CCU, het proces waarmee we kooldioxide vangen en bewerken tot waardevolle brandstoffen, chemicaliën en materialen, wordt deze eeuw misschien heel belangrijk. CCU kerosine kan bijvoorbeeld veel beter zijn dan kerosine uit biomassa, als we niet meer vliegen op fossiele kerosine. En CCU chemicaliën hebben misschien een veel lagere footprint dan biobased chemicaliën.
Deze week organiseert nova-Instituut in Keulen een conferentie over kooldioxide als grondstof voor brandstoffen, chemicaliën en kunststoffen, al voor de zevende keer. Voorafgaand aan de conferentie publiceerde het instituut het rapport ‘Hitchhiker’s Guide to Carbon Capture and Utilization’.
Een mysterie opgehelderd
‘Voor veel mensen is CCU een mysterie en zelfs experts denken vaak dat de toepassing ervan iets is voor de toekomst en nog tenminste 50 jaar zal duren,’ schrijft nova-Instituut in zijn persbericht. Maar: ‘de CCU revolutie is al gaande!’ Om deze claim te onderbouwen noemt het nova rapport de eerste 20 (semi-)commerciële fabrieken die al draaien of nu gebouwd worden. Deze technologie heeft een bron van koolstof nodig, welke dat is maakt niet zoveel uit. De energie voor het bewerken van de CO2 moet van duurzame oorsprong zijn, anders is er geen milieuvoordeel boven andere productiemethoden.
CCU totaal anders dan CCS, Carbon Capture and Storage. Hier wordt kooldioxide alleen maar ondergronds opgeslagen om te voorkomen dat het in de atmosfeer komt. Dit is economische onzin. Het kost alleen geld en levert niets op. Als we echt de uitstoot van CO2 zouden willen terugdringen, zouden we dan niet nog een keer kunnen kijken naar efficiënter energiegebruik? Daarbij investeren we ook kapitaal, maar we krijgen er tenminste iets van terug in de vorm van lagere brandstofkosten. Net iets minder strakke voorwaarden voor investeren in doelmatig energiegebruik zou misschien al genoeg zijn. Of investeren in CCU – zelfs al moeten we erkennen dat de afvangst van CO2 veel te klein zal zijn om invloed te hebben op klimaatverandering.
Argumenten voor CCU kerosine
Laten we eens kijken naar CCU kerosine, voor de tijd waarin we geen gebruik meer willen maken van aardolie. Nova maakt duidelijk dat de argumenten hier alleen gelden voor sectoren die geen gebruik kunnen maken van elektrische voortstuwing: vliegverkeer en zeescheepvaart. In deze sectoren zijn vloeibare brandstoffen noodzakelijk, nog een hele tijd. Hier heeft CCU kerosine duidelijke voordelen boven kerosine uit biomassa: lagere footprint en veel minder ruimtebeslag. De auteurs zien voor zich dat CCU kerosine gemaakt zal worden uit een of andere bron van kooldioxide, samen met waterstof gemaakt met duurzame elektriciteit. Bij voorkeur in zeer zonnige streken als woestijnen. Op basis van onderzoek van Tim Searchinger stellen zij het netto rendement van de omzetting van zonlicht in biomassa op 0,1 tot 0,2%. Vergeleken met een rendement van moderne zonnecellen van 20% (en meer in de toekomst) betekent dit dat we tenminste 100 keer zoveel land nodig hebben voor kerosine uit biomassa als voor kerosine gemaakt met zonnecellen. Het rendement van biomassaproductie lijkt me erg laag, maar zelfs als dit tien keer zo hoog zou zijn, zou de redenering nog steeds gelden. Let wel: de redenering is onafhankelijk van de bron van kooldioxide, hoewel het resultaat met CO2 van biologische oorsprong nog beter zou zijn. ‘Luchtvaart groeit bovengemiddeld,’ zo gaat het rapport verder, ‘en tot nu toe zijn er weinig tot geen ideeën over de omvorming tot een duurzame bedrijfstak zonder groot klimaateffect. CCU kerosine is de oplossing.’ En als we kerosine op deze manier maken, vermijden we ook de risico’s van onoordeelkundige landbouw, zoals verlies van soortenrijkdom, uitputting van grondwater en uitspoelen van nitraten.
Economisch potentieel
Maar in werkelijkheid gaat het natuurlijk niet zo gemakkelijk. Het maken van kerosine moet betaalbaar zijn, en dit hangt in de eerste plaats af van de prijs van duurzame elektriciteit. Als vuistregel stelt nova dat deze wijze van produceren concurrerend wordt met fossiele brandstoffen bij een elektriciteitsprijs van 1,5 tot 2 eurocent per kWh; en met biobrandstoffen bij een elektriciteitsprijs van 3 tot 4 eurocent per kWh. Op dit moment, zegt nova, is er maar heel weinig duurzame elektriciteit te koop voor deze prijzen, en gewoonlijk slechts gedurende beperkte tijd. Toch zijn er CCU fabrieken: daar waar CO2 en waterstof samen aanwezig zijn in afgassen (bijvoorbeeld syngas uit de staalindustrie), of waar duurzame elektriciteit heel goedkoop is, zoals waterkracht in Noorwegen of Canada. Maar, zegt nova, enerzijds daalt de prijs van duurzame elektriciteit voortdurend; en anderzijds is er steeds vaker een overschot aan duurzame elektriciteit. Dus waarom zouden we deze overschotten niet gebruiken voor het maken van biobrandstoffen, zeker daar waar de overheid wettelijk verplicht is de opwekkers te compenseren voor hun niet-verkochte stroom?
CCU chemicaliën komen eraan
We hebben het tot nu toe alleen gehad over het maken van kerosine. Maar de argumenten gaan ook op voor het maken van chemicaliën. Nova heeft 70 CCU-projecten opgespoord. Ze noemen 13 bedrijven met 20 projecten die van de grond zijn gekomen: in aanbouw of in bedrijf, demo of commercieel. Deze fabrieken maken vele soorten producten: brandstoffen (methaan, methanol, ethanol, n-butanol, kerosine, dieselolie, nafta, was) en chemicaliën en kunststoffen (organische zuren, polycarbonaten, polyolen, polyurethanen, PHA’s, spirulina, eiwitten, kleurstoffen). De oudste fabriek, die staat in Taiwan, eigendom van het Japanse bedrijf Asahi Kasei, maakt polycarbonaten sinds 2007 met een capaciteit van 150 kt/jaar. Eerder schreven we al over Lanzatech (een ethanolfabriek draaiende, vier in aanbouw), Newlight Technologies (een PHA-fabriek, draaiende) en Photanol (organische zuren met behulp van cyanobacteriën, nog in de planning). Nova schrijft dat de meest geavanceerde technologie bij het maken van materialen uit CO2 al in 2007 werd ontwikkeld door het Duitse bedrijf Covestro AG. Hun cardyon® technologie gebruikt epoxiden uit CO2 afgevangen bij het maken van ammoniak, en een polyol die samen een polyetherpolycarbonaat polyol maken (5 kt/jaar), te gebruiken voor polyurethaan in flexibele schuimen. De matrassen die zij hiermee maken bevatten wel tot 20% CO2. Voor al deze producten en productieroutes geldt hetzelfde argument: vanuit duurzaamheid bekeken is het maken uit CO2 beter dan het maken uit biomassa.
Maar verrassend genoeg kennen veel beleidsmakers het potentieel van carbon capture and utilization niet. In de onderhandelingen voorafgaand aan het formuleren van een nieuwe Duurzame Energierichtlijn van de EU, moesten beleidsmakers worden overtuigd van de goede argumenten voor CCU. Deze techniek staat nu wel in de nieuwe richtlijn, hoewel nova signaleert dat deze nog niet gelijk wordt behandeld met het maken van stoffen uit biomassa. ‘Een van de belangrijkste doeleinden, in de ogen van veel CCU experts,’ concludeert nova-Instituut, ‘zou zijn het verplicht stellen van quota voor CCU kerosine, internationaal zo snel mogelijk in te voeren.’
Interessant? Lees dan ook:
Bioplastics uit kooldioxide, nieuw en afbreekbaar
Duurzame koolstof, de sleutel tot een duurzame chemische industrie
Efficiënter biomassagebruik in de biobased economy