Energie
Alternatieve Oplossingen voor het Vangen van CO2
Het opvangen van CO2 is cruciaal om met succes de schade die de opwarming van de aarde binnenkort op ons klimaat kan aanrichten, ongedaan te maken. Er bestaat echter een conflict tussen wat de menselijke beschaving idealiter wil bereiken en de realiteit op de grond. Het Klimaatakkoord van Parijs markeerde een wereldwijde toezegging om de stijging van de gemiddelde wereldtemperatuur ruim onder de 2 °C boven pre‑industriële niveaus te houden.
Hoewel oprechte inspanningen nodig waren om de stijging te beperken tot 1,5 graad Celsius door af te stappen van fossiele brandstoffen, blijven elektriciteitscentrales op kolen en gas de wereldwijde elektriciteitssector domineren, meldt de International Energy Association (IEA).
In feite, ondanks een wereldwijde inspanning om sneller over te schakelen op hernieuwbare energiebronnen, is de stroom die uit fossiele brandstoffen wordt opgewekt sinds 2000 met 70 % gestegen. Kolen blijven de grootste brandstofbron voor stroomopwekking, met 38 %, gevolgd door gas met ongeveer 20 %.
Beleidsmaatregelen die wereldwijd worden geïmplementeerd, zijn erop gericht het emissieprobleem van bestaande kolencentrales en die die vandaag worden gebouwd, aan te pakken. Toch garandeert een vermindering of daling van CO2-emissies niet de afwezigheid van warmtevaste koolstof. De IEA suggereert dat zelfs nadat de CO2-emissies van de bestaande kolencentralevloot met ongeveer 40 % zijn gedaald, de jaarlijkse emissies in 2040 nog steeds 6 GtCO2 per jaar zouden bedragen.
In een dergelijk scenario zou het niet mogelijk zijn om onze klimaatdoelstellingen te bereiken door alleen de emissies te verminderen. Alternatieve oplossingen zouden nodig zijn om koolstof te vangen zodat deze op grote schaal kan worden benut en opgeslagen. Deze oplossingen moeten echter holistisch levensvatbaar, kosteneffectief en op de lange termijn haalbaar zijn.
Recentelijk, in een op 1 mei gepubliceerde studie in het tijdschrift ACS Energy Letters, onthulden onderzoekers van CU Boulder en hun medewerkers dat een populaire benadering die veel ingenieurs verkennen om koolstof te vangen, zou falen.
Het onderzoeksteam, bestaande uit wetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory in Golden, Colorado, en de Delft University of Technology in Nederland, stopte echter niet bij het aanwijzen van de tekortkoming in het bestaande systeem, maar stelde ook een alternatief en duurzamer oplossing voor om niet alleen koolstof te vangen, maar deze ook om te zetten in brandstof.
In de komende segmenten zullen we bekijken wat de oorspronkelijke oplossing aanbeveelde, wat de gebreken waren, en hoe die gebreken gecorrigeerd kunnen worden met een alternatieve oplossing!
De Oorspronkelijke Oplossing voor het Vangen van Koolstof
Met de oorspronkelijke oplossing bedoelen we een van de meest gebruikte directe luchtvangstmethoden die luchtcontactoren omvatten, enorme ventilatoren die lucht naar een kamer met een basische vloeistof zuigen. Omdat CO2 chemisch gezien zuur is, bindt en reageert de basische vloeistof ermee om een carbonaat of bicarbonaat te vormen.
Met CO2 gevangen in het carbonaat of bicarbonaat kunnen ingenieurs het scheiden van de vloeistof en omzetten in producten zoals kunststoffen, koolzuurhoudende dranken, enz. Als deze carbonaten en bicarbonaten verder worden verwerkt, kunnen ze zelfs als brandstof dienen om huizen en mogelijk vliegtuigen van energie te voorzien. Aan de andere kant keert de basische vloeistof terug naar de kamer om meer CO2 te vangen.
Hoewel de oplossing lijkt op een perfecte opstelling om koolstof te vangen en te upcyclen voor verder gebruik, bestaat er een probleem.
Het Probleem met de Oorspronkelijke Oplossing
Het probleem ligt in hoe het carbonaat of bicarbonaat van de vloeistof wordt gescheiden. Het vrijgeven van de gevangen CO2 vereist dat bedrijven de carbonaat- en bicarbonaatoplossing verhitten tot minstens 900 °C (1.652 °F). Dit is een temperatuur die hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind niet kunnen bereiken. Daarom vereist het bereiken van deze temperatuur het verbranden van fossiele brandstoffen zoals aardgas of puur methaan.
Terwijl we spreken over deze val verborgen in het systeem, Wilson Smith, een professor in de afdeling Chemische en Biologische Technologie en fellow van het Renewable and Sustainable Energy Institute aan CU Boulder, had het volgende te zeggen, wat in wezen het probleem samenvat:
“Als we CO2 moeten vrijgeven om CO2 te vangen, ondermijnt dat het hele doel van koolstofvangst.”
Het goede nieuws is dat onderzoekers meer dan de taak zelf hebben gedaan. Naast het aanwijzen van de gebreken van het systeem, stelden ze een alternatief voor dat de discrepantie kan verhelpen.
De Alternatieve Genezing voor de Oorspronkelijke Oplossing
De onderzoekers stelden voor om het reactieve vangstproces in te zetten om het probleem op te lossen. Ze adviseerden echter om het conventionele domein van het reactieve vangstproces aan te passen.
Reactieve vangst, in de traditionele vorm, verwijst naar een proces waarbij elektriciteit wordt toegepast op de carbonaat- en bicarbonaatoplossingen, waardoor CO2 en de basische vloeistof in de kamer van elkaar worden gescheiden. Het wordt ook wel een gesloten‑lus systeem genoemd dat meer CO2 kan vangen in zijn gerecyclede vloeistofvorm.
In dit geval merkten de onderzoekers echter een nadeel op. Ze zagen dat in een industriële omgeving elektriciteit onvoldoende zou zijn om de basische vloeistof te regenereren zodat meer CO2 uit de lucht kan worden opgevangen. Het zou zo’n inefficiënt proces zijn in de oorspronkelijke vorm dat na vijf cycli van koolstofvangst en regeneratie de basische vloeistof nauwelijks nog CO2 uit de lucht zou kunnen halen.
De onderzoekers stelden voor om elektrodialyse aan het proces toe te voegen als oplossing. Deze methode biedt meerdere voordelen. Ten eerste kan het werken op hernieuwbare elektriciteit. Daarnaast kan het meer water splitsen in zure en basische ionen, waardoor de capaciteit van de basische vloeistof om meer CO2 op te nemen behouden blijft. Wilson Smith noemde de prestatie van dit team een “oplossing van meerdere problemen met één technologie”, en terecht!
Hoewel het de taak van onderzoekers is om nieuwe oplossingen te innoveren en bestaande te verfijnen om de efficiëntie te verhogen, hebben bedrijven en ondernemingen ook een verantwoordelijkheid, en veel bedrijven vervullen die verantwoordelijkheid uitstekend. In de onderstaande segmenten bekijken we een paar van die bedrijven die met innovatieve, efficiënte oplossingen op dit gebied zijn gekomen.
Klik hier om te weten of het vangen van koolstof in oceanen een haalbare oplossing is.
#1. Graphyte
Graphyte positioneert zich als ‘s werelds eerste en enige oplossing voor het verwijderen van kooldioxide die duurzaam, betaalbaar en direct schaalbaar is. Wat duurzaamheid betreft, beweert Graphyte dat haar oplossingen in staat zijn om kooldioxide meer dan duizend jaar te verwijderen.
Wat betaalbaarheid betreft, maakt het bedrijf haar oplossingen beschikbaar tegen een genormaliseerde productiekost van minder dan US$100 per ton, en wat schaalbaarheid betreft, claimt het bedrijf in staat te zijn om op te schalen tot een niveau waarop het verwijderen van miljarden ton koolstof een haalbare mogelijkheid is.
De specifieke methode van Graphyte volgt de aanpak van Carbon Casting, die gebruik maakt van gemakkelijk beschikbare biomassa, zoals resten van hout en landbouwactiviteiten. Graphyte droogt en comprimeert deze biomassa om er dichte koolstofblokken van te maken. Deze blokken hebben een milieuvriendelijke, ondoordringbare barrière die veilige opslag in ultramoderne ondergrondse locaties garandeert.
Terwijl we spreken over Graphyte’s methode, Barclay Rogers, de oprichter en CEO van het bedrijf, had het volgende te zeggen:
“Carbon casting laat de natuur efficiënt het werk van het vangen van CO2 doen, en maakt vervolgens gebruik van engineeringtechnieken om het op te slaan voor klimaatrelevante tijdschalen. Het is een oplossing die overal kan worden toegepast, die de markt zal veranderen, en, nog belangrijker, die zal helpen de planeet te redden.”
Carbon casting kan bijna alle koolstof die in de biomassa is gevangen behouden en verbruikt zeer weinig energie. Het is een goedkope maar toch duurzame koolstofverwijderingsprocedure die fotosynthese combineert met praktische engineering.
Het potentieel van Graphyte heeft het geholpen het vertrouwen en de geloofwaardigheid van de investeerdersgemeenschap te winnen. Het voltooide zijn Series A-financieringsronde met een totaal van US$30 miljoen. De ronde werd gezamenlijk geleid door Prelude Ventures en Carbon Direct Capital en omvatte ook bijdragen van huidige investeerders zoals Breathable Energy Ventures en Overture.
Terwijl door aandelen gefinancierde innovatieve ondernemingen zoals Graphyte met hun nieuwe oplossingen zijn opgekomen, zijn er gevestigde beursgenoteerde bedrijven zoals Linde die zich hebben gericht op adsorptie‑gebaseerde koolstofvangst en kooldioxide‑recovery.
#2. Linde
De HISORP® CC adsorptie‑gebaseerde koolstofvangstoplossing, de nieuwste toevoeging aan Linde’s portfolio voor koolstofvangst, vult haar beproefde pressure swing adsorption (PSA) en membraan‑technologieën aan.
De HISORP CC‑oplossing scheidt CO2 van procesgassen over een breed scala aan CO2‑invoercijfers. Het maakt gebruik van meerdere Linde‑technologieën, waaronder pressure swing adsorption (PSA), cryogene scheiding en compressie, om een vangstpercentage van meer dan 99 %, precies 99,7 %, te bereiken.
Een van de grootste voordelen van deze oplossing is dat ze werkt op energie afkomstig van hernieuwbare bronnen. Het regeneratieproces vereist geen stoom, waardoor de koolstofvoetafdruk minimaal blijft.
Bovendien is HISORP CC een technologie met lage CAPEX en lage OPEX, met een minimaal specifiek energieverbruik en is vrijwel kosteloos beschikbaar voor solventbeheer, aanvulling en handling.
Linde heeft ervoor gezorgd dat de technologie breed compatibel en inclusief blijft, zodat ze kan worden gecombineerd met het volledige spectrum van Linde‑oplossingen, inclusief steam methane reforming (SMR), auto‑thermal reforming (ATR), partial oxidation (POX) of vergassing. Het is geschikt voor integratie in bestaande en nieuwe installaties voor SMR, POX en ATR, zelfs met een verhoogde waterstofproductie.
In 2023 registreerde Linde, als toonaangevend wereldwijd industrieel gas‑ en ingenieursbedrijf, een omzet van US$33 miljard.
Hoewel bedrijven zich inzetten voor hun doelstellingen, is het leren en uitwisselen tussen bedrijven en onderzoeksinstellingen wederzijds. In het afsluitende segment kijken we naar technologische onderzoeken op dit gebied die de toekomst van koolstofvangst kunnen transformeren door deze effectiever en efficiënter te maken.
De Toekomst van Koolstofvangst: Een Instrument met Transformatief Potentieel
In juli 2024 stelde een groep onderzoekers een holistisch platform voor om sorptie‑gebaseerde koolstofvangst te versnellen. Ze noemden het platform PrISMa, wat staat voor Process‑Informed Design of tailor‑made Sorbent Materials.
Het platform probeerde de grootschalige inzet van koolstofvangsttechnologieën koolstofefficiënter te maken. Het benadrukte het onder één paraplu brengen van de gefragmenteerde componenten en de uitvoerders ervan.
Terwijl chemici zich voorheen richtten op materiaalkunde en ingenieurs op procesoptimalisatie, integreerde het PrISMa‑platform materialen, procesontwerp, techno‑economics en levenscyclusanalyse. Het vergeleek meer dan 60 casestudies van CO2‑vangst uit verschillende bronnen in 5 wereldwijde regio’s met verschillende technologieën.
Het informeerde vervolgens gelijktijdig verschillende belanghebbenden over de kosteneffectiviteit van technologieën, procesconfiguraties en locaties. Het onthulde ook de moleculaire kenmerken van top‑presterende sorptiematerialen en bood bruikbare inzichten over milieueffecten, co‑voordelen en afwegingen. Het uiteindelijke resultaat had tot doel belanghebbenden in een vroeg onderzoeksstadium te verenigen, waardoor de ontwikkeling van koolstofvangsttechnologie wordt versneld in de race naar een netto‑nul wereld.
De wetenschappers die verantwoordelijk zijn voor de ontwikkeling van PrISMa, Berend Smit van EPFL en Susana Garcia van de Heriot‑Watt University, zijn zeer optimistisch over de praktische toepasbaarheid van de methode. Volgens professor Berend Smit:
“Deze innovatieve aanpak versnelt de ontdekking van top‑presterende materialen voor koolstofvangst, en overtreft traditionele trial‑and‑error methoden.”
PrISMa heeft aanzienlijke potentie voor de toekomst. Door gebruik te maken van experimentele data en moleculaire simulaties, kan het de adsorptie‑eigenschappen van potentiële sorptiematerialen voorspellen.
Dit zou uiteindelijk leiden tot een ontwikkelaarsgemeenschap die in staat is weloverwogen keuzes te maken. De proceseigenschappen van PrISMa maken het mogelijk om de prestaties van koolstofvangstoplossingen te meten en te benchmarken door wetenschappers te helpen procesprestatie‑parameters te berekenen, zoals zuiverheid, herstel en energiebehoefte.
Een cruciale parameter die elke wetenschappelijke of technologische oplossing maakt of breekt, is de economische levensvatbaarheid. PrISMa kan de economische en technische levensvatbaarheid van een koolstofvangstinstallatie beoordelen. Ten slotte kan het de milieueffecten over de volledige levenscyclus van de installatie evalueren, waardoor een alomvattende duurzaamheid wordt gewaarborgd.
Al met al is PrISMa niets minder dan revolutionair of transformatief.
We begonnen onze discussie met een breed geadopteerde oplossing die onadequaat en zelfvernietigend bleek te zijn. Nu, met PrISMa tot beschikking van de wetenschappelijke gemeenschap, zou het mogelijk zijn om oplossingen te bedenken die vanaf dag één milieuefficiënt, schaalbaar en kosteneffectief zijn.
Klik hier voor een lijst van top koolstofvangst‑aandelen om in te investeren.
