Direct uit de lucht

Stel je een stuk Sahara voor dat anderhalf keer zo groot is als Nederland. Dit oppervlak van 250 bij 250 kilometer leg je voor een groot deel vol met zonnepanelen en elektrolyseapparaten. Met de door de zonnepanelen opgewekte energie splitsen de elektrolyseapparaten water in waterstof en zuurstof. Op het oppervlak plaats je daarnaast machines die CO₂ direct uit de omgevingslucht halen. Met de waterstof van de elektrolyseapparaten en het afgevangen CO₂ maken fabrieken op dezelfde lap grond kerosine, dat bestaat uit moleculen van reeksen koolstofatomen met daaraan toegevoegde waterstofatomen.

Het klinkt te mooi om waar te zijn en heeft wat weg van sciencefiction. Toch denkt Maarten Steinbuch, hoogleraar Systems & Control aan de TU Eindhoven, dat een dergelijk scenario in de toekomst niet onmogelijk is. “Ik heb uitgerekend dat je de hele wereld kan laten vliegen op de schone kerosine uit dit woestijnscenario. En anderhalf keer Nederland aan woestijn is helemaal niet zoveel.” Ter vergelijking: de Sahara is tweehonderd keer groter dan Nederland. Volgens Steinbuch is er op aarde ook genoeg aluminium, silicium, koper en zilver, de metalen die nodig om de zonnepanelen in zijn scenario te maken. “In theorie zou het moeten kunnen”, denkt Steinbuch.

Lakens

De methode die Steinbuch hier gebruikt om CO₂ uit de omgevingslucht te halen, heet Direct Air Capture (DAC). Daarbij wordt kooldioxide via chemische of fysische processen rechtstreeks uit de omgevingslucht gehaald. “In het algemeen werkt het zo dat lucht door machines wordt geblazen, waarin lakens zitten met daarop een membraanvlieslaag. De CO₂-moleculen reageren met het membraanvlieslaagje, waardoor het CO₂ wordt opgevangen uit de lucht.” Als het membraanvlieslaagje vol is, vindt verhitting plaats. Het CO₂ laat dan los en is met “speciaal afwaswater” uit het laagje te halen, zo legt Steinbuch uit. Vervolgens begint het hele proces weer opnieuw. Het CO₂ kan je bijvoorbeeld aan tuinders leveren, opslaan, of gebruiken als e-fuel (brandstof waar geen aardolie aan te pas komt), aldus de hoogleraar.

Nederland is één van de voorlopers in deze techniek. In Amsterdam timmert het bedrijf Skytree aan de weg, terwijl in Eindhoven de start-up Carbyon al meer dan 25 miljoen euro verzamelde bij investeerders. Als hoogleraar helpt Steinbuch Carbyon, onder meer door het bedrijf te koppelen aan studenten die hier stage lopen of afstuderen. In Carbyon heeft hij geen financieel belang. “De grote uitdaging van DAC is dat er maar 0,04 procent CO₂ in de omgevingslucht zit. Daardoor kan een DAC-machine ook niet zo makkelijk CO₂ uit de lucht halen. Je zou een heel groot laken kunnen gebruiken, maar dat geeft qua oppervlak problemen.”

Carbyon bedacht een systeem om het laken op te vouwen “als een pakketje” en te laten ronddraaien. Het voordeel is dat hierdoor meer CO₂ wordt opgevangen, omdat er meer luchtverplaatsing is. Ook is het membraamlaagje van Carbyon slechts één atoom dik, waardoor het proces van CO₂ opvangen sneller gaat dan bij andere DAC-technieken. Dit komt doordat het extreem dunne laagje snel vol raakt en daardoor snel weer ‘afgewassen’ kan worden. Is het laagje dikker, dan doet het CO₂ er ook langer over om door te dringen en het laagje vol te maken, wat het proces langzamer en minder efficiënt maakt. Bovendien is bij het verhitten van het dunne laagje (waardoor het CO₂ dus loslaat) het onder stroom zetten van dit laagje voldoende; bij dikkere laagjes is hete stoom nodig. De Carbyon-manier bespaart daarmee energie en kosten.

Steinbuch is positief, maar weet ook dat de DAC-techniek nog stappen moet zetten. DAC is vooral te kostbaar. Carbyon-directeur Hans de Neve onderschrijft dat. Ook verbruikt de techniek nu nog te veel energie. De Neve verwacht wel dat DAC deze hobbels overwint en in staat gaat zijn om jaarlijks “op gigaton-schaal” CO₂ uit de lucht zal halen. “Het is lastig om er een termijn aan te hangen, maar na 2030 verwacht ik dat een paar DAC-technologieën de kosten laag genoeg kunnen houden. Vanaf dan zou het snel kunnen gaan en kan de technologie ingezet worden om klimaatverandering af te remmen en op termijn terug te draaien. Maar voorlopig kampen alle technologieën nog met uitdagingen. Ook onze technologie is er nog niet.” Steinbuch schat in dat het nog minimaal tien tot vijftien jaar duurt voor de techniek goedkoop en efficiënt genoeg is. “En dan moet er nog worden opgeschaald.”

Vies proces

Naast DAC is Carbon Capture and Utilization (CCU) een bekende manier om CO₂ uit de lucht te halen. Het grote verschil met DAC is dat CCU CO₂ direct weghaalt bij de bron, legt Steinbuch uit. Dat kan bijvoorbeeld een kolencentrale, staalfabriek, afvalverwerker of olieraffinaderij zijn. Uit de rookgassen is het CO₂ te scheiden. Dat gebeurt bijvoorbeeld via de CO₂-absorberende stof amine. Vervolgens scheid je het CO₂ weer van die absorberende stof.

Het afgevangen CO₂ is op verschillende manieren in te zetten, bijvoorbeeld als grondstof in de chemische industrie of voor de productie van bouwmaterialen – zo is het te injecteren in beton. Steinbuch: “Het grote voordeel van CCU is dat er niet slechts 0,04 procent CO₂ in de lucht zit, maar veel meer, omdat het CCU-systeem zo dicht op de rookgassen zit. Het is daarmee makkelijker, goedkoper en efficiënter, maar het blijft een vies proces, terwijl we juist af willen van de fossiele industrie. Daarom zie ik op de lange termijn alleen potentie in DAC.”

Steinbuch benadrukt dat, of DAC en CCU nu een succes worden of niet, we sowieso minder moeten vliegen en consumeren. “Als je kijkt naar alle klimaatmodellen voor 2050, dan lijken er nu al heel veel problemen te ontstaan die we nauwelijks meer kunnen oplossen. De zeespiegelstijging wordt heel vervelend voor landen als Bangladesh, en er zullen veel minder dier- en plantensoorten zijn. Tegen de tijd dat de DAC-techniek goedkoop en efficiënt genoeg is en het lukt om de machines grootschalig te installeren, is er misschien al wel zoveel CO₂ in de lucht gepompt dat de DAC-machines vijftig jaar bezig zijn om die te zuiveren.”