Technologie voor het opvangen en hergebruiken van koolstof is in opkomst. Maar kan het de wereld helpen haar klimaatdoelen te bereiken?
Als het laatste IPCC-rapport ons iets heeft verteld, is het dat het nu tijd is om de klimaatverandering het hoofd te bieden. En hoewel het verminderen van de hoeveelheid fossiele brandstoffen die we gebruiken absoluut cruciaal is, lijdt het geen twijfel dat een deel van de koolstofdioxide in onze atmosfeer op de een of andere manier zal moeten worden weggezogen. Dat is waar koolstofafvang en -vastlegging om de hoek komen kijken.
Koolstofafvang en -vastlegging, vaak CCS genoemd, is het proces waarbij CO2 uit bronnen zoals schoorstenen van elektriciteitscentrales of, in sommige gevallen, zelfs uit de atmosfeer kan worden gezogen door middel van Direct Air Capture. Vervolgens wordt de koolstof permanent opgesloten, vaak ondergronds, door middel van opslag.
Er is echter nog een andere mogelijke manier om koolstofdioxide af te vangen: hergebruiken voor een ander product. En in een wereld waar circulaire economieën gebaseerd op hergebruik van zoveel mogelijk materiaal noodzakelijk zijn, zoeken velen naar een tweede leven voor de uitstoot van broeikasgassen.
"Het afvangen van koolstof is absoluut een manier waarop we CO2 uit de atmosfeer kunnen verwijderen", zegt Daniel Sanchez, assistent-cooperatieve uitbreidingsspecialist bij de afdeling milieuwetenschap, beleid en management van UC Berkeley. “Maar we kunnen er nog veel meer mee. We kunnen de uitstoot verminderen en we kunnen de uitstoot recyclen.”
Maar er zijn nog steeds veel vragen over hoe koolstofdioxide kan worden hergebruikt – en of het het echt waard is voor het klimaat.
Afvang en gebruik van koolstof, uitgelegd
In 2017 ontdekte een groep onderzoekers dat om tegen 2050 onder de 2 graden Celsius te blijven boven de pre-industriële temperaturen, de wereld de komende drie decennia zou moeten voorkomen dat de uitstoot van ongeveer 800 gigaton koolstof. Zelfs met emissiereducties zal tot 2050, en daarna nog meer, een brok van ongeveer 120 tot 160 gigaton CO2 moeten worden vastgelegd.
Er is echter niet veel economische prikkel om ladingen en ladingen koolstof diep onder het land of in de zee te begraven. Voer koolstofafvang en -gebruik (CCU) in, die deze afvalgassen omzet in verkoopbare producten.
Er zijn verschillende manieren waarop opgevangen koolstof op de markt kan worden gebracht en hergebruikt, te beginnen met direct gebruik of niet-conversie. Dit is een methode waarbij koolstofdioxide niet chemisch wordt gewijzigd. Enkele veel voorkomende vormen van direct gebruik zijn door het gas in kassen te leiden, het te concentreren als meststof en het te veranderen in een oplosmiddel voor cafeïnevrij maken of chemisch reinigen.
Maar de meest gebruikelijke manier om koolstofdioxide opnieuw te gebruiken door niet-conversie, is door verbeterde oliewinning. Verbeterde oliewinning (EOR) is het proces waarbij kooldioxide in een bestaand olieveld wordt geïnjecteerd om, door verhoogde druk, nog meer aardolie te verdrijven. (De wereld produceert met deze methode elke dag 500.000 vaten olie, volgens een analyse uit 2018.) Als een deel van de koolstofdioxide onder de grond blijft en de rest wordt heroverd en opnieuw in het proces wordt geïnjecteerd, zou de olie in theorie kunnen worden " koolstof-negatief.” Natuurlijk komt er bij brandende olie nog steeds koolstofdioxide vrij in de atmosfeer, dus de balans is afhankelijk van waar het gas vandaan komt in het EOR-proces en wie de eer krijgt voor de opslag.
[Verwante: vulkanen kunnen onze vurige bondgenoten zijn in de strijd tegen koolstofemissies]
Naast het gebruik van koolstofdioxide zoals het is, kunnen de emissies worden omgezet in producten zoals methaan, methanol, benzine, plastic polymeren, cement en beton. In sommige gevallen kan de koolstof die in deze producten wordt gevangen, theoretisch tot eeuwen buiten de atmosfeer worden gehouden.
Maar hoe de vastgelegde koolstof ook wordt gebruikt, die uitstoot zal waarschijnlijk op een dag terug in de atmosfeer komen – wat heeft geleid tot veel discussie over of en hoe deze technologieën moeten worden gebruikt tegen klimaatverandering.
Het debat over het gebruik van CCU tegen klimaatverandering
Vorige maand heeft een studie gepubliceerd in het tijdschrift OnEarth de levenscyclus van emissies en de gereedheid van de technologie van tientallen verschillende CCU-routes afgebroken om te bepalen of deze mogelijk zouden kunnen voldoen aan de wereldwijde doelstellingen om de koolstofemissies tegen 2030 te halveren en netto-nul te bereiken tegen 2050. Na te hebben overwogen waar de kooldioxide vandaan kwam (atmosferisch, biogeen of natuurlijk afkomstig van planten, fossiele brandstoffen of een combinatie van biogene en fossiele brandstoffen) en wat het werd (direct gebruik, brandstoffen en chemicaliën, minerale carbonaten en bouwmaterialen, of verbeterde terugwinning van koolwaterstoffen), voldeed slechts een handvol methoden aan de voorwaarden van de Overeenkomst van Parijs in 2030. Slechts één zou werken met de 2050-benchmark.
Wat de onderzoekers ontdekten, is dat de technologieën die zijn afgestemd op de doelstellingen voor 2030, gebruik maken van koolstofdioxide uit een biogasinstallatie om landbouwkassen te verrijken, biogene koolstofdioxide om bouwmaterialen te maken, rookgas dat direct wordt opgevangen om opnieuw bouwmaterialen te maken, en basiszuurstof ovengas om ureum te produceren, dat kan worden gebruikt in kunstmest en commerciële producten. EOR bereikt de doelstellingen van Parijs echter alleen onder de zeer specifieke omstandigheden dat CO2 direct wordt gebruikt en dat er niet meer dan twee vaten olie worden geproduceerd per ton geïnjecteerde koolstof.
"Er zijn maar heel weinig van deze CCU-routes die compatibel zijn in 2030, of omdat ze niet op tijd klaar zijn", zegt Kleijne de Kleijne, auteur van de studie en promovendus aan de Radboud Universiteit Nijmegen in Nederland. "Ze bevinden zich nog op een laag niveau van technologische volwassenheid."
Ga over naar de visie van het Akkoord van Parijs voor 2050, en slechts één type CCU haalt het: bouwblokken die een gezuiverde stroom biogene CO2 gebruiken. "Omdat CO2 niet permanent wordt opgeslagen in brandstoffen of chemicaliën, kunnen deze producten alleen strikt Parijs-compatibel zijn als de CO2 van biogene of atmosferische oorsprong is en er geen emissies worden geassocieerd met de afvang- en conversieprocessen", schrijven de auteurs.
Maar de doelstellingen van Parijs zijn ongelooflijk moeilijk te halen, zegt Sanchez. Als je bedenkt hoe moeilijk het in het algemeen voor de wereld zal zijn om de klimaatverandering onder de 1,5 graden Celsius te houden, en hoe ver we er op dit moment naast zitten, ligt de lat extreem hoog.
“[CCU] kan andere fossielintensieve alternatieven vervangen. Het kan ons helpen de uitstoot te verminderen, maar het verwijdert geen koolstof uit de atmosfeer”, zegt Sanchez. "Het houdt de koolstof in de economie." Zonder langdurige opslag, merkt hij op, is het vrijwel onmogelijk om tot nul uitstoot te komen.
[Verwante: 4 duurzaamheidsexperts over hoe ze Elon Musk's $ 100 miljoen klimaattoezegging zouden besteden]
Er zijn nog twee andere belangrijke argumenten om door te gaan met CCU. Een daarvan is dat door de koolstofdioxide te recyclen voor toepassingen waarvoor we normaal gesproken fossiele brandstoffen gebruiken, we meer fossiele brandstoffen diep onder de grond en uit de atmosfeer begraven houden.
Gezien hoeveel industrieën het moeilijk hebben om snel koolstofarm te worden, lijkt het des te belangrijker om manieren te vinden om de economie in leven te houden zonder alle aantasting van het milieu door het opgraven van meer fossiele brandstoffen. Een studie in het tijdschrift Nature vorig jaar toonde aan dat om zelfs maar een kans van 50-50 te hebben om de doelstellingen van de Overeenkomst van Parijs te halen, 58 procent van de olie, 59 procent van het fossiele gas en 89 procent van de steenkool op aarde in de grond moet blijven. "Verdere investeringen in de winning van fossiele brandstoffen zijn niet verenigbaar [met het verminderen van klimaatverandering], zoals blijkt uit dit onderzoek", vertelde co-auteur en onderzoeker op het gebied van energiesystemen van University College London, Steve Pye, in september aan PopSci.
De tweede reden is dat zelfs als we de wereldmacht van de ene op de andere dag zouden kunnen omzetten naar bijna netto nul, we waarschijnlijk nog steeds afhankelijk zouden zijn van koolstofafvang en -vastlegging om bestaande koolstof uit de atmosfeer te halen om het klimaat onder controle te houden (de huidige atmosferische CO2-niveaus zijn 419,03 delen per miljoen, vergeleken met pre-industriële niveaus van ongeveer 260 tot 270 delen per miljoen). In sommige gevallen kan CCU worden gebruikt als opstap naar meer permanente koolstofvastleggingstechnologieën.
"Er is een heel interessant en meer genuanceerd gesprek gaande rond [CCU]", zegt Sanchez. “Misschien moeten alle positieve emissies en alle negatieve emissies netto minder dan of gelijk aan nul zijn. Maar niet elke afzonderlijke [technologie] hoeft gelijk te zijn aan nul.”
De post-tech om koolstof op te vangen en te hergebruiken is in opkomst. Maar kan het de wereld helpen haar klimaatdoelen te bereiken? verscheen eerst op Volkswetenschap.
