Broeikasgas CO2 kansrijke grondstof voor chemische industrie

CO2-opslag in de bodem? Chemicaliën in de atmosfeer verspreiden? Wolken maken? Gigantische schermen ophangen in de atmosfeer die zonlicht tegenhouden? Vergeet al die ideeën voor geo-engineering maar om de klimaatverandering tegen te houden. CO2 uit de lucht is een veelbelovende grondstof. En echt niet alleen voor de kastuinbouw, zo blijkt uit een recent artikel in het vakblad Nature Catalysis.

Momenteel is 80 procent van het wereldwijde energieverbruik afkomstig van fossiele brandstoffen. De chemische industrie veroorzaakt 10 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot; en de verbranding van fossiele brandstoffen nog veel meer.

Een deel van de CO2 is afkomstig uit de lucht, van huishoudens of voertuigen; een ander deel komt direct uit de schoorstenen van fabrieken. „Je kunt die CO2 opvangen en ondergronds opslaan, maar je kunt het broeikasgas ook recyclen, terwijl je de CO2-uitstoot van de chemische industrie tegelijk drastisch omlaag brengt”, zegt Stephanie Nitopi op de website SciTechDaily . Ze doet bij het Amerikaanse onderzoeksbureau Suncat speurwerk naar de mogelijkheden om CO2 te recylen.

„Het gaat om een soort kunstmatige fotosynthese”, verduidelijkt Thomas Jaramillo, directeur van Suncat. Zoals planten zonne-energie gebruiken om CO2 uit te lucht om te zetten in bouwstoffen zoals cellulose en lignine, moet de nieuwe techniek met duurzame energie CO2 omzetten in bruikbare grondstoffen.

Een fabriek die draait op zonne- of windenergie maakt van CO2 bijvoorbeeld methanol –een grondstof voor plastics– en wasmiddelen. Daarnaast kan zo’n fabriek zogeheten syngas produceren, een grondstof voor de chemische industrie en voor klimaatneutrale benzine, diesel en kerosine.

Gestript

Deze manier van werken heet elektrochemische CO2-conversie. CO2-gas bubbelt in een vat water, waarin een katalysator hangt van kopernanodeeltjes. Op deze katalysator vindt een chemische reactie plaats, legt Christopher Hahn van Suncat uit. „Eenvoudig gezegd: er wordt van CO2 een zuurstofatoom gestript, waardoor je koolstofmono-oxide oftewel CO overhoudt. Dit CO kan via andere reacties worden omgezet in belangrijke grondstoffen, zoals alcohol, brandstoffen en andere dingen.”

Een probleem is wel dat de techniek nu nog uitsluitend is gebaseerd op een katalysereactie met koper. Dat levert een mengsel van producten op: 10 procent van de geproduceerde stoffen is eigenlijk vervuiling door ongewenst bijproduct. Het is nu nog te kostbaar om die eruit te halen. Hahn: „We zijn dus nog op zoek naar nieuwe, selectieve, katalyserende stoffen, waarmee we doelgericht het gewenste product kunnen maken.”

Dat de conversie van CO2 met een koperkatalysator in de belangstelling staat, blijkt wel uit het aantal onderzoeken dat erover wordt gepubliceerd. Uit de decennia tot 2006 zijn er 60 artikelen over bekend, vandaag de dag gaat het om 430 wetenschappelijke publicaties sinds 1937.

Eerder dit jaar maakten onderzoekers van Berkeley Lab (VS) in vakblad PNAS bekend dat ze met een nieuwe katalysator direct synthetisch gas kunnen maken. Dit zogeheten syngas is een grondstof voor synthetische brandstoffen en voor de bereiding van kunstmest.

Het Fritz Haber Institüt, onderdeel van het Duitse Max Planck Gesellschaft, experimenteert met koper, zink en aluminium als katalysator voor de CO2-conversie. „Tot hiertoe hebben we de methode van trial-and-error (gissen en missen, BvdD), gebruikt. Maar we gaan de katalysatoren steeds beter begrijpen en kunnen ze tot in detail opbouwen. Sterker, we ontwikkelen ze nu vanaf de tekentafel”, laat Robert Schlögl van het onderzoeksinstituut weten in een interview met SciTechDaily.

Kostprijs

CO2-conversie is dan ook een van de manieren om het CO2-gehalte in de atmosfeer omlaag te brengen, stelt Thomas Jaramillo. Wat hem betreft maken de elektrochemische fabrieken vooral gebruik van de pieken in de productie van zonne- en windenergie.

Momenteel ligt de kostprijs voor CO2-conversie nog aan de hoge kant. „Onze techniek is concurrerend wanneer de kostprijs van een kilowattuur onder de 4 cent duikt, en de omzetting van CO2 plaatsheeft met een efficiëntie van 60 procent.”

Christopher Hahn realiseert zich dat de omschakeling naar CO2-conversie niet op stel en sprong zal gebeuren. „Daarvoor is de chemische industrie te groot en te complex.” Wat hem betreft begint de CO2-conversietechniek met de productie van ethyleen, een grondstof voor de productie van alcohol, polyester, antivries, plastic en synthetisch rubber. „De markt daarvoor kent een jaaromzet van 230 miljard dollar.”

Alleen al de omschakeling van aardolie naar CO2 als grondstof voor de productie van ethyleen kan de chemische industrie elk jaar 860 miljard kilogram aan CO2-emissie schelen. Thomas Jaramillo: „Deze techniek heeft de potentie om de wereld te veranderen.”

Drastische inperkingen van de CO2-uitstoot zijn hard nodig om de afspraken van het klimaatakkoord van Parijs na te komen; bovendien verloopt de afname veel te langzaam, zo liet onderzoeksbureau PricewaterhouseCoopers (PwC) in september weten in zijn jaarlijkse Low Carbon Economy Index (LCEI). Afgelopen jaar verminderde de uitstoot met maar 1,6 procent. Dat is minder dan de helft van de CO2-reductie in 2015.

Sneller

PwC berekende dat de CO2-reductie tot 2100 jaarlijks 7,5 procent zal moeten zijn om de aarde niet meer dan op 2 graden op te laten warmen. Dat betekent concreet dat de reductie vijf keer sneller moet gaan dan de 1,6 procent van vorig jaar.

De chemische industrie veroorzaakt momenteel 10 procent van de CO2-uitstoot. De CO2-conversietechniek kan volgens Suncat zeker een rol spelen om die omlaag te brengen. Dat mes snijdt aan twee kanten: de uitstoot gaat omlaag en het CO2-gehalte in de atmosfeer daalt doordat er CO2 aan wordt onttrokken.

En als de wereld toch geo-engineering nodig blijkt te hebben om het CO2-gehalte verder omlaag te brengen? Dan is er maar één veilige optie, een die geen nieuwe problemen zal opleveren, ontdekte ecoloog Euan Ritchie van Deakin University in Australië. En die is: het herstel van bossen, moerassen, veengebieden, zeewier en andere ecosystemen die veel CO2 kunnen opslaan.

Wanneer deze ecosystemen wereldwijd worden hersteld, kunnen ze tot 2030 37 procent van de CO2-uitstoot uit de lucht halen, stelt Ritchie in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS . Het herstel van ecosystemen kan in potentie samen met de CO2-conversietechniek de netto-CO2-uitstoot halveren.

Broeikasgas CO2 kansrijke grondstof voor chemische industrie

Wetenschap & techniek

RD.nl in uw mailbox?