Wereldwijd werken tientallen startups aan efficiëntere methoden CO2 direct uit de lucht te halen en zo te voorkomen dat het klimaat verder opwarmt. De grootste investeringen in een Direct Air Capture (DAC)-project worden gedaan door een Texaans bedrijf dat graag CO2 gebruikt om lekker veel olie op te pompen.
Het moet goedkoper
DAC is absoluut geen substituut voor maatregelen die de emissies van CO2 terugdringen,’ zegt Andrea Ramirez. Als professor Low Carbon Systems and Technologies aan TU Delft heeft ze dagelijks met deze problematiek te maken. ‘We moeten in de eerste plaats zoveel mogelijk CO2-emissies voorkomen. Maar omdat de concentratie van CO2 al te hoog is, zullen we in 2050 nog gigatonnen aan CO2 uit de lucht moeten halen om te voorkomen dat het klimaat nog verder opwarmt.’
Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) schat dat het rond 2050 nodig zal zijn jaarlijks zo’n tien gigaton CO2 uit de atmosfeer te verwijderen. Het op commerciële schaal afvangen van CO2 uit de atmosfeer staat nu nog in de kinderschoenen. Ramirez: ‘Willen we in 2050 gigatonnen CO2 uit de lucht halen, dan moeten we die technologie nu ontwikkelen.’ Een probleem: de totale kosten om met verschillende methoden CO2 uit de lucht te halen liggen nu tussen de €800 en €1200 per ton. DAC moet niet alleen veel grootschaliger, maar ook veel goedkoper.
Ambities zijn er genoeg. Tientallen teams van bedrijven en universiteiten werken momenteel aan nieuwe DAC-technologieën. Ramirez is jurylid van de XPrize Carbon Removal, een door Elon Musk uitgeloofde prijs voor nieuwe carbon removal technologie. Uit de bijna dertienhonderd aanmeldingen voor deze prijs zijn inmiddels 20 finalisten geselecteerd. In april zal uit deze groep een winnaar worden aangewezen die dan $50 miljoen kan incasseren. Nee, er zit geen Nederlands team in de finale.
XPrize Carbon Removal kent naast DAC nog drie andere categorieën. Bij de 20 finalisten zitten ook teams die meedingen in Rocks, Land en Oceans. Bij Rocks gaat het om fijnmalen van gesteenten die daarbij CO2 opnemen. Land heeft betrekking op de productie van biochar, een materiaal dat ontstaat bij het verhitten van biomassa in een zuurstofarme omgeving. Bij Oceans gaat het om het verwijderen van CO2 uit de zee.
Hoe gaat dat?
De grootste DAC-installatie van de wereld staat nu nog op IJsland. De Mammoth van het Zwitserse bedrijf Climeworks kan daar op papier in een jaar 36.000 ton CO2 uit de lucht halen. Zwak-basische amineverbindingen in poreuze filters absorberen de CO2 uit de aangezogen lucht. De filters worden daarna verhit tot 100 °C om de CO2 weer af te staan. Tot slot wordt de CO2 opgelost in water en in de grond geïnjecteerd waar het reageert met basalt om voor eeuwig in de bodem te blijven.
Climeworks heeft inkomsten door op te treden als koolstof offsetprovider. Onder meer Microsoft, Lufthansa, British Airways, Morgan Stanley en Shopify betalen het Zwitserse bedrijf om CO2 op te slaan. Gelokt door de gulle Amerikaanse subsidies, heeft Climeworks inmiddels ook plannen om in Louisiana een installatie te bouwen die zeker tien keer zo groot is als Mammoth: 300.000 ton CO2 per jaar.
Twee dingen vallen op bij Mammoth: zesendertigduizend ton is nog heel ver verwijderd van gigatonnen en de kosten zijn schrikbarend hoog. Volgens Climeworks bedragen de totale bouw- en exploitatiekosten van Mammoth zo’n €1.000 euro per afgevangen en opgeslagen ton CO2. Ondanks de goedkope geothermische energie op IJsland blijven de kosten voor het aanjagen van de fans en voor het separeren van de CO2 aanzienlijk. Het hele proces gebruikt 2,5 megawattuur aan hitte en 0,5 megawattuur aan elektriciteit om één ton CO2 af te vangen.
Ramirez denkt dat het uiteindelijk mogelijk zal zijn de kosten van DAC terug te dringen tot €200 per ton CO2. Ramirez: ‘Alle teams die zich hiermee bezighouden zoeken naar manieren om de kapitaal- en exploitatiekosten terug te dringen. Het gaat dan vooral om materialen die meer CO2 absorberen en processen die minder energie gebruiken voor het separeren van de CO2. Daarnaast kijken ze naar de massaproductie van modulaire systemen om zo de kapitaalkosten te verminderen.’
Bij het beoordelen van DAC-projecten gaat het volgens Ramirez niet alleen om de technologie. ‘Om te weten of een project koolstof negatief is of alleen koolstof neutraal, moet je naar het hele systeem kijken. Welk probleem probeer je op te lossen? Waar komen de renewables vandaan? Welke kritische materialen en hoeveel water gebruik je?’ Verder is het van groot belang wat er met de CO2 gebeurt. Het kan worden opgeslagen als negatieve emissies of, in combinatie met groene waterstof, worden gebruikt voor het maken van een koolstof neutrale vliegtuigbrandstof.
Carbyon
Carbyon, gevestigd op de High Tech Campus in Eindhoven, is één van de vele startups die aan DAC werken. Oprichter Hans de Neve legt uit hoe Carbyon’s Fast Swing Technologie het afvangen van CO2 fors goedkoper maakt. ‘We hebben een nanomateriaal ontwikkeld dat ongeveer 200 keer zo snel reageert met CO2 dan de materialen die andere bedrijven gebruiken. We behalen daardoor dezelfde resultaten met 200 keer minder materiaal. Minder materiaal betekent dat je werkt met kleinere machines en dat betekent lagere capex-kosten per ton afgevangen CO2.’
Carbyon’s machines zullen niet alleen kleiner zijn, het proces verloopt ook een stuk sneller. De CO2 wordt geabsorbeerd door een zeer dun laagje nanodeeltjes van potassiumcarbonaat. De Neve: ‘De CO2 wordt zeer snel geabsorbeerd omdat het niet diep in de sorbent doordringt en dat betekent ook dat het ook weer snel en voor relatief weinig energie uit de sorbent verwijderd kan worden.’ Een machine in het lab van Carbyon opereert met een cyclus van twee minuten waarin per kilo sorbent dertig gram CO2 uit de lucht wordt gehaald.
De Neve meent dat het uiteindelijk mogelijk zal zijn een machine te maken die voor $100 (total cost of ownership) een ton CO2 af kan vangen. Carbyon kreeg eind vorig jaar een financiële injectie van €15,3 miljoen en zal deze zomer op de Campus in Eindhoven zijn eerste demonstratiemodel in gebruik nemen. Het bedrijf ontving eerder een miljoen dollar in een voorronde van de X-prize, maar komt niet in aanmerking voor de hoofdprijs omdat het nog geen demonstratiemodel heeft dat 1.000 ton CO2 per jaar kan afvangen.
Een heel slecht idee
In Amerika zijn veel klimaatwetenschappers helemaal niet te spreken over DAC. Hoezo? ‘DAC is gewoon een heel slecht idee,’ zegt Charles Harvey, professor of Civil and Environmental Engeneering aan MIT. ‘Laten we heel optimistisch even aannemen dat het mogelijk zal zijn om voor $500 een ton CO2 uit de lucht te halen, veel goedkoper zal het niet worden. Het is duidelijk dat je voor datzelfde bedrag kunt voorkomen dat er tien tot 20 keer zoveel CO2 wordt uitgestoten door het te investeren in de productie van renewables.’
Dat Harvey voor geen cent vertrouwen heeft in DAC heeft alles te maken met de manier waarop afgevangen CO2 in Amerika wordt gebruikt. Harvey: ‘De subsidies van de federale overheid voor het afvangen en opslaan van CO2 gaan hier hoofdzakelijk naar oliebedrijven die de CO2 ongetwijfeld zullen gebruiken voor enhanced oil recovery.’ Voorlopig heeft hij gelijk: volgens het Amerikaanse ministerie van energie wordt meer dan 70 procent van alle afgevangen CO2 – uit de lucht, maar hoofdzakelijk uit industriële schoorstenen – in Noord-Amerika gebruikt voor het productiever maken van olievelden.
Harvey richt zijn pijlen vooral op Stratos, een gigantische installatie van 1.3 miljard dollar in Texas die in 2025 in gebruik zal worden genomen om met de energie van een aanpalend project voor zonne-energie jaarlijks 500.000 ton CO2 uit de lucht te halen. Stratos opereert met de technologie van de Canadese DAC-pionier Carbon Engineering, een bedrijf dat 2023 werd overgenomen door Occidental Petroleum. Dit Texaanse bedrijf is zo’n beetje de kampioen bij het gebruik van CO2 om meer productie uit oudere olievelden te persen.
Occidental Petroleum krijgt voor de bouw van Stratos een overheidssubsidie van $500. Daarnaast kan het nog eens een subsidie ontvangen die kan oplopen tot $180 dollar per ton CO2. De intentie van de subsidies is uiteraard dat de CO2 voor eens en altijd ondergronds wordt opgeslagen. Harvey twijfelt er niet aan dat Occidental Petroleum in ieder geval een deel van CO2 zal gebruiken voor het produceren van meer olie. Stratos staat in de Permian Basin, het gebied dat goed is voor 40 procent van de Amerikaanse olieproductie.
Amerikaanse milieuorganisatie waarschuwen dat meerdere oliemaatschappijen CCS en DAC zullen benutten als groene vijgenbladen of ‘greenwashing’. En inderdaad, Vicky Hollub, de directeur van Occidental Petroleum, zei vorig jaar dat het dankzij DAC mogelijk wordt nog zestig jaar door te gaan met de productie van olie. Het gaat dan om olie die in Texas — dankzij carbon-capture – betiteld wordt als koolstofneutraal of net-zero fuel.
Bescherming inbouwen
Ramirez: ‘Het kan niet het doel zijn van DAC om meer olie uit de grond te halen. Bedrijven moeten daarom transparant zijn hoe ze de technologie gebruiken en wat ze doen met de CO2. Je moet geen subsidies of carbon-credits geven aan processen die niet koolstofneutraal of koolstofnegatief zijn. Een bedrijf moet zich rekenschap geven van alle CO2-emissies in het proces. Criteria voor het verlenen van credits moeten duidelijk maken dat deze alleen gegeven worden wanneer het proces koolstofneutraal of koolstofnegatief is’.
De Neve is bekend met het Amerikaanse scenario. ‘Het is ontzettend jammer wanneer DAC misbruikt wordt voor oliewinning. We hebben als bedrijf een ethisch charter waarin staat dat Carbyon nooit machines zal verkopen ten behoeve van enhanced oil recovery. De machines die we gaan maken kunnen uitsluitend gebruikt worden om historische CO2-emissies op te ruimen en dat gaan we zeker handhaven.’
Maar wat doet Carbyon wanneer straks een groot oliebedrijf het bedrijf wil overnemen? De Neve: ‘Dat scenario hebben we ook met onze aandeelhouders besproken. Wij willen geen olie- of gasbedrijven als aandeelhouders en we zullen ook niet ingaan op een bod van zo’n maatschappij om Carbyon te kopen.’
Het is zeker dat er aanzienlijke technische doorbraken nodig zullen zijn om ervoor te zorgen dat het in 2050 mogelijk is om met DAC 10 gigaton CO2 uit de lucht te halen. Bij de huidige stand van de technologie, zouden er zo’n vijftigduizend installaties met de capaciteit van Stratos nodig zijn om dat mogelijk te maken.
