Kooldioxide opslurpen uit de buitenlucht

Milieu Met een nieuwe techniek blijkt het mogelijk om het broeikasgas CO2 uit de buitenlucht te halen. In Twente doen ze er onderzoek naar.

Bij Zürich opende het Zwitserse bedrijf Climeworks afgelopen mei de eerste commerciële fabriek die CO2 uit de buitenlucht haalt. Het gas gaat naar een belendend kassencomplex, waar het de plantengroei stimuleert. Foto’s Julia Dunlop/Climeworks

Het kwam voor Wim Brilman, chemisch technoloog aan de Universiteit Twente in Enschede, als een verrassing. Dat je het broeikasgas CO2 zo uit de buitenlucht kunt halen. Maar hier staat hij, naast het apparaat waarmee hem dat lukt.

„Zet hem maar eens aan”, zegt Brilman tegen een student die deze woensdagochtend assisteert. Terwijl een ventilator lucht begint aan te zuigen, vertelt Brilman dat hij net een proef van drie weken achter de rug heeft. Daarbij werd het uit de buitenlucht gehaalde CO2 in een bak met algen gepompt. Met succes: „De algen groeiden veel sneller dan normaal.”

Wereldwijd zijn er drie bedrijven die deze technologie – direct air capture geheten – ontwikkelen (zie inzet). Een van hen, het Zwitsere Climeworks, heeft sinds een half jaar ‘fabrieken’ draaien bij Zürich en Reykjavik. Zover is Brilman nog niet. Zijn apparaat is nog experimenteel. Uit de bovenkant van een lange glazen buis steekt een stuk stofzuigerslang. „Dit is geen winnend concept”, zegt hij droog. Hij werkt nu aan een groter model dat op termijn, hoopt hij, in de praktijk kan worden toegepast.

Het verhaal achter zijn apparaat is er een van toeval. Eigenlijk zocht hij naar een efficiëntere manier om CO2 uit rookgassen te halen. Dat zijn de verbrandingsgassen die onder meer raffinaderijen, cementfabrieken, gas- en kolengestookte centrales uitstoten. Die uitstoot bestaat voor 10 tot 12 procent uit CO2 – in gemiddelde buitenlucht is het slechts 0,04 procent. Het wegvangen van CO2 uit rookgassen, en het ondergronds opslaan ervan, wordt als een belangrijk onderdeel gezien in de strijd tegen opwarming van de aarde – hoewel deze technologie nog niet echt van de grond wil komen.

Polystyreen balletjes

De tot nog toe meest gebruikte aanpak hiervoor heet amine scrubbing. De petrochemische industrie past het al ruim zestig jaar toe om ongewenste componenten, zoals waterstofsulfide en CO2, uit gassen zoals aardgas te verwijderen. Dat gebeurt met een amineverbinding (een amine is een stikstofatoom met daaraan drie koolstof- en/of waterstofatomen). In een waterige amineoplossing wordt uit de stroom rookgassen alleen waterstofsulfide en CO2 gebonden. Dat gebeurt bij lage temperatuur, onder de 50 graden Celsius. Verderop in de opstelling wordt die oplossing opgewarmd tot zo’n 120 graden. Waterstofsulfide en CO2 laten dan weer los van de amineverbinding, en worden afgevoerd. De amineverbinding kan terug naar het eerste deel van de opstelling.

Installatie om CO2 uit de lucht te halen.

Foto Julia Dunlop/Climeworks

„Maar het opwarmen van de waterige amineoplossing kost erg veel energie, wat weer extra CO2-uitstoot met zich mee brengt”, zegt Brilman. Vandaar dat naar (goedkopere) alternatieven wordt gezocht, liefst zonder water. Een van de opties is de amineverbinding aan te brengen in kleine, poreuze, polystyreen balletjes.

En daar was Brilman dus mee bezig, zo’n zeven jaar geleden. Voordat hij de balletjes (doorsnee: 0,5 mm) ging gebruiken, en er rookgassen langs zou laten stromen, testte hij ze. „We warmden de balletjes op, en tot onze verrassing bleek er al CO2 vanaf te komen”, zegt hij. De enige mogelijke bron, zo leidden de chemisch technologen af, was de buitenlucht. „Voor het eerst werd ik me bewust van het gemak waarmee CO2 uit lucht kan worden opgepakt.”

Stofzuigerslang

In de jaren daarna heeft Brilman gewerkt aan de opstelling waar hij nu voor staat. Hij publiceerde er afgelopen juli een artikel over, in het tijdschrift Energy Procedia. Net boven de grond hangt een ventilator. Die blaast lucht naar een dubbele cilinder waarin, tussen de buiten- en binnenwand, de zandkleurige, polystyreen balletjes zitten. Ze binden CO2 uit de aangevoerde lucht. Daarna gaan de balletjes verder, een twee meter hoge glazen buis in, met aan de bovenkant die stofzuigerslang, die lucht aanzuigt. De glazen buis heeft een extra wand waar warm water doorheen stroomt. Op weg naar boven warmen de balletjes op, en staan het CO2 weer af.

Omdat er zo weinig CO2 in buitenlucht zit, legt Brilman uit, moet je grote volumes ervan aanvoeren: 1.400 m3 voor een kilo CO2. Het is cruciaal om een hoge doorvoer te houden. Maar de lucht moet ook weer niet te snel langs de balletjes gaan, want dan vang je niet alle CO2 af.

Een apparaat dat CO2 uit de buitenlucht haalt kun je in principe overal neerzetten, zegt Brilman. Hij stelt zich voor dat zijn apparaat, als er ooit een commerciële versie van komt, door tuinders gebruikt wordt. Als zij extra CO2 hun kas in willen blazen, om planten sneller te laten groeien, verbranden ze daar nu aardgas voor. Een andere optie is algenkweek, waarmee Brilman al heeft geëxperimenteerd. Algen worden onderzocht als bron van voedingsingrediënten, chemicaliën en biobrandstoffen.

Klimaatprobleem

Brilman verwacht niet dat deze technologie het klimaatprobleem zal gaan oplossen. „Daarvoor moet de mens vooral veel minder broeikasgassen uitstoten.” Toch ziet hij mogelijkheden. Hij schat de kostprijs van een grootschalig demonstratiemodel op 150 tot 200 euro per verwijderde ton CO2. Voor wind op zee komt dat bedrag, volgens een eerder dit jaar verschenen analyse van het Planbureau voor de Leefomgeving, uit op 100 tot 180 euro. Voor zonne-energie is het circa 130, en voor biobrandstoffen rond 330 euro.

Maar Brilman weet ook wel: grootschalige toepassing zal er alleen komen als het uitstoten van CO2 zwaarder belast wordt.