Circulair CO2
18 mei 2018 • Ype Wijnia en John de Croon
programma ontwerp
Afgelopen weken waren we aan het rekenen aan duurzame energie. Wat zouden we allemaal moeten doen om echt klimaatneutraal te worden? Daarbij hebben we ook gekeken wat de terugverdientijd van die beheersmaatregelen is. Sommige oplossingen besparen netto al na korte periode CO2 (windmolens en zonnepanelen), voor andere oplossingen duurt dat aanzienlijk langer. Een plotselinge grootschalige implementatie zou dan op korte termijn een forse stijging van CO2 geven. We hebben ook gezien dat een groot deel van onze CO2-voetafdruk zit in de producten (voedsel, kleding, spullen et cetera) die we gebruiken[1]. Tot onze verbazing bleek dat de grondstoffen zelf niet eens de grootste bijdrage leveren, blijkbaar is het verwerken van grondstoffen tot eindproduct ook een energie slurpend proces[2]. Wat we ook hebben gezien is dat sommige producten of diensten op dit moment niet of nauwelijks CO2-vrij te maken zijn. Dat betreft dan voornamelijk het transport op langere afstanden zoals scheepvaart en vliegen. Dat lijkt elektrisch nog niet mogelijk te zijn. En waterstof kan wel, maar het is vanwege de lage dichtheid lastig efficiënt op te slaan en te transporten, terwijl je beide juist moet doen bij de vergroening van de transportsector.
Samenvattend kan je dus stellen dat het op dit moment nog niet mogelijk is klimaatneutraal te leven; onze activiteiten zorgen er hoe dan ook voor dat er CO2 geproduceerd wordt. Op dit moment komt die CO2 in de lucht terecht, en zorgt dan voor opwarming van de aarde. Naast het voorkomen van de productie van CO2 zullen we dus ook iets moeten gaan doen aan het omgaan met de geproduceerde CO2. Grofweg zijn hier twee manieren voor. De eerste is het CO2 op te vangen en apart op te slaan. In Nederland heeft hier een project voor gelopen (CO2 opslag Barendrecht[3]) maar protesten hebben dit uiteindelijk om zeep geholpen. De gedachte was (met de ramp van het Nyosmeer in het achterhoofd[4]) dat CO2 opslag heel gevaarlijk is als er een lek ontstaat, omdat CO2 blijft hangen en dan alles in zijn omgeving kan verstikken. Technisch bleek dit wel mee te vallen (een lekke pijp is iets heel anders dan een meer dat bruist als een Mentos in een fles Cola[5]) maar de toon was gezet. In het regeerakkoord is trouwens stevig ingezet op CO2-opslag als middel om de emissie te verlagen. Technisch kan dit ook heel goed, zeker als je een redelijk hoge concentratie van CO2 hebt, zoals in de uitlaatgassen van een centrale, industrieel fornuis, hoogoven of cementfabriek[6].
Het nadeel is alleen wel dat je, om dezelfde netto output te halen, dus meer fossiele brandstoffen moet verbranden. Dat klinkt niet heel duurzaam. Wat wel kan, hoe sterk het ook tegen het gevoel ingaat, is om de duurzaam geproduceerde energie te gebruiken om CO2 af te vangen[7]. Reken maar na: een kWh niet afnemen van een centrale bespaart 0,6 kg per kWh, terwijl met 1 kWh ook 2,5 kg CO2 onder de grond gestopt kan worden (zie voetnoot 6). Hiervoor hoef je dan geen gram fossiele brandstoffen meer te verbranden. Als je dan het punt hebt bereikt dat er vrijwel geen CO2 meer wordt uitgestoten, kan je langzaam de transitie inzetten, waarbij de centrales dichtgaan en de duurzame elektriciteit direct gebruikt wordt. De geconcentreerde CO2 kan in sommige processen wellicht nog als grondstof ingezet worden. Met een overschot aan elektriciteit kan je zelfs de CO2 weer in brandstof omzetten, om daarmee gebruik van fossiele brandstoffen te beperken.
Deze technologie werkt alleen niet bij een gedistribueerde productie van CO2, zoals bijvoorbeeld auto’s, vliegtuigen, en momenteel ook nog de verwarming van onze huizen. Voor CO2 die eenmaal ontsnapt naar de lucht, neemt de concentratie razendsnel af van iets als 10-20% in de uitlaatgassen tot het basisniveau van 400 ppm in de lucht. Nu klinkt 400 ppm natuurlijk als heel wat (en ten opzichte van het pre-industriele niveau is het ook fors meer) maar ppm staat voor parts per million. Het gaat dus om 0,04%, en dat is heel weinig. Dat het vangen van die eenzame moleculen een stuk moeilijker is snapt iedereen. Maar de cruciale vraag is of het klimaattechnisch ook kan. Het is lastig daar goede informatie over te vinden, maar wat je tegenkomt is heel duidelijk: om z’n lang zal ze leven niet. Het kost ongeveer 3 kWh om 1 kg CO2 uit de lucht te halen, terwijl het gemiddeld 1,8 kg CO2 kost om die 3 kWh te maken[8]. Als je echt duurzame energie over hebt kan het klimaattechnisch wel, maar zolang er nog elektriciteit met fossiele brandstoffen geproduceerd wordt is dit een onzinnige weg. De kosten van deze maatregel worden overigens geschat op iets als duizend dollar per ton CO2, prohibitively expensive dus zoals ze aan de overkant van het water zo mooi zeggen.
Wat qua kosten nog wel kan is CO2-vastlegging met biomassa. Per hectare kan je met een bos ongeveer 5 ton CO2 per jaar vastleggen. Voor landbouwgewassen kan dit oplopen tot wel 20 ton/ha, echter daar is wel kunstmest en diesel voor nodig. Maar, en dat is een hele grote maar, met een hectare zonnepanelen plus windmolens (die kunnen tegelijkertijd op dezelfde grond staan) kan je ongeveer 1000 MWh per jaar produceren[9]. Daarmee kan je dus ongeveer 300 ton CO2 uit de lucht halen. Alhoewel planten in de natuur gratis groeien, wint de inzet van duurzame energie het ruim als het om ruimtegebruik gaat. En ruimte hadden we al niet veel meer door de zeespiegelstijging (zie de column “Spijt spijter spijtst” van 20 april jongstleden).
Deze vergelijking van CO2 vastlegging via planten of industrieel plaatst de gehele discussie over biomassa wel in een ander daglicht[10]. Een van de argumenten voor biomassa is dat sommige toepassingen nu eenmaal brandstoffen nodig hebben (ook onze constatering). Maar op IJsland draait inmiddels een fabriek die met CO2 (geconcentreerd weliswaar) en elektriciteit methanol maakt[11]. Van de elektriciteit die in dit product gestopt wordt komt ongeveer de helft weer vrij bij het verbranden van de methanol, een rendement dus van 50%. Dat proces kan ook werken met CO2 uit de lucht, al neemt het rendement dan af tot 40% omdat er energie gestopt moet worden in het vangen van de CO2. Een zonnepaneel heeft een rendement van ongeveer 20%, en daar blijft dan 8% van over in de vorm van methanol, dat makkelijk op te slaan en te transporteren is. Dat is vele malen beter dan biomassa het doet, daar praat je over een rendement dat 10 keer lager ligt. Biomassa kan je dus beter opeten dan als brandstof gebruiken. Voedsel maken met elektriciteit valt nog immers niet mee. Wij gaan nu trouwens zowel eten als verbranden, de barbecue staat al aan. Op een vuurtje van biomassa (houtskool!) roosteren we andere producten van de zon: asperges, champignons, paprika, courgette en groenteburgers. Als die goed zwart zijn mikken we ze in het vuur, want voor het grillen van vlees kan dat niet heet genoeg zijn. In het kader van de duurzaamheid eten we vandaag trouwens alleen vegetarische dieren. Een prettig lang weekend alvast.
John de Croon en Ype Wijnia zijn partner bij AssetResolutions B.V., een bedrijf dat ze samen hebben opgericht. Periodiek geven ze in deze column hun visie op een aspect van asset management. De columns staan gepubliceerd op de website van AssetResolutions, http://www.assetresolutions.nl/nl/column
[1] CBS heeft net een bericht doen uitgaan dat de CO2 voetafdruk van Nederland is gestegen in het afgelopen jaar vanwege de extra import van spullen: https://www.cbs.nl/nl-nl/nieuws/2018/20/nederlandse-broeikasgasvoetafdruk-in-2017-gestegen
[2] Dat roept onvermijdelijk vragen op over het effect van recyclen. Als de grondstoffen maar een klein deel van de voetafdruk uitmaken dan kan je niet veel verdienen. Anders ligt het natuurlijk bij hergebruik van het product (via kringloopwinkel o.i.d.), daarmee spreid je de productiekosten over meerdere gebruiksjaren. Tenzij je er natuurlijk voor van Groningen naar Maastricht rijdt
[3] https://www.rijksoverheid.nl/binaries/rijksoverheid/documenten/publicaties/2017/01/27/co2-opslag-barendrecht/CO2-opslag+Barendrecht.pdf
[4] https://nl.wikipedia.org/wiki/Nyosmeer
[5] https://www.youtube.com/watch?v=LjbJELjLgZg
[6] Uit een studie van het MIT blijkt de verwijdering van CO2 direct achter een centrale ongeveer 0,4 kWh per kg CO2 te kosten. Per kWh wordt gemiddeld 0,6 kg CO2 geproduceerd. Van een geproduceerde kWh blijft dus 1-0,4*0,6 = 0,75 kWh netto over. https://sequestration.mit.edu/pdf/David_and_Herzog.pdf
[7] Dit lost misschien ook het balanceringsprobleem van duurzame energie op, door de CO2-opslag als buffer te gebruiken
[8] Zie https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3251141/. De directe kosten worden geschat op ongeveer 400 kj/mol, oftewel 3 kWh per kg. Je kan per duurzaam geproduceerde kWh dus 0,3 kg uit de lucht halen, of 0,6 kg uitstoot besparen
[9] Gemiddelde productie 10 MW per km2, 10000 uur in een jaar, 100 ha per km2
[10] https://nioo.knaw.nl/sites/default/files/downloads/150112%20Visiedocument%20biomassa%20KNAW.pdf
[11] Zie http://www.mefco2.eu/references/power-to-methanol-2.php, en dan Keep Reading:
Application of Power to Methanol Technology to Integrated Steelworks for Profitability, Conversion Efficiency, and CO2 Reduction. http://www.mefco2.eu/pdf/2.%20Application%20of%20Power%20to %20Methanol%20Technology%20to%20Integrated%20Steelworks%20for% 20Profitability,%20Conversion%20Efficiency,%20and%20CO2.pdf
<< terug naar overzicht
|
