Koolstofafvangen en opslaan: waar staan we nu?
Koolstofafvang en -opslag zal een belangrijke rol spelen bij het verminderen van de CO2-concentratie. In de derde aflevering van Road to 2050 doken we in dit onderwerp en de ontwikkelingen.
Published on September 18, 2024
Mauro verruilde Sardinië voor Eindhoven en is sinds 3 jaar redacteur bij IO+. Als GREEN+ expert houdt hij alle ontwikkelingen rondom de energietransitie nauwlettend in de gaten. Hij gaat graag op reportages en verrijkt zijn verhalen vaak met grafieken. Hij heeft meerdere series onder zijn hoede: Green Transition Drivers, Road to 2050, Achter de Cijfers.
Helaas zullen fossiele brandstoffen niet plotseling verdwijnen. We zullen er waarschijnlijk minder afhankelijk van worden, maar de uitstoot zal niet tot nul dalen, en er is geen scenario waarin emissies géén rol spelen. De term wordt vaak verkeerd begrepen, maar klimaatneutraliteit betekent het compenseren van emissies door klimaatmaatregelen. Hoe compenseren we de uitstoot die we - ook in de toekomst - nog zullen produceren? Door bomen te planten, maar wetenschappers zien ook koolstofafvang en -opslag (CCS) als essentieel om de kooldioxideconcentraties in de atmosfeer te verlagen.
CCS is een term die een breed scala aan technologieën omvat waarmee kooldioxide uit de atmosfeer wordt vastgelegd en ondergronds wordt opgeslagen. De technologie omvat het afvangen van CO van grote uitstoters zoals industriële installaties. Kooldioxide wordt dan samengeperst en getransporteerd om in de ondergrond te worden geïnjecteerd, voornamelijk in uitgeputte olie- en gasreservoirs - zoals de olie- en gasindustrie doet om meer brandstof uit de afzettingen te halen.
Doelen en uitdagingen
De Europese Unie heeft doelen gesteld voor de hoeveelheid afgevangen koolstof. Tegen 2030 moet 80 miljoen ton worden vastgelegd en tegen 2050 - de deadline voor klimaatneutraliteit - 550 miljoen ton. Op dit moment bevindt de grootste operationele faciliteit in Europa zich in IJsland; de Mammoth-fabriek van Climeworks is afgelopen mei geopend. Het Internationaal Energieagentschap (IEA) maakt melding van 45 actieve installaties wereldwijd, voornamelijk in de VS. De hoge kosten blijven de barrière die overwonnen moet worden op weg naar een bredere technologische toepassing. Schattingen wijzen op een prijs van €70-250 per ton vastgelegde CO in Europa.
IO sprak met Samatha Eleanor Tanzer, assistent-professor aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft), die onderzoek doet naar koolstofverwijderingssystemen, en Marco De Paoli. Hij is Marie-Skłodowska Curie Fellow aan de Universiteit Twente (UT) en houdt zich voornamelijk bezig met koolstofopslag.
Inventarisatie
Er zijn drie belangrijke manieren om kooldioxide af te vangen: voorverbranding, naverbranding en oxy-fuel verbranding. Bij voorverbranding vindt verwijdering plaats voordat de verbranding plaatsvindt, waarbij fossiele brandstoffen - zoals olie, kolen of aardgas - worden vergast tot een mengsel van waterstof en CO. Het eerste wordt gebruikt als brandstof en het laatste wordt opgevangen en afgescheiden. De naverbranding verwijdert CO uit de uitlaatgassen, die door oplosmiddelen gaan. Oxyfuel verbrandingsprocessen verbranden fossiele brandstoffen in zuivere zuurstof en produceren een rookgas, een mengsel van damp en kooldioxide. De damp condenseert gemakkelijk, wat de afscheiding vergemakkelijkt.
Naverbranding is ideaal voor cementproductie. Zelfs als cementfabrieken zouden worden aangedreven met koolstofarme energie, zouden ze nog steeds veel emissies genereren door het calcineren - namelijk het verhitten van kalksteen. CCS vóór verbranding is in wezen waterstofproductie en past bij veel processen in de chemische industrie, zoals de productie van kunstmest. Tanzer ziet CCS dan ook als laaghangend fruit als er zeer zuivere stromen CO zijn of als kooldioxide een bijproduct is dat niet bij verbranding vrijkomt. “Uiteindelijk zal het een mix van processen zijn, afhankelijk van de industrie. In het algemeen geldt dat hoe geconcentreerder de kooldioxide in de gasstroom is, hoe gemakkelijker het is om het af te vangen,” verduidelijkt ze.
De eerste installatie voor koolstofafvang en -opslag krijgt vorm
Voor de nieuwe aflevering van Road to 2050 bezocht Mauro Mereu de bouwplaats van Porthos, het eerste Nederlandse project voor koolstofafvang en -opslag.
Veiligheid van opslag
Een van de zorgen betreft de veiligheid van ondergrondse opslaglocaties. Onderzoekers onderzoeken hoe kooldioxide zich ondergronds gedraagt en of de bewegingen ervan tot aardbevingen kunnen leiden. “Laten we een ondergrondse koolstofopslag zien als een gigantische doos met water. CO is lichter dan water, dus het heeft de neiging om erboven te blijven. Het deksel van de doos - een rotslaag, red. - houdt deze beweging tegen. Dit deksel kan breken als iemand een put boort of als er al bestaande breuken zijn. Dit lekkagemechanisme gebeurt niet van de ene op de andere dag, maar kan wel 50 of 100 jaar duren,” legt De Paoli uit.
Daarom is het monitoren van bewegingen essentieel om de veiligheid te beoordelen. Er zijn twee belangrijke manieren om ondergrondse koolstofopslaglocaties te monitoren. De ene maakt gebruik van seismisch onderzoek: er worden geluidsgolven uitgezonden van een bron naar een ontvanger. Afhankelijk van de tijd die het duurt om de ontvanger te bereiken, kunnen wetenschappers inzicht krijgen in de samenstelling van het gesteente en waar de CO zich bevindt.
De andere methode maakt gebruik van satellietbeelden. Een voorbeeld van de toepassing van deze methode is het monitoren van de In Salah site in Algerije. Omdat deze locatie in de woestijn ligt, konden wetenschappers duidelijke beelden krijgen en zien hoe de bodem een paar centimeter opschoof in de buurt van waar de injecties plaatsvonden. Daar werd koolstofdioxide 3000 meter onder het oppervlak opgeslagen en duwde de bodemlagen er bovenop. “Op dit moment is er nog geen volledig antwoord op de vraag of CCS aardbevingen kan veroorzaken. Volgens sommigen kan fracking - het injecteren van vloeistof onder de oppervlakte ed. - inderdaad tot aardbevingen leiden. De waarheid is dat er meer onderzoek moet worden gedaan, en we moeten begrijpen wat er op de langere termijn gebeurt,” benadrukt de UT-wetenschapper.
Het opkomende alternatief: directe luchtafvang
De afgelopen jaren heeft het direct afvangen van lucht (DAC) aan belang gewonnen. DAC-systemen gebruiken grote ventilatoren om lucht in een collector te trekken waar kooldioxide chemisch van de lucht wordt gescheiden. In tegenstelling tot andere koolstofafvangtechnologieën kan DAC overal worden toegepast. Maar omdat de CO-concentratie in de lucht lager is, is het vastleggen complex en vereist het een hoge energie-input. In de Verenigde Staten heeft de federale overheid $7 miljard aan subsidies beschikbaar gesteld om DAC-hubs te ontwikkelen en meer dan $13 miljard aan belastingkredieten om koolstofvastlegging en technologieontwikkeling te bevorderen. In Nederland hebben bedrijven als Carbyon en Skytree ook belangrijke stappen gezet om deze technologie te ontwikkelen.
“Een relevant voordeel van het gebruik van DAC is de mogelijkheid om duidelijk vast te stellen hoeveel kooldioxide wordt onttrokken. Het grootste obstakel voor de toepassing ervan zijn de hoge kosten voor het regenereren van absorberende materialen,” legt De Paoli uit. Daarnaast wijst hij erop dat als er geen schone energie wordt gebruikt, er meer kooldioxide wordt uitgestoten dan er wordt opgevangen.
De vooruitzichten
Beide onderzoekers zien de verlaging van de kosten als essentieel voor een bredere toepassing van CCS-technologie. “Er is een andere manier om naar CCS te kijken: als een verplichte optie om fossiele brandstoffen duurder te maken. Wil je steenkool gebruiken? Dan moet je een koolstofafvangsysteem hebben om die emissies te compenseren. Het maakt het minder aantrekkelijk om fossiele brandstoffen te gebruiken en zorgt voor een gelijker speelveld voor hernieuwbare energiebronnen en andere opties voor het koolstofarm maken van de economie,” suggereert Tanzer. Volgens haar is het betalen voor transportkosten het grootste knelpunt. Om de kosten te drukken, stelt ze voor om koolstofpijpleidingen te exploiteren als een openbaar nutsbedrijf.
Volgens De Paoli hangt het lot van CCS grotendeels af van de beschikbaarheid van betaalbare en betrouwbare technologieën. “Het doel moet zijn om CO voor minstens 10.000 jaar op te kunnen slaan voor minder dan 100 dollar per ton, waarbij de risico's en effecten op het milieu en de mensen in de gaten worden gehouden. Om dit te bereiken hebben we in elke procesfase een goede infrastructuur nodig. De vraag is niet of we het moeten doen, maar hoeveel werk er de komende jaren gedaan moet worden,” concludeert hij.