Volgens de klimaatdoelen van Parijs moeten we zorgen dat de CO2-uitstoot in 2050 tachtig procent minder is dan in 1990. Om dat te halen moeten we volgens een aantal onderzoekers de CO2 uit de lucht filteren en opslaan onder de grond. Maar we kunnen het broeikasgas wellicht ook zo gebruiken dat we er zelf nog wat aan hebben.
Opvangen kost geld
Een ding is zeker: het opslaan van CO2 kost geld. Op dit moment betaal je voor de zogenoemde carbon capture and storage-technieken rond de vijftig tot honderd euro per ton CO2. Om de doelen te halen moet Nederland op tweehonderd tot vierhonderd miljoen ton CO2 opslaan. “Dat gaat miljarden kosten”, zegt Gert-Jan Gruter, hoogleraar industriële duurzame chemie aan de Universiteit van Amsterdam en technisch directeur bij Avantium. “Terwijl je misschien ook geld kan verdienen met dit broeikasgas.”
In theorie is het namelijk mogelijk om het CO2 om te zetten naar nuttige moleculen zoals methaan, mierenzuur of methanol. Deze stoffen kunnen we gebruiken in de chemische industrie of op termijn zelfs om onze auto mee aan te laten drijven. Maar in de praktijk blijkt het broeikasgas een lastig startmateriaal. “CO2 is heel stabiel. Wat voor koolwaterstof je ook verbrandt, je komt altijd bij CO2 uit”, vertelt Gruter. “Ik noem CO2 altijd het afvoerputje van koolwaterstoffen. Het kost moeite om het molecuul uit zijn stabiele toestand te halen.”
Uitzending van VPRO’s Labyrint over het omzetten van CO2 naar brandstof.
Waterstof
Om nog wat van het broeikasgas te maken moet je dus altijd energie toevoegen. Dat kan op verschillende manieren. “Waterstof gebruiken lijkt de meest voor de hand liggende methode”, vertelt Richard van de Sanden, directeur van DIFFER en hoogleraar toegepaste natuurkunde aan de TU Eindhoven. “Je kunt CO2 simpelweg met waterstof laten reageren en zo methaan maken.” De reactie met waterstof is al jaren bekend en blijkt relatief makkelijk. Maar we produceren waterstof nu nog niet CO2-neutraal. Er bestaan wel duurzame productiemethodes van waterstof, maar deze processen kosten vaak veel energie en de materialen voor efficiëntere producties zijn duur.
Over de hele wereld zoeken wetenschappers daarom naar alternatieven voor waterstof. Sommige onderzoekers richten zich op katalysatoren die CO2 activeren, anderen kijken naar methoden om de fotosynthese na te bootsen op grote schaal. Maar van al deze opties lijkt het gebruik van elektrochemie tot nu toe het meest effectief. Verschillende onderzoekers slagen er al in om CO2 met elektriciteit op te splitsen en vervolgens om te zetten naar moleculen zoals methaan. Ook bij Avantium werken ze hier aan sinds ze vorig jaar het Amerikaanse bedrijf Liquid Light overnamen. Gruter: “Wij zetten CO2 eerst om naar mierenzuur en vervolgens reageren we het door tot oxaalzuur. Deze stof vormt weer een bouwsteen voor verschillende interessante moleculen zoals glycolzuur, een component van veel cosmetica.”
Cellen aan elkaar
Gruter en zijn collega’s hopen over drie jaar op grote schaal hoogwaardige producten uit CO2 te halen. “Als één cel goed werkt, kun je in principe veel cellen aan elkaar koppelen en zo de productie opschalen.” Natuurlijk kost het laten draaien van de elektrochemische cellen ook energie. Daarvoor wil Gruter het overschot aan wind- en zonne-energie gebruiken, als het flink waait of de zon overdag voortdurend schijnt en er minder behoefte aan elektriciteit is dan wordt opgewekt.
Van de Sanden ziet nog wel dat de energie-efficiëntie van de elektrochemische methode beter kan. “Als je water gebruikt bij de reactie krijg je vaak ook ongewenste reacties die de opbrengst verlagen.” Daarom proberen onderzoekers van het instituut DIFFER de splitsingsreactie uit te voeren met plasma. “De plasmadeeltjes botsen met CO2 en brengen zoveel energie over dat het molecuul uit elkaar trilt.” Met deze methode heb je dus geen water nodig, maar de techniek is nog niet zo ver ontwikkeld dat het op grote schaal kan worden toegepast.
Milieuneutraal rijden
In eerste instantie zullen al deze technieken draaien op CO2 dat ze afvangen van fabrieken. Maar uiteindelijk willen de onderzoekers het broeikasgas het uit de lucht halen. “Als je CO2 afvangt komt het vaak nog steeds uit fossiele bronnen”, zegt Van de Sanden. “Je stelt het loslaten van het broeikasgas in het milieu dan eigenlijk alleen maar uit.” Ook Gruter ziet meer in het gebruiken van CO2 uit de lucht: “Stel je voor dat we het broeikasgas uit de lucht omzetten naar brandstof voor bijvoorbeeld auto’s. Dan kun je eigenlijk milieuneutraal rijden.” CO2 uit de lucht halen, is momenteel nog vrij duur, dus testen de onderzoekers de methodes eerst op CO2 uit fabrieken.
De economische haalbaarheid van deze CO2-projecten blijkt sowieso lastig. Het hangt onder andere af van de energieprijs en de producten die we uit CO2 maken. “In het begin zullen we ons voornamelijk moeten richten op hoogwaardige producten zoals oxaalzuur die je niet in zulke hele grote hoeveelheden verkoopt”, denkt Gruter. “Want de productiecapaciteit zal in het begin niet erg groot zijn en dat soort producten verkoop je niet in grote hoeveelheden. Maar als de technieken steeds goedkoper worden kun je je ook richten op bulkchemicaliën zoals methaan.”
In ieder geval moeten de onderzoekers nog hard werken voor CO2 zich nuttig kan maken als grondstof. Volgens Van de Sanden moeten we alle mogelijke toepassing onderzoeken: “In dit tempo halen we de klimaatdoelen niet, dus we moeten alle technieken zo snel mogelijk uitrollen. Het is alle hens aan dek.”