Circulaire economie van koolstofdioxide

Voor de meeste mensen is koolstofdioxide het doorzichtige gas dat de aarde doet opwarmen. Het is een product van veel processen in de industrie, onze mobiliteit en zelfs van onze ademhaling. Maar er bestaan ideeën, concepten en technologieën om CO2 uit de lucht te halen en daarmee waardevolle brandstoffen en producten te synthetiseren. Niet enkel zou daardoor onze vlucht naar een vakantiebestemming CO2-neutraal kunnen worden, we zouden ook de klimaatopwarming tegen kunnen gaan en de hele chemische industrie en energiesector revolutioneren.

Hoe halen we CO2 uit de lucht? 

Het bekendste broeikasgas uit de lucht halen en daarmee brandstoffen of grondstoffen voor de chemische industrie synthetiseren? Dat lijkt utopisch, maar de technologie bestaat al enkele jaren. Climeworks1, Carbon Engineering2 en Global Thermostat3 zijn drie bedrijven die met een cyclisch proces CO2 direct uit de lucht halen. Met behulp van een filtermateriaal dat bij kamertemperatuur met CO2 een chemische binding aangaat en bij een hogere temperatuur het gas vrijlaat, kan CO2 cyclisch uit de lucht gefiltreerd worden en in steen worden omgezet4,5 of als meststof of reagentia voor brandstof6 en chemische producten7 gebruikt worden. Dit proces staat bekend onder de naam Direct Air Capture, dus het opvangen van CO2 direct uit de lucht, waar de CO2 in lage concentraties, rond 420 ppm, aanwezig is. Er bestaat ook post-combustion carbon capture8, waarbij CO2 uit de uitlaatgassen van een verbranding gefiltreerd wordt. Vanuit een kinetisch standpunt is het makkelijker om CO2 uit uitlaatgassen te halen omdat het hier, met rond 15%, veel hoger geconcentreerd is dan in lucht. Het nadeel is dat andere gassen en partikels in de uitlaat de filter kunnen beschadigen. 

Zonder vliegschaamte naar de vakantiebestemming vliegen

Het eerste idee hierachter is: we kunnen eindelijk de stijgende CO2 concentratie verlagen. We zouden namelijk de 1,5°C opwarming, die in 2015 in Parijs werd vastgelegd9, niet kunnen tegenhouden10, zelfs als we morgen geen CO2  meer uitstoten. Door CO2 uit de lucht te halen kunnen we niet enkel negatieve emissies creëren, ook zou de hele chemische industrie en de mobiliteitssector gerevolutioneerd kunnen worden. 

Naast batterijen en waterstof voor wagens, vrachtwagens en treinen, zouden synthetische brandstoffen, gemaakt van CO2 uit de lucht, een oplossing voor duurzame mobiliteit kunnen bieden. Hoewel de energiedichtheid van de batterijen zal toenemen11 en de prijs van waterstofbrandstofcellen zal dalen, lijken deze alternatieve aandrijvingen voor de scheepvaart- en luchtvaartsector momenteel nog niet haalbaar. We zullen dus waarschijnlijk nog een tijdje de verbrandingsmotor in deze sectoren zien. Is er dan een andere mogelijkheid om zonder vliegschaamte te vliegen? 

De stikstofoxides en partikels die tijdens de verbranding ontstaan en de lage efficiëntie van de verbrandingsmotor zullen we moeten accepteren, maar de kerosine kan wel CO2-neutraal gemaakt worden. Deze CO2-neutrale brandstoffen worden synthetische brandstoffen genoemd en kunnen bijvoorbeeld uit biomassa gesynthetiseerd worden7. Een andere mogelijkheid is de omzetting van koolstofdioxide en water naar koolstofmonoxide en waterstof met behulp van hernieuwbare energie. Dit kan via elektrolyse12, een elektrochemische conversie, of de directe omzetting bij hoge druk en hoge temperatuur13, die door zonne-energie bereikt kan worden. Het gasmengsel uit koolstofmonoxide en waterstof wordt syngas genoemd en is een heel belangrijk gas voor de chemische industrie. Het is een startproduct voor een aantal syntheses en dus ook voor synthetische brandstoffen en kunststoffen. Bovendien zou de waterstof op een duurzame manier geproduceerd worden, want tot vandaag wordt het grootste deel, namelijk rond de 95%14, van de waterstof uit aardgas geproduceerd. De duurzame productie van waterstof uit water met behulp van elektrolyse wordt momenteel nog niet op grootschalig niveau uitgevoerd. 

Als we al groot denken: Power-to-X

Door de combinatie van Direct Air Capture en de omzetting van koolstofdioxide naar waardevolle producten zou de cirkel van koolstof gesloten kunnen worden en zouden niet alleen brandstoffen maar ook kunststoffen CO2-neutraal geproduceerd kunnen worden15. Verschillende sectoren zouden daardoor gekoppeld kunnen worden. Dit concept staat bekend als Power-to-X16. De X in deze naam kan waterstof, brandstof, methaan of een andere chemisch of fysisch energetisch-waardevolle stof zijn. Een belangrijke sector, waar er de komende jaren meer en meer verandering in zal komen, is de energiesector. Als het aandeel hernieuwbare energie toeneemt, zullen de schommelingen in de productie toenemen, want de zon schijnt niet altijd, noch waait de wind op een constante snelheid. Op momenten waar er te veel stroom gegenereerd wordt, kan deze overbodige energie in andere vormen zoals waterstof, synthetische brandstoffen of methaan voor de mobiliteitssector of de chemische industrie omgezet worden. 

Een economische analyse van CO2 uit Direct Air Capture voor de mobiliteitssector

Dit zijn enkele innovatieve technologieën om de klimaatsverandering af te remmen of zelfs tegen te gaan. In hoeverre ze in de toekomst zullen groeien, zal sterk van de politieke randvoorwaarden afhangen. Momenteel kost het opvangen van één ton CO2 ongeveer €50017. Dat betekent dat voor één liter diesel, waarvoor ongeveer drie kilo’s CO2 nodig zijn, al €1,5 nodig zou zijn en dit is dan nog enkel de prijs van de koolstofbron voor één liter brandstof. De kosten van het proces om de brandstof te synthetiseren zijn daar nog niet bijgerekend. Aangezien de prijs voor één liter diesel momenteel rond €1 ligt, is deze weg naar synthetische brandstoffen nog niet rendabel. Carbon Capture is een vrij jonge technologie, dus er bestaat een reële kans dat deze prijs nog daalt18, maar de politiek kan deze technologie ondersteunen door bijvoorbeeld een belasting voor CO2 in te voeren. Daardoor zou de prijs van traditionele brandstoffen uit fossiele bronnen stijgen en een economisch stimulus voor synthetische brandstoffen gecreëerd worden.

Mogen we als mens aan het klimaat schroeven?

Ook de acceptatie van de gemeenschap zal een grote invloed op de evolutie van deze technologieën hebben. Direct Air Capture maakt deel uit van geo-engineering, het grootschalig ingrijpen in het klimaat om de opwarming van de aarde tegen te gaan19. De ethische en filosofische vraag is: “Mogen we als mens aan het klimaat schroeven?”. Als het antwoord op deze vraag “Ja” luidt, dan is het duidelijk dat Carbon Capture enkel een (positieve) invloed op het klimaat kan hebben, als het op een grote schaal uitgevoerd wordt. Niet iedereen is overtuigd dat deze “CO2-stofzuigers”, zoals ze ook genoemd worden, de oplossing zullen zijn omdat ze ook grondstoffen, energie en grond vragen en innemen. Ondanks het feit dat deze globale gevolgen van Carbon Capture nog niet helemaal duidelijk, kwam het IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) in 2018 tot de conclusie dat technologieën die negatieve CO2-emissies creëren nodig zullen zijn om de klimaatdoelstellingen van maximum 1,5°C opwarming te halen10

Er bestaan dus wel degelijk oplossingen om de klimaatproblematieken te tackelen en het is duidelijk dat enkel de CO2-emissies verminderen niet genoeg zal zijn om onze klimaatdoelen te bereiken. In hoeverre Carbon Capture en synthetische brandstoffen tot een circulaire economie van CO2 en een vorm van Power-to-X zullen leiden is nog niet duidelijk en zal van de politieke randvoorwaarden, de economische ontwikkeling van de technologieën en de drijfveer van de gemeenschap, en dus van ons allemaal, afhangen.