Benzine uit lucht en water, zin en onzin

In kranten en op TV wordt de laatste weken veel aandacht besteed aan het maken van brandstoffen als benzine en diesel uit kooldioxide en water. Soms met sensationele koppen zoals in The Independent van 19 oktober: ‘Exclusief: Innovatieve wetenschappers maken benzine uit lucht in een geweldige stap in de strijd tegen de energiecrisis’. Ook Nederlandse media namen dit bericht over. Maar was dit echt zo revolutionair? We moeten wel het kaf van het koren blijven scheiden.

Fundamentele problemen
Aan het maken van brandstoffen uit CO2 (van bijvoorbeeld kolen- of gasgestookte centrales, of gewonnen uit de lucht) wordt al heel lang gewerkt. In Japan bijvoorbeeld sinds de jaren tachtig in een instituut dat RITE heet. Ook in bijv. IJsland wordt eraan gewerkt. De aanpak zoals besproken in The Independent roept echter vele vragen op en lijkt op fundamentele problemen te stuiten. RITE in Japan is daarom, bij mijn weten, met dergelijk onderzoek weer gestopt.

De in The Independent aangehaald onderzoekers willen CO2 uit de lucht halen en dat laten reageren met waterstof, die ze krijgen door elektrolyse van water (met elektriciteit uit het net). Dit is technisch uitvoerbaar. Meestal wordt bij het maken van brandstoffen uit CO2 gedacht aan het maken van methanol of methaan. Maar het maken van benzine kan in principe ook. Bijna altijd wordt dan gewerkt aan het laten reageren van waterstof met CO2. Dat roep de vraag op: hoe komen we aan die stoffen?

Hoe komt men aan waterstof?
– Waar komt de waterstof vandaan? Dit moet je maken, bijv. uit water, en dat kost energie.
– Waterstof kun je ook maken uit bijvoorbeeld steenkool of methaan (of biomassa). Als je dit waterstof vervolgens gebruikt om er met CO2 een brandstof van te maken, is het verstandiger de steenkool, methaan of biomassa rechtstreeks hiervoor te benutten.
– Als je waterstof door elektrolyse uit water haalt, is het dan niet zonde om dit schone waterstof vervolgens weer te vervuilen met CO2? De waterstof kun je immers ook rechtstreeks als brandstof gebruiken (bijv. in een waterstofauto).
– De elektriciteit die je gebruikt om waterstof te produceren, zou je ook direct in de transportsector kunnen gebruiken, als je elektrische auto’s hebt; waarom doe je dat niet?
–  Bij omzetting van elektrische energie in chemische energie (eerst in waterstof; daarna in een koolwaterstof) gaat behoorlijk veel energie verloren; zijn dergelijke omzettingen dan wel verstandig?
– Zolang je elektriciteit uit het net gebruikt, en dit in de praktijk grotendeels uit koolwaterstoffen wordt gewonnen (vooral kolen, olie of gas), is het wel heel omslachtig en inefficiënt om hiermee vervolgens weer opnieuw koolwaterstoffen te maken.

Hoe komt men aan CO2?
– Waar komt de CO2 vandaan? Hoeveel energie kost het om de CO2 te verkrijgen, en kun je die energie niet verstandiger gebruiken?
– Het winnen van CO2 uit de lucht om het vervolgens als grondstof te kunnen gebruiken is een zeer duur en energievretend proces; de brandstof die je ermee wilt maken kost veel meer energie (in het maakproces) dan die oplevert (bij de verbranding ervan). Ben je dan wel verstandig bezig?
– Als we straks CO2 uit de lucht halen, dan doen we dat om de concentratie van CO2 in de lucht te verlagen (en zo het broeikaseffect wat te temperen). Het lijkt dan niet verstandig die CO2 daarna toch weer naar lucht te lozen (door er brandstof – bijvoorbeeld methanol of benzine – van te maken en deze brandstof in de transportsector te gebruiken).
– Bij het maken van brandstof uit CO2 wordt gedacht aan het (op termijn) gebruiken van elektriciteit uit zonne- of windenergie. Vooralsnog kunnen we die hernieuwbare energie echter beter gebruiken om bijvoorbeeld minder stroom te maken uit steenkool of aardgas.
– Zodra er overschotten aan stroom uit hernieuwbare bronnen ontstaan, wordt het aantrekkelijk deze energie op te slaan. Je kunt dan denken aan opslag in stuwmeren. Of aan het opslaan van elektriciteit in accu’s van auto’s (alle auto’s tezamen bieden hiervoor een enorm vermogen). Daarnaast kun je denken aan het maken van waterstof dat je later – met brandstofcellen – weer in elektriciteit kunt omzetten. En tenslotte kun je denken aan het maken van koolwaterstoffen (methanol; benzine; etc.). Dat laatste is dus niet meer dan één van de vele mogelijkheden.
– Omdat de winning van CO2 uit de lucht, met het doel om er brandstof van te maken, uiterst duur en energievretend is, wordt in de praktijk gedacht aan het gebruik van CO2 uit natuurlijke bronnen of uit industriële processen. Groot bezwaar hiervan is dat hierdoor de uitstoot van CO2 naar de atmosfeer (en verdere ophoping van CO2 in de atmosfeer) gewoon doorgaat.

Kortom
Er wordt al jaren gekeken naar het maken van brandstoffen uit CO2 en water; de optie is daarom niet nieuw. Het lijkt niet verstandig deze optie nu (op grote schaal) toe te passen. Wanneer er een overvloed aan elektriciteit uit zon en wind is en we deze niet direct kunnen benutten, is opslag van de gewonnen energie van groot belang. De vraag is dan wel of je opslag in de vorm van benzine zoals besproken in The Independent moet nastreven. Opslag in een chemische vorm moet energetisch en financieel interessant zijn. Vooralsnog denk ik dat andere vormen van opslag (veel) aantrekkelijker zijn.

Tot slot
Het maken van ‘brandstoffen uit de lucht’ blijft een interessante gedachte. Veel onderzoek wordt gedaan naar de directe omzetting van CO2 uit de  lucht  in brandstoffen door middel van kunstmatige fotosynthese. Bij dit proces werkt men met direct zonlicht, waardoor de meeste besproken problemen worden vermeden. Men spreekt wel van de derde (anderen zeggen: vierde) generatie biobrandstoffen.

Maar het is nog helemaal niet duidelijk welke duurzaam geproduceerde transportbrandstof in de toekomst het belangrijkst zal zijn: benzine (bijv. uit kolen en biomassa, gecombineerd met CCS), methanol, waterstof, elektriciteit, methaan, of een andere brandstof. Maken van benzine uit lucht, zoals door de The Independent besproken, lijkt vooralsnog het minst kansrijk.