Zeewater bevat per liter ruim 150 keer meer opgeloste CO₂ dan lucht: een interessant uitgangspunt voor wie koolstof uit het milieu wil halen. De Nederlandse startup SeaO2 zet die eigenschap in op een unieke plek: de Afsluitdijk. Op de Breezanddijk draait sinds kort een proefinstallatie die met behulp van elektriciteit CO₂ uit zeewater haalt, zonder chemische toevoegingen. Het systeem benut het natuurlijke evenwicht tussen zee en atmosfeer, waardoor het water na behandeling opnieuw CO₂ kan opnemen. De demonstratiecontainer is een eerste stap richting grootschalige toepassing van deze veelbelovende technologie.
Willen we het opwarmen van de aarde per 2050 beperken tot 1.5 graden Celsius, dan is het volgens het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) onvoldoende om alleen CO₂-emissies terug te dringen. Een drastischer stap is noodzakelijk: tegen het midden van deze eeuw moet jaarlijks 7 tot 9 miljard ton CO₂ uit de atmosfeer worden geplukt. Het direct verwijderen van CO₂ uit de lucht, Direct Air Capture of DAC, staat echter nog in de kinderschoenen. In 2024 werd door een paar Direct Air Capture installaties 8.000 ton CO₂ uit de lucht gehaald. De kosten daarvan zijn nog hoog, zo’n €1.000 per ton CO₂.
Wie sinds februari van dit jaar over de Afsluitdijk is gereden, heeft waarschijnlijk een flits opgevangen van een andere manier om CO₂ te pakken. Op de Breezanddijk staat een container van de startup SeaO2 met daarin apparatuur die CO₂ uit het water verwijdert. Dit proces, Direct Ocean Capture, lijkt op het eerste gezicht slimmer dan DAC. Een liter zeewater bevat immers 150 keer zoveel opgeloste CO₂ als een liter lucht. Om die CO₂ uit het water te halen gebruikt SeaO2 louter elektriciteit en water.
Direct Ocean Capture heeft zin omdat de oceanen van de wereld netto meer CO₂ opnemen uit de lucht dan ze afstaan. SeaO2 benut het natuurlijke evenwicht tussen zeewater en atmosfeer met betrekking tot CO₂. ‘CO₂ uit de atmosfeer lost op in zeewater,’ zegt Maarten Oudshoorn die sinds februari van dit jaar CTO van SeaO2 is. ‘Een groot deel van die CO₂ reageert dan in het water naar carbonaat. Deze evenwichtsreactie wordt gedreven door de zuurgraad van het water. Als de pH hoog is dan ontstaat er veel carbonaat. Is de pH laag, dan verschuift het evenwicht in het water naar CO₂’.
SeaO2 heeft een elektrochemisch proces ontwikkeld om zoveel mogelijk CO₂ uit het water te halen. Oudshoorn: ‘In ons proces wordt een klein deel van het gepompte zeewater over een bipolair membraan geleid waar het gesplitst wordt in een zure stroom en een base stroom. De zure stroom wordt toegevoegd aan de rest van het water waardoor de pH tijdelijk verlaagd wordt en het carbonaat evenwicht verschuift naar CO₂.’
Na het toevoegen van het zuur komt het water in een vacuümpan waarin het CO₂ uit het water ontsnapt zoals de bubbeltjes uit een glas cola. Deze CO₂ moet dan ergens permanent worden opgeslagen of gebruikt in een industriële toepassing. Oudshoorn: ‘Na het verwijderen van de CO₂ voegen we de base weer toe aan het water dat teruggaat in de zee. Dat is belangrijk voor de buffercapaciteit van de zee. Het koolstofarme zeewater kan daardoor weer opnieuw CO₂ uit de atmosfeer opnemen en dat is uiteindelijk het doel van het proces.’ De container op de Afsluitdijk is een demonstratieproject waarmee SeaO2 in een jaar tijd 25 ton CO₂ uit het water hoopt te verwijderen.
IJsland en Texas
De ontwikkeling van Direct Air Capture is verder gevorderd dan die van DOC. Op IJsland staat Mammoth, een installatie van het Zwitserse Climeworks die op papier jaarlijks 36.000 ton CO₂ zou kunnen afvangen. In Texas wordt gebouwd aan Stratos, een installatie waarmee de eigenaar, de oliemaatschappij Occidental Petroleum, belooft 500.000 ton CO₂ per jaar uit de lucht te halen. Oudshoorn: ‘DAC maakt gebruik van een adsorptietechnologie met behulp van amines. Die technologie wordt al decennia gebruikt voor het afvangen van CO₂ uit de schoorstenen van de industrie. Het is technisch gezien een klein stapje van het afvangen van CO₂ uit emissies naar het direct afvangen van CO₂ uit de lucht.’
Technisch gezien is dat een klein stapje, maar thermodynamisch en dus financieel is het een reuzensprong. In de schoorsteen van een kolencentrale kan de concentratie van CO₂ 150.000 ppm bedragen. In de atmosfeer is die niet hoger dan 400 ppm. Het zou Climeworks daarom op IJsland, ondanks de goedkope geothermische energie, zo’n € 1.000 kosten om een ton CO₂ te pakken te krijgen. Verder worstelt het Zwitserse bedrijf met het opschalen van de technologie. Mammoth haalde in 2024 niet meer dan 105 ton CO₂ uit de lucht, een fractie van de geplande capaciteit.
Eigenaar Occidental Petroleum wil nog in 2025 Stratos opstarten, een DAC-installatie in Texas die jaarlijks 500.000 ton CO₂ uit de lucht moet halen. De Canadese technologie die hier wordt toegepast gebruikt 8,8 GJ thermische energie plus 360 kilowattuur elektriciteit om een ton CO₂ uit de lucht te verwijderen. De warmte wordt geleverd door het verbranden van aardgas en het is te verwachten dat eigenaar Occidental Petroleum in ieder geval een deel van de CO₂ zal gebruiken voor ‘enhanced oil recovery’. Dat het project op deze manier het klimaat ten goede zal komen is dan ook zeer de vraag.
Dat neemt niet weg dat wereldwijd tientallen bedrijven werken aan een eigen technologie om CO₂ direct uit de lucht te halen. Ze zijn dan vooral op zoek naar materialen die meer en sneller CO₂ absorberen en processen die minder energie gebruiken om CO₂ te separeren. Zo gebruikt het Nederlandse bedrijf Carbyon nanodeeltjes van kaliumcarbonaat voor het zeer snel absorberen van CO₂. Hans de Neve, oprichter van Carbyon, meent dat een machine van zijn bedrijf uiteindelijk voor zo’n € 90 een ton CO₂ uit de lucht kan halen.
Scheveningen
Zeewater bevat per liter 150 keer zoveel CO₂ als lucht. Misschien kan SeaO2 aantonen dat het efficiënter en goedkoper is om CO₂ uit zeewater te halen dan direct uit de atmosfeer. Het bedrijf is al bezig met het voorbereiden van de volgende stap: een pilot/demonstratieproject op de visafslag in Scheveningen. Oudshoorn zegt dat voor deze locatie is gekozen vanwege de snelle toegang tot zeewater en de aanwezigheid van een groot aantal zonnepanelen die groene stroom leveren. Het is de bedoeling dat deze installatie in Scheveningen in een jaar 250 ton CO₂ uit het water van de Noordzee haalt.
Maakt het nog uit in welke zee of in welk klimaatzone zo’n DOC wordt geplaatst? Oudshoorn: ‘Het belangrijkste is voor ons momenteel dat onze uitlaat zit op een plek waar de zee een goede reabsorptie capaciteit heeft met de atmosfeer. Als je in een diepe oceaan gaat zitten, dan heb je de kans dat de wateruitstroom in de diepte verdwijnt waar geen CO₂-uitwisseling meer is met de atmosfeer. De Noordzee is niet erg diep en het water dat we terug in de zee brengen heeft binnen een jaar tijd zijn portie CO₂ weer opgenomen.’
Speelt de temperatuur van het water een rol? Oudshoorn: ‘We zitten in Nederland, en we kijken nog niet veel naar temperatuur. Wel is het zo dat CO₂ beter oplost in koud water, de neiging om te verdampen is dan echter wel lager. Het kost dan meer energie om de CO₂ eruit te halen. Zouden we ergens in het warme water van het Midden-Oosten gaan zitten, dan is de concentratie CO₂ wat lager, maar het zal minder energie kosten om het in het vacuüm eruit te trekken.’
Naast de ontwikkeling van de technologie, ligt bij SeaO2 een groot accent op MRV, het acroniem dat staat voor Monitoring, Reporting en Validation. Het bedrijf heeft twee oceanografen in dienst die aan de hand van stromingsmodellen van de Noordzee bekijken hoe de afgevangen CO₂ opnieuw door het zeewater uit de lucht wordt opgenomen. Ze kijken ook naar de impact die het proces kan hebben op alle vormen van leven in de zee en naar de impact die het kan hebben op de gemeenschap waarbinnen het functioneert.
SeaO2 kijkt volgens Oudshoorn ook naar opties om DOC te combineren met andere activiteiten langs de kust. Oudshoorn: ‘Het oppompen van het water is een van de grote energiekosten. We zouden bijvoorbeeld in de discharge van een elektriciteitscentrale aan de kust kunnen gaan zitten.’ Het Californische Captura heeft een technologie die een aantal overeenkomsten heeft met die van SeaO2. Deze startup onderzoekt de mogelijkheid DAC te combineren met andere toepassingen zoals het verwijderen van CO₂ uit het afvalwater van een ontziltingsinstallatie.
XPRIZE Carbon Removal
In april van dit jaar won Mati Carbon de hoofdprijs, een bedrag van vijftig miljoen dollar, van de XPRIZE Carbon Removal Competition. Deze Amerikaanse startup haalt geen CO₂ uit de lucht of uit de zee, maar verschalkt CO₂ door het toevoegen van vermalen basalt aan landbouwgronden in India en Afrika. Het silicarijke vulkanische gesteente verbetert niet alleen de bodemkwaliteit voor de gewassen, maar helpt met reacties in de bodem ook om koolstofdioxide uit de lucht te verwijderen. Koolstofdioxide in de lucht lost op in regenwater en vormt koolzuur. Wanneer gesteenten door het zure water verweren lossen de silicaatmineralen in het gesteente op. Hierbij komen calcium, magnesium en andere positief geladen ionen, kationen genaamd, vrij. Deze kationen reageren met koolzuur in het water en vormen bicarbonaationen. In deze bicarbonaatvorm kan de koolstof niet terugkeren naar de atmosfeer. Uiteindelijk spoelen de bicarbonaationen de oceanen in, waar de koolstof duizenden jaren vastzit.
