Afvangen, opslaan en gebruiken van kooldioxide

Uitstoot van kooldioxide

Een reductie van de wereldwijde CO2 concentratie is wellicht alleen mogelijk als er, behalve een reductie van de uitstoot zelf, ook CO2 uit de atmosfeer wordt gehaald. De meest veelbelovende technieken voor CO2 verwijdering zijn:

Verwijderen van kooldioxide uit de lucht

Een aantal bedrijven biedt CO2 aan die, met een CO2-afvanginstallatie, uit de lucht is gehaald. Afnemers zijn frisdrankfabrikanten en tuinbouwbedrijven [Volkskrant].

Het bedrijf Climeworks heeft in IJsland een eerste installatie gebouwd die, op redelijk grote schaal, kooldioxide uit de buitenlucht haalt. In de installaties zuigen ventilatoren lucht naar binnen langs filters waarin de CO2 geabsorbeerd wordt. Wanneer het filter verzadigd is met CO2, worden ze afgesloten van de buitenlucht en verhit tot 100 oC. Door de hitte wordt de CO2 uit het filter verwijderd en vervolgens opgeslagen. Uit de opslag wordt de CO2 afgevoerd naar het bedrijf Carbfix, dat het gas injecteert in poreuze basaltlagen waar de CO2 wordt vastgelegd als carbonaat. De capaciteit van de installatie is 4000 ton CO2 per jaar. Dat is weinig vergeleken met de jaarlijkse wereldwijde uitstoot van bijna 50 miljard ton (50 Gton) CO2 per jaar, maar de verwachtingen van deze techniek zijn hoog. Climeworks bouwt nu een grotere installatie die jaarlijks 36.000 ton CO2 uit de lucht gaat halen. In 2030 wil Climeworks de capaciteit hebben opgeschaald naar 1 Mton per jaar, oplopend tot 1 Gton per jaar in 2050. De kosten van de techniek zijn ongeveer 600 euro per ton CO2, na opschalen kan dat afnemen tot ongeveer 150 euro per ton. Naast Climeworks (Zwitserland) zijn ook Carbon Engineering (Canada) en Global Thermostat (Verenigde Staten) actief op dit gebied. Op de TU Eindhoven wordt gewerkt aan een elektrochemische techniek om de CO2 uit het absorptiemiddel los te weken. Dit kan de CO2-verwijdering efficiënter maken dan de huidige processen, die veel energie vragen [Volkskrant].

Momenteel draaien er wereldwijd 27 afvang-installaties die samen 37 Mton CO2 afvangen, ongeveer 0,1% van de wereldwijde uitstoot. Om de atmosfeer te ontlasten moet er jaarlijks 5 tot 10 Gton CO2 worden afgevangen. Daarvoor zijn er 70 tot 100 te bouwen afvang-installaties per jaar nodig. Met de huidige plannen wordt dat niet gehaald [IPCC].

Het bedrijf Carbyon ontwikkelt een techniek om kooldioxide gemakkelijk uit de lucht te halen. Er wordt op een drager een dun laagje materiaal aangebracht dat reageert met kooldioxide. De kooldioxide hecht zich aan het materiaal waardoor de lucht van CO2 wordt ontdaan. Volgens Carbyon gaat deze methode 100 maal sneller en vergt veel minder energie dan de gebruikelijke methoden. In 2030 moet jaarlijks ongeveer 5 megaton CO2 kunnen worden afgevangen, in 2050 moeten dat honderden miljoenen tonnen zijn. Het bedrijf heeft inmiddels 25 miljoen euro opgehaald bij investeerders om de techniek te ontwikkelen [Volkskrant].

Verwijderen van kooldioxide uit zee

Oceanen nemen veel kooldioxide uit de atmosfeer op, ze vormen een koolstofput. Een liter zeewater kan 150 keer zoveel CO2 bevatten als een liter lucht. Kooldioxide uit de zee verwijderen levert dan meer op dan uit de lucht. Het kost ongeveer 500 euro om een ton CO2 uit de lucht te halen. Dit is veel meer dan de prijs voor CO2 emissierechten die nu rond 80 euro per ton ligt. Rond de evenaar draaien echter energiecentrales, die energie halen uit de warmteverschillen in zeewater, de zogenaamde OTEC-centrales (Ocean Thermic Energy Conversion). Na de energieconversie zou een extra stap kunnen worden toegevoegd om de kooldioxide uit het zeewater te halen, de centrale zelf kan daarvoor de energie leveren. De kosten worden dan geschat op 15 tot 35 euro per ton CO2. Een andere optie is om bestaande ontziltingsinstallaties aan te passen zodat ze ook CO2 uit het zeewater halen [Volkskrant].

Afvangen en opslaan van kooldioxide

Op plaatsen waar lokaal zeer veel CO2 vrijkomt, kan deze worden afgevangen en opgeslagen (CCS, Carbon Capture and Storage). Dit kan bijvoorbeeld bij elektriciteitscentrales gestookt met steenkool of aardgas, bij raffinaderijen en bij de staalindustrie. De afgevangen industriële CO2 wordt, op grote diepte, geïnjecteerd in poreuze aardlagen en oude gas- en oliereservoirs. Op grote diepte, meer dan een kilometer onder de grond, zijn de temperatuur en druk zo hoog dat de kooldioxide superkritisch wordt: een bijna vloeibare staat waardoor grote hoeveelheden kunnen worden opgeslagen. Poreus gesteente werkt als een soort spons die de koolstofdioxide vasthoudt. In poreuze gesteenten, die gevuld zijn met zout, lost de kooldioxide op in de pekel. De CO2 gaat vervolgens reacties aan met gesteentes waardoor nieuwe mineralen ontstaan. Door injectie van CO2 in olie en gasvelden kan, door de druk, het laatste beetje energie omhoog gepompt worden; de CO2 blijft achter in de grond. Lege olie en aardgasreservoirs zijn ideale geologische opslagplaatsen; zij hebben al miljoenen jaren koolwaterstoffen weten vast te houden en kunnen ook CO2 vasthouden [Volkskrant].

De plannen om de CO2-uitstoot van twee nieuwe kolencentrales op de Maasvlakte en een centrale in de Eemshaven af te vangen en vervolgens op te slaan in oude gasvelden in de Noordzee werden niet doorgezet vanwege de financiële risico's. De CO2-prijs, 5 euro per ton, was in die tijd veel te laag om deze projecten rendabel te maken. Een nieuw plan voor opslag van CO2 in een leeg gasveld onder de Noordzee wordt uitgevoerd door Porthos, een samenwerkingsverband van het Havenbedrijf Rotterdam, Gasunie en EBN (Energie Beheer Nederland). Porthos heeft van de Europese Unie 100 miljoen euro subsidie gekregen voor het aanleggen van infrastructuur in de vorm van pijpleidingen, een compressorstation en voor de ombouw van een bestaand boorplatform in zee. In september 2024 werd een begin gemaakt met de bouw van Porthos. Een dikke buis, die door de Botlek, de Europoort en de Maasvlakte loopt, voert vanaf 2026 CO2 af afkomstig van de bedrijven Shell, ExxonMobil, Air liquide en Air Products. Als het systeem in 2026 operationeel is zal jaarlijks 2,5 miljoen ton koolstofdioxide in een leeg gasveld worden opgeslagen, gedurende 15 jaar, tot een totaal van 37 Mton. Ter vergelijking, in 2020 was de totale jaarlijkse uitstoot in Nederland 164 Mton CO2-equivalent. Met Porthos reduceert de Rotterdamse haven ongeveer 10% van zijn jaarlijkse uitstoot. De vier aangesloten bedrijven krijgen subsidie voor de opslag, hiervoor is een bedrag van twee miljard euro gereserveerd. De kosten van opslag waren in 2021 ongeveer 80 euro per ton CO2. Hoeveel er precies aan subsidie wordt uitgekeerd hangt af van de prijs van de CO2-rechten de komende jaren. Hoe hoger de prijs daarvan, hoe minder subsidie er nodig is. Eind 2021 bewoog de prijs van een ton CO2 zich tussen de 60 en 80 euro. Het verschil met de kostprijs van 80 euro wordt bijgepast vanuit de pot van twee miljard euro [Volkskrant].

Porthos is nog maar het begin van de Nederlandse ambities voor opslag van CO2. Er wordt druk gewerkt aan een ongeveer tien keer zo groot project, het Aramis-project van Gasunie, EBN, TotalEnergies en Shell. Dit project beoogt om de CO2 van bedrijven uit heel Nederland en daarbuiten, op te slaan in een leeg gasveld onder de Noordzee. In het Aramis-project wordt onderzocht of er een terminal gebouwd kan worden waarin schepen kunnen afmeren, geladen met CO2. Vanuit de terminal wordt de CO2 dan opgeslagen in een leeg gasveld. Zo kunnen bedrijven die niet rechtstreeks aangesloten zijn op een pijpleiding ook hun CO2 laten opslaan. Het is de bedoeling om daarbij zoveel mogelijk gebruik te maken van de bestaande gas-infrastructuur op de Noordzee. De betrokken partijen verwachten in 2025 jaar het definitieve investeringsbesluit te kunnen nemen voor Aramis [Volkskrant].

Duitsland gaat CO2 onder de zeebodem opslaan om het land in 2045 klimaat neutraal te krijgen. Bedrijfstakken waarbij veel CO2 bij vrijkomt en die lastig te verduurzamen zijn, zoals de cementindustrie, moeten straks kooldioxide kunnen afvangen en het vervolgens onder de Noordzee opslaan. Ook elektriciteitscentrales op gas kunnen gebruik maken van de opslag [Volkskrant].

In Noorwegen, bij de stad Bergen, is een grote installatie gebouwd voor de opslag van kooldioxide. De kooldioxide wordt daarbij in vloeibare vorm, per schip, aangevoerd. De CO2 wordt vervolgens vanuit het schip overgepompt in de opslagtanks van de installatie en van daaruit, via een pijpleiding over de zeebodem, naar een opslagplek getransporteerd, op ongeveer 100 km uit de kust. Daar wordt de kooldioxide, ruim 2,5 km onder de zeebodem, opgeslagen [Volkskrant].

Opslag van kooldioxide in bomen en planten

Opslag in bomen. Bomen nemen CO2 op om te kunnen groeien, het zijn natuurlijk koolstofputten. Met de aanplant van bomen wordt CO2 vastgelegd; 50 groeiende bomen nemen in een jaar ongeveer één ton CO2 op. Bomen vangen in Nederland 3 tot 4 miljoen ton CO2 op, ongeveer 2 procent van de totale uitstoot. Wereldwijd slaan bossen nu een derde van de mondiale CO2 uitstoot op. Ze zijn ook van belang voor de biodiversiteit. Bossen worden echter in hoog tempo opgeofferd aan landbouw, mijnbouw en de houtindustrie. In 2020 is er in totaal 25,8 miljoen hectare aan bos gekapt, een gebied even groot als het oppervlak van het Verenigd Koninkrijk. Sinds 1990 werden er van iedere 100 bomen, tien gekapt en kwamen er zes bij. Vooral in Brazilië, Indonesië en Tanzania worden veel bomen gekapt, terwijl er in China en Kenia veel bomen worden geplant. Op dit moment is 7% van Kenia bedekt door bossen. De regering wil dit verhogen naar meer dan 10% om de opwarming van de aarde tegen te gaan. In Brazilië wordt de trend gekeerd, daar heeft een rechter een veehouder in het Braziliaanse Amazonegebied een boete van 47,5 miljoen euro opgelegd voor het illegaal verwijderen van 5600 hectare bos. Op de klimaattop in Glasgow is afgesproken om de ontbossing in de wereld, een bron van broeikasgasemissies, te stoppen tegen het jaar 2030 en zelfs te keren. In 2032 moeten 15 miljard nieuwe bomen zijn geplant [Volkskrant].

Opslag in mangrovebossen en zeegrasvelden. Mangrovebossen en zeegrasvelden kunnen veel sneller en efficiënter koolstofdioxide opnemen en opslaan dan bossen op land. Mangrovebossen en zeegrasvelden blijken ook belangrijk te zijn voor het tegengaan van de gevolgen van klimaatverandering. De begroeiing vermindert de golfslag en remt de kracht van de stroming. De planten houden het meegevoerde zand vast waardoor het land meestijgt met de zeespiegel. Mangrovebossen en zeegrasvelden vormen zo natuurlijke buffers tegen stormen, overstromingen en erosie en halen daarnaast ook CO2 uit de lucht [National Geographic].

Groeiende planten. Groeiende planten nemen CO2 op. Ze kunnen worden gekweekt en geoogst als biomassa en verbrand om energie op te wekken. De CO2 moet dan worden afgevangen en opgeslagen om te voorkomen dat het weer in de atmosfeer terecht komt. Ook zeewier neemt CO2 om te groeien. Door zeewier te telen en naar de zeebodem af te laten zinken wordt CO2 opgeslagen of omgezet in sediment. Bijkomende voordelen zijn; zuurstofrijker zeewater en een gezondere kustlijn [National Geographic].

Opslag van kooldioxide in materialen

Olivijn en basalt. Kooldioxide kan ook vastgelegd worden in materialen waarmee het uit de atmosfeer verdwijnt. Er zijn ideeën om CO2 te binden met olivijn, een mineraal dat bestaat uit magnesium, ijzer en een beetje nikkel. Door water en kooldioxide verweert olivijn en wordt de kooldioxide opgesloten in zout bicarbonaat. Dat slaat in de bodem neer als kalk, daarmee is CO2 uit de atmosfeer verwijderd. Er zijn de afgelopen jaren verschillende proeven genomen met olivijn. Uit al deze proeven blijkt dat olivijn CO2 vastlegt. Bij Deltares in Delft loopt nu een veldproef van twee jaar om het effect van olivijn te meten. In theorie kan 1 kilogram olivijn 1,25 kilo CO2 aan de atmosfeer onttrekken. In IJsland loopt een proef waarbij CO2 wordt geïnjecteerd in basaltlagen. Ook basalt bindt het CO2 in carbonaatmineralen waarbij het CO2 verdwijnt. Vermalen basalt kan ook uitgestrooid worden over land om CO2 uit de lucht te halen, daardoor wordt de bodem ook vruchtbaarder. Olivijn bevat veel minder voedingsstoffen dan basalt en bevat nikkel wat niet goed is voor landbouwgrond. Vijf kilogram basaltstof per vierkante meter, over een gebied van 55.000.000 m2, neemt 50 jaar lang 2,5 gigaton koolstofdioxide per jaar op. Een andere mogelijkheid is om vergruisd olivijn en basalt in zeewater te strooien en op die manier CO2 uit het zeewater te halen [Volkskrant].

Opnemen in steen. Baksteenproducent Vandersanden ontwikkelde de carbo-steen, een steen bestaande uit een mengsel van de restproducten van de staalindustrie (carbinox en stinox zand) en fijn zand. Deze innovatieve steen hardt uit door opname van CO2 en niet door verhitten in ovens. De steen reduceert daarmee niet alleen de CO2-uitstoot maar verwijdert zelfs CO2 uit de atmosfeer. Het bedrijf staat op het punt om de eerste fabriek, voor productie van deze stenen, te bouwen [Volkskrant].

Gebruik van kooldioxide als grondstof

CO2 voor de tuinbouw. Niet alle in Nederland geproduceerde CO2 wordt in de atmosfeer uitgestoten. Een deel van de CO2 geproduceerd door raffinaderijen en elektriciteitscentrales wordt, in Nederland, in de tuinbouw, gebruikt om planten sneller te laten groeien. Zo ligt er een pijpleiding die de CO2, afkomstig van een Shell raffinaderij in Pernis, transporteert naar kassen in het Westland. Daar wordt de CO2 gebruikt om onder andere tomaten te kweken. De afvalenergiecentrale AVR wil CO2 afvangen en dat met vrachtwagens naar kassen in de buurt transporteren. Ook bij de vuilverbrandingsinstallatie in Duiven wordt gewerkt aan een afvanginstallatie voor CO2.

CO2 als grondstof in productieprocessen. Methanol wordt nu geproduceerd uit aardgas en steenkool waarbij CO2 vrijkomt. Kooldioxide kan, samen met waterstof, ook omgezet worden in methanol waarbij CO2 uit de atmosfeer wordt verwijderd. In China is de eerste fabriek in de wereld geopend die op commerciële schaal kooldioxide omzet in methanol. De fabriek kan jaarlijks 160 kton CO2 omzetten in 110 kton methanol. Er wordt gewerkt aan het opzetten van een tweede CO2-naar-methanolfabriek. De methanol kan op zijn beurt weer omgezet worden in een kunststof. Op deze wijze kan CO2 gebruikt worden als grondstof voor het produceren van kunststoffen. Kunststoffabrikant Covestro claimt dat dat zijn matrassen voor 20% afkomstig zijn van hergebruikt CO2. KLM heeft een lijnvlucht uitgevoerd waarbij de normale kerosine voor een klein deel was vervangen door hernieuwbare kerosine geproduceerd uit CO2. Er wordt verder onderzocht of CO2 kan worden omgezet in producten zoals alcohol en benzine. Algen kunnen bijvoorbeeld CO2, met zonlicht en water, omzetten in een waardevol product als melkzuur. Met behulp van zonlicht en katalysatoren kan het fotosynthese proces in planten worden nagebootst. Daarmee kunnen uit CO2, synthetische brandstoffen worden geproduceerd [Volkskrant].

Geo-engineering

Geo-engineering is een verzamelnaam voor technologieën die wereldwijd ingrijpen op het klimaat met als doel de opwarming van de aarde tot staan te brengen. Voorbeelden hiervan zijn massale herbebossing, CO2 op grote schaal uit de lucht halen, ijzerbemesting van oceanen zodat plankton CO2 opneemt, aerosolen in de atmosfeer injecteren om de instraling van de zon te verminderen en ruimtespiegels of een reusachtige ruimteparasol, met een oppervlak ter grootte van Europa, om het zonlicht van de aarde weg te houden. De meeste technieken zijn echter in ontwikkeling en op dit moment relatief duur om uit te voeren. Verder is er geen duidelijkheid over eventuele schadelijke bij-effecten van de verschillende technieken. En dan is er nog de vraag; wie gaat bepalen welke maatregel genomen gaat worden. Om die redenen is het onderzoek; naar het manipuleren van de zonnestraling die de aarde ontvangt; controversieel. Het is controversieel omdat dat mogelijk regionaal tot rampzalige effecten kan leiden. Desondanks neemt het onderzoek naar SRM (Solar Radiation Modification) in de laatste jaren flink toe is. Het idee van SRM is het beïnvloeden van de stralingsbalans van de aarde: door meer straling te weerkaatsen is er minder straling om de aarde op te warmen. Dat weerkaatsen kan door wolken reflecterender te maken, door spiegels in de ruimte te plaatsen of door weerkaatsende deeltjes in de atmosfeer te spuiten. Voor wat betreft het idee van ijzerbemesting van oceanen, er kan beter gezorgd worden voor toename van de walvisstand. Een toename van walvissen heeft namelijk een positief effect op de opname van CO2 uit het zeewater. De walvispoep is een voedselbron voor fytoplankton en dit fytoplankton neemt door de fotosynthese veel CO2 op. Dus hoe meer walvissen, hoe meer fytoplankton en hoe meer CO2 uit de oceaan wordt opgenomen [Volkskrant], [New Scientist], [NRC].