De kooldioxide-economie, de volgende revolutie in de chemie

Kooldioxide is geen afval maar een grondstof. Dat was het uitgangspunt van de conferentie van het Duitse nova-Institut, een van de eerste CO2-conferenties die in Europa gehouden werd. En wat bleek daar: de chemische wereld zoemt van enthousiasme. Voorbij is de tijd dat iedere chemicus zei, daar kan ik niets mee, dat kost teveel energie. Nee, alles kunnen we er straks mee maken, vooral biobrandstoffen en bioplastics. Als er maar genoeg goedkope energie voorhanden is, uit kunstmatige fotosynthese. Hoewel er mensen zijn die beweren dat de kooldioxide niets met biobased te maken heeft.

CO2 is de enige grondstof die in Europa ruim voorhanden is en die ook nog eens niets kost. ‘De chemische industrie en de fotovoltaïsche industrie werken samen om met behulp van kunstmatige fotosynthese CO2 als koolstofbron te gebruiken en om te zetten in allerhande producten en brandstoffen.’ Zegt het Duitse nova-Institut op haar conferentie over de mogelijkheden van kooldioxide. De respons onder de aanwezige  chemici en technologen bleek groot. Nu is ureum vrijwel het enige product dat grootschalig uit CO2 wordt gemaakt, naast wat methanol en een vingerhoed aspirine.

De oplossing voor het energie-opslagprobleem
Straks vormen kooldioxide en waterstof echter samen het uitgangsproduct voor biobrandstoffen en bioplastics op basis van goedkope elektriciteit uit een, sterk verbeterde, kunstmatige fotosynthese. Dit zou tegelijkertijd een oplossing vormen voor het opslagprobleem van duurzame energie uit zon en wind. Overtollige elektrische energie kunnen we immers gebruiken voor het produceren van waterstof (door het splitsen van water), waarna met kooldioxide wordt omgezet in methaan en methanol. Op dit moment is dat allemaal nogal futuristisch, voor het splitsen van water mag de stroom niet meer kosten dan 0,03 cent per kWh, maar op IJsland draait al een dergelijke installatie voor de productie van methanol op basis van gratis geothermische energie met, per pijpleiding aangevoerde, kooldioxide als grondstof.

Voordat dit economisch Luilekkerland van de kunstmatige fotosynthese met alle  mogelijkheden waarheid wordt, zijn chemici en technologen bezig met de ontwikkeling van een hele reeks producten, vooral afbreekbare bioplastics, methaan, methanol en andere biobrandstoffen. Prototypes, pilotinstallaties en demonstratiefabrieken, het begin van een nieuwe bedrijfstak, zijn onderweg.

Vijf stappen
Nova beschrijft in haar congresboekje de mogelijkheden en de ontwikkeling van de kooldioxide-economie. Deze ontwikkeling beslaat vijf stappen. Het zijn geen stappen die na elkaar moeten worden genomen. Aan alle vijf wordt tegelijk gewerkt. Nova noemt deze ontwikkeling ‘de volgende revolutie in de chemie’.

– De eerste stap behelst de omzetting van overtollige elektrische energie in gas (power-to-gas) op de hierboven beschreven manier. De CO2 in de proeffabrieken komt nu nog uit rookgassen, maar kan later rechtstreeks (stap 5) aan de atmosfeer worden onttrokken.
– De tweede stap betreft het maken van chemische basisproducten en kunststoffen uit CO2. Dergelijke kunststoffen bestaan voor de helft van hun gewicht uit kooldioxide. Ze zijn er al, deze CO2-bioplastics, en kunnen, gemengd met bijvoorbeeld PLA (polymelkzuur) en PHA (polyhydroxyalkanaten), prima worden toegepast als bio-afbreekbare vervangers van de traditionele kunststoffen ABS (acryl-butadieen-styreen) of PS (polystyreen).
– De derde stap gaat over het gebruik van CO2 als koolstofbron voor industriële biotechnologie, bijvoorbeeld voor de snelle groei van algen of zeewieren, waar dan weer andere producten uit worden gemaakt.
– De vierde stap is de kunstmatige fotosynthese. Die is al dichterbij dan we denken: Panasonic toonde deze zomer een werkend prototype dat, met behulp van een nitridechip, mierenzuur produceerde uit CO2. De technologie belooft, dank zij een sterk verhoogd rendement (10 x zo hoog) als natuurlijke fotosynthese, de mogelijkheid om decentraal en milieuvriendelijk brandstoffen, chemische producten en kunststoffen te produceren zonder gebruik te maken van kostbare en beperkt voorradige katalysatoren.
– De vijfde stap tenslotte maakt de winning van CO2 rechtstreeks uit de atmosfeer overal ter wereld mogelijk. Ook op dit gebied draaien al proefinstallaties, en de technologie ontwikkelt zich snel.

Om de hoek
Als we denken dat deze CO2-economie voorlopig nog ver van ons af ligt, dan helpt het nova-Institut ons wel uit de droom: ‘Waarschijnlijk,’ zeggen directeur Michael Carus en medewerker Fabrizio Sibilla, ‘beschikken de Chinezen binnen vijf jaar over een werkbare technologie.’ En als het CO2-plastics gaat, Siemens toonde deze zomer op de Achema een stofzuigerhuis uit dit materiaal.

Om direct de opmerking in de inleiding van dit stuk te ontkrachten: het gaat bij de CO2-economie niet om biobased alleen, maar om een wereld die decentraal in al haar behoeftes zal kunnen voorzien met allerlei technologieën die nu volop in ontwikkeling zijn. Daarbij denken we aan ‘biobased’ met nieuwe, regionale mogelijkheden voor de landbouw en de verwerking van afval; aan kunstmatige fotosynthese om het overschot aan duurzame elektriciteit te verwerken tot nuttige producten of te gebruiken voor ontzilting van zeewater; aan het maken van afbreekbare biokunststoffen; aan het vangen van kooldioxide uit de lucht; en aan het produceren van voldoende voedsel. Alleen wel allemaal op een heel andere manier dan zoals we het nu nog doen.