce GHG emissions that occur during processing, other policies, 
particularly the transport sector related climate change mitigation policies, will affect the 
demand for fossil oil products. Consequently, looking beyond 2030, crude oil refineries may 
need to substantially downsize their throughput or face the risk of shutting down their 
processes. Achieving Paris Agreement goals and pursuing climate neutrality by 2050 will 
result in a global oil product demand reduction. This reduction can be up to 75% globally 
(IEA, 2023), and 90% within the EU (EC, 2018). Given that the majority of the refinery 
product slate relates to transport fuels, this will require refineries to adapt their business 
models to align with evolving market conditions.  
 
The refinery adaptation strategies will involve the creation of additional steps in the 
value chains and biomass co-processing could be a transitional choice.  
Depending on the site s complexity, some refineries can retrofit their existing units to 
produce renewable fuels, and biomass co-processing could be a transitional choice. Bio-oils 
can be processed with crude oil, and existing assets, particularly the hydroprocessing units 
can be utilised for this. The key advantage of these units relates to generating product slate 
better suited for heavy-duty transport, aviation and maritime sectors.  
 
In the Netherlands, refineries are equipped with hydroprocessing units, and supplying just 5-
10% of hydrotreatment feed from bio-oil will suffice for 10-20% of current maritime 
bunkering demand. Scaling up to 50% supply of hydrotreatment feed could meet the entire 
maritime bunkering demand, though, such intensive co-processing would require substantial 
revamping and a significant increase in hydrogen demand. 
 
Sustainable biomass potential appears to be sufficient but the mobilisation of these 
feedstocks and the creation of tradable commodities, for instance, bio-oils, is lagging 
behind. Retrofits in Europe predominantly focus on the use of lipids, such as vegetable oils, 
used cooking oils (UCO) and animal fats. However, there are policy limitations and caps on 
the use of these feedstocks, therefore, their future role will be more limited. Conversely, 
there are significant amounts of lignocellulosic feedstocks both in Europe and globally. 
 
Based on the most recent update of sustainable biomass potential in Europe eligible for 
biofuel production under the Renewable Energy Directive (REDIII) (COM, 2024), about 1% of 
the lignocellulosic biomass potential in Europe appears to be sufficient to meet 5 to 10% co-
processing in hydroprocessing units in the Netherlands. Converting hydrotreater units to 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

7/78 

50% co-processing, or fully converting existing hydrocrackers, would require approximately 
5.5% of the sustainable lignocellulosic biomass potential in Europe.  
 
As previously mentioned, current retrofit initiatives use lipids, which are tradable 
commodities. Biomass-to-oil supply chains that use lignocellulosic feedstocks, particularly 
wastes and residues from agriculture and forestry will need to be established. Refinery 
retrofits, regardless of whether they are co-processing or full retrofits, will require the 
mobilisation of significant amounts of biomass resources. Given the limited domestic 
biomass availability, biomass will need to be supplied from elsewhere and the biomass 
harvesting and conversion to bio-oils supply chains will need to scale up to satisfy the 
existing hydroprocessing capacities. Two thermochemical technologies emerge as pivotal in 
this context: biomass pyrolysis, which is fully commercial but whose implementation is still 
limited, and Hydrothermal Liquefaction (HTL), which is on the brink of commercialisation. 
 
Furthermore, while lipid co-processing in existing hydroprocesses appears to be a low-
cost option, there is limited research on the use of hydropocessing units and co-
hydrotreatment of bio-oil with petroleum streams.  
Literature review indicates a potential saving of 30% to 50% in capital expenditures when 
bio-oil is co-processed, however, the levelized cost of producing biofuels from co-processing 
in comparison to stand-alone processes has not been sufficiently covered. Therefore, further 
research is needed to assess the use of existing hydroprocessing units, where the specifics of 
different refineries and the functioning of various hydrotreaters are taken into consideration. 
In that way, the revamp requirements can be better detailed.  
 
While retrofitting existing refineries and supplying bio-oil from other regions could 
contribute to achieving a carbon-neutral energy system in the Netherlands, there is a 
strategic value in fully-integrated biomass-to-fuel refineries in the Netherlands.  
For instance, stand-alone biomass gasification followed by Fisher-Tropsch synthesis not only 
provides diesel and kerosene for the transport sector, but also biogenic naphtha for the 
chemical industry and also biogenic CO2, which can be stored for negative emissions and/or 
used for the production of carbon carrying synthetic fuels. 
 
The review of company plans highlights that oil refineries act and react to the existing 
market conditions and their efforts towards the long-term transition to producing 
renewable fuels and feedstocks are limited.  
While nearly all companies that own Dutch refineries have set the ambition to become 
carbon-neutral by 2050, their strategies for 2030 have been changing each year. Biomass 
co-processing in existing refineries in the Netherlands has not been considered due to the 
complexity and methodological uncertainty of tracing biogenic carbon in refineries and 
determining the renewable content of the product to be counted towards the renewable 
target within the Renewable Energy Directive2. Currently, the methodology is defined by 
Commission delegated regulation (EC(2023)3513), which may influence refinery 
perspectives.  
 
An important aspect that needs further attention is the knock-on effects of shifting from oil 
refineries to renewable refineries. The refineries are closely integrated with their 
surroundings, delivering naphtha and several basic chemicals, as well as steam and refinery 
gases. While these integrations have previously been seen as a competitive advantage, they 
may also pose bottlenecks in the transition process. 
 

_______ 
2 Based on the communication with stakeholders 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

8/78 

Further research needs and recommendations 
•  Each refinery has a different configuration and product slate, therefore, individual sites 

should be studied in detail to identify whether they are suitable for conversion to a 
renewable refinery. Additionally, depending on the biomass type and the bio-oil 
characteristics, bio-oil co-processing in existing refineries will require additional hydrogen. 
The total volume , the availability and the cost of hydrogen need further research.  

•  A detailed study for the Dutch refineries should be complemented by an EU- wide study 

that covers European refineries. This can provide an optimal use of existing refining 
capacities in Europe and the relative importance of Dutch refining. 

•  Timely supply of biomass resources in large quantities will be essential not only for 

refinery conversions, but also to attain transport sector-related climate mitigation 
objectives. While the current studies indicate significant amounts of biomass resources, 
their mobilisation has been slow. There is a need for good understanding of mobilisation 
strategies and the related investment needs. 

•  There is strategic value of having fully integrated biomass-to-fuel refineries in the 

Netherlands. This strategic value relates not only to the supply part of the transport fuels, 
but also to providing biogenic naphtha to the chemical industries and to biogenic CO2, 
which can be stored for negative emissions and/or used for the production of carbon 
carrying synthetic fuels. 

•  Further research on synergies between biomass to fuels and feedstocks and renewable 

power to fuels and feedstocks is needed to identify better business models. 

•  Related to the topics above, in retrofits, the hydrogen demand will increase significantly, 

and the availability and affordability of this green hydrogen will be one of the key 
considerations. 

•  In addition, in the medium-to-long term, e-fuels value chains will require biogenic CO2, 

highlighting again the importance of biorefineries. 

 
 
Large Volume Organic (LVO) chemicals 
industry 
The Netherlands hosts a significant organic chemical industry, strategically located with 
strong connections to other industrial clusters in the Antwerp-Rotterdam-Rhine-Ruhr-Area 
(ARRRA) region. The total production capacity of olefins and aromatics, also referred as high 
value chemicals, comprises approximately 16% of the EU's production capacity. Among 
basic chemicals, ethylene and propylene are the most relevant in terms of export activity, 
especially within the EU, and exports of polyethylene pellets are significantly higher 
compared to other semi-finished products. 
 
Overall, the base organic chemicals industry faces a complex regulatory framework with 
unclear directions regarding feedstock transition.  
The sector heavily relies on fossil fuels as energy sources for processes and fossil feedstocks, 
particularly naphtha, to produce olefins and aromatics. Numerous EU policy initiatives affect 
this industry; while policies such as the Emission Trading System (ETS), the Dutch CO2 tax, 
and REDIII (Hydrogen Obligation for Industry) aim to reduce direct process emissions, they 
do not directly require transitioning from fossil feedstocks to circular and sustainable 
alternatives. There are various policy initiatives which provide guidelines and identify actions 
for a green, digital, and resilient chemical industry, as well as dedicated directives specifying 
plastic use types with the aim of promoting circularity, and regulations that focus on the 
end-of-life to minimize environmental impacts, requiring production of more durable and 
reusable products. For instance, a recent policy, the sustainable Carbon Cycles 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

9/78 

communication (COM(2021)8000) introduces ambitions to source 20% of the carbon used in 
chemical and plastic products from sustainable non-fossil sources.  
 
Within this complex landscape, assessing the possible relocation aspects of transitioning 
to renewable feedstock becomes quite challenging.  
Reviews of company strategies and the current plans indicate that companies primarily 
focus on reducing direct GHG processes emissions (Scope 1) and on exploring electrification 
opportunities (both direct and indirect electrification). The transition towards renewable 
feedstocks is slow as these multinational companies continue to expand their fossil 
manufacturing capacity worldwide to meet growing demand. Among the options for circular 
feedstocks, the focus lies mainly on plastic pyrolysis with intentions to co-process in Europe 
and in the Netherlands. However, the expansion of such alternatives in the future is still 
uncertain due to possible limitations on plastic waste availability for pyrolysis. 
 
Given the complex policy framework and uncertainties surrounding decarbonisation 
pathways, TNO has conducted scenario modelling aimed at achieving a climate-neutral 
energy system in the Netherlands (Scheepers et al, 2024). Within this modelling, two 
scenarios were constructed with varying ambitions for GHG emission reductions in 
international bunkering and ambitions for achieving circular carbon in the base chemicals 
industry. The relevant conclusions for this study are as follows:  
•  The LVO chemical sector is closely intertwined with the refinery sector, and any 

transformation in the latter is expected to influence this industry significantly. 
Provided that renewable refineries produce bio- and synthetic naphtha and these 
become tradable commodities, there will be no direct relocation risk to existing 
processes.  
Steam crackers can replace fossil naphtha with renewable naphtha. Bio and synthetic 
refineries supplying renewable fuels to the transport sector can also provide feedstock 
co-products for the organic chemicals industry. Depending on the available volumes and 
the composition of bio- and synthetic naphtha, these could replace fossil naphtha. 
Naphtha is a tradable commodity, which companies already import to the Netherlands 
currently, therefore, in the case of using renewable naphtha, the current processes would 
not face any relocation risk. This, however, should not be mixed with the current pressure 
industry is facing due to increasing energy and feedstock prices and affecting their 
competitive position against their peers elsewhere. 

•  This also applies to plastic pyrolysis, there will be no relocation risk at the 

downstream processes 
While the production of pyrolysis oil from plastics may occur elsewhere, following 
hydrotreatment, these feedstocks can also be fed into existing crackers, not affecting 
downstream processes. The potential for replacing fossil naphtha input with pyrolysis oil 
depends on the availability of plastic waste. 

•  The downsizing of oil refineries will affect aromatics production as these are 

integrated and produced in oil refineries, creating the risk that they may locate 
production elsewhere.  
To compensate for the downsizing of oil refineries aromatics will need to be produced 
stand-alone. The modelling results indicate biomass-to-aromatics production as a 
promising option. However, whether these new processes will locate in the Netherlands 
or elsewhere carries a large uncertainty.  

•  (Re)location becomes more pronounced for new processes, such as the production of 

bioethylene from bioethanol.  
The modelling results indicate this route becoming a promising low-cost option, and this 
value chain may be situated in regions with abundant biomass feedstocks and larger 
bioethanol production facilities. In fact, the largest commercial production of bioethylene 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

10/78 

is in Brazil, followed by countries like India, China, and the USA. Other value chains 
appearing in the scenario modelling include methanol to olefins and biomass to 
aromatics. Again, these value chains may occur in regions with abundant renewable 
resources, impacting on the competitiveness of Dutch polymers in the market. The easy 
transportation of polymer pellets allows the displacement of semi-finished product 
supply. Post-processing plants can flexibly import more polymer pellets to produce final 
plastic products, further facilitating the use of imported materials. Regulations, such as 
carbon pricing through mechanisms like the Carbon Border Adjustment Mechanism 
(CBAM), will play a crucial role in shaping the competitive landscape. 
These results should not be mixed up with the current pressure on the competitiveness of 
industry due to rising energy and feedstock prices.  

 
Furthermore, there is the possibility of substituting conventional polymers with new 
materials. Conventional polymers, well-established synthetic materials, have predictable 
properties and widespread applications. In contrast, novel polymers are relatively new 
materials with unique properties and potential advantages. Universities, research 
organisations and the private sector actively develop novel polymers to address specific 
challenges and enhance performance. The EU policy initiatives focus on eco-design 
principles, including recyclability and reduced environmental impact, encouraging the 
adoption of materials aligned with these goals. If novel polymers meet EU criteria, they 
could disrupt the plastics value chain by gaining traction in the European market. Dutch 
manufacturers must keep pace with developments to avoid losing out to imported novel 
polymers. 
 
However, the current market competitiveness of these new polymers remains a challenge, 
and their business case may not yet attract major players. While relocation risks associated 
with novel polymers are relatively low at present, vigilance is essential as the industry 
evolves. 
 
Further research needs and recommendations 
Given uncertainties about the LVO chemical sector's future, a thorough assessment is crucial 
to evaluate potential relocation risks and their implications for the Dutch LVO chemicals 
industry. Therefore, a thorough assessment combining technical, economic, and 
environmental, aspects can bring meaningful insights 

 

 
The following topics are recommended to be evaluated by future research: 
•  Assess in detail the production costs of polymer pellets via these alternative value chains 

in diverse global regions, in order to evaluate the competitiveness of the Dutch polymers 
pellets. 

•  Evaluate how likely novel polymers could replace conventional polymers, assessing their 

scalability, challenges and opportunities to be introduced in the plastics market and how 
the Netherlands positioning itself in the development of such emerging materials. 

•  Similar to the refinery industry, timely supply of biomass resources in large quantities will 

be essential for the transformation of the chemical industry. There is a need for good 
understanding of mobilisation strategies and the related investment needs. 

 

 

link to page 4 link to page 12 link to page 13 link to page 16 link to page 16 link to page 18 link to page 20 link to page 25 link to page 37 link to page 40 link to page 44 link to page 44 link to page 60 link to page 64 link to page 66
background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

11/78 

Contents 

Summary ....................................................................................................................................................... 3

 

Contents ...................................................................................................................................................... 11

 

1

 

Introduction ................................................................................................................................... 12

 

2

 

Refineries ........................................................................................................................................ 15

 

2.1

 

Current status of Dutch refineries ......................................................................................................................... 15

 

2.2

 

Key drivers for transformation  the policy landscape ..................................................................................... 17

 

2.3

 

Refinery decarbonisation options and the company plans ............................................................................ 19

 

2.4

 

Outlook ........................................................................................................................................................................ 24

 

2.5

 

Process relocation due to de-fossilisation .......................................................................................................... 36

 

2.6

 

Discussions, conclusions, and further research needs ..................................................................................... 39

 

3

 

Large volume organic (LVO) chemicals ................................................................................... 43

 

3.1

 

Current status ............................................................................................................................................................ 43

 

3.2

 

Process relocation due to de-fossilisation .......................................................................................................... 59

 

3.3

 

Discussions, conclusions and further research needed ................................................................................... 63

 

References ................................................................................................................................................... 65

 

 
 
Appendices   

 

Appendix A:  Operational and planned HVO/HEFA retrofits in Europe 

70 

Appendix B:  Refinery specific hydrotreatment capacity 

71 

Appendix C:  Sustainable biomass availability 

72 

Appendix D:  Biomass feedstock conversion to dense  

bio-intermediates for  
co-processing 

75 

 
 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

12/78 

1  Introduction 

Background 
The Netherlands has a significant heavy industry sector, with large refineries, chemical 
clusters, and base metal companies. This is thanks to various factors, such as abundant and 
affordable natural gas reserves, strategic coastal positioning that facilitates easy access to 
European markets via large seaports, and a well-developed infrastructure with excellent 
inland connections or connections within Europe for the transit of raw materials, semi-
finished products and products. 
 
The heavy industry sector relies on fossil fuels for various processes, both for energy and 
non-energy purposes. Non-energy fossil fuel use covers raw materials derived from fossil 
sources, such as naphtha and other feedstocks that are vital for manufacturing processes. 
In achieving the Paris Agreement and combating climate change, the European Union (EU) 
and the Netherlands have set the goal of becoming climate neutral by 2050. In addition to 
climate neutrality, the Netherlands has expressed its aspirations for a fossil-free and circular 
economy by 2050 (Coalitieakkoord, 2022; NPE, 2023). Meeting these ambitions and adapting 
to changing conditions will require substantial changes in industrial processes, significantly 
reducing the use of fossil fuels for both energy and raw material purposes and replacing 
them with renewable and circular resources. These changes could profoundly alter the 
landscape of industrial activities. 
 
The Dutch government has initiated the National Program Sustainable Industry (NPVI) to 
address challenges for the industry and remove uncertainties about sustainable conditions 
(i.e., availability of electricity, hydrogen, permits). This program aims to accelerate 
investments for a sustainable industry. The Dutch government collaborates with the largest 
industrial emitters to implement sustainable technologies that will lead to substantial 
reduction of fossil fuel use and CO2 

mized agreements 

refineries and large volume organic 

chemicals industries in the Netherlands. 
 
The current efforts have been mostly focused on the energy use and reduction of direct 
emissions from industrial processes. The replacement of non-energy use of fossil fuels, 
which comprises almost half of the total energy use in industry, with renewable and 
sustainable supply options requires further attention and research.  

Objectives of this study 
Shifting from fossil fuels to renewables, particularly replacing them with carbon from 
renewable/circular sources, presents significant challenges for heavy industry. This study 
focuses on refineries and the large volume organic chemicals, that are heavily dependent on 
hydrocarbons and assesses their future transformation. 
 
This study aims to support the Ministry of Economic Affairs and serve as a starting point for a 
wider discussion on the future transformation of Dutch industry. The specific questions that 
are formulated and addressed in this study are the following: 
•  What are the main policy drivers affecting these sectors?  

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

13/78 

•  What are the decarbonisation options for refineries and the organic chemical industry 

and what are the individual company strategies in this regard? 

•  What are the industry adaptation options to replace non-energy use and how much 

renewable resources are needed? 

•  Which processes within each industry may face relocation risks, given that renewable 

feedstocks, particularly biomass, are limited in the Netherlands? It is important to note 
that this question is different from carbon leakage issues, where industries lose 
competitiveness due to different policy interventions and move to other world regions. 
Nor should it be confused with questions regarding the competitiveness of industries in 
general.  

While the main aspects studied are the costs and the availability of renewable feedstocks 
reallocation risks relate to many other factors such as the investment climate, distance to 
customers down stream in the value chain, and the EU policies regarding "strategic" goods. 
These aspects are beyond the scope of this study. 

Approach 
The study approach consists of literature review, stakeholder interviews and scenario 
modelling. Based on the literature and the interviews with relevant stakeholders, 
information regarding the decarbonisation plans and plans for moving to renewable 
resources are identified. Company plans and strategies at a corporate level are collected 
from publicly available open sources. When publicly available, their specific project plans 
regarding renewable and circular production pathways are presented. The company official 
announcements are kept as the main source; when needed, other credible and publicly 
available data were used. This information is presented to suggest the significant 
importance of Dutch processes among the company processes in Europe and globally and to 
provide their decarbonisation plans, which may provide hints regarding their possible 
relocation plans.  
 
TNO scenario modelling has been exploring different pathways to achieve a carbon neutral 
energy system in the Netherlands. The OPERA model, which is a technology rich, cost-
optimisation energy system model, has been used for these purposes. The study has paid 
particular attention to heavy industry in the Netherlands. The results related to refineries 
and the organic chemicals industry are included in this report. In order to examine the low-
cost decarbonisation options, particularly the substitution of fossil feedstock with 
renewables. The modelling framework, the main assumptions and the full results covering 
the whole energy system are presented in Scheepers, et al. 2024. 

Outline 
The report is outlined in 4 chapters. Chapter 2 delves into the refinery sector, starting with an 
overview of the current status of refineries in the Netherlands. This is followed by the 
introduction of the key policies that will have the largest impact on this sector up to 2050. 
Section 2.3 provides a summary of decarbonization options for refineries and outlines 
individual company plans and strategies. In Section 2.4, the future outlook explores the 
demand for oil products in both the transport sector and the chemical industry. Section 2.5 
delves into the risks of relocation within the industry, with a specific focus on the necessary 
adaptations for oil refineries. The following section of this chapter introduces broader 
discussion aspects not covered in the assessment, provides sector specific conclusions and 
recommendations, where future research needs are highlighted. Chapter 2 follows a similar 
structure, shifting its focus to sectors involved in the production of olefins and aromatics in 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

14/78 

the Netherlands, particularly the steam cracking. Chapter 3 also presents the main 
conclusions and further research needs.  

link to page 17
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

15/78 

2  Refineries 

2.1  Current status of Dutch refineries 

There are 6 refineries in the Netherlands with a nameplate crude oil capacity of around 67 
Mt per year (2861 PJ3) (PoR, 2017) (Olivera & Schure, 2020). Gunvor, one of these refineries, 
has recently stopped its oil processing operations. The remaining five refineries contribute to 
around 5.7% of the total European primary capacity (Concawe, 2023)4 and account for 
approximately 10% of European production5. Five of them are in the Rotterdam/ Europoort 
region and one is located in Zeeland. The port of Rotterdam receives crude oil from the 
North Sea region and variouse areas, including Russia, and the Middle East. Around 80-85% 
of the refinery products relate to fuels and the remaining 15-20% consists of naphtha, base 
oils, and bitumen (CBS, 2023a). 

 

Figure: 2.1 Location of refineries and their throughput capacity (VNPI, 2020) 
kb: Thousand Barrels per day  
 
Figure 2.2 illustrates the average balance of petroleum products in the Netherlands from 
2015 to 2022. This figure shows that the country has been the net importer of petroleum 
coke, liquefied petroleum gas (LPG), aromatics, naphtha, and refuse fuel oil (RFO), with 
naphtha emerging as the largest commodity. Significant volumes of kerosene, gasoline, and 
diesel have been exported to other countries. Overall, approximately 45% of the total 
production appears to be exported. However, factoring in the maritime and aviation 
_______ 
3  Calculated based heating value of 42.7 MJ/kg. 

4   The average contribution between 2009-2022.  

5   blg-876198.pdf (officielebekendmakingen.nl) 

link to page 18
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

16/78 

bunkering in the Netherlands, the net export volume reduces to around 25% of the total 
production.  
 
The main destinations of refined petroleum exports from Netherlands in 2021 were 
Germany, Belgium, the United States, Nigeria and France (CSBS, 2023b; OECD,2023). 
 

 

Figure 2.2: Petroleum product balance between 2015-2022 in the Netherlands (CBS, 2023a) 

Petroleum refineries are the second-largest contributor to GHG emissions among base 
manufacturing industries in the Netherlands. Figure 2.3 provides a comparison of direct GHG 
emissions of refineries with those from other major industries in the Netherlands in 2020. It 
also shows the total emissions of each refinery. Shell Pernis accounts for the majority of GHG 
emissions due to its large throughput capacity and high complexity. 
 
In line with the climate goals of the Paris Agreement and the ambition to become climate-
neutral by 2050, the refineries will go through a fundamental transformation. 

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

Petr. Coke

LPG

Aromatics

kerosene

Naptha

Total gasoline

Total diesel

RFO

Production

Import

Export

Bunkering

Consumption

link to page 20
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

17/78 

 

Figure 2.3: Manufacturing sector GHG emissions broken down to different industries (left) and GHG emissions 
of refineries in the Netherlands (right) 

 

2.2  Key drivers for transformation  the policy 

landscape 
This section briefly introduces the key policy instruments and summarises their impacts to 
the refineries in Table 2.1. 
 
The Renewable Energy Directive (REDIII)  
The REDIII, amended in 2023, sets out specific goals for both the industry and transport 
sectors by 2030, in addition to the overall renewable energy objective. According to REDIII, 
by 2030, at least 42% of the hydrogen used in industry should come from renewable fuel of 
non-biological origin (RFNBO), such as green hydrogen or hydrogen energy carriers produced 
via electrolysis. This shift aims to reduce reliance on fossil fuels and lower GHG emissions in 
industry. Weeda and Segers (2020) note that a significant portion of hydrogen in industry, 
approximately 37%, is used in oil refineries for processes like desulphurization and 
hydrocracking, excluding its use as fuel. The directive encourages refineries to transition their 
hydrogen production from fossil fuels to renewable hydrogen. 
 
Moreover, REDIII introduces specific renewable energy sub-targets and also an overall GHG 
emission intensity reduction target for the transport sector. Consequently, there will be a 
shift in demand from conventional oil products to renewable alternatives. Detailed 
information on these transport-related targets and the expected demand for renewable 
fuels in the Netherlands can be found in a recent study by Uslu (2024).  
 
Aviation and Maritime regulations 
The Fit-for-55 package included two major regulations for the aviation and maritime 
transport sectors; the FuelEU Maritime and the ReFuelEU Aviation regulations, both entered 
into force in October 2023. The ReFuelEU Aviation regulation introduces mandatory volume-
based targets for sustainable aviation fuels starting from 2030 up to 2050. By 2050, at least 
70% of the aviation fuel should be from sustainable aviation fuels (SAF). Thus, the fossil 
kerosene contribution will be limited to 35% of the total demand. The FuelEU Maritime 
regulation introduces a GHG intensity reduction target for ship owners of  more than 5000 
gross tonnages. They will need to reduce the GHG intensity of energy used on board by 6% 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

18/78 

in 2030, increasing to 80% in 2050, compared to a reference intensity figure. While this 
regulation covers 100% of energy voyages between EU ports, it covers half of the voyages 
where the arrival or departure port is outside the EU. The international maritime 
organisation (IMO) also adopted a strategy in 2023, which envisages carbon intensity 
reduction of international shipping by at least 40% by 2030 and reaching net-zero GHG 
emissions by 2050. 
 
New rules CO2 emission standards for cars and vans 
The EU has adopted an amendment to its light-duty vehicles (LDV) CO2 standards, 
mandating that all newly registered cars and vans from 2035 onwards must be 100% CO2 -
free. Additionally, the CO2 reduction targets for 2030 have been strengthened to -55% for 
cars and --50% for vans, compared to a 2021 level. These measures aim to boost the 
adoption of electric vehicles. 
 
Furthermore, a provisional agreement on CO2 emission standards for heavy-duty vehicles 
was reached in February 2024. This policy introduces a 100% zero-emission target for urban 
buses by 2035, covering trucks (over 5 tonnes), city buses, long-distance buses (over 7.5 
tonnes), and trailers. The proposal outlines a gradual reduction in CO2 emissions from these 
vehicles, aiming for a 45% reduction from January 1, 2030, a 65% reduction from January 1, 
2035, and a 90% decrease from January 1, 2040 onwards, compared to 2019 levels. 
 
EU Emissions Trading System (EU ETS) 
The new regulation of the EU ETS involves gradually phasing out the free allocation of EU ETS 
emission rights, known as EU Allowances or EUAs, currently granted to the industry. 
Economic sectors covered by the EU ETS, such as power production and designated energy-
intensive industries, including refineries, are required to reduce their combined emissions by 
62% by 2030, compared to 2005 levels. To ensure success, the phase-out of free EUAs will 
be accompanied by an annual reduction in the total number of available EUAs for these 
sectors. This reduction will be set at 4.3% per year from 2024 to 2027 and 4.4% per year 
from 2028 to 2030, resulting in no EUAs in 2040. 
 
The EU ETS also extends its coverage to maritime transport, while a separate ETS 2 will be 
established for buildings, road transport, and fuels. Starting in 2026, maritime sector GHG 
emissions must be surrendered as allowances in the subsequent year, with interim targets 
set for 2024 (40% of CO2 emissions only) and 2025 (70% of total GHG emissions). No free 
allowances are allocated to the maritime sector, and each non-compliant allowance will 

 per tonne of CO2eq. Failure to comply for two consecutive years may 

result in restrictions on calling at EU ports.  
 
Initially, the refining sector will not be shielded by a Carbon Border Adjustment Mechanism 
(CBAM), exposing European players to higher carbon costs compared to their international 
counterparts. Nevertheless, this setup creates a strong incentive for decarbonizing existing 
operations. 
 
CO2 levy 
Under the Climate Agreement, it has been agreed that the industry will reduce annual CO2 
emissions by 14.3 Mt CO2 by 2030. The CO2 levy came into effect on January 1, 2021 to 
ensure that this objective is achieved. 

link to page 21
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

19/78 

Table 2.1: Key policy instruments and their impacts to the refinery sector.  

Policy instrument 

Content 

Effects to existing refineries 

Amendment of the Renewable 
Energy Directive (REDIII) 

Sets GHG intensity reduction target 
and also renewable fuels sub-targets 
for the transport sector up to 2030. 
Introduces RFNBO obligation to 
industry 

•  Reduced fossil fuel demand 
•  Shift to renewable fuel supply 
•  Encourages use of green 

hydrogen in its processes 

FuelEU Maritime Regulation 
proposal 

Introduces GHG emissions intensity 
reduction targets up to 2050. 
 

•  Reduces fossil fuel demand. 
•  Shift to low carbon/ renewable 

fuel supply 

ReFuelEU Aviation Regulation 
proposal 

Introduces a SAF obligation up to 
2050, with sub-target for RFNBO 

•  Reduces fossil fuel demand. 
•  Shift to low carbon/ renewable 

fuel supply 

CO2 standards for cars and 
vans 

Zero-emission vehicles 

•  Reduces fossil fuel demand. 
•  Shift to Batter Electric Vehicles 

(BEVs) and H2 use via Fuel Cell 
Electric Vehicles (FCEVs) 

EU ETS amendment 

Gradually reduces free allowances 
given to industry up to 2034.  

•  Refinery direct emissions will 

need to be zero before 2040. 

Extension of EU ETS  

EU ETS will also cover maritime sector 
emissions. 
 ETS 2 will be set to cover building 
and road transport  

•  Impacts CO2 prices6 
•  Further incentivises low-

carbon fuel use 

CO2 levy 

Industry shall reduce annual CO2 
emission by 14.3 Mt by 2030 

•  Refinery direct emissions will 

need to be reduced.  

 
In conclusion, the current policy process will significantly affect the refineries. On the one 
hand, direct emissions of the refinery processes will need to reach net zero. On the other 
hand, the majority of the refinery products are used as transportation fuels, and the 
demand for these products will undergo significant changes as a result of the policy 
instruments within the Fit-for-55 package. With the rise of electrification and improvements 
in vehicle efficiency, the demand for fuel in road transport is expected to decrease notably. 
Additionally, over the coming decades, there will be a shift in demand from fossil fuels to 
low-carbon alternatives in aviation and maritime sectors. 
 

2.3  Refinery decarbonisation options and the 

company plans 
Refinery decarbonisation options were introduced in the MIDDEN report (Olivera and Schure, 
2020). These are recapped in Table 2.2. Among the possible options, implementing carbon 
capture and storage (CCS) and switching to renewable energy to meet the energy demand 
would address direct process emissions (scope 1) and emissions due to utilities (scope 2). 
While these measures would contribute to reducing GHG emissions in the industry sector, 
particularly under the EU ETS, they do not address emissions associated with the 
combustion of refinery products, particularly fossil fuels as transport fuels. 
 

_______ 

6   ETS1 and ETS2 will be separate systems. Therefore ETS2 will have its own CO2 price 

link to page 23
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

20/78 

However, a significant proportion of emissions across the entire value chain is related to the 
use of refinery products. To address these emissions, options such as substituting 
conventional fossil feedstocks with renewable alternatives and transitioning to renewable 
refineries can be considered. 
 
Given the focus of this study on the potential impact of renewable energy supply options 
and the possibility of process relocations outside of the country, discussions on CCS and fuel 
switch options are not included in the rest of the document. 

Table 2.2: Refinery decarbonisation options highlighted in MIDDEN. 

 

Technology 

Relevant process 

Scope 

CCS/CCU 

 

Mainly for H2 production unit, FCC 
and gasification unit 
Also applicable to all stacks 

Reduction of scope 1 
emissions 

Fuel switch 

Use of electric 
furnaces 

Applicable to all process that use 
gas-fired equipment (atmospheric 
distillation, cracking, reforming) 

Reduction of scope 1 and 
when renewable 
electricity is used also 
scope 2 

Electric boilers 

Replacing steam boilers 

Electric shaft 
equipment 

Replacing steam turbines 

Blue/green H2 as fuel 

All processes that use gas-fires 
equipment 

Feedstock 
substitution 

Co-processing  
•  biolipids and/or  
•  stabilised pyrolysis 

oil, and/or 

•  Fischer-Tropsch 

(FT)-wax 

Co-feed in Fluid Catalytic Cracking 
(FCC) (only 2 refineries have this 
process)  
 
Co-feed to hydrocracking and 
hydrotreatment 
Demand for additional H2 

Reduction of limited 
scope 1 and limited 
scope 3 

Blue/green H2 as 
feedstock for process 

Desulfurization, hydrotreatment, 
hydrocracking 

Scope 2 emissions 

New process 
rebuilt 

Bio and e-refineries 

 

Scope 1, 2 and 3 

 

2.3.1  Company plans and announcements 

The refineries in the Netherlands are owned by multinational companies that have many 
operations across the world, with global strategies. Even though the diverse operations, 
different markets and regulatory environments will factor into their decisions for different 
regions, they will likely align with their global strategy. Therefore, this section introduces 
current company plans regarding their decarbonisation strategies and shift to renewable 
fuel and feedstock production. 
 
Table 2.3 provides an overview of the companies that have operations in the Netherlands. It 
shows the relevance of Dutch refineries in comparison to the global and European refining 
capacities. This is to give some indication of how significant the Dutch production processes 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

21/78 

are within the overall portfolio of company-owned refineries. In addition, it introduces their 
announced plans as indications of their decarbonisation strategies. 
 
Shell has been updating its main energy transition targets7, and re-evaluating its refinery 
business and the five clusters strategy (Shell, 2023a). In its energy transition strategy in 
2024, Shell announced that it will remain committed to reaching net zero emissions by 2050 
(Shell, 2024). However, it has abandoned its 2035 net carbon intensity target due to 
uncertainty regarding changes across countries and the broader energy transition (Shell, 
2024a). According to this new strategy, it will keep oil output stable up to 2030 (Argus, 
2023). 
In the Netherlands, Shell has announced a final investment decision to build an 820 kt/year 
biofuel facility at the Pernis Refinery. For comparison, Shell  refinery nameplate capacity in 
the Netherlands is 21,000 kt/year. In addition, Shell took the final investment decision to 
build a 200 MW electrolyser and to produce 60 tonnes of renewable hydrogen per day, to 
replace hydrogen produced from natural gas (grey hydrogen) that is used for its oil refining 
processes. The renewable electricity will come from offshore wind in the North Sea. 
 
Similarly, BP announced its vision to become carbon-neutral by 2050 and had plans to 
reduce its oil and gas output by 40% in 2030, compared to 2019 (BP, 2020), but according to 
recent announcements (BP, 2024), it has rolled back its plans to cut oil and gas output. In a 
recent communication, BP indicated an aim for a 50% reduction in scope 1 and 2 emissions, 
a 20-30% reduction in the emissions associated with the carbon in upstream oil and gas 
production (scope 3) by 2030, and to reduce the average carbon intensity of products to 
net-zero by 2050. The main focus is set to replace its own grey hydrogen consumption with 
green hydrogen (hydrogen produced from renewable electricity using electrolysers). For 
bioenergy, BP aims to grow its global biofuels production to around 100 000 barrels per day 
by 2030 and increase its supply volumes of biogas (BP, 2023). BP plans five major biofuel 
projects across existing facilities, with the Rotterdam refinery among them. However, there 
has been no final investment decision yet for the Rotterdam refinery. BP already co-processes 
biofuels at three refineries in Germany, Spain, and the US (Chery Point).  
 
ExxonMobil

focus lies within the United States with a significant portion of its 

operations driven by the incentives provided by the US Inflation Reduction Act (IRA). The 
main focus is on CCS technologies. The company is engaged in the development of a low-
carbon hydrogen production facility from natural gas, with carbon capture located in Texas. 
In addition, ExxonMobil has plans to enhance renewable diesel production at its Imperial Oil 
refinery near Edmonton, Alberta (Canada). ExxonMobil is also involved in co-processing trials 
to produce lower-emission fuels, including sustainable aviation fuel (ExxonMobil, 2024). 
 
TotalEnergies has transformed its La Mède refinery in France into a biorefinery with a 
capacity of 500 kt of hydrotreated vegetable oil (HVO)-type biofuels per year. TotalEnergies 
currently transforms its former Grandpuits refinery site in France into a zero-crude platform 
for biofuels and bioplastics. It will construct a renewable diesel unit, producing aviation fuel. 
This unit is planned to be commissioned in 2024, to process 400 kt per year, of which 170 kt 
is Sustainable Aviation Fuel (SAF), 120 kt is renewable diesel and 50 kt renewable naphtha. 
The unit will process mainly animal fats from the EU and used cooking oil, supplemented 
with other vegetable oils like rapeseed. In addition, TotalEnergies has a joint venture with 
Corbion to produce poly lactic acid (PLA) (a substitute for fossil polymers) from sugar in the 
_______ 
7   In the first update to its main energy transition targets since 2021, Shell said it will target a 15%-20% cut in the net carbon 

intensity of its energy products by 2030 compared with 2016 levels. It had previously aimed for a 20% cut by 2030. The 
company said it now plans to reduce the net carbon intensity of the energy products it sells by 9-12% by 2024, 9-13% by 
2025, 15-20% by 2030, compared to 2021 and 100% by 2050 (S&P Global, 2024; Shell 2024).  

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

22/78 

EU, following their plant in Thailand. TotalEnergies 
chemical recycling plant with Plastic Energy (TotalEnergies 60%, Plastic Energy 40%) 
(TotalEnergies, 2023;2020). 
 
Vitol and Gunvor Groups are among the largest commodity trading companies with some 
investments in refining. In the Netherlands, Gunvor Group acquired the Rotterdam refinery in 
2016, however, it closed its two crude processing units, one in 2019 and the other in 2020 (S&P, 
2021). Its operations now focus on the desulphurization of high-sulphur products and the 
production of gasoline. Currently, Gunvor intends to renovate its existing oil refinery facilities 
in Europoort Rotterdam and make them suitable for the processing of vegetable and animal 
oils and fats into renewable fuels, mainly SAF and renewable diesel. The plan is to construct 
two production trains each with a production capacity of 350 kt/year. Each train corresponds 
to around 7.5% of the fossil refinery nameplate capacity8. The facilities are planned to be 
built on the previously decommissioned lubrication oil plant. Gunvor has also agreed to partner 
with petrochemical group Dow to purify pyrolysis oil feedstocks derived from plastic waste, using an 
existing unit at its refinery site in Rotterdam. Next to that, Gunvor has signed an agreement with Air 
Products for a green ammonia supply terminal. The VPR refinery in Rotterdam has been acquired by 
the Vitol Refining Group. Vitol  focus has been more on supplying biofuels rather than on investing in 
the production processes. 
 
Review of the company plans highlights that the oil refineries react to the existing market 
conditions and their efforts towards the long-term fundamental transition to producing 
renewable fuels and feedstocks are limited. Biomass co-processing in existing refineries in 
the Netherlands has not been considered by the companies due to the complexity regarding 
tracing biogenic carbon in refineries and determining the renewable content of the product 
to be counted for renewable targets within the Renewable Energy Directive9. Until 2023, the 
methodology to determine the share of biofuel via co-processing was not set. Currently, this 
methodology is defined by the Commission Delegated Regulation (EC (2023)3513).  
 
IEA (2023) indicates that the oil and gas industry has not taken a leading role in the global 
transition to clean energy systems. It states that clean energy investment by the oil and gas 
industry as a whole represented 2.7% of its total capital spending in 2022 and 1.2% of total 
investment in clean energy. More than 60% of this came from four companies: Equinor, 
TotalEnergies, Shell and BP, which spent each around 15-25% of their total budgets on clean 
energy (IEA, 2023). 

Table 2.3: Review of the decarbonisation plans of companies that have refinery operation in the Netherlands. 

 

Relevance of the Dutch 
refinery 

List of known project plans 

Shell 

• 

44% of the 

refining capacity in 
Europe10 

• 

25% of the 
company global 
refining capacity in 
2022 

Germany 
•  Rheinland refinery plans: Expand electrolysers capacity to 

100 MW, produce SAF using renewable power and biomass, 
and develop a bio-LNG plant. 

•  Miro Karlsruhe refinery: Add synthetic fuels to product slate 

of around 50 kt/y. 

•  Plans to establish two state of the art biomethane production 

facility in Karstaedt and Steinfeld, to fulfil up to 5% of 

 (Shell, 2024b).  

_______ 
8  Name plate capacity of Gunvor was mentioned as 4500kt/y. 

9   Based on the communication with stakeholders. 

10  In case of joint Ventures, the refining capacity is corrected based on the joint venture share (i.e. for MIRO refinery 

in Germany and Trecate refinery in Italy. 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

23/78 

 

Relevance of the Dutch 
refinery 

List of known project plans 

 
The Netherlands 
•  FID to build 820 kt/a biofuel facility in Rotterdam.  
•  Bio-LNG plant with Nordsol and Renewi in Amsterdam 

Westport (3.4 kt/y). 

•  Green H2 plant in Shell Pernis refinery. 
UK 
•  With Quarter Energy blue and green H2 plant. 

BP 

• 

46% of company 
refining capacity in 
Europe. 

• 

25% of the 
company global 
refining in 2022 

 

 
•  Globally invest in five major biofuel projects, of which three of 

them adjacent to existing refineries and up to two 
conversions of existing refineries. 

Germany 
•  In Lingen refinery: green H2 production of 50 MW in 2022 to 

100 MW in 2024, comprising around 20% of the H2 from 
natural gas in Lingen. 

The Netherlands 
•  H2-fifty, 250 MW plant to produce green H2 (45 kt/y) to 

desulphurization, replacing grey hydrogen. No FID yet. 

Spain 
•  At Castellon refinery: Develop a 20 MW electrolyser with 

further expansion to 115 MW, with the aim to replace grey 
hydrogen production. 

 

TotalEnergi
es (owner 
of 55% of 
Zeeland 
Refinery11) 

•  6% of the company 

capacity in Europe 

•  5% of the company 

global refining 
capacity in 2022 

•  Total has chosen biofuels as its target market. The company 

projects renewable diesel production of nearly 5 mln tonnes 
per year by 2030 and aims to become a market leader in 
renewable diesel, reaching 15% share of the biofuel market. 

France 
•  La Mede: a 500 kt/y HVO plant, where it recently began SAF 

production. 

•  Grandpuits facility: Converting it from 93,000 b/d into a 400 

kt/y biorefinery to start up in 2024. 

•  Plans to add 300 kt/y of HVO capacity in Europe from co-

processing at existing facilities. 

Belgium 
•  TotalEnergies' Antwerp refinery: considers adding co-

processing biofuel units with capacity of 150 kt/y, processing 
UCO&AF. 

The Netherlands 
•  Zeeland refinery: with H2ero project, a 150 MW electrolyser 

to produce renewable H2. 

Germany 
•  Refinery in Leuna : TotaEnergies and Sunfire investing in a 

project to produce methanol from green hydrogen and highly 
concentrated CO₂ from the refinery production processes.  

ExxonMobil 
(Esso 
refinery) 

•  16 % of the 

company European 
capacity 

•  Focus on scope 1 and 2 emissions and to become net-zero in 

2050. 

•  Lower emission investment plans through 2027. 

_______ 
11 Zeeland refinery is currently a joint venture between oil companies Total (55%) and Lukoil (45%). Since Total has 

a larger share, information about this company is illustrated in the table.  

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

24/78 

 

Relevance of the Dutch 
refinery 

List of known project plans 

•  4% of the company 

global refining 
capacity in 2022 

•  Renewable diesel   Strathcona, Canada and Slagen, Norway. 
•  Bio co-processing   Sarnia, Canada. 
•  Baytown low-caron hydrogen, ammonia and CCS project plan 

2027-2028. 

Vitol 

•  A trading company, 

acquiring five 
refineries globally. 

•  55% of the 

company refining 
capacity in 
Europe12 

 

Gunvor 

•  A trading company 

that acquired three 
refineries  

•  Only Gunvor 

Refinery Ingolstadt 
is operational  

The Netherlands 
•  An HVO/HEFA plants, with a total production capacity of 700 

kt/y. 

Spain 
•  Gunvor acquired/invested in a biofuel plant in Spain (Gunvor 

Biofuel Berabtevilla; built in 2008) which has a 400,000 Mt/y 
capacity based on 
transesterification/esterification/distillation. 

•  Additionally, Gunvor invested in the biofuel plant Heulva, built 

in 2012. The plant was built to refine vegetable oil. Gunvor is 
upgrading it to allow for UCO and fatty acids. 

- Refining capacity in Europe is based on the Concawe dataset. When the refinery is part of a joint venture, 

the capacity is corrected by the joint venture share. 

- Global refining capacities of companies are based on the Statista, Global refining capacity of key oil majors 

2022. 

 

2.4  Outlook 

2.4.1  Reduction of fossil oil demand for transport 

As stated previously, the future strategies of the oil refineries will depend on many factors, 
most importantly the petroleum product demand in the future. It is evident that the 
demand for the transport sector will decrease, especially in Europe. However, the pace of 
this decrease will depend on policy implementation and is highly uncertain. This difficulty 
can be addressed with energy modelling and related projections, which can provide valuable 
information regarding demand reductions within a pre-determined scenario framework. 
 
 A recent study from the IEA explores the outlook for oil and natural gas producers based on 
two scenarios: the Announced Pledges Scenario (APS) and the Net Zero Emissions by 2050 
(NZE) Scenario (IEA, 2023). These scenarios set out global transition pathways aligned with 
regional and global net-zero targets respectively, and assess what this would mean for oil 
and gas companies and producer economies. The APS scenario sets the framework based on 
the announced pledges by individual countries. It assumes that all climate commitments 
made by governments and industries around the world as of the end of August 2023, 
including Nationally Determined Contributions (NDCs), will be met. The NZE scenario sets out 

_______ 
12   Vitol owns the VPR refinery in Rotterdam and is co-owner of a smaller refinery in Cressier, Switzerland. 

link to page 26 link to page 27
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

25/78 

a pathway for the global energy sector to achieve net zero CO2 by 2050. While both 
scenarios are exploratory scenarios, they are well aligned with the Paris Agreement goals, 
and the EU goal of carbon neutrality by 2050, particularly the NZE scenario. 
 
Figure 2.4 illustrates the projection results. The IEA scenarios show an overall oil product 
demand reduction of 45% and 75% by 2050 compared to 2022 for the APS and NZE 
scenarios, respectively. Transport fuels, such as gasoline, diesel, and kerosene, are projected 
to undergo significant decline over the coming decades. The decline in gasoline demand is 
particularly pronounced, with a share of 25% today, declining to 15% by 2050 in the APS, 
and to almost zero in the NZE Scenario. Diesel and kerosene are projected to decline 
significantly in the NPE scenario as the decarbonisation of long-distance transport and 
aviation sectors takes effect. In contrast, demand for petrochemicals feedstocks (such as 
ethane, LPG, and naphtha) is expected to remain more stable according to these projections. 
The share of product demand is projected to exceed 50% by 2050 in the NZE scenarip, up 
from 22% today. This shift highlights the significant importance of strategic adjustment by 
the refining industry to align with future markets. 
 

 

Figure 2.4: Oil product demand in the APS and NZE Scenario [IEA, 2024] the oil and gas industry in net zero 
transition 

The European Commission Communication (EC, 2018):   clean Planet for all- A European 
long-term strategic vision for a prosperous, modern, competitive and climate neutral 

sectoral and economy-wide low carbon energy transformation 

pathways. The model-based quantitative analysis explored eight different scenarios 
achieving different levels of emission reduction, contributing to the Paris A

 

temperature objectives of keeping global temperature increase to well below 2oC, and 
pursue efforts to achieve a 1.5oC temperature change, thus reaching net-zero GHG 
emissions. Figure 2.5 illustrates the transport sector oil demand results related to scenarios 
achieving GHG emissions reduction close to 90% by 2050 compared to 1990 and reaching 
net-zero GHG emissions by 2050. Results are presented for the transport sector excluding EU 
international maritime fuel demand and for international maritime fuel demand. The overall 
demand for oil products is projected to be reduced by approximately 75% and 90% in 
205013 compared to 2015. It is important to highlight that the international maritime sector 
_______ 
13  The low range is based on the comparison of combination of COMBO scenario for inland transport, including 

aviation and 50% emission reduction scenario for the EU international maritime sector with 2015. The 90% 

 

link to page 28
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

26/78 

GHG emission reductions were set at 50%, 60% and 70% at the time of these projections, 
whereas International Maritime Organisation has introduced a recent strategy in 2023 to 
pursue efforts towards phasing out GHG emissions from international shipping entirely by 
the middle of this century.  
 

 

Figure 2.5: EC scenario projections for the fossil fuels consumed in transport sector(excl maritime) and 
international shipping in the EU 

TNO has defined two scenarios for energy system in the Netherlands: ADAPT and 
TRANSFORM. Both scenarios are based on a framework for achieving carbon neutrality in the 
Netherlands. However, they differ in aspects regarding the total energy demand for 
transport sector and the emission reduction objectives for the aviation and maritime 
bunkering in the Netherlands. ADAPT follows the Climate and Energy Outlook (KEV) 
projections from PBL (2023) and assumes that the aviation and bunkering-related emissions 
will be reduced by 50%. TRANSFORM considers aviation and the maritime bunkering to reach 
zero emissions by 2050. In addition, due to the assumed behavioural changes of consumers, 
the demand for aviation and maritime fuels is lower in TRANSFORM than in ADAPT. Within 
the framework of this scenario modelling, the demand for oil products for transport sector is 
projected to reduce by more than 85% in ADAPT and more than 95% in TRANSFORM, 
compared to 2019 (see Figure 2.6). Further details of this scenario modelling can be found in 
Scheepers et al, 2024. 
 

_______ 

reduction refers to 1.5 oC scenario, combined with 70% GHG emission reduction in EU international maritime 
sector.  

link to page 47
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

27/78 

 

Figure 2.6: Oil product demand in the Netherlands according to ADAPT and TRANSFORM scenarios 

 

2.4.2  Demand for petrochemical intermediates 

Crude oil refineries do not just produce fuels for transport, but also petrochemical 
intermediates for the base chemical industry, such as naphtha, LPG, ethane and reformates 
for aromatics. These products may turn into the main sources of demand growth for 
refineries. 
 
The future demand for petroleum feedstocks like naphtha and LPG will be influenced by, 
among other things, policies affecting plastics production and demand, such as the 
implementation of circularity. However, the policy formation on this topic is currently less 
concrete than it is for the transport sector-related policies (see section 3.1.1), therefore the 
future demand for fossil feedstocks is more uncertain. For instance, the IEA (2023) projects 
an almost 20% reduction in petroleum feedstock demand by 2050 compared to 2022 in its 
APS scenario and a 37% decline in the NZE scenario.  
 
Another study that underpins the EC communication on  Clean Planet for All  (EC, 2018), 
indicates that fossil naphtha consumption may increase by 25% in 2050, compared to 2015 
when CCS is implemented to reduce GHG emissions of the chemical industry (ICS & 
Fraunhofer, 2018). Another scenario variant that considers a significant amount of biomass 
and biogas use, next to plastic recycling, results in 80% reduction of fossil naphtha in the EU 
in 2050 compared to 2015. 
 
This uncertainty about the future market demand for petroleum feedstocks adds an 
additional layer of complexity to the refinery sector.  

2.4.3  Possible company responses 

The companies will set their strategies for the coming period, and depending on the business 
case and the refinery type, they may decide one of the below options.  

0

200

400

600

800

2019

2030

2050

PJ

Oil products demand in transport in the 

Netherlands 

ADAPT inland + aviation

ADAPT Maritime

TRANSFORMinland+aviation

TRANSFORM martime bunkering

link to page 21 link to page 29
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

28/78 

•  Hold their investment levels and/or milk their previous investment: Due to high margins14 

in the short-to-medium term, companies may decide to hold onto their assets. They may 
decide not to re-invest or go for major maintenance but instead keep the refining running 
until the operational cash flow is below salvage values. Current company plans, 
introduced in Section 2.3.1, indicate this trend, at least up to 2030.  

•  Shrink selectively and shift to chemicals. Companies may seek niche markets with the 

highest value and longer time duration. They may change their individual process units, 
change the mix of process units, or build more direct crude-to-chemicals plants 
(Fitzgibbon et al., 2022).  

•  Shut down and divest: Companies may decide to close many of the oil processing units 

and look for opportunities to shift to renewable refineries.  
 

Petrochemical integration with oil refineries has been considered as one of the key 
parameters in determining refinery resilience to competition. Refineries that have some 
chemical-oriented process and supporting processes15 can adapt to shifting demand from 
transport fuels to chemicals (Fitzgibbon et al., 2022; CIEP 2017). This may provide a financial 
safeguard against declining demand for diesel and gasoline and a competitive advantage 
over non-integrated refineries. However, as stated in the previous section, this option 
depends heavly on future policy formation regarding circularity and emission reduction 
objectives for the chemical industry. 
 
Table 2.4 presents the most relevant processes that can increase the feedstock yield, such 
as naphtha, for the chemical industry. This table also shows the Dutch refineries where 
these processes are available.  
•  Fluid catalytic cracker (FCC): This process converts higher-molecular-weight (heavy) 

hydrocarbons into lighter products. The products usually consist of high-octane gasoline, 
light fuel oil and olefin-rich light gases (Olivera & Schure, 2020). This process can be 
redesigned to produce higher petrochemical yields, resulting in increased production of 
olefins, aromatics, and LPG & naphtha for the steam crackers.  

•  Hydrocrackers: Hydrocrackers yield diesel, jet fuel, and steam cracker feed such as LPG 

and naphtha. Refineries may boost petrochemical output while still keeping diesel and jet 
fuel production by increasing the hydrocracker capacity and shifting towards higher yield 
of light-ends feedstocks (Fitzgibbon et al., 2022).  

•  Naphtha reformers: Refineries can reduce gasoline production and maximise aromatics 

production by adopting reforming process. 

Table 2.4: Units that are most relevant for chemicals production within the Dutch refineries (derived from 
table 3 in Olivera & Schure, 2020) 

 

Naphtha 

Reformer 

Hydrocracker 

FCC 

BP 

 

ESSO 

 

Gunvor 

 

 

 

Shell 

Vitol 

 

 

 

Zeeland 

 

 
_______ 
14   i.e., increased profit margins due to tight market and high fuel prices.  

15   Such as hydrogen generation, aromatics separation and handling, and light ends storage. 

link to page 71 link to page 31
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

29/78 

 

2.4.4  Possibility to shift to renewable fuels 

The possibility to shift to producing renewable fuels could offer an alternative for refineries. 
The refinery transition to renewable fuels can be grouped under four general 
implementation routes (CONCAWE, 2019). These are: 
•  Refinery integration: this refers to integration of renewable fuels with the existing crude 

oil refinery. 

•  Refinery conversion: existing refineries can be adapted to process 100% renewable 

feedstocks. 

•  Refinery co-location: renewable refineries can be built stand-alone, for instance adjacent 

to fossil refineries and use some of the existing logistics and infrastructure, or 

•  They can be fully self-containing, greenfield projects. 
 
Existing fossil refineries can be integrated with produce renewable fuels and feedstocks. At 
present, several refineries in Europe are either retrofitted to produce 100% biofuels or co-
process lipids alongside traditional crude oil with limited or no modifications to the existing 
processes16, as demonstrated by for instance Preem, Cepsa, and Repsol. Preem, one of the 

-processing companies, co-processes up to a 30% ratio of lipids, including 

tall oil methyl ester (Egeberg et al., 2011). In a recent announcement, Preem together with 
Haldor Topsoe, has achieved up to 85% co-processing in its Gothenburg refinery (Bioenergy 
international, 2021). Table 3.2 in Appendix A introduces the list of current and planned 
retrofitted fossil refineries in Europe. 
 
Co-processing can occur at different injection points within refineries, with two most 
common being the hydroprocessing units and the Fluid Catalytic Cracking (FCC) unit. A 
simplified flow diagram of a refinery with the two main insertion points are illustrated in 
Figure 2.7. The FCC products usually are: high-octane gasoline, light fuel oils, and olefin-rich 
light gases (Olivera & Schure, 2018).The hydroprocessing unit comprises two major 
operations: i) hydrotreatment, which aims at removing sulphur, nitrogen and oxygen, next 
to other undesirable metals, and ii) hydrocracking, where the heavier petroleum 
intermediate products such as heavy gas oil and vacuum gas oil into is cracked to lighter 
products by catalytic cracking and hydrogenation. These result in gasoline and diesel range 
fuels that meet the environmental regulations. The Dutch Petroleum Industry Association 
(VNPI)17 indicates the total refinery hydrotreatment capacity in the Netherlands as 24 Mt/y 
and the hydrocracking capacity 12 Mt/y for fuels production in the Netherlands (VNPI, 2022). 
Detailed hydroprocessing capacity per refinery to produce fuels is presented in Appendix B. 
 
 

_______ 
16   Around 5-10% co-processing of renewable feedstock 

17   VNPI changed its name to Association of Energy for Mobility and Industry (Vemobin) 

link to page 25
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

30/78 

 

Figure 2.7: Simplified flow diagram of a generic refinery with biomass co-processing 

Co-processing can be considered as a near-term option as the oil demand will be 
significantly reduced in the medium to long term (see Chapter 2.4.1). Therefore, the 
possibility to expand the renewable feed to 100% and establish stand-alone co-located 
biorefineries appear as the promising next steps. In Europe, the repurposing of existing 
refineries and the conversion to Hydrogenated Vegetable Oil/ Hydro-processed Esters and 
Fatty Acids (HVO/HEFA) have been happening. For instance, ENI has been repurposing its oil 
refineries in Italy (Portho Marghera in 2014, Gela in 2019) into stand-alone, renewable 
facility (ENI,2024). The conversion was estimated to cost about one-fifth to one-fourth of 
the cost of establishing a new greenfield facility due to use of existing infrastructure (ENI, 
2014). TotalEnergies refinery La Mède in France was converted to biorefinery between 2015 
and 2019 (TotalEnergies, 2024). In the Netherlands, Gunvor refinery has decided to produce 
HVO from used cooking oil, animal fats and other vegetable oils. The refinery has already 
been processing some limited amount of biofeed in its existing hydrotreatment facility. With 
this new plan, next to the existing reactor a new installation for hydrotreatment is planned. 
By doing so, existing other process installations will be used, such as the amine recovery 
installation, the acid water stripper, hydrogen supply, the petrol factory, connections to the 
tank farm for the storage of renewable fuels and utility systems such as water, steam, 
electricity, nitrogen, refinery gas and sewage. 
 
In 2021, Shell announced its final investment decision to build a biofuel plant adjacent to its 
refinery in Rotterdam, in which it will convert vegetable and animal oils and fats into 
biofuels. The plant will produce 820 kt biofuels, of which more than half will be sustainable 
aviation fuels and the rest renewable diesel. The feedstock base is reported to consist of 
used cooking oil, waste animal fats and other industrial and agricultural residue products. In 

link to page 34 link to page 73
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

31/78 

addition, a range of certified sustainable vegetable oils, such as rapeseed, will supplement 
the feedstock input (Shell, 2021). 

2.4.5  Feedstock use and availability 

Almost all of the commercial plants are currently based on vegetable oils (such as palm, 
rapeseed, or soybean), animal fats, and used cooking oils. However, use of these feedstocks 
to produce biofuels are either banned18 (i.e. use of biomass feedstocks with high indirect 
land use change (iLUC) impacts, such as palm and soy oil) or capped by the renewable 
energy directive (REDII) due to sustainability concerns (i.e. used cooking oil and animal fats, 
and food and feed crop based biomass)19.  
 
Alternative feedstocks with significant potential for co-processing include bio-oils generated 
through thermochemical processes like fast pyrolysis, catalytic pyrolysis, or hydrothermal 
liquefaction (HTL). Unlike fats and oils, these can be derived from abundant sources like 
forest or agricultural residues. However, it's important to note that these technologies are at 
different stages of technology readiness. Fast pyrolysis is a commercial technology, but 
pyrolysis oil from woody biomass contains high water and oxygen and is not compatible 
with fossil fuel oils to be directly co-processed. The product from HTL technology, biocrude, 
has lower water and oxygen content making it more advantageous to transport and co-
feed. However, HTL technology is less advanced than fast-pyrolysis oil. Appendix D 
introduces the technology status of pyrolysis and HTL.  
 
Since the pyrolysis technology is already commercial, its use as refinery feedstock has been 
investigated the most (Seiser at al., 2022; Lammers et al., 2019; Dyk et al, 2019, 2022). Its 
poor thermal stability and the high oxygen content requires pyrolysis oil to undergo a 
hydrotreatment to remove some of the oxygen and make it more stable. This so called mild 
hydrotreatment can be done back-to-back with the pyrolysis process, and improve the 
transportation costs, or this can be done at the refinery, making use of existing installations.  
 
Table 2.5 provides indicative refinery integration options in the Netherlands and related 
biomass feedstock demand if the existing hydrotreating and hydroprocessing units for 
transport fuels are to be utilised. Two options are examined. Option 1 refers to refinery 
adaptations using lipids. Option 2 refers to converting lignocellulosic biomass into pyrolysis 
oil and use of this pyrolysis oil in exiting refinery processes. This table shows the order of the 
magnitude feedstock demand compared to the sustainable biomass potential in Europe. 
The sustainable biomass potential is based on a recent publication by DG RTD (EC, 2024). 
This study has updated the European sustainable biomass potential for energy markets and 
indicates the total biomass supply potential to be in the range of 310-836 million dry tonnes 
for 2030 and 294 - 892 million dry tonnes in 2050. The European biomass potential, across 
different sectors can be found in Appendix c. This Appendix also shows a comparison of this 
study results with other biomass potential assessment studies. 
 

_______ 
18  The revised Renewable Energy Directive (RED II) introduced a new approach to address the issue of the iLUC 

effect. It sets limits on high iLUC-risk biofuels, bioliquids and biomass fuels which pose a high risk of indirect land-
use change and are therefore associated with significant GHG emissions. Article 26(2) of RED II provides for a 
progressive phasing out of high iLUC-risk biofuels mainly from palm oil and soybean oil by 31 December 2030. 

19  Biofuels produced from food and feed crops are limited to their supply in 2020. Biofuels from feedstocks listed in 

annex IX, part B of REDII are capped to max. 1.7% of transport fuel demand. It is important to note that FuelEU 
aviation regulation does not introduce any or limitation to the use of biofuels produced from annex IX, list b for 
the aviation sector.  

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

32/78 

5-10% co-processing in existing hydrotreaters in the Netherlands would demand 
approximately 1.3 to 2.9 Mt of lipid input20, provided that the fuel throughput stays 
comparable to current level. A full conversion would require almost 29 Mt lipids. To put these 
numbers into perspective, the sustainable supply potential of UCO and animal fats is 
estimated to be around 3.9 Mt in Europe in 2030 and 2050 (EC, 2024). Thus, the demand for 
these biomass resources exceed the sustainable potential in Europe (above 100%), 
according to the calculated potential by the recent study (EC, 2024). In 2022, however, the 
EU consumption of UCO and animal fats was exceeding this potential already, with imports 
from outside Europe, totalling to approximately 5.2 Mt (USDA,2023) and the global 
consumption of UCO for biofuels was around 10 Mtonnes21. In 2022, more than 70% of the 
UCO based biofuels supplied to the Dutch market was from outside of Europe, China 
contributing the largest (Nea, 2022). It is important to note that existing installations, 
whether co-processing or stand alone, currently use other vegetable oils such as rapeseed 
and sunflower oil, palm and soy oil, next to UCO and animal fats. Nevertheless, we can 
conclude that this route, regardless of where it is in the form of co-processing or 100% 
conversion, will be limited. 
 
Co-processing via pyrolysis route appears to demand approximately 3.5 to 7 Mt 
lignocellulosic feedstocks. The total supply potential of sustainable lignocellulosic biomass in 
Europe is estimated to be in the range of 380-650 Mt, according to medium and high 
mobilisation scenarios (EC, 2024). Thus, in average 0.7-1.5% of the European lignocellulosic 
feedstock potential would suffice to meet the demand. However, when 50% conversion of 
hydrotreaters is considered, up to 7.5% of the sustainable biomass potential in Europe may 
be needed to satisfy this. This 50% conversion corresponds to fuel substitution of more than 
80% of the aviation and maritime bunkering in the Netherlands in 2019, or more than 20% 
of the EU international aviation fuel consumption22 in 2015. 
 
It is necessary to note that these figures are indicative, assuming use of clean wood for the 
pyrolysis oil integration. A more detailed analysis, where different biomass feedstock 
compositions are taken into consideration, next to the refinery specifics, will be necessary to 
provide a more robust understanding. 

_______ 
20 Applying the lipid conversion of 83% for co-processing in exiting hydrotreatment (Concawe, 2019).  

21 See Global Supply and Trade of Used Cooking Oil (cleanfuels.org) 

22 In 2015, aviation fuel consumption is estimated to be 53.5 Mtoe. 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

33/78 

Table 2.5: Integration of biomass use with the existing refineries in the Netherlands23 

 

Hydrotreatment 

Hydrocracking 

Hydro treatment 
capacity in the 
Netherlands (Mt/y)1 

24 

12 

Co-processing ratio(%) 

5% 

10% 

50% of base 

capacity 

100% of base 

capacity 

Renewable fuel (Mt) 

1.2 

2.4 

6.0 

12.0 

Option1. Lipid demand 
(Mt)2 

1.5 

2.9 

7.4 

14.8 

Share as total UCO and 
AF potential in Europe 
(%)3 

37% 

74% 

190% 

380% 

 

 

 

Option 2. Raw pyrolysis 
oil demand (Mt)4 

2.5 

5.0 

12.5 

25.0 

Option 2. Woody 
biomass demand (Mt)5 

3.5 

7.2 

17.9 

35.7 

Share as lignocellulosic 
feedstock potential in 
Europe (%)6 

0.6-0.9% 

1.1-1.9% 

2.7-4.7% 

5.5-9.4% 

Refinery implicates 

• 

D

-purpose H2

increased 25 to 100%. 

• 

Re-optimisation of existing fossil 
units. 

• 

Moderate reduction in fossil diesel 
production and slight loss of crude 
capacity. 

• 

D

-purpose H2

increased x2 to x4. 

• 

Major reduction in fossil diesel 
production and major loss of 
crude capacity with closure of 
many fossil process units. 

1 the total Dutch hydrotreatment and hydrocracking capacities are derived from VNPI, 2022 
2 lipid hydrotreatment efficiency is assumed as 83%; lipid hydrocracking 81% (derived from Concawe, 2019) 
3 European potential is 3.9 Mt (see EC, 2024)  
4 pyrolysis oil hydrotreatment efficiency is set to 48% 
5 pyrolysis oil yield from woody biomass is assumed as 70% 
6 lignocellulosic biomass potential to be in the range of 650-380 Mtdry based on high mobilisation versus medium 
mobilisation scenario of EC, 2024. 
 
There are other ways to produce biofuels from lignocellulosic feedstocks but their 
compatibility with current refineries is somewhat limited or non-existing. These are: 

•  Lignocellulosic ethanol pathway: consists of biomass pre-treatment, hydrolysis to 

fermentable carbon sugars, sugar fermentation, and distillation of ethanol to fuel 
grade. This pathway has only limited scope for refinery integration, mainly via 
common use of utilities and logistics.  

•  Biomass gasification, followed by Fischer Tropsch (FT) synthesis to hydrocarbons 

pathway: the FT synthesis results in a product, called wax that undergoes further 
processing steps to produce a number of products such as naphtha, diesel, and 
kerosene. A low-level co-processing via use of refinery hydrocrackers, or unit 
transformation, use of utilities including heat, power and hydrogen, or using existing 

_______ 
23 Follows the Concawe, 2019 calculation method. 

link to page 35
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

34/78 

FCC for upgrading, product handing, blending and logistics are considered as 
possible integrations with the existing refineries (Concawe, 2019). Currently, there 
are no commercial plants that produce biofuels via FT synthesis. 

 
An alternative route to syngas production is the power-to product (PtX) pathways. These 
pathways involve conversion of CO2 into syngas using hydrogen from electrolysis using 
renewable electricity. This e-syngas would get through FT synthesis producing e-wax, and 
similar integration as the biobased route could be considered.  
 
Biomass gasification followed by methanol synthesis and power-to-methanol pathways are 
not touched upon here on as these are considered under the chemical sector, even if they 
can be used for transport. Their integration with the chemical industry appears as a more 
logical option. Table 2.6 recaps the evaluation of refinery integration of various renewable 
based value chains. 

Table 2.6: Refinery integration of various renewable feed based value chains (adapted from Concawe, 2019) 

 

Refinery integration 

Additional 
investments 

Feedstock 
availability 

Level of integration 

Lipids 

Diesel 
hydrotreaters or 
hydrocrackers can 
be utilised, 
resulting in CAPEX 
savings. 
Alternatively, FCC 
unit can be utilised 
for co-processing. 

Requires storage 
and pre-treatment, 
resulting in 
additional 
hydrogen demand. 

Sustainable 
feedstock 
availability is 
limited  

Significant 

Biomass pyrolysis 
oil 

Use of existing 
hydrotreaters and 
hydrocrackers 
Alternatively, FCC 
unit can be utilised 
for co-processing. 

Special oil storage 
for raw bio-oil. Raw 
pyrolysis oil will 
need to go under a 
mild treatment to 
be stabilised. This 
will require 
additional 
investments and 
hydrogen demand. 
In addition, 
biomass to-
pyrolysis oil value 
chain will need to 
be established. 

Sufficient feedstock  Significant 

Biomass 
gasification 

FT can be further 
processed in 
existing 
hydrocrackers. 

Biomass to FT wax 
processes will need 
to be established. 
Storge units for FT 
wax.  

Sufficient feedstock  Moderate 

E-FT 

FT wax can be fed 
into existing 
hydrocrackers. 

E-FT process will 
need to be 
established. 
Storge units for 
wax.  

 Depends on 
availability of 
hydrogen and 
carbon 

Moderate 

 

link to page 37
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

35/78 

2.4.6  Costs 

As stated, current co-processing at refineries is limited. One of the reasons relate to the 
suitability of biofeed to the existing processes. Bio-oils have different characteristics such as 
chain length, number of double bonds and the amount of free acids versus triglycerides, 
which require special treatment during processing (Dyk et al., 2022). This extra processing 
necessitates higher hydrogen consumption and storage of feedstocks, adding to the overall 
investment required. Whether this approach is economically viable depends on various 
factors, including feedstock availability and costs, the potential value of renewable products, 
and the specific conditions at each refinery. 
 
Although there is limited information available about the investment costs associated with 
co-processing, it is reported to be significant due to the need for infrastructure, feedstock 
reception, storage, reactor feeding, and other equipment requirements. Hamelinck et. al. 
(2021) assumes these costs to be roughly half of a greenfield HVO plant. ENI has estimated 
the conversion to cost about one-fifth to one-fourth of the cost of establishing a new 
greenfield facility due to use of existing infrastructure. However, none of these estimates are 
based on bio-oil from lignocellulosic biomass. CONCAWE (2019) indicates the capital 
expenditure for feed pre-
exceed this by a factor of 5.  
 
An IEA study (2020) calculates biofuel production cost via the pyrolysis route, using 
lignocellulosic feedstocks, comparing the co-processing route with the stand-alone route. 
This study highlights that the figures are based on Rough Order of Magnitude (ROM) 
calculations. Data is generally not available, and refineries are different in terms of their 
investment needs and processing capabilities such that a generic figure cannot be 
estimated. According to this study, the capital expenditures of a stand-alone system appear 
to be lower than the co-processing route24. There is no detailed clarification behind these 
numbers. The relatively low production costs of a stand-alone facility may be explained by 
the higher conversion efficiency assumption (68%), compared to the co-processing biomass 
conversion efficiency (29%). Yanez et. al. (2020) studies a number of co-processing case 
studies in an oil refinery located in Colombia, with an average capacity of 250 kbpd. In Yanez 
et. Al. (2020), the capital cost of refurbishing is assumed to be about 50% of the cost of 
adding a new unit. While this study acknowledges the uncertainties surrounding such 
comparison due to different technology readiness levels and related cost entailments, it 
shows the fast pyrolysis co-feed to the refinery with a max of 10% co-feed as the low cost 
option, among the different co-processing options. This study indicates that higher pyrolysis 
oil co-feed, with esterification of pyrolysis oil increases the production cost significantly. 
Unfortunately, this study does not include a stand-alone process to make a comparison 
between the co-feed versus stand alone. TNO has also conducted an analysis of levelized 
cost of biofuels production via biomass pyrolysis, followed by two stage hydrotreatment, 
thus considering a stand-alone process. This resulted in approximately 28-

, which 

falls within the IEA (2020)calculation range. The main assumptions regarding the financial 
parameters used in these studies can be found in Table 2.7. 
 
In conclusion, while 5-10% co-feed may be the low cost option, for higher levels of co-feed 
detailed techno-economic analysis will be needed, where the refinery specifications are 
taken into account.  

_______ 
24 The specific investment of a co-processing value chain is highlighted to be in the range of 2250 - 

link to page 38
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

36/78 

Table 2.7: Comparison of bio oil co-processing with stand-alone production of biofuels via pyrolysis and HTL 

Literature 

Pathway 

Co-feed 

rate 

Biomass 

price 

Biofuel 

productio

n cost 

Of which  

bio oil  

production 

Of which  

bio oil  

co-

processing 

  

  

  

  

 

 

  

  

IEA (2020) 

Co-processing 

  

2,8 

21,9 

10.8 

1,7 

5,6 

38,6 

18.1 

1,7 

E. Yanez, et al. 
(2020) 

FPOtoFCC 

10% 

3,4 

17,0 

5,2 

12,0 

FPOe1toFCC 

20% 

3,4 

31,0 

24,8 

5,8 

FPOe1toHDT 

20% 

3,4 

25,0 

20,5 

4,2 

HTLOtoHDT 

15% 

3,6 

21,0 

12,7 

8,0 

IEA (2020) 

stand-alone 

100% 

2,8 

22,8 

-  

-  

100% 

5,6 

35,3 

-  

-  

TNO 

stand-alone 

100% 

5,00 

28-30 

-  

-  

1 this includes esterification of fast pyrolysis oil for the co-processing.  
FPO: fast pyrolysis oil; FCC: Fluid Catalytic cracking; FPOe: Fast pyrolysis oil that is esterified: HTLO: Hydrothermal 
liquefaction oil; HDT: Hydro-processing 
 
 

2.5  Process relocation due to de-fossilisation 

 
It is highly uncertain how the companies strategies will evolve and what pathways the 
Dutch refineries will follow. Nevertheless, they will need to transform and adapt to the 
changing market conditions. Oil refining will shrink but this trend will also occur in other 
countries and regions under the assumption that the Paris Agreement goals are pursued 
globally. Under this consideration, new supply chains based on renewable resources will 
emerge and they may occur elsewhere. This relates to the limited availability of biomass 
resources in the Netherlands, when compared with the order of the magnitude demand to 
retrofit existing hydroprocesses and cracking processes, or the demand for the large 
bunkering in the country.  
 
Figure 2.8 illustrates the possible options to consider, provided that the existing assets in the 
Netherlands are to be used. Within the first two options, the (re)location refers to feedstock 
collection and their conversion to a transportable commodity. Alternative three refers to the 
possibility of importing solid biomass. In these options, the relocation is limited to the 
collection and densification of solid biomass and its transportation. Solid biomass has 
already been traded in the form of wood chips and wood pellets. In 2021, the total woody 
biomass import to the Netherlands was approximately 3 million tonnes (dry) for energy 
production, and exports were approximately 0.9 million tonnes (CBS, 2023c)25. The last 

_______ 
25 Nationale balans vaste biomassa, 2021 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

37/78 

option refers to the possibility of importing the end product, thus biofuels, from elsewhere. 
This case refers to a full relocation of the value chain. 
 

 

Figure 2.8: (Re)location risks related to the adaptation of existing assets to produce biofuels 

The following aspects are of importance in analysing the likelihood of each value chain: 

An important factor relates to the establishment of biomass (intermediate) supply 
chains and related costs to the Netherlands and, once they become tradable 
commodities, the market prices of these renewable materials should also be 
considered in this analysis. In addition, costs associated with the adaptations 
needed to integrate those value chains with the existing assets, and the selling price 
of renewable fuels will be key parameters for decision making. Mobilising biomass 
feedstocks in sufficient quantities with affordable prices will be important both for 
adapting existing refineries and for establishing stand-alone biorefineries. The low 
bulk density of many different biomass feedstocks, combined with their divergent 
chemical compositions, will necessitate pre-treatment and densification. Thus, 
conversion of primary biomass into intermediate energy carriers in close proximity 
to the feedstocks will be needed. 

•  There is already a commodity market for wood chips and wood pellets. Bioethanol 

and biodiesel have been traded globally. In addition, fats, oils and greases including 
used cooking oil are collected globally and have been used to produce biodiesel or 
renewable diesel, and traded volumes have increased. 

•  However, there is need for establishing new bio-based commodity markets to 

enable mobilisation of biomass feedstocks with low energy density, such as 
agricultural residues. 

•  As stated in the previous section, biomass pyrolysis and hydrothermal liquefaction 

are suitable feedstocks for existing refinery integration and promising routes to 
convert biomass into tradable commodities. However, these technologies need to 

link to page 40
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

38/78 

be scaled up and implemented commercially for different types of biomass 
feedstocks. 

•  While densification could reduce transportation costs, additional costs associated 

with this step, along with decreased overall mass and energy yield, would influence 
the overall economic performance. Jong et al (2017) have studied cost reduction 
strategies for biofuel production, where integration with existing industries, and 
distributed supply chain configurations (i.e., supply chains with an intermediate pre-
treatment step to reduce biomass transport cost), have been looked into. HTL was 
used for the analysis of a supply chain with intermediate HTL crude production and 
transport versus centralised biofuel production (thus HTL crude and further 
upgrading to biofuels in a centralised location). The study results showed that 
distributed supply chain configurations do not provide a significant cost benefit, 
when compared with the centralised supply chain. This is because, producing HTL 
crude and transporting this to the upgrading (final conversion) locations results in 
loss of synergies between the HTL and upgrading processes (i.e., off gas integration 
and shared utilities). Thus, the lower transportation costs are outweighed with the 
integration benefits. Nevertheless, a distributed bio intermediate supply chain will 
involve many other benefits, such as utilising a wider variety of different types of 
biomass feedstocks, access to larger volumes, increasing local experiences with 
feedstock handling. In this regard, a more comprehensive assessment taking wider 
system aspects is needed. 

 
In 2024 TNO has explored different future visions, where the Dutch energy system would 
achieve carbon neutrality by 2050. The TRANSFORM scenario described a future vision where 
the energy system in the Netherlands will become carbon neutral by 2050. In addition, the 
GHG emissions from international bunkering (both aviation and maritime shipping) will be 
zero by 2050. The TNO energy optimisation model OPERA has been deployed to illustrate the 
cost optimal way of achieving the set targets. Further details of this scenario modelling can 
be found in Scheepers et al, 2024. 
 
Figure 2.9 presents the TRANSFORM scenario modelling results concerning the transition of 
refineries in the Netherlands. As oil refining diminishes, renewable refineries emerge, 
continuing to produce both transport fuels and feedstocks for the chemical industry. 
Renewable refineries cover biomass and renewable electricity based renewable fuel and 
feedstock production facilities, excluding renewable methanol and ammonia. These two 
commodities are grouped under the chemicals in this scenario modelling even when they 
are used for the transport sector. 
 
Up to 2030, biomass value chains appear as the cost-effective option, maintaining stability 
until 2050. In 2030, almost half of the biofuel production relates to HVO from UCO, 
highlighting the integration opportunities with the existing hydrotreatment processes. 
Beyond, while HVO/HEFA continues to play an important role, biomass gasification followed 
by the FT synthesis to produce kerosene becomes equally important. This value chain 
supports the deployment e-FT kerosene production by supplying biogenic CO2.  
 
Due to limited supply of sustainable biomass feedstocks26 and increasing competition for 
chemicals production, there is a shift towards deploying synthetic fuels and feedstocks. An 
essential factor here is the availably of biogenic carbon for synthetic fuels production. 
Therefore, a biomass-to-fuels and feedstocks value chain, with biogenic carbon captured 
within the process, becomes favourable. This biogenic carbon can be partially stored for 

_______ 
26 The study assumes the solid biomass import of 650 PJ, of which 550 PJ from the EU.  

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

39/78 

negative emissions and partially utilised for synthetic fuels production. Thus, the low cost in 
terms of capital expenditures and operation expenditures versus low cost in terms of a full 
system optimisation may mean different things. 
 
It is important to note that this is not a forecast, but a scenario projection within a pre-
determined framework and Dutch circumstances. 
 

 

Figure 2.9: TRANSFORM scenario results relevant for the refinery transition 

 

2.6  Discussions, conclusions, and further 

research needs 

2.6.1  Discussions for this sector 

This study examines the potential risks associated with relocating certain refinery processes 
due to the shift towards renewable energy resources in line with the efforts to reduce 

and achieving net zero emissions by 2050. It serves as a 

starting point for broader discussions on transforming the refining industry in the 
Netherlands, focusing on developments beyond 2030.  
 
The current policies primarily target reducing GHG emissions from industrial processes to 
meet the national Climate Agreement, REDIII and EU ETS goals. Achieving GHG emission 
reduction targets does not necessary require refineries to switch to renewable energy 

0

500

1000

1500

2030

2040

2050

TRANSFORM

PJ

Refinery transition

Synthetic
feedstock

Synthetic fuel

Bio feedstock

Biofuel

Fossil feedstock

Fossil fuel

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

40/78 

carriers. Alternative carbon reduction options, such as carbon capture and storage can also 
be utilised. However, this study does not delve into all possible options for reducing direct 
emissions or associated relocation risks. Related to this, the aim of this study should not be 
confused with the carbon leakage issue. Carbon leakage refers to production shifting to 
other countries as a consequence of the cost implications of climate policies. This could 
result in a rise in their overall emissions and certain energy-intensive industries, such as 
refineries, are particularly vulnerable to this risk.  
 
European refineries already face several challenges, including overcapacity and intense 
competition, leading to downsizing or shutdown of several refineries. Since 2009, out of 
close to 100 refineries operating in Europe, 26 refineries (threshold > 30 kbbl/d or 1.5 Mt/y) 
were closed or transformed (Concawe, 2024). Thus, the focus has not been on the future 
leakage risks associated with the competitiveness of individual refineries.  
 
This study reviews the current decarbonisation plans of companies owning refineries in the 
Netherlands, to understand their future strategies. However, the information is limited to 
their announcements and publicly available data. While we draw some indicative 
conclusions regarding their strategic importance relative to the overall capacity of these 

, this is not sufficient to make any concrete conclusions. For instance, 

the Dutch refining capacity of Shell and BP appears more than 40% of the companies 
European refining capacity and approximately 25% of the companies global refining 
capacity. This information alone cannot be translated into willingness to use their existing 
assets and retrofit to renewable refineries in the Netherlands. At the same time, they play a 
strategically important role due to their integration with the chemical clusters in the ARRRA 
region (Antwerp-Rotterdam-Rhine-Ruhr-Area). 
 
The availability and sustainability of biomass for energy have long been debated, with 
studies offering wide-ranging estimates of biomass potential in Europe and globally (i.e., 
S2Biom, 2018, JRC, 2018; Calipolies et al., 2021). While this study doesn't extensively analyse 
biomass potentials, it acknowledges the complexity of quantifying biomass supply potential 
for the Netherlands due to differing study results and the diverse nature and dispersion of 
biomass feedstocks. For instance, a PBL study (2020) indicates the sustainable biomass 
potential in Europe to be 14.9-29.7 EJ in 2030 and 16.8 EJ in 2050, whereas the recent EC 
study (2024) mentions the biomass potential for biofuels to be 5-13.6 PJ in 2030, and 4.8-
14.6 EJ in 2050 in Europe. Next to that, large-scale, centralized biorefineries are considered 
cost-optimal for producing biofuels due to economies of scale and integration opportunities, 
but mobilizing biomass feedstocks requires careful consideration as they are diverse in their 
chemical composition and are dispersedly located.  
 
The document introduces possible refinery adaptations for transitioning to renewables, 
particularly biomass. However, each refinery in the Netherlands has different configurations 
and production capacity and retrofitting some of these refineries may prove to be very 
challenging and costly. Therefore, a case-by-case assessment should be done in close 
collaboration with the refineries.  
 
The outlook for fossil refineries is presented based on the scenario projections. The general 
trend observed is that they will shrink, but at what level is uncertain. Nevertheless, such a 
shrink will have significant implications to the surrounding environment of refineries. Shell 
Pernis, for instance, is connected to the Shell Nederland Chemie site in Moerdijk delivering 
naphtha and several basic chemicals. Shell Nederland Chemie converts product streams of 
the refinery into products such as propylene, Methyl tert-butyl ether (MTBE) and polyether 
polyols. Shell Pernis refinery is also closely linked in terms of energy with the Shell Nederland 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

41/78 

Chemie Pernis. In addition, the surrounding companies such as Hexion, Shell Nederland 
Chemie and Shin-Etsu are strongly dependent on steam and refinery gas supply from the 
refinery. Esso refinery is also closely connected to the ExxonMobil chemicals. This refinery is 
also linked to the Rotterdam aromatics plant (RAP) and the Rotterdam plasticizers plant 
(RPP). At some distance in Europoort Rotterdam Esso is connected with the oxo-alcohols 
plant (ROP). Air Products has its hydrogen facility on this site to deliver hydrogen to the 
refinery hydrocracker unit. This 300 t/day steam methane reformer (SMR) plant uses on 
average 60-70% of refinery gas input, and additionally uses natural gas. A relatively large 
share of the products is sold to the petrochemical sector (steam crackers, aromatics). Fuel 
gas and steam are delivered to ExxonMobil RAP and ExxonMobil RPP, and some fuel gas to 
Air Liquide. Moreover, these refineries are connected with the other industrial clusters in the 
ARRRA. These connections allow oil and refinery product (such as naphtha and multiple 
other petroleum products) transportation to and between refineries and steam crackers. 
 

2.6.2  Conclusions 

 
Dutch refineries are well-placed due to their large seaports allowing for the import of fuels 
and raw materials, along with a robust infrastructure with excellent inland connections for 
transporting materials. Additionally, their integration with the petrochemicals industry, both 
locally and regionally, positions them favourably to adjust to evolving supply-demand 
dynamics. 
 
However, meeting the goals of the Paris Agreement and achieving climate neutrality by 
2050 will significantly impact oil refineries, especially regarding policies aimed at 
decarbonizing the transport sector. This will lead to a decrease in demand for oil products, 
particularly demand for transport fuels. 
 
Globally, there can be a substantial reduction in fossil fuel demand by 2050, with Europe to 
see a decrease of 75-90%, within the carbon neutrality framework. This will likely result in 
significant reduction of refinery throughputs and closures unless they can adapt to changing 
market conditions by shifting towards producing feedstocks for chemicals and renewable 
fuels. 
 
Thus, fossil fuel refineries will need to transform and begin producing renewable fuels using 
existing assets and infrastructure. In the short term, this can be achieved through biomass 
co-processing, while in the mid-to-long term, refineries can undergo conversion to fully 
utilize renewables. Access to biomass resources will be crucial, considering the limited 
availability of domestic resources. While there is a market for lipids like vegetable oils and 
used cooking oils, competition for these feedstocks is already high. Mobilizing other biomass 
feedstocks such as agricultural and forestry wastes and residues will be necessary to 
achieve higher volumes. 
 
Although this study provides a rough estimate of the biomass needed to utilize key assets in 
the Netherlands, each refinery has unique characteristics that must be considered. 
Configurations, product slates, and site-specific factors vary, and not all sites may be 
suitable for adaptation. Further research is required to determine the appropriate scale for 
upgrading in each refinery, considering factors like access to available hydrogen. 
 
Relocation risk within refinery transitions is tied to biomass resource supply, pre-treatment 
processes like densification or liquefaction, and transportation. While full relocation of the 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

42/78 

value chain from biomass supply to biofuel production is possible, it may not be the most 
strategically favourable option. Biorefineries offer various benefits to countries, including 
enhancing energy security, providing feedstocks for the chemical industry, supplying CO2 for 
renewable electricity-based refineries (power-to-X), and achieving negative emissions 
through CCS. 

2.6.3  Further research needs-recommendations 

This study has been part of a wider study related to heavy industry in the Netherlands and 
the supply of renewable resources. Therefore, it stays as explorative, and more research is 
needed to provide sound policy recommendations. The recommendations regarding further 
research need are as follows: 
•  Each refinery has different configurations and the product slate, and they should be 

studied in detail to identify whether they are suitable for conversion to renewable 
refineries.  

•  A detailed study for the Dutch refineries should be complemented by an EU-wide study 

where the European refineries are covered. This would investigate the optimal use of 
existing refining capacities in Europe and the relative importance of Dutch refining.  

•  Timely supply of biomass resources in large quantities will be essential not only for 

refinery conversions but also to attain transport sector related climate mitigation 
objectives. While the current studies indicate significant amounts of biomass resources, 
their mobilisation has not been happening. There is a need for good understanding of 
mobilisation strategies and the related investment needs.  

•  There is a strategic value of having fully integrated biomass-to-fuel refineries in the 

Netherlands. This strategic value relates not only to supply part of the transport fuels, but 
also provide biogenic naphtha to the chemical industries and the biogenic CO2, which can 
be stored for negative emissions and/or used for the production of carbon carrying 
synthetic fuels.  

•  Further research on synergies between biomass to fuels and feedstocks and renewable 

power to fuels and feedstocks is needed to identify better business cases.  

•  Related to above, in retrofits, the green hydrogen demand will increase significantly, and 

the availability and affordability of this hydrogen will be one of the key considerations.  

•  In addition, in the medium-to-long term, e-fuels value chains will require biogenic CO2 

highlighting again the importance of biorefineries. 

 
 
 

 

link to page 44 link to page 45
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

43/78 

3  Large volume organic 

(LVO) chemicals 

3.1  Current status 

 
There are three companies that produce High Value Chemicals (HVC) in the Netherlands. 
Table 3.1 summarizes the production capacities of the steam cracker facilities located in the 
country. The total capacity represents 16% of the total EU+UK ethylene production capacity 
(total production capacity of the EU countries and UK is based on data retrieved from CEFIC, 
2013).  

Table 3.1 - Production capacity in the Netherlands for the main HVCs (Petrochemicals Europe, access 2023 & 
Heino et al., 2017) 

 

Capacity (kt/yr) 

Site  

Ethylene 

Propylene  
(calculated)* 

Butadiene 
(calculated)* 

Aromatics  
(calculated)* 

SABIC (Geleen) 

1310** 

616 

187 

400 

Shell (Moerdijk) 

910 

428 

130 

278 

Dow (Terneuzen) 

1825 

858 

260 

558 

Total 

4045 

1903 

576 

1236 

* Ethylene production capacity values are original numbers from the Petrochemicals Europe database extracted in 
2023. Propylene, butadiene and aromatics capacities were estimated considering the production ratios for a typical 
naphtha steam cracker, as described by the Best Available Techniques report from the Joint Research Center (Heino 
et al., 2017) 
**This value does not consider the possible closure of one of the steam crackers as announced by SABIC in January 
2022 (Argus, 2022) 
 
The feedstocks used by Dutch steam crackers consist of naphtha and LPG and, in some 
cases, recycled ethane and propane. The average naphtha use was 302 PJ (6.9 Mt) between 
2017-2022 in the Dutch petrochemical industry; this number was 94 PJ (2.1 Mt) for LPG (CBS, 
access 2023d). 
 
The steam crackers have a strategic location and are heavily connected to other industrial 
clusters in the Antwerp-Rotterdam-Rhine-Ruhr-Area (ARRRA). Figure 3.1 shows the main 
pipeline systems that allow feedstocks and chemicals transport between different industrial 
sites in the ARRRA. Notably, crude oil, naphtha and ethylene are the main materials 
transported. 
 

link to page 45 link to page 46 link to page 46
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

44/78 

 

Figure 3.1 - Refineries and steam cracking sites in the ARRRA region and the main pipeline infrastructure 
(CIEP, 2021) 

 
Olefins and aromatics together known as high value chemicals (HVC) are relevant for the 
production of a wide range of materials that are used for different applications, as illustrated 
by Figure 3.2. The chemical sector supply chain can be quite complex; therefore, this study 
will focus on the most relevant chemicals in terms of volume and on those parts of the value 
chain with higher risk of relocating. 

 

Figure 3.2 - Current value chain of basic chemicals and polymers 

 
Figure 3.3 and Figure 3.4 summarize the trade flows from and to the Netherlands in 2021 of 
those chemicals that are key in terms of production volume within the presented value 

link to page 46
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

45/78 

chain. The trade flows are relevant to assess the exchange dynamics of such materials and 
helps to identify which activities from the value chain are more prone to relocation.  
 
The figures below show that, among the basic chemicals, ethylene and propylene are the 
most relevant in terms of export activity, specially within the EU and exports of polyethylene 
are by far the highest when compared to other semi-finished products. Regarding imports, 
propylene, benzene and polyethylene present the highest volumes. Imports and exports 
to/from the Netherlands and from/to other countries outside the EU are smaller compared 
to the numbers within the EU. Due to physical properties, long distance transport (e.g., via 
ships) of ethylene and propylene is difficult, however, the robust pipeline infrastructure 
around the ARRRA region facilitates trading activities of these chemicals within the EU. The 
semi-finished products present in Figure 3.4 are normally transported in form of pellets, 
which the transport via ships is possible, facilitating imports and exports from/to overseas.  
 
In short, although ethylene, propylene and butadiene are traded within the EU, their transit 
is limited to the current pipeline infrastructure and the import overseas is not practical, 
which diminishes the risk of importing these olefins from other countries. On the other hand, 
the long-distance transport of polymers pellets is easier and could increase if Dutch pellets 
become less competitive in the market, allowing relocation of part of the value chain. 
Examples of how the relocation of polymers pellets production could take place is explored 
in section 3.2.  
 

 

 

Figure 3.3 - Trade volumes from/to the 

Netherlands in 2021 of basic chemicals (CBS, 

access 2023e) 

 

Figure 3.4 - Trade volumes from/to the 

Netherlands in 2021 of semi-finished products 

(CBS, access 2023e) 

 

 

0

400

800

1200

1600

kt

/ y

ea

r

Imports from EU

Exports to EU

Imports from non-EU countries

Exports to non-EU countries

0

400

800

1200

1600

kt

/ y

ea

r

Imports from EU

Exports to EU

Imports from non-EU countries

Exports to non-EU countries

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

46/78 

 

 

3.1.1  Policies relevant for LVO chemicals value chain  

The main policies and communication that could influence the value chain of plastics and, 
therefore, the large organic chemicals are listed in this section. There is still quite a lot of 
uncertainty of how these policies will concretely take place and how the market will react, 
this summary intends to give some light of the main factors that could impact to significant 
changes in the value chain studied. 
 
EU transition Pathway for the Chemical Industry 
In 2023, the European Commission published this plan, co-developed together with industry 
stakeholders and NGOs. This document brings guidelines and identifies the actions and 
conditions needed to achieve green and digital transition and improve resilience in the 
chemical industry. The strategy presents a high-level transition pathway for the chemical 
industry towards sustainable future and one of the topics covered refers to circularity, which 
is quite relevant for the LVO chemicals value chain. The document also highlights which 
regulation and communication directives are relevant for the sector, such as Single-use 
plastic directive (SUPD) and sustainable carbon cycle (SCC) which are briefly described in this 
chapter. 
 
(EU) 2019/904 Single-Use Plastics Directive 
The directive focuses on promoting circular approaches that prioritize re-usable products 
and recycling rather than single-use products. Among other categories, this directive applies 
to certain single-use plastics, such as cutlery, plates, straws, stirrers, cotton bud sticks, and 
specific plastic packaging items. The aim is to reduce the impact of certain products on the 
environment, some of the measures include: 

•  action from member States to reduce use of single-use plastics by defined targets 

by the countries. 

•  member states should include restrictions on placing single-use products on the 

market, prohibiting specific products (e.g., plastic plates, cutlery, food containers); 

•  product requirements: specific guidelines on how improve sustainability of certain 

single-use products, such as PET bottles should have at least 25% of recycled plastic 
in their composition. 

The mentioned measures indirectly affect the high-value chemicals industry, including 
propylene and ethylene production, as they drives demand for alternatives to traditional 
plastics. 
 
Sustainable Carbon Cycle - (COM(2021) 800) 
This is a communication document that focuses on the short-term actions to upscale carbon 
farming as a business model, motivate practices on natural ecosystems that increase 
carbon sequestration, and promote new industrial value chains that target sustainable 
capture, recycling, transport, and storage of carbon. The focal point of this communication 
to boost activities that either reduce GHG emissions or remove carbon from the atmosphere. 
It discusses the establishment of a regulatory framework which identifies of the activities 
that remove carbon from the atmosphere and can decrease the atmospheric CO2 
concentration. This framework should also cover the certification of carbon removals, based 
on robust accounting methodologies, for high-quality sustainable carbon removals from 
both natural ecosystems and industrial solutions. Because one of the discussed measures in 
this communication is the reduction of industry dependency on carbon by promoting circular 
economy, the framework would impact directly LVO chemicals value chain, especially if 
sustainable carbon targets towards 2050 are set for the industry sector. Alternative 

link to page 16 link to page 16 link to page 16
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

47/78 

feedstocks and technology that rely on circular carbon would be favoured by the framework 
measures. 
 
Packaging and packaging waste, amending Regulation (PPWR) 
This regulation aims to minimize the environmental impact of packaging and packaging 
waste. It sets targets for the recovery and recycling of packaging materials, promotes the 
use of reusable and recyclable packaging, and establishes requirements for the 
management of packaging waste. Among other measures, the regulation includes 
restrictions for substances/additives in packaging (e.g., restrictions on the presence of lead). 
Furthermore, all packaging would have to be recyclable (designed for recycling by 2030 and 
can be recycled at scale from 2035). The proposal also introduces minimum recycled 
content in plastic packaging from 1 January 2030 (e.g., 30 % for single use plastic beverage 
bottles), with some exemptions (e.g., for medical devices), the percentages would increase 
from 2040. Depending on how these targets are eventually put into practice in the EU, the 
impacts on the LVO chemicals value chain may differ, especially in relation to recycling rates 
and feedstock use. 
 
Ecodesign for sustainable products regulation (ESPR) 
Proposed regulation lays down rules applying to all products placed on the EU market 
(including those imported to the EU), with the aim of boosting circularity. The focus of the 
regulation requirements go beyond energy efficiency, to aspects such as recycled content, 
carbon and environmental footprints, product repairability, reusability and the presence of 
chemical substances that creates barriers for recycling will also be covered. The regulation 

sustainability would be available to authorities and consumers. It is expected that the 
regulation also covers plastics products, therefore, it would impact several aspects of the 
LVO chemicals value chain, such as carbon sourcing. 
 
Carbon border adjustment mechanism (CBAM) 

Commission, aiming to put a fair price on the carbon emitted during the production of 
carbon intensive goods that are imported by EU countries. CBAM will apply in its definitive 
regime from 2026, until then the transitional phase is taking place, which is aligned with the 
phase-out of the allocation of free allowances under the EU Emissions Trading System (ETS). 
This pricing scheme will initially apply to imports of selected goods: cement, iron and steel, 
aluminium, fertilisers, electricity and hydrogen, which were identified by the Commission as 
presenting high risk of carbon leakage in the short term. The objective of the transitional 
period is to serve as a pilot and learning period for all stakeholders (importers, producers and 
authorities) and to collect useful information on embedded emissions to refine the 
methodology for the definitive period. It is still uncertain whether such a scheme will be 
extended to plastics value chains, however, depending on how the transition period goes, 
there is a possibility that such products will be added to the CBAM mechanism after 2026.  
 
Other energy related policy instruments, such as EU ETS and REDIII (see Section Current 
status of dutch refineries 2.1)
 focuses on reducing direct emissions in industry, including the 
LVO chemicals industry. 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

48/78 

3.1.2  Decarbonisation of high-value chemicals production 

and the company plans 
The MIDDEN (Manufacturing Industry Data Exchange Network) database includes reports for 
the steam cracking sites of SABIC, DOW and Shell Moerdijk, which describe a series of 
decarbonisation options for the sector. These options are summarized in the following 
paragraphs (Wong, L & Van Dril, T., 2020; Oliveira, C. & Van Dril, T., 2021; Eerens, H. et al., 
2022): 
 
1.  Electrification: Electrification of cracking furnaces refers to the use of electricity to meet 

the process heat demand, substituting the conventional gas-fired furnaces. The 
technology development follows two different approaches: retrofitting existing steam 
crackers and replacing gas-fired burners with electric heating systems; the other route 
focuses on entirely new methods of electric heating and radical innovation of the 
cracking technology. This entails, for instance, the development of novel techniques for 
direct heating, such as the production of ethylene via plasma technology using methane 
as feedstock. Brightlands, the research centre located in the Chemelot cluster, is working 
on developing such technology in the so-called Plasma Lab. The lab presents a small-
scale pilot reactor for experiments. The first approach is more likely to be ready for 
commercial application sooner than the second. When furnaces are electrified, there will 
be a significant amount of fuel gas (methane-rich by-product from cracking reactions) 
available, which is normally used as furnace fuel in the conventional process.  
 
Electrification of steam driven compressors: the major compressors in a steam cracking 
facility are driven by steam turbines (e.g., cracked gas compressor), the substitution of 
such equipment by electrical machines would significantly reduce the steam 
consumption on site. Also, companies see this application as an important step to 
stablish electric cracking systems.  

 
2.  Hydrogen as fuel: The aim of this option is to replace the fuel gas by hydrogen as energy 

source for the steam cracking furnaces. Hydrogen combustion generates only water, 
therefore, its use in replacement of natural gas and/or fuel gas in fired processes results 
in reduction of direct CO2 emissions. To avoid carbon leakage, the hydrogen used should 
be produced through a low CO2 process. In principle, the application of hydrogen as a fuel 
would require changes in the operating conditions related to the combustion itself and 
the installation of burners that are capable to burn gas with high concentration of 
hydrogen. Also, hydrogen combustion releases exhausted gases with high concentration 
of NOx components, being necessary the addition of a NOx abatement device to the 
exhaustion system.  

 
3.  Alternative feedstock: Bio-naphtha: as a substitute for fossil feedstock to steam crackers, 

bio-naphtha can be supplied via different production routes, such as a by-product from 
the manufacture of Hydrotreated Vegetable Oil (HVO) or from biomass gasification 
followed by Fischer-Tropsch. This biobased feedstock has already been used by the major 
players from the petrochemical sector. The largest European producer of bio-naphtha is 
located in the Netherlands (Neste with nameplate capacity of 1.3 Mt/year) (S&P Global, 
2021). Plastic solid waste (PSW) can be used as feedstock in steam crackers via pyrolysis, 
a process that converts the waste into a fuel oil that can be upgraded to naphtha level. 
Pyrolysis can be defined as thermal cracking process in an inert atmosphere, under 
controlled temperatures. The raw pyrolysis oil most likely will need to be hydrotreated in 
order to be used as naphtha replacement. This option has been explored by the major 

link to page 44
background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

49/78 

players in the petrochemical sector. SABIC, together with PlasticEnergy are building a 20 
kt/yr (input) pyrolysis plant in Geleen, The Netherlands.  

 
4.  Alternative processes: 
 

a.  Dehydration of bioethanol: this option allows the production of bio-based ethylene. 

The bioethanol is normally produced via fermentation of sugars (sugar cane, for 
instance). However, there is also the possibility of obtaining ethanol via fermentation 
of lignocellulosic biomass.  

b.  Methanol to olefins: catalytic conversion of methanol into olefins (ethylene, propylene, 

and butadiene). Currently it is widely applied in China with coal-based methanol. 
However, the future projects intend to use renewable methanol as feedstock (bio 
and/or e-based).  

 
5.  CCS/CCU: Carbon capture from exhausted gases leaving the steam cracking furnaces. The 

concentration is normally low (8-10% vol.), which increases the cost of capture. A 
relevant aspect for CCS is the location of the site, since its proximity to CO2 infrastructure 
and storage location under the North Sea influences the feasibility for CO2 storage. For 
instance, sites located far from the coast could face limitations regarding CO2 
transportation.  

 
A summary of main strengths and weaknesses for the application of each technology is 
presented in Table 3.1.  
 

Table 3.1 - Technology options strengths and challenges HVCs sector 

Technology 

Strengths 

Weaknesses 

Technology readiness 

level 

Emissions scope/ 

relevance to 

renewable feedstock 

supply 

Post-
combustion 
CCS in steam 
crackers 

No major changes in 
current assets are 
needed. 
Infrastructure for CO2 
transport is being 
currently developed in 
some locations close to 
industrial clusters 
(PORTHOS). Relevant 
for scope 1 emissions 
reduction. 

CO2 concentration 
normally is quite low in 
flue gases.  
CO2 transport can be 
challenging if site is not 
located close to the 
sea.  
Storage limitation 
Policies might limit the 
fossil products market. 
  

TRL range 5-7, this 
technology has been 
developed and tested 
at significant scale, but 

full commercial 
deployment. 

Reduction of direct 
process emissions 
(scope 1). 
Not relevant to 
renewable feedstock 
supply. 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

50/78 

Technology 

Strengths 

Weaknesses 

Technology readiness 

level 

Emissions scope/ 

relevance to 

renewable feedstock 

supply 

Electric 
cracking 

Scope 1 emissions 
reduced completely. 
Companies are building 
consortiums to develop 
electrification 
technology. 
 
Reduction of scope 1 
and when renewable 
electricity is used also 
scope 2. 
However, the residual 
fuel gas should be 
repurposed 

Excess of fuel gas 
requires sustainable 
destination, otherwise 
it could lead to carbon 
leakage. 
If electricity supply is 
not renewable, the 
scope 2 emissions are 
high and the overall 
GHG emissions impact 
is higher than the 
conventional process. 
Requires significant 
amount of renewable 
electricity.  
Little flexibility in 
operation when it 
comes to electricity 
supply fluctuation, 
reliable supply of 
electricity is crucial. 

Still in early stage of 
development  
(TRL 3-4), being the 
main challenges 
related to the 
electricity provision 
infrastructure and 
availability of 
renewable electricity. 
However, most steam 
cracking companies 
envision the application 
of such technology as 
relevant to reach net 
zero emissions in the 
long term (2040-2050).   

Reduction of direct 
process emissions 
(scope 1) and when 
renewable electricity is 
used also related 
emission (scope 2). 
However, the residual 
fuel gas should be 
repurposed. 
Not relevant to 
renewable feedstock 
supply. 

Methanol to 
olefins (MTO) 

High efficiency towards 
olefins, when 
compared to steam 
crackers. 
Commercially available 
technology.  
Diverse projects being 
developed in the 
Netherlands focusing 
on renewable 
methanol 
production/imports. 
Long distance 
transport of methanol 
is doable. 

It does not produce the 
other HVCs besides 
olefins, such as 
aromatics (unless if 
dedicated technology 
as methanol to 
aromatics -MTA). 
Competition with other 
sectors for renewable 
methanol supply. 

Commercially available, 
several installations in 
China (TRL 8-9). 
However, the challenge 
relies on the availability 
of renewable 
methanol. For instance, 
biomass to methanol 
process has a TRL falls 
under the range of 7-8.  

Potential to reduce 
scope 1, 2 and 3 
depending on the type 
of methanol used and 
its origin. 
Relates to renewable 
feedstock supply. 

Bio-ethylene 
via bioethanol 
dehydration 

Use of renewable 
carbon in the value 
chain 
Less energy demand 
compared to fossil 
ethylene. 
Bio-ethanol catalytic 
dehydration 
technology 
commercially available 
and competitive. 
CO2 tax and other 
policy measures such 
as CBAM could make 
this option more 
attractive economically 
Development of bio-
ethanol production via 
lignocellulosic 
feedstock. 
Long distance 
transport of bioethanol 
is doable. 

Highly dependent on 
biomass availability  
Price gap with fossil 
ethylene. 
The production via 
sugarcane is difficult to 
replicate in EU. 
Bioethanol used for 
bio-ethylene could 
compete with fuel 
sector. 
Dependent to the 
mobilisation of 
sustainable biomass . 
Careful consideration 
of sustainability of 
biomass feedstocks 
used. 

TRL 6-7 late stages of 
development, with 
pilot-scale validation 
and readiness for 
commercialization, 
however, further 
scaling and integration 
into large-scale 
industrial facilities are 
necessary to achieve 
full commercial 
deployment.  

Reduction of scope 1 
and scope 3 emissions 
Relates to renewable 
feedstock supply 

background image

 

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

51/78 

Technology 

Strengths 

Weaknesses 

Technology readiness 

level 

Emissions scope/ 

relevance to 

renewable feedstock 

supply 

Bio/e-naphtha 
as feedstock 

No pre-treatment 
required prior feeding 
to crackers. 
 

Availability in the 
market. 
 

Depends on how the 
bio-naphtha is 
obtained.  
Bio-naphtha can be a 
by-product from HVO 
process and it is 
commercially available.  
Bio-naphtha via 
biomass gasification 
followed by Fischer-
Tropsch conversion. 

Reduction of scope 1 
and scope 3 emissions. 
Relates to renewable 
feedstock supply. 

Plastic waste 
pyrolysis oil as 
feedstock 

Alternative for recycling 
mixed plastics streams. 

Hydrotreating required 
to reach naphtha level 
quality prior feeding to 
crackers. 
Highly dependent on 
collection and sorting 
of plastic waste. 

TRL 6-7 late stages of 
development, with 
successful pilot-scale 
demonstrations and 
readiness for 
commercialization, 
however, further 
scaling and integration 
into large-scale 
industrial facilities are 
necessary to achieve 
full commercial 
deployment.  

Potential to reduce 
scope 3 emissions due 
to the circular aspect of 
this value chain. 
Relates to circular 
plastic supply. 

 
 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

52/78 

3.1.2.1  Company plans 

 
Dow Terneuzen 

2

 emissions by 40% 

in 2030. The plan presents three phases. The first phase includes the construction of an 
autothermal reformer (ATR) plant to convert the fuel gas from the crackers into hydrogen 
and CO2. The hydrogen could be used for fuel substitution in the steam crackers furnaces 
and the CO2 could be captured and stored. The company explores also alternatives to use 
CO2 instead of storing it. The hydrogen plant is expected to start up in 2026 and the 
company states that this measure would enable the Terneuzen site to reduce CO2 emissions 
by approximately 1.4 million tonnes per year. The first phase also includes additional 
investments in infrastructure for CO2 transport and storage, oxygen production and 
hydrogen distribution.  
 
In the second phase, Dow plans to capture CO2 from its ethylene oxide plant and to replace 
a number of gas turbines with electric motors by 2030. The company estimates that 
additional 300,000 tonnes of CO2 emissions per year could be avoided. In the final phase, 
Dow plans to replace completely the use of fuel in the steam crackers by renewable 
electricity. Together with Shell, Dow is currently developing electric cracking technologies 
(Dow, 2021). The two companies completed the construction of an e-cracking furnace 
experimental unit in 2022, which is located at the Energy Transition Campus Amsterdam. 
The experimental unit will be used to test a theoretical electrification model developed for 
retrofitting the gas-fired steam cracker furnaces used today (Sustainable Plastics, 2022). 
 
Globally, Dow announced partnership with New Energy Blue for the construction the New 
Energy Freedom site, a new facility in Iowa, United States, that is expected to process 275 kt 
of corn residue per year and produce commercial quantities of second-generation ethanol 
and clean lignin. Nearly half of the ethanol will be turned into bio-based ethylene feedstock 
for Dow products (Dow, 2023). The completion year for this project was not mentioned by 
the company. 
 
SABIC Geleen 
SABIC is currently focusing on the construction of a plastic waste pyrolysis plant. The 
technology is provided by Plastic Energy and the unit will be able to process 20 kt/year of 
plastic waste. The intention was to start up the facility in the second half of 2022, the 

completion (Industry & Energy, 2023). SABIC is also constructing a hydrotreating unit to 
upgrade the raw pyrolysis oil as feedstock to the steam crackers, which should also be able 
to treat imported pyrolysis oil in the future.  
 

included, as well as electrification; however, the publication does not specify which units in 

the major compressors and to explore electrification technologies for the steam crackers. In 
2021, the company signed a joint agreement with BASF and Linde to develop solutions for 
electric steam crackers (SABIC, 2023). 
 
Recent news mentions the closure 

crackers (Olefins 3). The unit 

stopped operation this year due to maintenance reasons and will not return to operation 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

53/78 

when the turnaround period is over. This is the oldest cracker from SABIC and presents lower 
energy performance than Olefins 4 (Industry & Energy, 2024). This unit presents an ethylene 
production capacity of 595 kt/year (Oil & Gas journal, 2015). 
 
Worldwide, SABIC continues to develop fossil-based projects. Together with ExxonMobil, the 
company established a joint venture (Gulf Coast Growth Ventures) in Texas, United States. 
The new manufacturing facility started operation in 2022. It includes an ethylene production 
unit with an annual capacity of 1.8 million tonnes, which will feed two polyethylene units 
with annual capacity of about 1.3 million tonnes and a monoethylene glycol unit with 
annual capacity of about 1.1 million tonnes (ExxonMobil, 2022) 
 
Shell Moerdijk 
In 2022, Shell Moerdijk announced their main plans for achieving net-zero emissions by 
2032. The site is investing in a pyrolysis oil upgrading unit, with capacity of 50 kt/year (input) 
and it is expected to start production in 2024. Shell also mentioned the intention to build a 
hydrogen production plant on site, which would use fuel gas from steam crackers as 
feedstock and the produced hydrogen would be used as fuel in the cracking furnaces. 
Similar to Dow Terneuzen, Shell Moerdijk plans to capture and store CO2 output from the 
hydrogen plant. Additionally, Shell is building a biofuels plant in Rotterdam which production 
is planned to start in 2024; this facility would be able to provide bio-based feedstock to the 
Shell Moerdijk steam crackers (Shell, 2022). 
 
In 2020 the company also announced that 16 old furnaces would be replaced by eight new 
units at Shell Moerdijk site, which are more energy efficient. The installation started in 2022 
and it is planned to be completed by 2025. The company claims that the operation of the 
new furnaces contributes to the reduction of carbon emissions due to higher efficiency, but 
no specific reduction targets were disclosed.  
 
Shell Moerdijk has plans to install an 
intention is to start co-processing pyrolysis oil with naphtha in the steam crackers for olefins 
production. The production capacity of this new unit was not disclaimed. 
 
Similar to other petrochemical major players, Shell is expanding fossil production worldwide. 
In June 2016, Shell Chemical took the final investment decision to build a major 
petrochemicals plant in Pennsylvania, United States. In November 2022, Shell commenced 
operations at the plant which consists of an ethylene cracker with a polyethylene derivatives 
unit. The plant uses ethane from shale gas and has a designed output of 1.6 million tonnes 
of polyethylene annually (Shell, 2023). 
 
ExxonMobil  
ExxonMobil does not have steam crackers in the Netherlands; however, it has relevant 
activity worldwide in the chemical sector. ExxonMobil has completed in 2022 the initial 
phase of a plant trial of a advanced recycling process for converting plastic waste into raw 
materials for production of HVCs. The plant is lo
Baytown, Texas. Upon completion of the large-scale facility (2026), the operation in Baytown 
will have an initial planned capacity to recycle 30,000 tonnes of plastic waste per year. 
 
Braskem 
Braskem  activity in Europe is limited to two polypropylene units in Germany; however, the 
Brazilian petrochemical company was the first to start bio-ethylene (in 2007) production via 
bio-ethanol from sugar cane. Braskem started in 2022 to expand production capacity at its 
green ethylene plant in Rio Grande do Sul (Brazil), from 200 kt/year to 260 kt/ year. The 

link to page 45
background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 TNO Public 

54/78 

petrochemical technology licensor, Lummus Technology and Braskem, have joined forces in 
2022 to develop technologies for two ethanol-to-green ethylene production units to be set 
up in North America and Asia. 
 
In summary, the petrochemical companies focus mainly on reducing direct GHG processes 
emissions (Scope 1) and explore the electrification opportunities. In terms of changing the 
feedstock base, the focus is mostly on plastic pyrolysis with the intention to co-process. 
Because the major players are multinational companies and climate regulations differ 
significantly in different parts of the world, these companies are still expanding their fossil 
manufacturing capacity worldwide. Also, in Europe, regulations regarding carbon crediting 
for circular biobased chemicals is still incipient and uncertain, therefore, the shift from fossil 
to renewable feedstocks is rather limited.  
 

3.1.3  Demand for plastics and LVO Chemicals production 

As already exposed in Figure 3.2 basic chemicals production is highly interlinked to the 
plastics market. Therefore, evaluating the current and future trends of the market is key to 
understand possible changes in LVO chemicals demand and relocation activities. 
 
In 2021, the global plastic production was 390.7 Mt and the EU27 was responsible for 15% 
of it, while China reached almost one third of the total. The European production share was 
higher in 2017 (19%), which indicates the rapid growth of Asia in plastics production 
capacity. Also in 2021, polyolefins (polyethylene   PE and polypropylene- PP) represent the 
majority of the global production (46.2%) and the main market application was on 
packaging and buildings & construction (Plastics Europe Facts, 2022). 
 
In Europe, there was a total polyolefins production of 23.2 Mt in 2021, which represented 
almost 13% of the global polyolefins production. Regarding trading from and to the EU, both 
the USA and China were the main trade partners of the EU27 plastics industry together 
responsible for nearly 27% of total imports to the EU27 and 22% of the exports from the 
EU27 (Plastics Europe Facts, 2022).  
 

 

Figure 3.5   Distribution of the global plastics production by type (extracted from Plastics Europe Facts 2022) 

background image

 

 

 TNO Public 

55/78 

The Global Plastics Outlook report from OECD presents 3 scenarios: Baseline, Regional action 
and Global action (OECD, 2022). The Baseline is a business-as-usual scenario and considers 
only the impact of current policies and the modelling projections indicate that the plastics 
use could almost triple globally by 2060, mainly due to economic and population growth, 
especially in emerging countries. The Regional action scenario focuses on the impact of 
policies that aim to improve the circularity of plastics use while still allowing economic 
growth, being the implementation of such policies being stronger for the countries within 
OECD. In this scenario, the plastic waste decreases by almost a fifth below the Baseline by 
2060, mainly due to the implementation of a tax on plastic use. The most ambitious 
scenario, Global action, considers a very stringent policy package that aims to reduce plastic 
leakage to the environment near to zero by 2060; the policies considered are the same as in 
the Regional scenario, but with more ambitious targets. In the Global scenario, the plastic 
waste reduced by a third below the Baseline by 2060, being both taxation and recycling the 
main reasons for this result. 

Despite the difference in results for plastic waste volume and plastic leakage to the 
environment, all three scenarios considers that plastics demand will grow worldwide by 
2060 (with less intensity to the most ambitious scenarios), mainly because of emerging 
economies. Also, plastics are an important input for many economic activities, which 
highlights how the economies around the globe will remain significantly dependent on 
plastics. The plastic demand development behaves differently depending on the world 
region. In fast-growing emerging economies, the plastic use grows by higher pace than in 
Europe in all scenarios. For Europe specifically, the plastic use is projected to increase around 
110% in 2060 (compared to 2019 volume) for the Baseline scenario, being the increase 
around 90% and 80% for the Regional and Global scenarios, respectively (OECD, 2022).  

In summary, the main takeaways from the trends and current production levels are: 

•  Production in the EU27 is quite relevant worldwide, especially for trading of 

packaging plastics. 

•  It is expected that emerging economies will develop their production capacity for 

plastics, as well as their plastic demand. 

•  The plastic demand in Europe is expected to grow for the next 40 years, however, 

other regions in the world will present a faster and more relevant growth. 

•  Recycling is increasing its role in the plastic market. 
•  It is uncertain what will happen with the chemical sector in Europe, mainly due to 

lack of clear regulations around materials. 

 
The trends presented in this study help to highlight that the plastic economy will most 
probably continue to grow and that the European plastic demand market will become less 
relevant than it is currently due to emerging economies. All these factors combined are 
relevant when looking into possible relocation of the Dutch plastic manufacturing value 
chain. 

3.1.4  Pathways to de and re-carbonising LVO Chemicals 

production in the Netherlands 
 
The most recent study on Sustainable Scenarios for the Netherlands examines possible long-
term development pathways for the Dutch energy system, with the goal to achieve carbon 
neutrality by 2050 (Scheepers et al, 2024). It includes the low-cost decarbonation options 
for the chemical industry from a systems perspective. This study involves two scenarios with 
the common goal of achieving a carbon neutral energy system in the Netherlands. They 

background image

 

 

 TNO Public 

56/78 

differ in future demand projections and targets introduced for international bunkering. In 
addition, they differ from each other in regard to introduction of circular carbon target for 
the chemical industry.  

•  ADAPT scenario assumes a future that is in line with the Climate & Energy Outlook 

projections (PBL, 2023) up to 2040 and continues growth beyond. The GHG emission 
reduction target for international bunkering is set to 50%. No circular carbon target 
is introduced for the chemical industry, however, due to increasing biofuels 
production and, therefore, growing bio-naphtha availability, the share of biogenic 
carbon in chemicals also increases.  

•  TRANSFORM scenario considers a future, where society is better aware of 

sustainability and therefore there are some demand reductions. The international 
bunkering is assumed to produce zero emissions by 2050. In addition, this scenario 
introduces a circular carbon target of 80% in 2050 to feedstock use in the chemical 
industry, particularly for the production of high value chemicals (see Scheepers et 
al., 2024, forthcoming). 

 
The modelling results show that the TRANSFORM scenario drives a significant shift of the 
chemical industry towards alternative feedstocks, especially bio-based feedstock. Next to 
the circular carbon target, reasons for such transformation is the considerable shrink of fossil 
refineries (85% in 2050) and growth of renewable refineries. The production of e/bio-
kerosene increases the availability of e/bio-naphtha to steam crackers because the latter 
can be a by-product of Fischer Tropsch and HVO/HEFA processes. Also, the considerable 
shrink from the fossil refinery sector in the TRANSFORM scenario directly affects aromatics 
production. With lower production of reformates/aromatics by fossil refineries, alternative 
ways of production are needed, the bio route being the most relevant one. However, it is 
important to highlight that no imports of chemicals were considered in this scenario.  
 
Technology selection 
In the more ambitious scenario, electrification of steam crackers appears as the most 
relevant technology to produce olefins in 2050 in both scenarios, followed by bioethanol 
dehydration. Methanol to olefins has smaller presence mainly due to limited availability of 
renewable methanol to be used in the chemical sector. Similar situation occurs for the use of 
pyrolysis oil as feedstock in crackers, the lower availability of plastic waste for recycling limits 
its contribution to the sector. For ADAPT, the production volume of olefins is higher because 
of the demand assumptions set in this scenario; also, pyrolysis oil from plastic waste has less 
participation than in TRANSFORM. 
 
For aromatics production, biomass to aromatics becomes the most relevant production 
route in TRANSFORM. Fossil refineries shrink in 2050 decreases the production of aromatics 
and reformates (conventional feedstock for aromatics production). Because of the limited 
availability of alternative technology for aromatics, the bio-based route becomes responsible 

In ADAPT, refineries are still quite active in 2050, 

which allows more fossil aromatics production. 
 

background image

 

 

 TNO Public 

57/78 

 

Figure 3.6 - Olefins production for TRANSFORM 
(technology selection) 

 

 

Figure 3.7 - Olefins production for ADAPT 
(technology selection) 

 

 

Figure 3.8 - Aromatics production for TRANSFORM 
scenario (technology selection) 

 

Figure 3.9 - Aromatics production for ADAPT 
scenario (technology selection) 

 
Feedstock selection

 

In TRANSFORM, biobased materials are the most relevant feedstocks in 2050 for the overall 
LVO chemicals production. This is mainly due to the standalone production of aromatics via 
biomass gasification. Synthetic feedstocks also become more prominent in 2050 because of 
higher availability of e-naphtha as by-product from synthetic fuels production from 
renewable refineries. When looking closely at steam crackers, both bio and e-based naphtha 
are similarly relevant. Circular feedstocks are limited to domestic availability only, therefore, 
their use in 2050 is restricted.  
 
In ADAPT fossil feedstocks still play an important role in both olefins and aromatics 
production. Also, synthetic naphtha presents much lower share as feedstock for steam 
crackers, when compared to TRANSFORM, especially due to lower availability in the system. 
These results can illustrate how interlinked the refinery and LVOCs sectors are and how 
sustainable targets may affect the choices regarding technology and feedstock use. 
 

background image

 

 

 TNO Public 

58/78 

 

Figure 3.10 - Feedstock input for LVO Chemicals 
for TRANSFORM scenario 

 

Figure 3.11 - Feedstock input for LVO Chemicals 
for ADAPT scenario. 

 

 

Figure 3.12 - Feedstock input to steam cracker in 
TRANSFORM scenario 

 

Figure 3.13 - Feedstock input to steam cracker in 
ADAPT scenario. 

 

 

link to page 61
background image

 

 

 TNO Public 

59/78 

3.2  Process relocation due to de-fossilisation 

There are several possibilities on how the olefins value chain in the Netherlands can change 
considering the decarbonisation options mentioned in the previous sections. Shifting to 
renewable feedstock alternatives, for instance, can increase (re)location risks in these 
industries. Figure 3.14 presents the first group of alternative value chains, which relates to 
bio and/or e-based feedstock. Considering the current assets, imports of bio/e-naphtha from 
other countries would not result in modifications to steam crackers and the current olefins 
value chain would remain unchanged, provided that these have the same chemical 
composition as fossil naphtha (thus drop-ins) and they become tradable commodities. This 
consideration, of course, is valid within the framework of implementing Paris Agreement 
goals globally and providing the level playing field in terms of implementing circularity. 
 
The alternatives that include the use of bio/e-naphtha would rely mostly on the refinery 
sector transformation, where oil processing will likely reduce up to 2050, and be replaced by 
renewable refineries. As both bio and e-naphtha are by-products of renewable refineries, 
these feedstocks could be supplied to the current steam crackers. 
 
Other alternatives are the import of bioethanol for bioethylene production in the 
Netherlands via dehydration or the import of bio/e-methanol as feed for methanol to olefins 
(MTO) process. Both processes are currently non-existent in the Netherlands, however, there 
are some project plans: 
•  The project called Blue Circle Olefins, for instance, aims to produce olefins using only 

renewable methanol and the installation location is the Port of Rotterdam (Blue Circle 
website, access 2024). This project started in cooperation with the Dutch research 
institute TNO to realize the first circular methanol-to-olefins production facility. 

•  There is a recent announcement indicating the intentions to build the first plant for 

production of ethylene from bioethanol in Europe, located at the Chemelot Industrial 
Park in Geleen, the Netherlands. The production capacity is mentioned to be 100 kt 
(syclus, 202327).  

 
Nevertheless, the potential for new investments is mostly in other regions of the world 
where biomass availability is higher, such as North and South Americas. 
 
It is important to note that neither bioethanol dehydration nor methanol to olefins 
processes are able to produce the full range of products that a steam cracker is capable of, 
therefore, these technologies cannot fully replace a conventional steam cracker. For 
instance, the production of aromatics is not possible with these two new technologies. Such 
characteristic is also relevant when assessing relocation risks. 
 

 

_______ 
27 See PRESS RELEASE 2023 07 03 (syclus.nl) 

link to page 62 link to page 62
background image

 

 

 TNO Public 

60/78 

 

Figure 3.14: Renewable feedstock import alternatives 

When it comes to circular feedstocks, the private sector has been showing significant 
interest in importing pyrolysis oil to be used in the current assets in the medium term. 
Companies such as Shell and SABIC are investing in new hydrotreaters to upgrade such oil to 
be used as naphtha substitute. The expansion of pyrolysis oil use in steam crackers is highly 
dependent on plastic waste collection and sorting, therefore, regulations and policies around 
recycling would directly affect the availability of pyrolysis oil in the market. Also, as 
mentioned in the previous chapter, this option would require new investments in 
hydrotreaters facilities. 

 

Figure 3.15: Circular feedstock import alternative 

The alternative value chains mentioned in the previous paragraphs could also occur abroad 
up to the production of polymer pellets, which are easily tradable overseas (Figure 3.16 and 
Figure 3.17). These imported materials would compete directly with the Dutch polymer 
pellets and, therefore, could significantly impact the olefins value chain in the Netherlands. 
The demand for olefins from the conventional steam crackers assets could be reduced 
significantly. On the other hand, the polymer processing units present in the country would 
not be directly affected because the imported material would still serve as feedstock for 
further processing into plastics products. 

link to page 63
background image

 

 

 TNO Public 

61/78 

 

Figure 3.16   Renewable semi-finished products import alternatives 

 

 

Figure 3.17 - Circular semi-finished products import alternative 

 
One important remark is the fact that the polymers processing step in the value chain would 
not be impacted in any of the alternatives explored above, therefore, the relocation risk of 
such activity can be considered lower than relocating other steps of the LVO chemicals value 
chain. The possibility of importing finished plastic goods exists; however, the higher flexibility 
and lower costs of trading polymers pellets in comparison to finished goods could make the 
occurrence of such imports less attractive. 
 
Figure 3.18 illustrates quite a different concept when compared to the alternatives already 
presented. In this case, novel polymers with different chemical compositions might 
substitute for conventional polymers pellets. For instance, well-known Polyethylene 
terephthalate (PET) pellets could be replaced by PEF (Polyethylene 2,5-furandicarboxylate) in 

technology and feedstocks when compared to PET, however, it presents similar mechanical 
properties as PET. PEF is 100% plant-based, recyclable and biodegradable plastic, being 
considered more sustainable than PET (Avantium website,2024). Polylactic acid (PLA) is 
another example, which is a biodegradable substitute for polystyrene (PS) and can be 
applied to produce food containers.  

Emerging polymers exhibit properties that are in some cases either equivalent to or superior 
when compared to conventional polymers. These novel materials can be chemically 
recycled more easily and may incorporate safer additives and chemicals in their 
composition, as highlighted by the CIEP (2022). Their adoption could potentially impact the 
existing LVO chemicals production in the Netherlands, leading to relocation risks. If these 

background image

 

 

 TNO Public 

62/78 

polymer pellets become widely available and are primarily imported, they could serve as 
feedstock in the final stage of the plastics value chain, potentially reducing the demand for 

ucing novel 

chemicals and polymers is often a complex and resource-intensive process. Convincing all 
stakeholders in the value chain of the advantages of the new product and preparing 
production lines to meet the increasing demand are critical considerations. For example, the 
introduction of PLA by Dow and Cargill took between 20-30 years before the product 
became profitable (CIEP, 2022). Therefore, the challenging process of introducing novel 
polymers into the market may reduce the mentioned re-location risk of conventional LVO 
chemicals production. 

 

 

Figure 3.18 - Novel types of polymers as substitution to conventional materials 

 

background image

 

 

 TNO Public 

63/78 

3.3  Discussions, conclusions and further 

research needed 

3.3.1  Discussions and conclusions 

This section highlights the main factors associated with potential relocation risks for certain 
activities of the LVO chemicals production value chain due to the transition of the chemicals 
sector towards sustainable resources, aiming to achieve net zero emissions by 2050. Similar 
to the assessment of the refinery sector, this analysis serves as a starting point for broader 
discussions on transforming the base chemicals industry in the Netherlands, focusing on 
developments beyond 2030. Therefore, it should not be considered as an extensive review of 
all possible relocation risks of such value chain. 
 
The current plans from the leading LVO chemical companies show that the primary focus of 
the private sector remains on reducing direct process emissions, also refereed to scope 1 
emissions (e.g., electrification of steam crackers, use of sustainable hydrogen as fuel). This is 
due to the robust policy framework and GHG emission reduction obligations introduced for 
the industries within EU ETS. However, regulations targeting certification of carbon removal 
and circularity aspects of the value chain are still incipient and uncertain. For this reason, the 

many of these companies operate globally and have assets in diverse regions, including 
countries where climate policies lag behind those of the European Union. Additionally, some 
regions may have more abundant and cost-effective natural resources, such as biomass. 
This circumstances pose some challenges for the viability of new value chains, as companies 
strive to remain competitive in the market. 
 
The absence of clear EU regulation and specific targets related to carbon sourcing in this 
sector introduces significant uncertainty about its future behaviour. Consequently, assessing 
relocation risks becomes challenging due to the lack of concrete guidelines. Nevertheless, 
the transition from fossil refineries to renewable refineries would impact the LVO chemicals 
production sector. The availability of fossil naphtha would be limited, leading to increased 
relevance of alternative feedstocks such as biomass, synthetic naphtha, bionaphtha and, 
synthetic methanol, bio-methanol and pyrolysis oil. Strategically, when renewable refineries 
have significant development in the Netherlands, the LVO chemicals manufacturing sites 
would have easier access to sustainable feedstocks.  
 
However, if other regions of the world offer more cost-effective manufacturing of polymer 
pellets, it could impact the competitiveness of Dutch polymers in the market. This cost-
effectiveness might arise from factors such as access to cheaper and sustainable feedstocks 
or weaker climate policies in those regions. Due to easy transportation of polymer pellets, 
displacement of supply of semi-finished products is possible. Processing plants are flexible to 
import more polymer pellets to produce final plastics products, this flexibility also makes use 
of imported material easier. Regulations play a crucial role here, for instance, if imported 
polymers become subject to carbon pricing (for example through CBAM), it could further 
influence the competitive landscape. 
 
Researchers in the public and private sectors are keen on developing novel polymers to 
address specific challenges and enhance performance. The EU has been proactive in 
promoting eco-design principles, including recyclability and reduced environmental impact 
of materials, being plastics products one of the targeting groups. This focus may encourage 

background image

 

 

 TNO Public 

64/78 

the adoption of materials that align with the mentioned goals. If novel polymers meet the 

-design and recyclability, they could gain traction in the European market 

and the large-scale production of these materials could disrupt the plastics value chain, 
potentially affecting existing manufactures. If Dutch manufacturers fail to keep pace with 
developments, the might lose out to imported novel polymers.  
 
However, it is important to highlight that the current market competitiveness of these new 
polymers remains a challenge and their business case may not yet attract major players. 
Considering the current landscape, the relocation risks associated with novel polymers are 
relatively low. But vigilance is essential as the industry evolves. 

3.3.2  Further research needs and recommendation  

Given the uncertainties surrounding the future of the LVO chemical sector, a comprehensive 
assessment is essential to evaluating potential relocation risks and their implications for the 
Dutch LVO chemicals industry. For instance, conducting a systemic techno-economic and 
environmental impact assessment of the emerging value chains and the traditional 
production methods for large volume organic chemicals (including alternatives involving 
drop-in replacements) would provide valuable insights into how production costs of 
fundamental chemicals might vary. Additionally, this comparison should encompass 
scenarios where these alternative value chains operate in diverse global regions. 
 
Furthermore, there is a research need to study novel polymers and evaluate how likely these 
novel polymers could replace conventional polymers, assessing their scalability, challenges 
and opportunities to be introduced in the plastics market and how the Netherlands 
positioning itself in the development of such emerging materials. 

The future transformation of refineries and their structural effects on the chemical industry 
has been studied for the Netherlands, using the OPERA model. Such structural effects should 
also be studied at the European and global level. These will provide valuable insights 
regarding the optimal locations and the possible relocation risks.  

Conducting an in-depth analysis of emerging EU policies would provide valuable insights into 
the evolving policy landscape and its potential impact on the studied sector, not only within 
the Netherlands but across the entire European Union.  
 
 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix A 

 TNO Public 

65/78 

References 

Argus, 2023. See Shell aims to 'stabilise' liquids output to 2030 | Latest Market News 

(argusmedia.com) 

Argus, 2022. SABIC mulls future of crucial Geleen petchems complex. Sabic mulls future of 
'crucial' Geleen petchems complex | Argus Media 

Avantion website, access 2024. PEF   the polymer for the future. PEF - the polymer for the 
future - Avantium 

Bioenergyinternational, 2021. See Haldor Topsoe and Preem achieve 85% co-processing of 
renewable feedstock | Bioenergy International 

Blue Circle website, access 2024. BlueCircle   Olefins (bluecircle-olefins.com) 

BP, 2020. See From International Oil Company to Integrated Energy Company: bp sets out 
strategy for decade of delivery towards net zero ambition | News and insights | Home 

BP, 2024. See Getting to net zero | Sustainability | Home (bp.com) 

BP, 2023. See Bioenergy | What we do | Home (bp.com), access 2024;  

BP, 2023. Rijksoverheid, 2023. Expressions of Principles, Dated 16 November 2023.  

CBS, 2023. CBS Statistics, Crude and petroleum product balance sheet; supply and 
consumption. Lats visited in 2023. 

CBS, 2023b. CBS Statistics, International trade in goods: composition and geography. Lats 

visited in 2023. See International trade in goods: composition and geography - Dutch Trade 
in Facts and Figures, 2023 | CBS 

CBS, 2023c. Nationale balans vaste biomassa 2021. See Balans vaste biomassa voor energie, 

2021 | CBS 

CBS, 2023d. Energy balance sheet; supply and consumption, sector. See StatLine - Energy 
balance sheet; supply and consumption, sector (cbs.nl) 

CBS, 2023e. Goederensoorten naar EU, niet-EU; minerale brandstoffen, chemie, 2008-2022. 
StatLine - Goederensoorten naar EU, niet-EU; minerale brandstoffen, chemie, 2008-2022 
(cbs.nl) 

CEFIC, 2013. Competitiveness of the EU Chemical Industry, a Key sector in the Refining Value 
Chain. 27 November, 2023, Brussels. CPR (europa.eu) 

CIEP 2017. The European Refining Sector: A diversity of markets?. Clingendael International 
Energy Programme(CIEP). 

CIEP, 2021. The dynamic development of organic chemistry in North-West Europe. The 
Dynamic Development of Organic Chemistry in North-West Europe - CIEP 
(clingendaelenergy.com) 

Concawe, 2019. Refinery 2050: Conceptual Assessment. Exploring opportunities and 
challenges for the EU refining industry to transition towards a low-CO2 intensive economy 

Concawe, 2023. Concawe refinery may. Last visited in 2023. See Refineries map - Concawe 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix A 

 TNO Public 

66/78 

COM, 2024. Directive (EU) 2023/2413 of the European Parliament and of the Council of 
18 October 2023 amending Directive (EU) 2018/2001, Regulation (EU) 2018/1999 and 
Directive 98/70/EC as regards the promotion of energy from renewable sources, and 
repealing Council Directive (EU) 2015/652 

CIEP, 2021. The dynamic development of organic chemistry in North-West Europe. The 
Hague, The Netherlands 

CIEP, 2022. Recarbonizing the chemical industry. The Hague, The Netherlands 

Coalitieakkoord, 2022. Kamerstuk 32852 nr. 225 Nationaal Programma Circulaire Economie 

2023-2030. Grondstoffenvoorzieningszekerheid | Tweede Kamer der Staten-Generaal 

Dow, 2023. Dow and New Energy Blue announce collaboration to develop renewable plastic 
materials from corn residue. Press release from May 2023. Dow and New Energy Blue 
announce collaboration to develop renewable plastic materials from corn residue 

Dow, 2021. Dow Benelux presenteert stappenplan om Nederlands Klimaatakkoord te 
ondersteunen, CO2-emissieneutraliteit te bereiken. 

 

EC, 2018. IN-DEPTH ANALYSIS IN SUPPORT OF THE COMMISSION COMMUNICATION 
COM(2018) 773 - A clean Planet for all- A European long-term strategic vision for a 
prosperous, modern, competitive and climate neutral economy. 

EC(2023)3513. COMMISSION DELEGATED REGULATION (EU) /... on the methodology to 
determine the share of biofuel and biogas for transport, produced from biomass being 
processed with fossil fuels in a common process. C/2023/3513 final 

EC, 2024. Development of outlook for the necessary means to build industrial capacity for 
drop-in advanced biofuels. See Development of outlook for the necessary means to build 
industrial capacity for drop-in advanced biofuels - Publications Office of the EU (europa.eu) 

Eerens, H.C.; Van Dam, D. 2022, Decarbonization options for Large Volume Organic 
Chemicals Production, DOW Chemical Terneuzen. The Hague: PBL Netherlands 
Environmental Assessment Agency and TNO Energy Transition 

Egeberg, R.; Knudsen, K.; Nyström, S.; Grennfelt, E.L.; Efraimsson, K. 2011. Industrial-Scale 
Production of Renewable Diesel. Petroleum Technology Quarterly 16 (3), 2011 

ENI, 2014. Green Refinery : Reinventing Petroleum Refineries 

ENI,2024. See Eni moves ahead with conversion of the Livorno refinery into a bio-refinery 

ExxonMobil, 2024. Low Carbon Solutions | ExxonMobil. Last visited in 2024. 

ExxonMobil, 2022. ExxonMobil, SABIC start operations at Gulf Coast Manufacturing Facility. 
Press release from January 2022. ExxonMobil, SABIC start operations at Gulf Coast 
Manufacturing Facility 

Fitzgibbon, T.; Simons,T.J.; Szarek, G.; Varpa, S.2022. From crude oil to chemicals: How 
refineries can adapt to shifting demand The energy transition will reduce demand for oil 
products but increase opportunities to capture the growing demand for petrochemicals. See 
from-crude-oil-to-chemicals-how-refineries-can-adapt-to-shifting-demand-vf.pdf 
(mckinsey.com) 

Hamelinck, C.; Defillet,M.; Smeets, B.; van den Heuvel, E.2021. Conversion efficiencies of fuel 
pathways for Used Cooking Oil 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix A 

 TNO Public 

67/78 

Heino Falcke, Simon Holbrook, Iain Clenahan, Alfredo López Carretero, Teoman Sanalan, 
Thomas Brinkmann, Joze Roth, Benoit Zerger, Serge Roudier, Luis Delgado Sancho; Best 
Available Techniques (BAT) Reference Document for the Production of Large Volume Organic 
Chemicals; EUR 28882 EN; Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2017, 
ISBN 978-92-79-76589-6, doi:10.2760/77304, JRC109279 

IEA, 2020. Advanced Biofuels   Potential for Cost Reduction. See T41_CostReductionBiofuels-
11_02_19-final.pdf (ieabioenergy.com) 

IEA, 2023. The Oil and Gas Industry in Net Zero Transitions. World energy Outlook Special 
Report.  

ICF & Fraunhofer ISI,2018. Industrial Innovation: Pathways to deep decarbonization of 
Industry. Part 2: Scenario analysis and pathways to deep decarbonization, forthcoming 

Website access in 2023. https://www.industryandenergy.eu/circular-economy/sabics-
plastic-recycling-facility-in-geleen-nears-completion/ 

Industry & Energy, 2024. SABIC closes Olefins-3 cracker Geleen after maintenance 
shutdown. Website access in 2024. Sabic closes OIefins-3 cracker Geleen after maintenance 
shutdown - (industryandenergy.eu) 

de Jong, S.; Hoefnagels, R.; Wetterlund, E.; Pettersson, K.; Faaij, A., Junginger, M. Cost 
optimization of biofuel production   The impact of scale, integration, transport and supply 
chain configurations. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.03.109 

Lammens, T.; Talebi, G.; Gbordzoe, E. Date: 08/08/2019 -Co-Processing Fast Pyrolysis Bio-Oil 
in FCC Units: Principle and FAQ  

Magrini, K.; Wang,H.; Li, Z. NREL, PNNL, LANL. Co-Processing Bio-oils in Refineries March 22, 
2021 SDI Project Peer Revie. See Bio-Oil Co Processing with Refinery Streams (energy.gov) 

Nea, 2022. Rapportage Energie voor Vervoer in Nederland 2022 

NPE, 2023. Nationaal Plan energiesyteem. See open.overheid.nl/documenten/2f5cbb52-
0631-4aad-b3dd-5088fab859c5/file 

OECD, 2022. Gloal Plastics Outlook. Policy scenarios to 2060. Global Plastics Outlook: Policy 
Scenarios to 2060 | en | OECD 

OECD, 2023. Refined petroleum in Nederland. Last visited in 2023. See: Refined Petroleum in 
Netherlands | The Observatory of Economic Complexity (oec.world) 

Oil & Gas Journal,2015. International Survey of Ethylene Steam Crackers.  

Oliveira, C. & van Dril, A.W.N. 2021. Decarbonisation options for large volume organic 
chemicals production, SABIC Geleen. PBL Netherlands Environmental Assessment Agency 
and TNO EnergieTransitie, The Hague.  

Olivera & Schure, 2020. Decarbonisation options for the Dutch refinery sector. PBL 
publication number: 3659 TNO project no. 060.33956 / TNO 2020 P11490 

Petrochemicals Europe, access 2023. Cracker capacity. Cracker Capacity - Petrochemicals 
Europe - Cracker Capacity (petrochemistry.eu) 

Plastics Europe 2022. Plastics   the facts 2022. Plastics - 

 

PBL, 2022. Klimaat-en Energieverkenning 2022. 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix A 

 TNO Public 

68/78 

PBL, 2023. Klimaat- en Energieverkenning 2023. 

Port of Rotterdam, 2017. Facts & Figures on the Rotterdam Energy Port and Petrochemical 
Cluster. 

 Prasetyo, W. D.;  Putra Z.A.; Bilad, M.R.;  Mahlia, T.M.I.; Wibisono, Y.,  Nordin, a.H,N.;  Wirza/., 
M. D. H. 
Insight into the Sustainable Integration of Bio- and Petroleum Refineries for the 
Production of Fuels and Chemicals. Polymers (Basel). 2020 May; 12(5): 1091.Published online 
2020 May 11. doi: 10.3390/polym12051091. Insight into the Sustainable Integration of Bio- 
and Petroleum Refineries for the Production of Fuels and Chemicals - PMC (nih.gov) 

Workshop of ISAFF. Rome.  

Scheepers, M.; van Stralen, J.; Chavarriaga, J.G.; Elberrt, A.; Uslu, A.; Olivera, C. Towards a 
sustainable energy system for the Netherlands in 2050. TNO P10607. May 2024. 

Seiser, R.; Olstad, J.L.; Magrini, K.A.; Jackson, R.D.; Peterson, B.H.; Christensen, E.D.; Talmadge, 
M.S. Co-processing catalytic fast pyrolysis oil in an FCC reactor. Biomass and 
Bioenergy,Volume 163,2022. 

cleaner fuels and petchems. Blog article, access 2023. 
https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/blogs/oil/060921-
bionaphtha-market-biofuels-gasoline-petchems-plastics-clean-energy 

https://www.sabic.com/en/newsandmedia/stories/our-future/the-path-to-electrification 

https://www.sustainableplastics.com/news/dow-benelux-embarks-three-stage-
decarbonisation-journey-towards-net-zero 

Shell, 2021. See 

, access 

2024 

Shell, 2022. Shell Chemicals Park Moerdijk accelerates transition to become net zero 

https://www.shell.com/business-customers/chemicals/media-releases/2022-media-
releases/shell- 

Shell, 2023a. Shell to deliver more value with less emissions. See Shell to deliver more value 
with less emissions | Shell Global. 
Last visited in 2024. 

Shell Polymers Monaca | Shell 

Global 

Shell, 2024a. Shell Energy Transition Strategy 2024. See Shell Energy Transition Strategy | 
Shell Global 

Shell, 2024b. Delivering more with biomethane | Shell Global 

S&P, 2024b. Commodity insights. See REFINERY NEWS ROUNDUP: New closures loom in 
Europe | S&P Global Commodity Insights (spglobal.com).Las
t visited in 2024. 

Syclus, 2023 PRESS RELEASE 2023 07 03 (syclus.nl) 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix A 

 TNO Public 

69/78 

https://www.sustainableplastics.com/news/dow-benelux-embarks-three-stage-
decarbonisation-journey-towards-net-zero 

TotalEnergies, 2023.Sustianbility & Climate 2023 Progress Report. 
SeeSustainability_Climate_2023_Progress_Report_EN.pdf (totalenergies.com)  

TotalEnergies, 2024. See TotalEnergies' La Mède Complex: A Facility for the Energies of 
Tomorrow | TotalEnergies.com 

Total Energies, 2020. See 
Convert Its Grandpuits Refinery Into a Zero-Crude Platform for Biofuels and Bioplastics 
(totalenergies.com). la
st visited in 2024. 

USDA, 2023. Biofuels Annual. See: DownloadReportByFileName (usda.gov) 

Uslu, A. 2024. Renewable fuels up to 2030-Assessment of REDIII. TNO 2024 R10617. 

van Dyk, S.; Su, J.; Mcmillan, J.D.; Saddler, J. Potential synergies of drop-in biofuel production 
with further co-processing at oil refineries. Biofuel Bioprod Biorefin 13(3):760 775 (2019). 

van Dyk, .; Su,J.; Ebadian, M.; Saddler, J. Production of lower carbon-intensity fuels by co-
processing biogenic feedstocks: Potential and challenges for refineries. Fuel,Volume 324. 
https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.124636. 

VNPI,2022. Het potentieel van Low Carbon Liquid Fuels in de Nederlandse raffinage in 2050. 
See VNPI_Potentieel-van-Low-Carbon-Liquid-Fuels-in-NL-raffinage_2022_FINAL.pdf 
(vemobin.nl) 

Weeda, M. and Segers, R. 2020. TNO 2020 P10915. The Dutch hydrogen balance, and the 

current and future representation of hydrogen in the energy statistics. Date 24 June 2020. 

Wild, M.; Deutmeyer, M.; Bradley, D.; Hektor, B.; Hess, N.L. Possible Effects of Torrefaction on 
Biomass Trade. (2015). Available: http://task40.ieabioenergy.com/wp-
content/uploads/2013/09/t40-torrefaction-2016.pdf 
[January 2019]. 

Wong, L.; and Van Dril, A.W.N. 2020. Decarbonisation options for large volume organic 
chemicals production, Shell Moerdijk. PBL Netherlands Environmental Assessment Agency 
and TNO EnergieTransitie, The Hague. 

Commercial status of direct thermochemical liquefaction technologies IEA Bioenergy: Task 
34 June 2023.See WP3.3-DTL-Final.pdf (ieabioenergy.com) 

Yanez , E.; Meerman, H.; Andrea, R; Castillo, E.; Faaij. A. Assessing bio-oil co-processing routes 
as CO2 mitigation strategies in oil refineries. DOI. 10.1002/bbb.2163. Biofuels, bioproducts 
and biorefining. 

Yildiz, G. and Prins, W. 2022. Perspectives of Biomass Catalytic Fast Pyrolysis for Co-refining: 
Review and Correlation of Literature Data from Continuously Operated Setups. 

Energy 

Fuels 2023, 37, 2, 805 832.Publication Date: December 30, 2022 
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.2c02389 

 
 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix A 

 TNO Public 

70/78 

Appendix A 
Operational and planned 
HVO/HEFA retrofits in 
Europe 

Table 3.2: Operational and planned HVO/HEFA retrofits in Europe(BioFitHandbook_EN_2ndEdition_2022-03-
15.pdf (biofit-h2020.eu))
 

Owner/Operator  Location 

Type 

Feedstock 

Main 
product 

Main product 
capacity 
(t/year) 

Status 

PREEM 

Sweden 
(Gothenburg) 

Retrofit  Tall oil, also 

triglyceides 

HVO 

220,000 

Operational 

PREEM 

Sweden 
(Gothenburg) 

Retrofit 

 

HVO 

1,080,000 

Planned 

BP 

Spain 
(Castellon) 

Retrofit 

 

HVO/HEFA  80,000 

Operational 

Repsol 

Spain 

Retrofit  Palm oil 

HVO/HEFA  200,000 

Operational 

Cepsa 

Spain (La 
Rabida) 

Retrofit  

UCO 

HVO 

43,000 

Operational 

Cepsa 

Spain (San 
Roque) 

Retrofit 

Bio-oil 

HVO 

43,000 

Operational 

ENI 

Italy (Venice) 

Retrofit 
(100%) 

Bio-oil 

HVO/HEFA  300,000 

Operational 

ENI 

Italy (Gela) 

Retrofit 
(100%) 

Bio-oil 

HVO/HEFA  600,000 

Operational 

ENI28 

Italy 
(Livorno) 

Retroffit 
(100%) 

Vegetable 
waste and 
residues 

HVO 

500,000 

Planned 

Total 

France 
(Grandpuits) 

Retrofit 

 

HVO/HEFA  400,000 

Planned 

Total  

France (Le 
Mede) 

Retrofit 

Bio-oil 

HEFA 

100,000 

Operational 

Gunvor 

Netherlands 
(Rotterdam) 

Retrofitt 

 

HVO/HEFA  350,000 

planned 

 
 

_______ 
28 Eni moves ahead with conversion of the Livorno refinery into a bio-refinery 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix B 

 TNO Public 

71/78 

Appendix B 
Refinery specific 
hydrotreatment capacity 

Table B.1: Hydrotreatment capacities of existing refineries in the Netherlands that are dedicated to fuel 
production (derived from worldwide refining survey 2018) 

 

Gasoline  
desulfuri
zation 

Kerosine/Je

desulfurizat
ion 

Diesel  
desulfurizat
ion 

Other 
distillate 
desulfurizat
ion 

Other 
hydrotreati
ng 

Total 

 

kt/y 

kt/y 

kt/y 

 

 

Mt/y 

BP refinery 

7712.4 

4059.1 

744.2 

433.0 

13 

ExxonMobil 

1095.6 

1967.1 

Gunvor 

528.9 

1098.1 

293.8 

Shell 

460.7 

1429.3 

2490.0 

1679.3 

Vitol 

Zeeland 

Total 

460.7 

10766.2 

9614.3 

744.2 

2406,0 

24 

 
 
 
 
 
 
 
 

link to page 73 link to page 74 link to page 74
background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix C 

 TNO Public 

72/78 

Appendix C 
Sustainable biomass 
availability 

A recent publication by DG RTD (EC, 2024), indicate the total European biomass potential 
available for the energy market, to be in the range of 310-836 million dry tonnes for 2030 
and 294 to 892 million tonnes in 2050. Figure c.1 presents the European29 biomass potential, 
across sectors.  
 

 

Figure C.1: Total biomass potentials in Technical, low, medium, and high mobilization scenarios in 2030 and 
2050 in million dry tonnes (EC,2024) 

• 

The 'technical potential' refers to the European biomass potential that complies with REDIII. In the low 
mobilization scenario, it is assumed that only 20% and 16% of the technical potential in 2030 and 2050, 
respectively, will be available for energy uses such as heat, electricity, and biofuels. In the medium 
mobilization scenario, these shares increase to 34% and 33% for 2030 and 2050, respectively. In the high 
mobilization scenario, the percentages rise to 55% and 54% for 2030 and 2050, respectively. 

 
Figure c.2 and Figure c.3 compare the EC (2024) study results with the former scenario 
studies by JRC-Times, DG-RTD and Concawe (Imperial College (IC), Panoutsou, 2021). The 
potential assessment in this recent study, particularly the low mobilisation, are providing 
more conservative results. One of the important factors for these differences relates to the 
implementation of competing uses and the feedstock mobilisation factor. Next to that, all 
studies apply different assumptions and data inputs ranging per mobilisation scenario and 
_______ 
29   European potential includes from EU regions and Associated countries. 

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Technical

2030

Low 2030

Medium

2030

High 2030 Technical

2050

Low 2050

Medium

2050

High 2050

Milli

o

n

 t

o

n

 

Agriculture

Forestry

Biowaste

Agrofood residues

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix C 

 TNO Public 

73/78 

per biomass type. Yield increase assumptions have large influence on agricultural potentials 
from both primary field residues (e.g., straw) and from dedicated crops on unused, degraded 
lands and in cover and intermediate cropping systems. The very low potential resulting from 
the low mobilisation scenario is very conservative where no priority is given any more to 
directing biomass towards bioenergy and biofuels. 
 

 

Figure C.2: Comparison of European biomass feedstock potential assessments for 2030 

 

Figure C.3: Comparison of European biomass feedstock potential assessments for 2050 

 

link to page 75
background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix C 

 TNO Public 

74/78 

Biomass import to the Netherlands 
Currently biomass trade occurs in the form of wood chips, wood pellets and waste wood. 
Figure c.4 shows the biomass balance for energy purposes between 2013 and 2020. As 
shown, import of solid biomass in the form of wood pellets has increases significantly in 
2020 for the co-firing purposes. Next to solid biomass, liquid biomass resources such as 
vegetable oils, used cooking oil and animal fats have been traded. The Neste plant in 
Rotterdam has an annual production capacity of a maximum of 1.4 Mt. In 2022, roughly 95 
percent (92 percent in 2021) of the feedstock used by Neste to produce renewable diesel 
consisted of waste and residue feedstocks. The waste and residues consist of animal fats, 
used cooking oil (UCO), palm fatty acid distillate (PFAD), palm effluent sludge, bleaching 
earth oil, and technical corn oil (co-product of corn ethanol production). Neste is expanding 
its refinery in Rotterdam increasing capacity roughly by 1.3 Mt of renewable diesel/SAF. This 
investment brings the total annual renewable (biofuels and intermediate feedstocks) 
production capacity in Rotterdam to 2.7 Mt, of which roughly 1.5 billion litres of SAF. The 

2023)30.  
 
 

 

Figure C.4: Solid biomass balance for energy in the Netherlands (CBS, visited 2024) 

 
 
 
 

_______ 
30 DownloadReportByFileName (usda.gov) 

-20

0

20

40

60

80

100

120

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

PJ

Solid biomass balance for energy

Inland production

Import

Export

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix D 

 TNO Public 

75/78 

Appendix D 
Biomass feedstock 
conversion to dense  
bio-intermediates for  
co-processing 

The low bulk density of many different biomass feedstocks, combined with their divergent 
chemical composition, will necessitate densification. The pre-treatment and densification 
methods can ease transportation and handling and also provide uniform intermediates to 
be co-processed with existing refineries. For refinery integration, literature focuses on liquid 
intermediates that can be feed into the refineries FCC units and the hydrotreatment units. 
The intermediates most commonly studied are (used) vatable oils, bio-oil via fast pyrolysis or 
catalytical fast pyrolysis, upgraded bio-oil, dehydrodeoxygenated bio-oil , and bio-crude via 
hydro thermal liquefied crude oil (Prastyo et. al., 2020; Magrinie et. Al., 2021). The research 
focus has been developing bio-oil intermediates for injection into the existing refineries with 
the most impact. The incretion points are set to fluidised catalytical cracking, 
hydrotreatment and hydrocracking units.  
 
Technology status 
While lipid-based co-processing has been implemented commercially, co-processing of bio-
oil intermediates has not been commercially demonstrated in refineries. There has been 
some pilot scale work based on 10% bio-oil feed into the Fluid catalytic cracking (FCC) units 
(i.e. pilot work by ENSYN and Petrobras). This relates to the fact that there has been no large-
scale supply of bio-oil from biomass feedstocks. While biomass pyrolysis is a commercially 
proven technology, the production is still limited and the produced bio-oil is used to produce 
heat and electricity. There are currently 6 operational commercial plants, which can add up 
to 136 million litre bio-oil per year globally, if all these plants are assumed to produce full 
capacity (IEA, 2023. The current practices, however, relate to converting woody feedstocks 
into bio-oil. Various other feedstocks, for instance agricultural residues with large potential, 
have not yet been fully proven on commercial scale.  
 
HTL is a thermochemical process that converts wet biomass (i.e. sewage sludge, food waste, 
wood, algae) into a high energy density liquid fuel, called biocrude, under high temperature 
(250 oC to 400 oC) and pressure (up to 25 MPa). HTL is not fully commercial yet. There have 
been some pilot-scale operations aiming to carry this technology to commercial scale in the 
future. IEA (2023) reports 6 demonstration plants, and a start of the first commercial plant 
by 2023 in Canada. This facility is also planned to be based on wood.  
 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix D 

 TNO Public 

76/78 

Table D.1: Commercial status of direct thermochemical liquefaction technologies (IEA Bioenergy, 2023)31 

Owner 

Country 

Technology 

TRL level 

Capacity 

Feedstocks 

Status 

Ensyn, 
Suzano S.A. 

Brazil 

Fast pyrolysis 

TRL 8 

83 ML/y 

 

Under 
development 

Arbios 
Biotech 

Canada 

HTL 

TRL 7-8 

8 ML/y 

Forestry 
residues and 
waste 

Under 
development 

Bioenergy AE 
Côte-Nord 

Canada 

Fast pyrolysis 

TRL 9 

338 Ml/y 

Wood residues 
from a sawmill 

Operational 

Kerry Group 

Canada 

Fast pyrolysis 

TRL 9 

11 ML/y 

Mill and forest 
wood residues 

Operational 

Onym Group 

Canada 

Fast pyrolysis 

TRL7-8 

6 ML/y 

Wood 
residues, 
including bark 

Under 
development 

Green Fuel 
Nordic Oy 

Finland 

Fast pyrolysis 

TRL 9 

20 ML/y 

Sawdust and 
wood residues 

Operational 

Circa Group 
AS 

France 

Catalytic 
pyrolysis 

TRL 7-8 

0.8 ML/y 

Waste 
cellulosic 
biomass 

Under 
development 

Twence 

The 
Netherlands 

Fast pyrolysis 

TRL 9 

20 ML/y 

Clean woody 
biomass 

Operational 

Pyrocell AB 

Sweden 

Fast pyrolysis 

TRL 9 

21 ML/y 

Sawdust 

Operational 

Ensyn 

USA 

Fast pyrolysis 

TRL 8 

76 ML/y 

Mill wood 
residues, 
forest residues 

Under 
development 

Kenny Group 

USA 

Fast pyrolysis 

TRL 9 

20 ML/y 

Wood residues  Operational 

Circa Group 
AS and 
Norske Skog 

Tasmania 

Catalytic 
pyrolysis 

TRL 6 

40 kL/y 

Lignocellulosic 
biomass 

Operational 

Arbios 
Biotech 

Australia 

HTL 

TRL 6-7 

1.6 ML/y 

Post-consumer 
and biomass 
residues  

Operational 

Metro 
Vancouver 

Canada 

HTL 

TRL 6-7 

2 dryt/day 

Primary and 
secondary 
sewage sludge 
from 
wastewater 
treatment 
plant 

Under 
development 

Shanxi 
Yingjiliang 
Biomass 
Company and 
Shanghai Jiao 
Tong 
University  

China 

Fast pyrolysis 

TRL 6-7 

8 ML/y 

Rice husk 

Operational 

Crossbridge 

Denmark 

HTL 

TRL 7 

4000 dry t/y 

Wet 

Under 

_______ 
31 Commercial status of direct thermochemical liquefaction technologies IEA Bioenergy: Task 34 June 2023 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix D 

 TNO Public 

77/78 

Owner 

Country 

Technology 

TRL level 

Capacity 

Feedstocks 

Status 

Energy 

wastewater 
sludge 

development 

Fraunhofer 
UMSICHT 

Germany 

Intermediate 
pyrolysis and 
integrated 
reforming 

TRL 7 

500 kg/hr 

Biomass, 
biogenic 
residues 

Operational 

Shell 
Catalysts & 
Technologies 

India 

Catalytic 
hydropyrolysis 

TRL 7-8 

5 t/day 

Forestry, 
agricultural, 
and urban 
waste 

Operational 

MASH MAKES 
A/S 

India 

Pyrolysis 

TRL 7-8 

3000 t/y 

Agricultural 
residues 

Operational 

Reliance 
Industries 
Limited 

India 

Catalytic HTL 

TRL 8 

80 l/day 

Algae, food 
waste and 
sludge 

Operational 

Silva Green 
Fuel 

Norway 

HTL 

TRL 7-8 

1.5 ML/y 

Forest residues  Operational 

Altaca Energy  Turkey 

Catalytic HTL 

TRL 7 

8.7 ML/y 

Various 
biomass 
sources 

Operational 

Biogas Energy 
Ltd 

USA 

Fast pyrolysis 

TRL 6-7 

500 kg/h 

Wood waste, 
forest residues 
and orchards 
grindings 

Operational 

Annelotech 

USA 

Fast pyrolysis 

TRL 6-7 

Wood, corn 
stover, 
bagasse 

Operational 

RTI 
International 

USA 

Catalytic 
pyrolysis 

TRL 6 

1 t/day 

Lignocellulosic 
biomass 

Operational 

Frontline 
BioEnergy 
and Stine 

USA 

Autothermal 
pyrolysis 

TRL 6-7 

50 t/day 

Corn stover 

Near 
completion 

 
Financial parameters used in biomass pyrolysis value chain calculations. 
SGAB follows a simplified methodology by estimating the production cost from a capital cost 
contribution, an OPEX contribution and the feedstock contribution. CAPEX is seen as equal to 
the overnight investment cost for building the plant and no cost for interest during 
construction or working capital has been added. The capital recovery charge is composed of 
an annual cost estimated as an annuity based on the CAPEX using a real interest of 10% for 
15 years. Elements of a fully elaborated project economic model such as level of grant 
support, debt-to-equity ratio, loan repayment grace and amortization periods, etc. have 
been ignored (SGAB, 2019). 
 
TNO calculations follows the SDE++ methodology (see SDE++ calculation tool from RVO32), in 
which a 22 MW output reference installation, with a 61% energy efficiency, is considered.  
 

_______ 
32 Rekentool SDE++ 2023.xls (live.com) 

background image

 

 

 TNO Public   TNO 2024 R11075 

 Appendix D 

 TNO Public 

78/78 

Table D.2: Financial parameters used in different studies 

 

SGAB 2019 

Yanez et al., 2020 

TNO 

Full load hrs  

8000 

8000 

7500 

Life time 

15 

 

15 

Interest rate 

10% 

12% 

 

Inflation 

 

1.5% 

Equity/debt ratio 

 

30%/70% 

Required return on 
equity 

 

 

15% 

 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 

 

Energy & Materials Transition 
 
Radarweg 60 
1043 NT  Amsterdam 
www.tno.nl 

  
 

Document Outline