De ideale biobrandstof: CO2

Uitgestoten CO2 opvangen en recyclen tot product of nieuwe brandstof. Dat lijkt de ideale oplossing voor het klimaatprobleem. Maar kan het ook? De eerste fabriek die de uitgestoten CO2 van een energiecentrale omzet in in brandstof wordt gebouwd in IJsland.

Eén onderwerp blijft praktisch onbesproken in de klimaatdiscussie: recycling van CO2. De enorme toename van CO2 in de atmosfeer maakt krachten los die straks niet meer beheersbaar zijn. Daardoor is dit gas nu verworden tot het meest beruchte afvalproduct van onze tijd.

Toch is het van nature niets meer of minder dan een bouwsteen. CO2 staat aan de basis van al het leven op aarde. Sinds miljoenen jaren zetten planten dit gas met behulp van licht om in koolhydraten om zo flink te kunnen groeien.

Net als de algen die lang geleden in diepere aardlagen terechtkwamen waar ze werden fijn geperst en door de hitte opgekookt totdat een kleverig zwart goedje ontstond: olie. Tijdens het opkoken van die algen kwam ook gas vrij, wat nu bekend staat als aardgas.

Olie en aardgas zijn dus beiden niets anders dan verpakte CO2, net als kolen. Zodra je dat uit de grond haalt en verbrandt, komt alle opgeslagen CO2 vrij. Dat verstoort de normale CO2-kringloop. In de zoektocht naar oplossingen is de nieuwste ontwikkeling: CO2 recyclen tot brandstof.

Opslag van CO2

Tot nu toe zoekt men voor het oplossen van het broeikasprobleem in twee richtingen: terugbrengen van de CO2-uitstoot en opslag van dit gas. Maar opslag van CO2 is alleen zinvol als het na afvang in een zo hoog mogelijke concentratie wordt gebracht, tot wel 90 procent.

Dit proces kost veel energie. Daarbij komt de energie die het kost om dit gecomprimeerde gas naar de plaats van opslag te brengen en het daar onder hoge druk in een ondergronds reservoir te persen. Let wel: elke stap verbruikt fossiele brandstof wat weer leidt tot CO2-uitstoot.

Terwijl met dit gecomprimeerde CO2 allerlei producten zijn te maken, variërend van cement en plastic tot aan synthetische stoffen. Daarmee bespaar je op de grondstoffen die daar anders voor worden gebruikt. Die hoef je dan niet meer te winnen. Of te vervoeren. Dat scheelt enorm veel CO2-uitstoot.

Daarbij krijgt CO2 dat anders in de lucht belandt of onder de grond – en naar boven kan komen – nu een vaste vorm. Recycling van CO2 tot vaste producten draagt dus op meerdere manieren bij aan vermindering van het CO2-gehalte in de lucht. Maar dit bevindt zich veelal nog op het niveau van proefprojecten, hoewel opschaling naar grotere volumes op korte termijn is te verwachten.

Nu is het ook mogelijk om CO2 om te zetten naar brandstof. Dit is zo’n beetje de heilige graal op het gebied van brandstofvoorziening. Maar is gerecyclede CO2 werkelijk de derde generatie biobrandstof waar het wachten op was?

Rijke bron

De eerste fabriek ter wereld die uitgestoten CO2 van een energiecentrale opvangt en omzet tot brandstof wordt gebouwd in IJsland, op zo’n vijftig kilometer ten zuidwesten van Reykjavik, vlakbij de kust. Het is een kaal landschap, nog vol vulkanische activiteit. Onder de grond bevinden zich reservoirs met heet water, de bron van geothermische energiecentrales. Deze gebruiken de stoom die van het kokende water afkomt om turbines aan te drijven en zo elektra op te wekken.

“In deze stoom zitten gassen met een CO2-gehalte van 90 procent”, stelt K-C Tran, directeur van Carbon Recycling International (CRI). “Dat is dus een heel rijke bron.” Maar liefst 45.000 ton CO2 verdwijnt jaarlijks door de schoorstenen van de Svartsengi geothermische energiecentrale in de lucht.

Een deel van die CO2 – 10 procent ofwel 4.500 ton – bereikt straks via lange buizen de nieuwe brandstoffabriek. Synthese met waterstof zorgt voor omzetting van dit CO2 naar methanol. Dat levert 5 miljoen liter hernieuwbare methanol op, dat bruikbaar is als autobrandstof.

Het rijden van een kilometer met M10 (benzine + 10 procent hernieuwbare methanol) kost minder energie dan het rijden van diezelfde afstand met euro 95 én het zorgt voor minder CO2-uitstoot (zie kader).

Deze vergelijking valt in de toekomst nog meer in het voordeel van hernieuwbare methanol uit omdat benzine vaker afkomstig zal zijn van olie die verkregen is door diepzeeboringen of gewonnen is uit teerzanden. Voor de productie van deze benzine is meer energie nodig.

Extra pluspunt is dat de fabriek van CRI draait op geothermische energie, een vorm van hernieuwbare energie, omdat bij goed gebruik het ondergrondse reservoir vol blijft. Zo kun je er na honderd jaar nog water en stoom uit tappen. Daarbij komt wel CO2 vrij, maar dat niveau ligt bij deze IJslandse geothermische centrales tot zes keer lager dan bij de modernste op kolen gestookte energiecentrale.

Algenkweek en afval

Omzetting van CO2 naar brandstof maakt het mogelijk om een gesloten kringloop te creëren, waarbij de opname van CO2 gelijk is aan de uitstoot ervan. Winning van olie, aardgas of kolen is dan niet meer nodig.

Eigenlijk probeert elke biobrandstof dit voor elkaar te krijgen. Maar tot nu toe kleven aan alle biobrandstoffen nadelen. Het concurreert met voedsel, zoals op maïs gebaseerde ethanol. Ook slokt de plantenteelt voor biobrandstoffen – of dat nu gaat om palmoliezaden, suikerriet, soja of gewone grassen – extra landbouwgrond op. Dit leidt tot het kappen van bossen terwijl ontbossing nu al 20 procent van de mondiale CO2-uitstoot veroorzaakt.

Vandaar dat algenkweek ideaal leek. Dat kost geen landbouwgrond en bij proefprojecten ligt de opbrengst aan olie per hectare hoger dan bij welke andere plantensoort.

Maar helaas: algen in een open bassin zijn moeilijk in leven te houden, gesloten reactoren kosten meer energie terwijl daar al teveel van nodig is om algen te oogsten en uit te persen. Ook zijn genetisch gemanipuleerde algen in opkomst, om de opbrengst aan olie en de levensvatbaarheid van het plantje te vergroten. Monsanto komt zo door de achterdeur weer naar binnen. Dit bedrijf investeerde begin dit jaar in één van de meest toonaangevende algenkwekers, Sapphire Energy.

Nu zijn ook afvalstoffen te gebruiken voor het maken van biobrandstoffen. Vele rapporten verwijzen naar resten uit de voedingsindustrie en de bosbouw. Dat klinkt mooi neutraal, maar momenteel wordt wereldwijd tot circa 40 procent van het voedsel verspild. Met alle gevolgen voor het milieu, omdat daarmee ook het voor plantenteelt verbruikte water voor niets is verdampt. Het vele waterverbruik is weer een belangrijke oorzaak van verwoestijning. Minder verspillen is dus beter dan verbranden. En wie garandeert dat die ‘resten uit de bosbouw’ niet afkomstig zijn van illegaal gekapt hout?

Op de keeper beschouwt zijn er weinig afvalstoffen waarvan je wél wilt dat die in de prullenbak belanden. Daarbij: vervoer van al die kleine restjes naar de brandstoffabriek kost ook weer energie en in totaal levert dat nog te weinig op om de hele brandstofmarkt te verduurzamen.

Derde generatie

Er is maar één afvalstof waar rijkelijk veel van is, ook al zouden we dit per direct drastisch willen terugbrengen, en die ook nog eens overal lokaal voor handen is: CO2. Vandaar dat de hernieuwbare methanol van CRI met recht aanspraak maakt op het predicaat ‘derde generatie biobrandstof’.

Een fabriek die brandstof maakt van CO2 is direct te koppelen aan allerlei industrie die CO2 uitstoot. “Wereldwijd is de cementindustrie één van de belangrijkste bronnen van CO2”, aldus Tran. “Hun uitstoot bevat minimaal 20 procent van dit gas. Dat is prima voor ons proces.”

Het kost namelijk teveel energie om lagere concentraties van CO2 in de uitstoot van een fabriek op te werken tot een bruikbare gro ndstof. Verder geschikt zijn de papierindustrie, ethanolproducenten en brouwerijen omdat bij fermentatie van planten veel CO2 vrijkomt, en natuurlijk energiecentrales.

CRI wil in IJsland nog twee fabrieken bouwen met elk de capaciteit om 45 duizend ton CO2 te veranderen in 50 miljoen liter hernieuwbare methanol en die beiden verbonden zijn aan geothermische energiecentrales. De ene energiecentrale staat op een steenworp afstand van de huidige locatie, in de Eldvörp regio. De andere ligt hoog in het noorden van IJsland, in het Krafla gebied.

CRI kan als beide fabrieken werken zo’n 105 miljoen liter hernieuwbare brandstof produceren in IJsland. De jaarlijkse consumptie van benzine in dit land ligt op 180 miljoen liter. Dat geeft IJsland de mogelijkheid om voor een groot deel te stoppen met import van benzine.

Productie van al deze methanol kost wel 105 megawatt aan energie. Een behoorlijke hoeveelheid, maar dus nog altijd minder dan de productie van benzine kost.

Ook is het belangrijk dat brandstofproductie lokaal plaatsvindt. Dan hoeven er geen olietankers meer te varen en is de aanleg van lange gasleidingen of oliepijpen overbodig.

Maar bovenal: brandstofproductie die onder onze eigen neus plaatsvindt, is beter te controleren. Nu blijven tal van problemen hiermee – zoals het beruchte affakkelen in Nigeria, de olielekken in de oerwouden van Bolivia et cetera – onttrokken aan het zicht van de mensen die ergens anders op de wereld vrolijk deze brandstof consumeren.

Knelpunten

Om van fossiele brandstoffen af te komen, is een overstap naar elektrisch vervoer en biobrandstoffen nodig. Maar de doelstellingen liggen laag. Zo wil Nederland – en daarmee wijkt het nauwelijks af van wat wereldwijd gangbaar is – in 2020 10 procent biobrandstof bij benzine mengen.

Daarbij komt ook dat de hernieuwbare brandstof die al wordt gemaakt, soms maar mondjesmaat aftrek vindt. In Duitsland verloopt de verkoop van E10 (benzine + 10 procent ethanol) niet echt soepel: automobilisten zijn bang dat het de motor van hun auto corrodeert.

Het Nederlandse BioMCN maakt nu al voldoende biomethanol om de maximale hoeveelheid bij te mengen biobrandstof hier te lande op te vullen. Maar dat gebeurt nog niet, vandaar dat vorig jaar maïs, tarwe en suikerriet – afkomstig uit onder meer de Verenigde Staten en Brazilië – nog steeds de belangrijkste bronnen waren voor ethanol dat als biobrandstof aan benzine werd toegevoegd.

En de wetgeving werkt soms opname van hernieuwbare brandstoffen tegen. De maximale hoeveelheid bij te mengen methanol ligt in de Europese Unie op 3 procent. Zolang niet meer is toegestaan, moet CRI het grootste deel van de geplande 105 miljoen liter hernieuwbare methanol vanuit IJsland exporteren. Het bedrijf onderhandelt hierover met een grote Engelse biobrandstofdistributeur.

Vandaar dat CRI-directeur Tran stelt: “Het hele systeem is nog steeds op fossiele brandstof gebaseerd. Dat moet zich nu gaan openstellen voor nieuwe biobrandstoffen. Dit is een ingewikkeld en tijdrovend proces. Maar volhouden blijft nodig totdat biobrandstoffen zijn geaccepteerd.”

Het is dus al een hele opgave om de CO2-kringloop te sluiten door de (juiste) biobrandstoffen te introduceren. Positief punt daarbij is dat nieuwe technische snufjes – zoals verbeterde katalysatoren en dito zonnepanelen – ervoor zullen zorgen dat omzetting van CO2 tot brandstof met minder én volledig duurzame energie gebeurt.

Op termijn kan er dan worden gestopt met de winning van fossiele brandstoffen zodat er geen nieuwe CO2 meer in de lucht komt. Bovenal maakt omzetting van CO2 tot vaste producten, zoals cement, het mogelijk om het CO2-gehalte in de lucht tot pre-industrieel niveau te verlagen. Maar óf dit gebeurt en hoe snel, is aan ons.