Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Het gebruikmaken van duurzamere energie is daarbij niet onbelangrijk. Maar ook geo-engineering kan een rol spelen. Een gesprek met Mark Saeys, hoogleraar aan het Laboratorium voor chemische technologie van UGent.
“Warmtepompen, PV-panelen en windenergie op zee moeten gestimuleerd worden om de intensiteit van onze CO2-uitstoot te verminderen”, opent Mark Saeys. Zij het dat ook de productie van windturbines en PV-panelen gepaard gaat met CO2-uitstoot. Energie-efficiëntie, het herdenken van industriële processen met CO2-captatie en elektrificatie kunnen helpen om die te verminderen. Een wilde schatting: de helft tot 80% van onze huidige uitstoot zouden we daarmee kunnen vermijden.
“Dan blijft er nog een uitstoot van 20 à 30% die moeilijk te voorkomen is. Dan ga je geo-engineeren.” Daarmee moet een tiental gigaton CO2 per jaar uit de lucht gehaald worden, rekent Saeys. Dat is meer dan de industrie zelf kan gebruiken. “Dat dient dan ‘gesequestreerd’ te worden, met andere woorden permanent diep ondergronds opgeslagen te worden.” Bij sequestreren wordt onder hoge druk van 100 bar een zuivere stroom CO2 via een pijp in een poreuze ondergrond gespoten. Met voldoende alkaliniteit in de omgeving zal zich mettertijd carbonaat, vormen, een vast product. “De geleidelijke transformatie, het mineraliseren vergt een 40 à 50 jaar.” In Ijsland reageert de basalten ondergrond sneller. Op enkele jaren maar.
De technologie is gekend. Ze wordt trouwens al gebruikt bij zogenaamd ‘enhanced oil recovery’ waar CO2 de grond ingepompt wordt om olie te verdringen die dan makkelijker naar boven wordt gehaald. Die technologie staat op punt en hoeft enkel opgeschaald te worden. Saeys meent ook dat de opslag best gelinkt kan worden aan de olie- en gasindustrie. Meer nog: “Olieproducenten zouden moeten verplicht worden om CO2 als vloeistof terug in hun putten te pompen. Op termijn eén op één van wat ze er uit halen, en misschien zelfs twee op één. Waarom? Omdat ze de technologie én de kennis hebben. Bovendien creëert het ook een zinvol economisch proces.” De vraag is dan maar wie dat moet betalen?
Het sequestreren zal de prijs van olie en gas ongetwijfeld opdrijven, beseft Saeys. “Maar dat zal dan weer ruimte creëren voor andere technologieën.” Wat het kan kosten? Het opslaan van één ton CO2 zou aanvankelijk tot 50 euro kunnen kosten. Terugrekenend komt dat aan de pomp op 12 eurocent per liter benzine. “Dat is niet onoverkomelijk voor de particuliere burger. Het lost bovendien op een radicale manier een probleem op zonder de maatschappij te ontwrichten.” Mettertijd en met schaaleffecten, dalen de kosten.
Industrie omturnen
“Wij in Gent doen veel onderzoek naar het hergebruik van CO2 in industriële processen omdat het ten dele fossiele koolstof kan vervangen”, aldus Saeys “maar qua volumes zal hergebruik maar een fractie van de uitstoot opnemen.” Vooral de staalindustrie, onze grootste industriële emittent, staat voor grote uitdagingen. “Deze industrie heeft wellicht de kleinste winstmarge per uitgestoten ton CO2. Zomaar een CO2-taks zou er een desastreus effect hebben.” Hij wijst naar de stand van de technologie in Europa. “Arcelor Mittal in Gent stoot 1,5 ton CO2 uit voor elke ton staal. Dat zit in de buurt van het chemisch minimum. En is alvast de helft minder dan de uitstoot van doorsnee Chinese hoogovens. Een koolstoftaks voor ingevoerd staal in Europa is dan ook wél een goed idee. Inderdaad, een Europese koolstoftax (of ETS), moet samengaan met een vergelijkbare importtaks om carbon leaks te vermijden.” De chemische industrie kent hogere marges per ton CO2 en heeft dus meer middelen om de kost van remediërende technologie te dragen “maar ook dat moet in een Europese context georganiseerd worden met invoercorrecties.”
CO2 uit de lucht halen, als een laatste optie, kan volgens Saeys bijdragen om de CO2-uitstoot te verminderen. Dat vergt o.a. een doorstap naar andere energiebronnen. “We moeten de komende 20 à 30 jaar een uitstootreductie van 60 à 70% realiseren.” Elektrificatie en kostenefficiënte windmolens op zee zijn daarbij belangrijke vectoren. “De prijzen zakten en zijn nu lager dan voor petroleum en aardgas. Het is een zeer competitieve markt.”
Wat met waterstof? Staalproducent ThyssenKrupp slaagde er in november als eerste in om gemalen steenkool te vervangen door waterstof om in de hoogoven de zuurstof uit ijzererts te halen. Het werkt daarvoor samen met Air Liquide. Maar ook het Zweedse SSAB wil met het HYBRIT-initiatief kolen door groene waterstof vervangen bij de productie van staal. De Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology loopt sinds 2016 in een samenwerking met energieproducent Vattenfall en ijzerertsleverancier LKAB.
Deze zomer wordt de proeffabriek in Luleå operationeel. Tata Steel in IJmuiden produceerde vloeibaar ijzer met de zogenaamde HIsarna-methode en zijn cycloonoven en halveerde daarbij de CO2-uitstoot. Die technologie zal echter eerst in India toegepast worden. Saeys ziet ook wel de uitdagingen. “Een H2-gebaseerde staalproductie heeft 4 MWu aan elektriciteit nodig per ton geproduceerd staal. Dat zijn gigantische hoeveelheden waterstof die groen en continu moeten zijn.”
Wat komt er eerst?
En dan rijst de vraag wat er voorrang verdient. Moet eerst de staalindustrie omturnen of moeten we niet eerder alle huishoudens voorzien van een warmtepomp? Hoe zinvol is het een elektrische centrale te voeden met calorie-arm CO- en CO2-bevattend staalgas dat gevormd wordt bij de staalproductie? Dat gas kan je ook anders gebruiken, zoals de Steelanol-fabriek bij Arcelor Mittal moet bewijzen. Om er ethanol mee te maken, bijvoorbeeld.
De sorption enhanced water gas shift (SEWGS) is ook een aantrekkelijke technologie om CO2 uit dit staalgas te verwijderen. Wanneer dit gas (met CO, H2, CO2, H2O, inerten) bij hoge temperatuur en druk (400º C, 25 bar) wordt gevoed aan vaten gevuld met katalytisch actief kooldioxide (CO2) adsorptiemiddel, dan verwijdert het adsorptiemiddel de CO2. Het verschuiven van het WGS-evenwicht kan leiden tot de volledige conversie van CO en het maximaliseren van de productie van H2.
Wordt tegelijk die CO2 verwijderd (die je kan stockeren) dan bekom je een koolstofvrije, hoge temperatuur, hoge druk, waterstofrijke productstroom die verkocht of intern hergebruikt kan worden. En dat proces vergt wel vier keer minder elektriciteit om een ton CO2 minder uit te stoten dan de waterstof-gebaseerde staalproductie. Het meerstappenproces blijft natuurlijk opboksen tegen de thermodynamica, maar er zijn technologische mogelijkheden door niet alle stappen tegelijk te doen, wijst Saeys.
De wereld past zich aan Europa aan
“Bedrijven dienen ‘gemotiveerd’ te worden om bestaande technologie, die CO2-emissies kan verminderen, te gebruiken. Maar dat mag niet concurrentieverstorend werken. Dat kan alleen als heel Europa vergelijkbare normen oplegt. En als op geïmporteerde producten, die vervuilender werden geproduceerd, ook CO2-taks betaald wordt.” De klimaatboodschap kan negatief vertaald worden (iedereen zal zich blauw betalen om de klus te klaren), maar het verhaal kan ook positief gebracht worden, zo stelt Saeys.
“We hebben expertise in het opslaan van CO2. We kunnen er ook een andere richting mee uit. Technisch is het straks mogelijk dat iedereen methanol tankt die uit de lucht gehaald werd… Dat vergt zelfs geen disruptieve dingen.” Hij vergelijkt de CO2-crisis met die van de ‘zure regen’ een paar decennia geleden. De oplossing bestond er toen in het zwavelgehalte in de brandstof te verlagen. “Ook toen schreeuwde de industrie moord en brand maar er is veel onderzoek gebeurd, katalysatoren werden efficiënter,… en het probleem is zonder al te veel problemen opgelost.”
Saeys geeft toe dat het CO2-probleem tien tot honderd keer groter is maar “oplossingen lijken me te realiseren met een tijdshorizon van tien tot twintig jaar, zonder dat de maatschappij ophoudt te functioneren. Niet disruptief. Ik heb goede hoop in Europa en de Green Deal maar je moet wél de context creëren voor bedrijven. Voor bedrijven is het allerergste wel dat de doelstellingen voortdurend veranderen.” Een koolstoftaks is dan ook niet ‘zomaar’ in te voeren. Saeys besluit: “Europa is trouwens op zijn best wanneer het normen oplegt. Wereldwijd past men zich aan om aan de Europese normen te voldoen. Kijk maar naar de voedselveiligheid.”
Door Luc De Smet
Kader 1: Passen elektrische voertuigen in het plaatje?
Over de bijdrage van elektrische voertuigen heeft Mark Saeys zijn twijfels. “De productie en recyclage van de batterijen hebben heel wat verborgen CO2-emissies.” Elektrische voertuigen verleggen ook het kostenplaatje van de mobiliteit, van het gebruik naar de aankoop. Als de gebruikskost (brandstof, onderhoud,…) daalt, zou dat mensen kunnen stimuleren om nog vaker in de wagen te stappen. Hoe mobieler worden we daar dan mee?”
Kader 2: Climeworks
Er bestaat biologisch geïnspireerde technologie om CO2 uit de lucht te halen: bossen aanplanten, direct air capture, de adsorptie-desorptieprocessen van het Zwitserse Climeworks,… Climeworks zuigt met een muur van ventilatoren lucht aan. De CO2 (én de H2O) in de lucht wordt chemisch gebonden in een poreuze granulaatfilter die geladen is met amines. Wanneer de filter verzadigd is, wordt hij opgewarmd tot zo’n 100°C waarbij de CO2 vrijkomt.
Het geconcentreerde CO2-gas wordt opgevangen met de bedoeling het te hergebruiken in de industrie of te sequestreren. Zo’n filter kan meerdere duizenden cycli mee. “Om jaarlijks een miljoen ton CO2 uit de lucht te halen, dient er 250.000 ton lucht per uur verplaatst te worden”, becijfert Saeys. Het vergt gigantische ‘blazers’ of ventilatoren om lucht door de filters te jagen en de drukval te overwinnen. “Zo’n installatie zou 100 à 300 MW verbruiken en moet dus noodzakelijk aan een energiecentrale gekoppeld worden. Denk aan een aardgascentrale met carbon capture.”
De jaarlijkse CO2-voetafdruk van België bedraagt zo’n 200 Mt CO2-equivalenten. Saeys: “Wil je de nodige energie uit PV-panelen halen om dat te verwerken via direct air capture, dan moet je zonnepanelen op zowat de helft van België uitspreiden.”
Een tweede technologie om de CO2 te vangen, gebruikt carbonaten in een zuur-base reactie. “Je blaast lucht over een vloeistof met calciumhydroxide. Die is voldoende reactief om CO2 te binden. Het resulterende kalkwater moet terug naar calciumhydroxide om er de geconcentreerde CO2 uit te halen. Dat vergt wel een hoge temperatuur (800°C). Om 200 miljoen ton CO2 uit de lucht te halen, vergt het een ‘fabriek’ met een voetafdruk van 100 km2. De helft van de oppervlakte van Antwerpen”, rekent Saeys. “Met bomen heb je wel duizend keer meer oppervlakte nodig om hetzelfde te realiseren.” Het voordeel van industriële processen is dat je meer kan realiseren op een kleinere oppervlakte.
