Stofzuiger haalt CO2 uit de lucht

Het terrein van Hellisheidi bij Reykjavik. beeld ON Power, Árni Sæberg
4

„Tien miljoen CO2-stofzuigers zouden een eeuw nonstop moeten draaien om de overtollige CO2 uit de atmosfeer te filteren”, zegt Deirdre Clark van Universiteit IJsland. Dat is onbetaalbaar. Zij bepleit daarom het afvangen en opslaan van het broeikasgas, en herbebossing.

Op een halfuurtje rijden van de IJslandse hoofdstad ligt de Hellisheidicentrale van Reykjavik Energy. De stoomwolken zijn van kilometers ver te zien in het ruige vulkanische landschap. De fabriek is de grootste geothermische energiecentrale ter wereld. Samen met nog een andere centrale wordt Reykjavik en de industrie daaromheen via een stelsel van buizen en elektriciteitsmasten van duurzame warmte en elektriciteit voorzien.

Hoe dichterbij het complex, hoe sterker de rotte-eierenlucht. Deze wordt veroorzaakt door waterstofsulfide, die met de oververhitte stoom samen met CO2 uit de ondergrond omhoogkomt. De stoom wordt gebruikt voor het aandrijven van turbines om elektriciteit op te wekken. „Het geothermisch opwekken van elektriciteit is dus niet helemaal milieuvriendelijk”, licht Deirdre Clark toe.

Reykjavik Energy start in 2012 de testfase van het CarbFix-project. Het idee is om de waterstofsulfide en CO2 permanent vast te leggen in de bodem. De opgeloste schadelijke gassen worden daarvoor bij een temperatuur van 250 graden Celsius op een diepte van 750 meter onder hoge druk in de basaltische rotsbodem geïnjecteerd. „Door de hoge zuurgraad van het water lossen mineralen als ijzer, magnesium en calcium in het basalt op. De opgeloste koolstof en zwavel reageren vervolgens met deze mineralen en slaan neer in zogeheten carbonaatzouten”, legt de promovenda uit. „Zo reageert koolzuurgas met calcium tot calciumcarbonaat, oftewel kalk.”

Het project wordt deels gefinancierd door de Europese Unie, vervolgt Clark, die promoveert op het Carbfix-project. „Met de testfase van het CarbFix-project is de Hellisheidicentrale de allereerste fabriek ter wereld waar een deel van de CO2 en zwaveldamp direct uit het productieproces worden afgevangen. Daar vormen ze in de basaltbodem een hard gesteente. Ze liggen dus permanent veilig opgeslagen.”

Vanaf 2015 is het CarbFix-project operationeel geworden. Sinds 2017 wordt 70 procent van de CO2 en 30 procent van de waterstofsulfide uit het productieproces afgevangen en terug in de grond gespoten. Clark: „De rest van deze gassen komt vrij in de atmosfeer.” Vanaf 2014 tot begin 2018 is er meer dan 23.000 ton CO2 en 12.000 ton waterstofsulfide afgevangen en in de bodem geïnjecteerd.

De rotsbodem van IJsland is uitermate geschikt voor de opslag van CO2 en waterstofsulfide. „Dat komt door de hoge poreusheid van 8 tot 10 procent van het jonge basaltgesteente. Hierdoor is er genoeg ruimte voor de carbonaatzouten om in de poriën en scheuren neer te slaan”, legt Clark uit. Voor elke ton CO2 is 9 ton basalt nodig. „Er is nu slechts 0,005 volumeprocent van de opslagcapaciteit in de ondergrond van Hellisheidi gebruikt.”

Op andere plekken in de wereld waar basalt in de grond zit zou ook koolzuurgas kunnen worden geïnjecteerd. Clark: „Denk aan plekken als de Deccan Traps in India. Maar ook vulkanische gebieden in Ethiopië of de vulkanische vlakten van Siberië zijn hiervoor bijzonder geschikt.”

In 2013 startten de Amerikanen een test van enkele weken. Ze injecteerden een slordige 1000 ton CO2 in de bodem van de staat Washington. Momenteel wordt er gewerkt aan het CarbonSAFE Cascadia Project. Het voornemen is om 50 megaton koolzuurgas in een groot basaltreservoir voor de kust van de staten Washington en British Columbia te injecteren.

Stofzuiger

Anderhalf jaar geleden kwam daar de ‘koolstofstofzuiger’ van het Zwitserse bedrijf Climeworks bij. Deze testinstallatie wast met een chemisch filter CO2-moleculen uit de lucht. Het gefilterde koolzuurgas wordt samen met de afgevangen CO2 en waterstofsulfide, afkomstig uit de stoom van het geothermische productieproces, in de grond geïnjecteerd. Het CarbFix-project en de pilot van Climeworks zijn letterlijk op elkaar aangesloten. Clark: „Hiermee is de Hellisheidicentrale de eerste fabriek met een negatieve CO2-emissie.”

De koolstofstofzuiger van Climeworks haalt jaarlijks een slordige 50 ton CO2 uit de lucht. Clark: „Lucht gaat in een collector waarin de CO2 op een poreus granulietfilter chemisch geabsorbeerd wordt. Daarna wordt de koolstof bij een temperatuur van 100 graden losgeweekt en opgevangen, waarna deze in dezelfde injectieput wordt gespoten als de koolstofdioxide en waterstofsulfide afkomstig uit het geothermische productieproces.”

In theorie kan de koolstofstofzuiger 135 kilo CO2 per dag uit de atmosfeer zuigen. „Maar in de praktijk is dat eerder 80 tot 90 kilo. Dat is namelijk sterk afhankelijk van de temperatuur, luchtvochtigheid en de wind”, weet Clark. De stofzuiger van Climeworks heeft iets meer dan een week nodig om een ton CO2 uit de atmosfeer te zuigen.

Rekensommetje

Hoeveel koolstofstofzuigers er in theorie zouden moeten draaien voordat het overschot aan CO2 uit de atmosfeer is gezogen, is gigantisch. De promovenda maakt het volgende rekensommetje: „Als het gehalte CO2 sinds de eerste Industriële Revolutie van 280 ppm (aantal deeltjes per miljoen luchtdeeltjes, PB) naar 408 ppm is gestegen, bevindt zich nu een overschot van 128 ppm in de atmosfeer. 1 ppm komt overeen met 7,81 gigaton CO2. Dat vermenigvuldigen met 128 levert afgerond 1000 gigaton op. Om dat overschot te verwijderen zouden er 10 miljoen koolstofstofzuigers nodig zijn die dan zo’n 100 jaar continu volop moeten draaien.”

In theorie is dat dus mogelijk. „Technisch gezien ook”, zegt Clark. „Maar de kosten zijn astronomisch.” Het filteren van 1 ton koolzuurgas kost maar liefst 600 dollar. „Vermenigvuldig dat met 1000 gigaton. Dan krijg je een getal met 14 nullen. De wereld zou bankroet gaan.” Er wordt momenteel hard gewerkt om die kosten omlaag te krijgen naar 100 dollar per ton.

Is het dan niet veel goedkoper en efficiënter om bomen te planten die het teveel aan CO2 uit de lucht filteren? Clark: „Daarvoor zou je een tropisch regenwoud moeten aanplanten ter grootte van de oppervlakte van Rusland. Het woud moet dan 270 jaar lang de lucht zuiveren om het koolstofgehalte in de atmosfeer naar het pre-industriële niveau van 280 ppm CO2 te krijgen. Voor herbebossing op deze schaal is er op het aardoppervlak simpelweg te weinig ruimte.”

Als het mechanisch zuiveren van de aardse atmosfeer onbetaalbaar is en herbebossing praktisch gezien onmogelijk om het overschot aan CO2 te verwijderen, wat dan? Wanneer de mens vandaag stopt met de uitstoot van broeikasgassen duurt het minimaal 10.000 tot 100.000 jaar voordat het teveel aan CO2 op natuurlijke wijze uit de kringloop is verdwenen. Daarom pleit Clark voor een combinatie van techniek en natuur om de koolstofkringloop een handje te helpen het CO2-gehalte in een korter tijdsbestek te reduceren, om zo de huidige opwarming van de aarde te beteugelen.

De promovenda stelt een drietal maatregelen voor: het drastisch reduceren van de CO2-uitstoot door onder andere het afvangen en ondergronds opslaan zoals nu gebeurt in het CarbFix-project van de Hellisheidi-energiecentrale. Vervolgens het actief filteren van de atmosfeer met behulp van koolstofstofzuigers. En ten slotte herbebossing. Clark: „Daarbij moet nog bestaand regenwoud tegen verdere bomenkap beschermd worden. We hebben alle maatregelen en gereedschappen uit alle hoeken nodig om te stoppen met de uitstoot van broeikasgassen en om het gehalte CO2 in de atmosfeer actief omlaag te brengen.”