Opties voor afvangen en omzetten CO2

Dat stelt een groep Delftse en Californische onderzoekers in een artikel in Nature Catalysis. Ze hebben de verschillende ideeën hierover gebundeld. Waar liggen de kansen? Wat zijn de bottlenecks? En welke combinaties zijn er mogelijk?

Drie opties

Op dit moment vergt zowel het afvangen van CO₂ als de elektrochemische CO₂-conversie veel energie, maar een synergetische koppeling tussen de twee processen kan de energie-efficiëntie van het systeem verbeteren en de kosten verlagen. Delftenaar David Vermaas: "In onze publicatie gaan we in op drie opties die zo’n koppeling mogelijk maken. De eerste optie beschrijft het achter elkaar zetten van de twee technieken. Je vangt met de ene machine de CO₂ op, en met de andere machine zet je het om. Dat is de makkelijkste route, maar je wint eigenlijk niets met combineren op deze manier, want je moet de CO₂ alsnog vrijmaken van de vloeistof waarmee hij wordt afgevangen. Optie twee is dat je de twee reacties binnen één machine combineert. Daarmee bespaar je al wat materialen. De derde route is dat je een directe reactie maakt van de CO₂ die is gebonden aan de afvangvloeistof. De CO₂ reageert dan vanuit een zogenoemde complex-vorm."

Energiebesparing

In het artikel wordt geschat hoeveel energie er kan worden bespaard met het combineren van CO_2-capture en CO_2-conversie. Vermaas: "Theoretisch kost het concentreren van CO₂ uit lucht of water ongeveer 20 kJ per mol CO₂. In de praktijk is dat 100-300 kJ/mol als je dat in een afzonderlijke stap doet, omdat de hele vloeistof met CO₂ erin moet worden aangepakt. Door de CO₂-complexen direct te laten reageren, kun je naar die thermodynamische limiet van 20 kJ/mol, bovenop de gebruikelijke energie voor de CO₂-conversie. Energieconsumptie is de belangrijkste bottleneck voor het afvangen van de CO₂, dus dit kan een belangrijke stap zijn."

Raadsel

Er is echter nog een lange weg te gaan. "Er is nog maar weinig bekend over de reactiemechanismen van de derde route", aldus Vermaas. "Ook weten we eigenlijk nog niet welke katalysatoren we daarvoor moeten gebruiken. Deze route zou – theoretisch gezien – een hele hoge stroomdichtheid kunnen halen, omdat de CO₂ geconcentreerd is. Dus een hoge omzettingssnelheid, waarbij je veel CO₂ per seconde kunt omzetten. In de praktijk valt dat enorm tegen. Waarom dat zo is, is mij nog niet duidelijk. In ieder geval moet de reactiesnelheid verhoogd worden. Dat gegeven – dit wetenschappelijke raadsel – intrigeert mij mateloos."

Diffuus

Als het gaat om bronnen waarvan CO₂ kan worden afgevangen, dan valt er een onderscheid te maken tussen puntbronnen en diffuse bronnen. Puntbronnen lozen hun vervuiling vanuit een vast, aanwijsbaar punt; bijvoorbeeld een schoorsteen van een elektriciteitscentrale. Daardoor zijn ze relatief eenvoudig aan te pakken. Een diffuse bron is niet eenduidig op een bepaalde plek aan te wijzen. Bij diffuse bronnen kun je bijvoorbeeld aan de uitstoot van gewassen en dieren in de landbouw denken, maar ook aan uitlaatgassen uit de vervoerssector of de verwarming van je huis.

Vermaas: "Op dit moment is veertig procent van de CO₂-uitstoot afkomstig van diffuse bronnen, en dat aandeel zal relatief groeien omdat we afstappen van kolencentrales en vervuilende fabrieken. Hoe je het wendt of keert, het zal áltijd nodig zijn om CO₂ af te vangen uit diffuse bronnen. Dus uit de lucht of uit ons zeewater. Vervolgens zet je die CO₂ om in iets nieuws. Hoewel de wereld in 2050 CO₂-neutraal wil zijn, zullen we tien tot vijftien procent van onze energie blijven halen uit traditionele brandstoffen. Dat betekent ook dat we een CO₂-equivalent van tien tot vijftien procent van ons totale energieverbruik moeten afvangen en omzetten. Op dit moment zijn we nog niet zo ver. Nog lang niet zelfs."