29 juni 2018

“Onlangs hoorde ik Earl Goetheer op een bijeenkomst enthousiast vertellen over de mogelijkheden van CO2. Want wat blijkt: het is goed mogelijk om het broeikasgas om te zetten in nuttige stoffen. En als we geld zouden kunnen verdienen door het aan de atmosfeer te onttrekken, dan was er vast geen klimaatprobleem. Dus waar wachten we nog op?”

Je leest:

‘We zijn te laat voor anderhalve graad’

‘We zijn te laat voor anderhalve graad’

Interview met Earl Goetheer over opslag en gebruik van koolstof

Auteur: | 25 juni 2018
Pexels

Het lijkt te mooi om waar te zijn: het vermaledijde teveel aan broeikasgas CO2, dat de mensheid vooral in de drie eeuwen na de industriële revolutie in de atmosfeer heeft gepompt, kan worden benut. Maar het is echt zo. Dat lijkt een geruststellende gedachte, maar het is nog knap ingewikkeld.

Of je het nu hebt over gebruiksartikelen of brandstoffen, ze bestaan vaak voor een groot deel uit koolstofverbindingen. Denk aan transport of industriële processen die draaien op fossiele brandstoffen, of aan materialen als plastics en kunststoffen. Allemaal zijn ze voor een belangrijk deel opgebouwd uit koolstofmoleculen. Zo ook koolstofdioxide, beter bekend als CO2 – het zo problematische broeikasgas. Maar wat blijkt? We kunnen CO2 opwerken naar andere, waardevolle koolstofverbindingen. Daarnaast zijn er nog directe toepassingen voor pure CO2 denkbaar. Wie nuttige dingen kan maken, kan geld verdienen. En als we geld zouden kunnen verdienen door koolstofdioxide aan de atmosfeer te onttrekken, dan was er vast geen klimaatprobleem.

10 earl goetheer 700
“Als chemisch technoloog vind ik het prachtig om rond te rijden door een industrieterrein als Botlekgebied. Maar als wij voor 2050 90-95% minder CO2 willen gaan uitstoten, dan betekent dat echt álles daar anders moet.” Earl Goetheer is Principal Scientist Carbon Capture Storage and Utilisation bij TNO en hoogleraar Process & Energy aan de TU Delft.
TNO

Chemisch technoloog Earl Goetheer beaamt dat. “Het is bijvoorbeeld prima mogelijk om met CO2 als grondstof methaan te maken: in plaats van aardgas heet het dan groen gas, maar chemisch gezien is het precies hetzelfde. En je kookt er net zo goed op”, vertelt hij vrolijk over de telefoon. Goetheer houdt zich bezig met de mogelijkheden van CCS en CCU – Carbon Capture Storage en Carbon Capture Utilisation, oftewel: de opslag en het gebruik van CO2.

Opslag wordt door zowel wetenschappers, overheden en het bedrijfsleven zo langzamerhand als onvermijdelijk gezien, alhoewel het verre van onomstreden is. De ‘utilisation’-kant van het verhaal gaat over het gebruiken van CO2. Want als er een winstgevend businessmodel uit te halen valt, kon het nog wel eens snel gaan met die CO2. NEMO Kennislink sprak er uitgebreid over met Earl Goetheer.

Waar wachten we nog op?

“Zo makkelijk is het allemaal niet. Het lastige aan CO2 is dat het een thermodynamisch afvoerputje is. Daarmee bedoel ik dat het een heel stabiel molecuul is. Het kost moeite om het molecuul uit zijn stabiele toestand te halen. Dus ja, je kunt er andere dingen van maken, maar dat gaat je energie kosten.”

En ja, aan energie hebben we op zich niet echt een gebrek, maar aan duurzame energie des te meer. En het heeft dus geen zin om CO2 in een energieverslindend proces te gaan opwerken tot iets nuttigers als er dankzij dat proces méér CO2 in de atmosfeer vrijkomt.

“Je moet je continu afvragen: waarom doe je het, waarom wil je CO2 gebruiken? En vraag twee is dan: over wélke CO2 heb je het? Als het antwoord op de eerste vraag is dat je iets aan het klimaat wilt doen, dan kan je het allerbeste zorgen dat je het CO2 voor een lange periode vastlegt. Een van de beste manieren om dat te realiseren, is door CO2 te mineraliseren. Dan zit het gevangen in gesteente. Mineraliseren vindt ook in de natuur plaats. Gesteentes als olivijn of serpentijn zijn basisch, wat wil zeggen dat ze reageren met dingen die zuur zijn. En CO2 is zuur.”

Olivine sand from hawaii island 500
Olivijnzand van een Hawaïaans strand. Het groene is olivijn, de donkere delen zijn verweerd onder invloed van CO2 uit de atmosfeer.

Deze oplossing is al vaker aangedragen: het olivijn verweert onder invloed van het CO2 in de atmosfeer en resulteert in magnesiumcarbonaat en siliciumoxide (zand). Er zijn grote hoeveelheden olivijn op de wereld, maar om voldoende CO2 vast te leggen zal het moeten worden fijngemalen en dat kost, wederom, veel energie. Bovendien zit er niet direct een businessmodel in. “Maar er zijn wel degelijk nuttige toepassingen te verzinnen waar je wat mee kunt verdienen en waarbij CO2 ‘langcyclisch’, dus voor een aanzienlijke periode, wordt vastgelegd”, gaat Goetheer verder. “Je kunt er bijvoorbeeld beton mee maken.”

Beton maken van een gas?

“Ja, het klinkt als magie, maar eigenlijk vinden dat soort processen altijd plaats als cement hard wordt. Het CO2 uit de lucht reageert onder andere met het calciumoxide waaruit het cementpoeder gedeeltelijk bestaat en er ontstaat keihard droog beton. Daarin zit het CO2 dan dus vast. Dat proces voltrekt zich dagelijks, alleen nu nog heel traag. Maar er zijn ontwikkelaars die hiermee aan de slag gegaan zijn. Een mooi voorbeeld is een concept waarbij betonnen constructieonderdelen uitharden in drukkamers waar alleen CO2 aanwezig is. Dus dan gaat het proces veel sneller.”

Hoeveel CO2 kunnen we kwijt in dat beton?

“100 kiloton tot 200 kiloton zouden we in Nederland zo weg kunnen zetten. Dat is dus honderdduizend ton CO2, of honderd miljoen kilo. De totale uitstoot in Nederland ligt rond de 195 megaton, dus 195 miljoen ton. Ter vergelijking: de gemiddelde Nederlander stoot ongeveer tien ton CO2 uit per jaar. Dus honderdduizend ton is het equivalent van tienduizend mensen. Is dat veel? Nee, niet echt. Maar het is ook niet niks. En ik geloof ook eigenlijk niet in één oplossing, maar wél in de optelsom van allemaal kleine oplossingen.”

Je had het over puur CO2, waar komt dat vandaan?

“Ah, dat is vraag twee, heel goed! Als je op dit moment CO2 nuttig wilt gebruiken, dan ben je eigenlijk wel aangewezen op ‘puntbronnen’. Dat zijn plekken waar heel veel CO2 in relatief hoge concentratie vrijkomt. Bijvoorbeeld in de schoorsteen van een kolencentrale. Als je die CO2 langcyclisch vastlegt, zoals in het beton voorbeeld, dan is er niets aan de hand. Maar als je CO2 dat afkomstig is van de verbranding van fossiele brandstoffen gaat gebruiken om bijvoorbeeld een brandstof te maken – zeg methaan – die je vervolgens verbrandt, dan komt het CO2 natuurlijk alsnog in de atmosfeer.”

Dat wil zeggen: als je het niet meteen weer afvangt. In de praktijk is het onmogelijk om overal complexe Carbon Capture-installaties aan te leggen, denk alleen al aan je gasfornuis. Maar dat gasfornuis is ook een van de redenen dat je alsnog zou besluiten CO2 die toch al vrijkomt, nog een keer te gebruiken om methaan te maken.

Tno lab
Een opstelling in het lab van TNO waar Goetheer en zijn collega’s electrochemisch vanuit CO2 omzetten in mierenzuur (formic acid) en koolstofmonoxide (CO).
TNO

“Je kunt de bestaande gasinfrastructuur blijven benutten, dat is een groot voordeel. En het kan prima, zo lang je voldoende duurzame opgewekte elektriciteit hebt. Die gebruik je dan om waterstof te maken uit water, via elektrolyse. Dat waterstof kan je laten reageren met CO2 naar methaan – of andere koolwaterstofverbindingen, trouwens. Het grote nadeel is dat je er veel waterstof voor nodig hebt. Daardoor heb je veel duurzame energie nodig en het lijkt erop dat we daar het komend decennium nog een tekort aan hebben.”

“Een ander probleem is dat methaan eigenlijk niet zo veel waard is. Methaan uit fossiele bron is heel goedkoop. Daarmee is het verdienmodel een beetje mager. Maar je zou ook methanol kunnen maken, of ethanol, daarmee valt misschien meer te verdienen. "

Luchtvangen

Maar bij al die brandstoffen komt CO2 dus weer vrij als je het gebruikt. Willen we gebruikmaken van het CO2 dat al in de atmosfeer zit, dan zullen we het er dus uit moeten halen. Dat kan eigenlijk maar op twee manieren. De eerste is via biomassa: alle planten onttrekken CO2 aan de atmosfeer om te kunnen groeien. Hoewel het omstreden is, kun je die biomassa verbranden voor energie. Als je vervolgens de koolstofdioxide die bij die verbranding vrijkomt en gebruikt om methaan, of welk ander chemicalie dan ook mee te maken, dan is dat product op zijn minst klimaatneutraal. Op voorwaarde dat de gebruikte energie die nodig is voor het omzetten van CO2 hernieuwbaar is. In het geval dat CO2 langcyclisch wordt vastgelegd oftewel in mineralen of door middel van ondergrondse opslag, is er zelfs sprake van negatieve emissies. Dat betekent dus dat er netto koolstof aan de atmosfeer wordt onttrokken.

De andere manier om koolstofdioxide aan de atmosfeer te onttrekken is door een machine te maken die het eruit haalt. Bill Gates investeerde onlangs in een bedrijf dat exact dat wil gaan doen. Dit ‘air catchen’ van CO2 is een verre van bewezen technologie, maar als het werkt heeft het als voordeel dat het volgens een vertegenwoordiger van het bedrijf ’honderd keer minder land nodig heeft dan biomassa’.

Carbon engineering
Een ‘artist impression’ van de machines die het bedrijf Carbon Engineering wil gaan bouwen om CO2 aan de atmosfeer te onttrekken teneinde er brandstoffen van te maken.

Goetheer is voorlopig nog sceptisch: “Het probleem met air catchen is dat het deel CO2 in de atmosfeer maar heel klein is: slechts 400 parts per million (ppm). Anders gezegd maar 0,04 procent. Dus je moet heel veel lucht door een apparaat heen blazen om grote hoeveelheden CO2 te winnen. Ik denk dat het lastig wordt om daar een sterk verdienmodel aan op te hangen. Wat niet wil zeggen dat er geen mogelijkheden zijn. Hier in Delft zit Zero Emission Fuels dat modules wil maken die je achter een zonnepaneel kunt klikken. Die halen dan CO2 uit de lucht om er vervolgens in dezelfde module methanol van te maken.”

Kunnen deze technologieën het klimaatprobleem oplossen?

“Er is van alles mogelijk, maar de meeste processen staan redelijk aan het begin van de leercurve. En het is de vraag welke van deze ontwikkelingen uiteindelijk de doorslaggevende gaat worden”, verzucht Goetheer. "Sowieso moeten we echt álles anders gaan doen. Ik ben chemisch technoloog en als ik rondrijd door het Botlekgebied, dan vind ik dat prachtig. Maar als wij vóór 2050 95 procent minder CO2 willen gaan uitstoten, dan betekent dat dat onze chemische industrie totaal anders moet gaan worden. Dat is nauwelijks voor te stellen. Maar als we niet helemaal circulair zijn en op duurzame energie vertrouwen, dan kunnen we nooit voldoen aan de wens om het klimaat niet verder te laten ontsporen.”

“Weet je, in het Parijs-akkoord hebben de hoge heren en dames gezamenlijk gezegd ‘we gaan voor anderhalve graad’… Om heel eerlijk te zijn: anderhalve graad is nu eigenlijk al onhaalbaar. Tenzij we iets heel grootschaligs weten te implementeren voor 2021 of 2022. En dat gaat gewoon niet gebeuren.” Ineens is het stil aan de andere kant van de lijn. In de toon van Earl Goetheer maakt enthousiasme voor het eerst in veertig minuten plaats voor onversneden, bittere ernst: “Ik denk dat we redelijk wat kunnen doen voor 2030, maar we zijn te laat voor anderhalve graad.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 juni 2018

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.