Koolstofafvang en -gebruik: CO2 uit de lucht halen en er iets mee doen
Stel je een enorme stofzuiger voor, maar dan eentje die geen stof opzuigt, maar kooldioxide (CO2) uit de lucht of uit de rookgassen van een fabriek. Dat is in de kern wat koolstofafvang is: technologie die CO2 afvangt voordat het de atmosfeer opwarmt, of zelfs rechtstreeks uit de buitenlucht haalt. Die CO2 kan daarna diep onder de grond worden opgeslagen, of worden hergebruikt als grondstof voor bijvoorbeeld brandstof, beton of frisdrank.
De Engelse term is Carbon Capture and Utilization, vaak afgekort tot CCU. Wordt de CO2 niet hergebruikt maar permanent opgeslagen, dan spreekt men van CCS (Carbon Capture and Storage); de combinatie heet CCUS. Het idee klinkt eenvoudig, maar de uitvoering is complex, energie-intensief en nog volop in ontwikkeling. Toch zien veel wetenschappers en beleidsmakers het als een noodzakelijk onderdeel van de strijd tegen klimaatverandering, naast besparen op uitstoot.
Wat is het precies?
Er bestaan grofweg twee vormen van koolstofafvang. Bij puntbron-afvang wordt CO2 direct bij de schoorsteen van een fabriek of energiecentrale weggevangen, vlak voordat het de lucht in zou gaan. Dit werkt goed omdat de rookgassen daar geconcentreerd CO2 bevatten, soms wel 10 tot 15 procent van het gasmengsel.
Bij Direct Air Capture (DAC, letterlijk directe luchtafvang) wordt CO2 juist uit de gewone buitenlucht gehaald, waar de concentratie veel lager is: ongeveer 0,04 procent, oftewel 420 delen per miljoen. Dat is te vergelijken met het zoeken naar een handjevol specifieke zandkorrels in een strand vol zand; het kan, maar er moet enorm veel lucht doorheen geblazen worden om genoeg CO2 te verzamelen.
In beide gevallen gebeurt de eigenlijke afvang meestal met chemische stoffen die CO2 selectief aan zich binden, zogeheten sorbentia (bindingsmiddelen). Denk aan speciale vloeistoffen (amines) of vaste filters. Zodra het filter verzadigd is, wordt het verwarmd of onder lage druk gezet, waardoor de CO2 weer vrijkomt in geconcentreerde vorm en apart kan worden opgevangen.
Die geconcentreerde CO2 kan vervolgens twee kanten op. Bij opslag wordt het gas samengeperst tot een vloeistofachtige toestand en via pijpleidingen naar diepe ondergrondse lagen gepompt, bijvoorbeeld lege gasvelden onder de Noordzee of poreuze gesteentelagen. Bij gebruik wordt de CO2 juist een grondstof: het kan worden ingebouwd in beton, omgezet in synthetische brandstof, of gebruikt om koolzuurhoudende drank te maken. Een bijzondere derde route is mineralisatie, waarbij CO2 in contact wordt gebracht met bepaalde gesteenten (zoals basalt) en daarmee binnen enkele jaren chemisch verhardt tot vaste mineralen, zodat het praktisch niet meer kan ontsnappen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is het beperken van de opwarming van de aarde. Klimaatwetenschappers, waaronder het VN-klimaatpanel IPCC, stellen dat het alleen terugdringen van nieuwe uitstoot waarschijnlijk niet genoeg is om de opwarming onder de afgesproken grens van 1,5 tot 2 graden Celsius te houden. Voor sectoren die moeilijk zonder uitstoot kunnen, zoals cementproductie, staalfabricage en luchtvaart, wordt koolstofafvang gezien als een van de weinige beschikbare opties op middellange termijn.
Daarnaast hoopt men op termijn ook CO2 die al in de atmosfeer zit actief te verwijderen, via DAC. Dat zou nodig zijn om de netto-uitstoot niet alleen naar nul te brengen, maar zelfs negatief te maken, iets wat volgens klimaatmodellen essentieel is als de wereld pas laat begint met drastisch minderen.
Bij CCU speelt ook een economisch motief mee: als bedrijven geld kunnen verdienen aan afgevangen CO2 door er producten van te maken, ontstaat een prikkel om de technologie te blijven verbeteren en op te schalen, in plaats van dat afvang alleen een kostenpost is.
Voorbeelden uit de praktijk
Sleipner (Noorwegen, sinds 1996): Het olie- en gasbedrijf Equinor (destijds Statoil) begon hier als een van de eersten ter wereld met het structureel opslaan van CO2 in een ondergrondse zoutwaterlaag onder de Noordzee, om een CO2-belasting op aardgaswinning te vermijden. Het project loopt inmiddels al drie decennia en geldt als bewijs dat langdurige ondergrondse opslag kan werken.
Boundary Dam (Canada, sinds 2014): Energiebedrijf SaskPower bouwde hier de eerste kolencentrale ter wereld met grootschalige koolstofafvang. Het project liet zien dat de techniek op centrale-schaal haalbaar is, maar kampte ook met tegenvallende beschikbaarheid en hogere kosten dan vooraf gehoopt, wat leerzaam was voor latere projecten.
Climeworks Orca en Mammoth (IJsland, 2021 en later): Het Zwitserse bedrijf Climeworks bouwde in 2021 met Orca de eerste commerciële DAC-installatie op noemenswaardige schaal, met een capaciteit van enkele duizenden tonnen CO2 per jaar. De afgevangen CO2 wordt via het CarbFix-proces (zie hieronder) in basaltgesteente gepompt. Daarna volgde een grotere opvolger, Mammoth, die stapsgewijs in bedrijf is genomen met een beoogde capaciteit die een veelvoud is van Orca; de precieze operationele capaciteit schaalt geleidelijk op naarmate meer collector-units worden geplaatst.
CarbFix (IJsland): Dit onderzoeksproject, verbonden aan het geothermische energiebedrijf ON Power, ontwikkelde de techniek om CO2 opgelost in water in basaltgesteente te injecteren. Binnen ongeveer twee jaar reageert de CO2 met mineralen in het gesteente en verhardt tot vaste calciumcarbonaten, vergelijkbaar met hoe kalksteen ontstaat. Dit wordt gezien als een van de meest permanente opslagvormen.
Northern Lights (Noorwegen): Onderdeel van het bredere Noorse Longship-programma, een samenwerking tussen Equinor, Shell en TotalEnergies, gericht op het per schip aanvoeren van vloeibare CO2 vanuit Europese fabrieken en het vervolgens ondergronds opslaan voor de Noorse kust. Het project positioneert zich als eerste grensoverschrijdende, open-toegankelijke CO2-opslagdienst, waarbij andere bedrijven tegen betaling hun CO2 kunnen laten opslaan.
Hoe ver is de techniek?
Puntbron-afvang bij fabrieken en centrales bestaat, in verschillende vormen, al sinds de jaren tachtig in de olie- en gasindustrie, waar het vooral werd gebruikt om extra olie uit velden te persen (enhanced oil recovery). Als klimaatmaatregel staat de technologie echter nog relatief in de kinderschoenen: wereldwijd wordt volgens schattingen van het Internationaal Energieagentschap (IEA) momenteel in de orde van enkele tientallen megaton CO2 per jaar structureel afgevangen en opgeslagen, een fractie van de meer dan 35 miljard ton die jaarlijks wereldwijd wordt uitgestoten.
Direct Air Capture is nog veel prematuurder. De grootste bestaande installaties vangen enkele tienduizenden tonnen per jaar af; er zijn plannen voor fabrieken die honderdduizenden tonnen per jaar moeten gaan verwerken, zoals het Stratos-project van 1PointFive (een dochter van oliebedrijf Occidental) in Texas, maar het opschalen naar de miljoenen tonnen die nodig zouden zijn om echt klimaatrelevant te worden, vergt nog enorme investeringen en tijd.
Belangrijke obstakels zijn de hoge energiebehoefte (afvang en vooral DAC kosten veel warmte en elektriciteit), de kosten per ton CO2 (bij DAC nog vaak enkele honderden dollars per ton, tegenover afvang bij puntbronnen die goedkoper kan zijn), het gebrek aan geschikte, veilige ondergrondse opslaglocaties dicht bij uitstootbronnen, en de benodigde pijpleiding- en scheepsinfrastructuur om CO2 te vervoeren. Ook is er discussie over de vraag of grootschalige inzet van afvang niet de aandacht en investeringen afleidt van het simpelweg sneller stoppen met fossiele brandstoffen.
Wie werken eraan?
Op het gebied van Direct Air Capture is het Zwitserse Climeworks een van de bekendste namen, naast het Canadese Carbon Engineering, dat inmiddels is overgenomen door het Amerikaanse oliebedrijf Occidental Petroleum via dochteronderneming 1PointFive. Opvallend is dat juist olie- en gasbedrijven als Occidental, Equinor, Shell en ExxonMobil fors investeren in koolstofafvang, deels omdat ze de benodigde ondergrondse en pijpleiding-expertise al in huis hebben.
Op het gebied van opslag en CCUS-infrastructuur lopen Noorwegen (met het Longship-programma en Northern Lights) en het Verenigd Koninkrijk (met clusterprojecten rond de Noordzee) voorop in Europa. In de Verenigde Staten stimuleert de overheid de sector met belastingvoordelen (de zogeheten 45Q-regeling) voor afgevangen CO2.
Voor CO2-gebruik zijn er kleinere, gespecialiseerde bedrijven actief: het Canadese CarbonCure injecteert CO2 in vers beton, waardoor het beton sterker wordt en tegelijk CO2 permanent opneemt; het Amerikaanse Twelve zet CO2 via elektrolyse om in synthetische brandstoffen en chemicaliën. Onderzoeksinstituten zoals TNO in Nederland en talrijke universiteiten wereldwijd doen fundamenteel onderzoek naar goedkopere sorbentia en efficiëntere processen. Internationale coördinatie en monitoring van de sector gebeurt onder meer via het IEA en het Global CCS Institute.