Een kritische blik op de status van Carbon Capture
Aanleiding
In het laatste AR6 rapport “Klimaatverandering tegen gaan” (zie elders op deze blog) geven de auteurs van WGIII duidelijk aan dat we ten laatste vanaf 2060 broeikasgassen uit de atmosfeer moeten halen. Dat is nodig om de klimaatopwarming te beperken tot 1,5°C zoals overeengekomen in Parijs in december 2015. Omdat we rijkelijk te laat zijn met de reductie van uitstoot van voornamelijk CO2 en omdat we om sommige domeinen nooit echt CO2 neutraal zullen worden, moeten we onze toevlucht nemen tot technologieën als Carbon Capture Storage (CCS) en Carbon Capture Utilization (CCU).
Wat zijn nu die technologieën? Hoe ver staat de ontwikkeling? Zijn ze een bijkomend middel om de 1,5°C te halen? Zijn ze een excuus om gewoon door te doen zoals we bezig zijn?
De technologie
CO2 wordt in verschillende processen uitgestoten op verschillende temperaturen en druk, en in vele concentraties en volumes. In eerste instantie moet elke industrie – ijzer en staal, kunstmest, glas, gas, ceramiek en chemie – de meest geschikte techniek ontwikkelen om CO2 op te vangen met rendementen van 90 en hoger. Daarna kan gedacht worden aan efficiënte opslag of hergebruik van de gecapteerde koolstofdioxide.
Capture
Drie basistechnieken extraheren CO2 uit industriële processen
- Post-combustion: daarbij worden uitlaatgassen van een proces na-verbrand en de CO2 Dat kan in principe op oude reeds bestaande installaties. Het vraagt grote fysieke installaties en kan de efficiëntie van het basisproces verlagen;
- Pre-combustion: CO2 wordt vóór de verbranding uit de brandstof gewassen met stoom en zuurstof. Dit resulteert in een synthesegas van CO2, waterstof (H2) en koolmonoxide (CO). Later wordt in een aparte reactie water (H2O) omgezet in waterstof. Terwijl dat gebeurt, wordt een deel van de koolmonoxide omgezet in kooldioxide. Het eindresultaat is een gasmengsel geladen met H2 en CO2. Voor dit proces zijn dure installaties nodig die bij nieuwe projecten vooraf voorzien moeten worden;
- Oxy-fuel combustion: steenkool, olie of gas wordt verbrand met heel veel pure zuurstof i.p.v. lucht. Daarna wordt CO2 afgescheiden door het water dat bij het gasmengsel hoort samen te persen en af te koelen. De installatie is eerder goedkoop maar de kosten van de zuivere zuurstof voor het verbranden zijn hoog.
Twee technieken laten toe CO2 uit lucht te halen, bijv. om historische CO2 te capteren
- Direct Air Capture & CCS (DACCS): extraheert CO2 op een chemische manier uit de lucht en gebruikt die deels om de chemische producten voor extractie aan te maken;
- Bio-energy & CCS (BECCS): door biomassa, waarin CO2 opgeslagen werd, te verbranden om elektriciteit te produceren en de CO2 uit die verbranding te capteren, daalt de netto hoeveelheid CO2 in de atmosfeer.
Storage
CO2 op een temperatuur van 31,1°C en onder een druk van 72,9 atmosfeer gedraagt zich analoog aan de gekende fossiele brandstoffen. In die vorm kan het goed opgeslagen worden in dezelfde poreuze aardlagen als waar we nu olie en gas winnen. Deze lagen worden afgeschermd door een rotslaag en komen zowel onder land als onder de oceaan voor
Volgens een VN rapport zijn er potentieel heel wat opslagplaatsen mogelijk, alleen al op land.
Utilization
Figuur: potentieel gebruik van CO2
Eenmaal CO2 afgezonderd is van andere stoffen kan het gebruikt worden in bijv.
- Voeding voor gasvorming en verpakkingen;
- Bouwmaterialen door het te vermengen met andere afvalstoffen van bijv. hoogovens voor tegels, dakpannen, klinkers, boordstenen, bouwblokken (carbonatatie proces);
- Chemische producten als methanol en polymeren;
- Synthetische brandstof gemaakt met groene waterstof voor vrachtvervoer, scheepvaart, vliegtuigen, …
De locaties waar de extractie enerzijds en de opslag of hergebruik anderzijds plaatsvinden, liggen mogelijks heel ver uit elkaar. Daarom is er nood aan een uitbreid netwerk van pijpleidingen, schepen of vrachtwagens om de CO2 te vervoeren in de vorm van gas, vloeistof of zelfs vaste stof. Die vorm hangt nauw samen met de combinatie van (historische of nieuwe) verbranding- en extractie processen.
Waar staan we nu?
De eerste CCS projecten werden al in de 1970’s uitgewerkt bij de productie van naturel gas in Texas en hebben zo al meer dan 200 miljoen ton aan CO2 opgeslagen.
CCS wordt kan al op korte termijn worden uitgevoerd en CCU is het einddoel als onderdeel van een regeneratieve of circulaire economie. Vandaag zijn er zo’n 150 proefprojecten in Europa waaronder enkele in België. Maar is dit nu een heilige graal voor de klimaatbeheersing?
Op vandaag is het vaak nog niet duidelijk of producten maken via gerecupereerde CO2 netto minder Koolstofdioxide in de atmosfeer brengt dan gewone productieprocessen. Om dit te kunnen achterhalen, is meer onderzoek nodig. De techniek moet ook nog opgeschaald worden. Dat is duur en risicovol, daarom kijken bedrijven naar subsidies en reglementering.
Het wordt dus eerder 2035 tegen dat deze technologieën op punt staan voor commercieel gebruik.
* Professor Michael E. Mann (Amherst, Massachusetts, 28 december 1965) is een Amerikaanse paleoklimatoloog, auteur en ook een van de stichtende leden van de website RealClimate.
Hoe kunnen we verder?
Er is nog veel werk aan de winkel want
- De kosten voor de technologie en het waterverbruik moeten nog veel lager;
- De risico’s met CO2 dat naar de oppervlakte lekt moeten duidelijker zijn;
- De aanvaarding van deze technologie bij bedrijven, overheden en burgers moet beter.
Er moet nog heel wat gebeuren voor er eensgezindheid zal zijn over het nut van deze technologieën
- Technocraten laten ons graag geloven dat deze techniek toelaat om door te gaan met veel CO2 productie om die (later) weer uit de atmosfeer te halen, “net-zero” aanpak;
- Voor klimaatwetenschappers is het eerder een hulpmiddel om CO2 op te vangen bij specifieke processen waar we niet zonder CO2 productie kunnen.
Sinds 1988 zijn slechts honderd bedrijven, inclusief staatsbedrijven, verantwoordelijk voor 71 % van de wereldwijde broeikasgasemissies, maar toch wordt de focus gelegd op individueel gedrag: we zullen de planeet redden door ons dieet te veranderen, minder te vliegen of beter te recycleren.
daarom
… wat we niet mogen laten gebeuren is dat de grote vervuilers ons overtuigen dat individuele levenskeuzes een alternatief zijn voor een systeemverandering
Thomas E. Mann* in DS van 2 mei
Aan deze nog immature technologie zijn nog heel wat vragen verbonden voor regelgeving
- Wie is op de lange termijn verantwoordelijk voor opslag en monitoren ervan, zowel ondergronds als bovengronds? Bedrijven zoeken om af te geraken van de “eeuwige” verantwoordelijkheid en kijken daarvoor (alweer) naar de overheid;
- Duidelijkheid over verantwoordelijkheid is nodig om veel privékapitaal te mobiliseren;
- Wie verantwoordelijk is op lange termijn beïnvloedt de kwaliteit van de projecten en keuzes van storage locaties;
- Dit vraagt minimaal een Europese aanpak en misschien een aanpak op wereldniveau om te voorkomen dat er “opslag paradijzen” ontstaan.
CCS en CCU worden in vele middens al geroemd als essentieel voor de klimaattransitie. Dat is voorlopig eerder een utopie voor zij die liever geen maatregelen nemen tegen de grote gevestigde bedrijven in de olie-, gas- en elektriciteitsvoorziening. Maar we komen de techniek zeker tegen om sommige processen net-zero te maken. Voorbeelden zijn elektriciteitsproductie met gas en koeling van grote data centers.