Mede door het verbranden van fossiele brandstoffen bevat de atmosfeer steeds meer CO2. Om de opwarming van de aarde te beperken moeten we van dat overschot af, maar hoe? Een Nederlands onderzoeksinstituut werkt aan technologie om CO2 uit de lucht te halen en om te zetten in bruikbare producten zoals methanol en kerosine.

Sinds het begin van de twintigste eeuw neemt de temperatuur op aarde gestaag toe. Wetenschappers zijn het eens over de oorzaak: er is een steeds hogere concentratie broeikasgassen in de atmosfeer. Een van die broeikasgassen is koolstofdioxide, beter bekend als CO2.

Gedragsverandering en de energietransitie moeten de uitstoot verkleinen, maar dat is niet genoeg. Om de opwarming van de aarde te beperken zal CO2 uit de atmosfeer opgevangen en opgeslagen of hergebruikt moeten worden. Een Nederlands onderzoeksinstituut zou weleens een belangrijk onderdeel van de oplossing in handen kunnen hebben.

Brandstofcyclus

DIFFER doet in Eindhoven onderzoek naar systemen die de CO2 niet alleen vangen, maar vervolgens ook omzetten in brandstoffen. "Door de CO2 direct uit de lucht te halen, zetten we de eerste stap naar een brandstofcyclus", legt onderzoeker Michael Gleeson uit. "De CO2 kan bijvoorbeeld gebruikt worden voor het maken van een vloeibare brandstof als kerosine."

DIFFER werkt nauw samen met Carbyon, het eveneens in Eindhoven gevestigde bedrijf dat de technologie ontwikkelt waarmee CO2 uit de lucht kan worden gehaald. De extreem dunne en poreuze vliesjes, oorspronkelijk ontwikkeld voor toepassing op zonnepanelen, laten heel gemakkelijk lucht door en zijn voorzien van een materiaal waar de CO2 zich aan hecht.

Gleeson en zijn team richten zich specifiek op de stap daarna: de CO2 weer losmaken van het materiaal, zodat deze opgeslagen of hergebruikt kan worden. Daarvoor verhitten de onderzoekers de vliesjes met microgolven, zoals in een magnetron. "Met microgolven kunnen we het materiaal heel gericht en energie-efficiënt verhitten."

Goedkoop maar gevaarlijk

Fossiele brandstoffen uit de grond halen en verbranden zal altijd de goedkoopste manier zijn om in onze energiebehoefte te voorzien, aldus Gleeson. Tegelijkertijd is het de gevaarlijkste manier, vanwege de grote negatieve impact op het milieu. Volgens de onderzoeker moeten we de bewuste keuze maken om geen gemakkelijk beschikbare fossiele energiebronnen meer te gebruiken; de gevolgen op de lange termijn zijn simpelweg te ernstig.

"Helaas zijn andere energiedragers niet altijd toereikend. Kijk alleen al naar de luchtvaart: het is nog maar de vraag of en wanneer langeafstandsvluchten op elektriciteit of waterstof mogelijk zijn." Kerosine heeft een zeer hoge energiedichtheid, waardoor je op een volle tank gemakkelijk het halve aardoppervlak overvliegt. Waterstof heeft een veel lagere energiedichtheid per volume-eenheid en batterijen zijn vooralsnog te zwaar.

Logisch dus dat het onderzoek naar het opvangen van CO2 zich onder meer toespitst op hergebruik in kerosine . Het maken van op koolstof gebaseerde brandstoffen heeft volgens Gleeson nog een belangrijk voordeel: "Synthetische vloeibare brandstoffen lenen zich heel goed voor langdurige opslag."

Prototype in de maak

Voor het eerste deel van het proces, het opvangen van CO2, is een prototype in de maak. De doelstelling is om het ‘Direct Air Capture’-apparaat waar Carbyon samen met DIFFER en de Technische Universiteit Eindhoven aan werkt binnen een jaar te kunnen demonstreren. "Dat zal in eerste instantie op kleine schaal zijn", zegt Gleeson. "Vervolgens moet het systeem worden verbeterd, opgeschaald en toegepast."

Een belangrijke uitdaging is van financiële aard: de enorme hoeveelheid energie die apparaten als deze verbruiken vormt een grote kostenpost. Ze zijn daarom constant bezig met zorgen dat het gebruikte materiaal de CO2 nog beter bindt en dat de CO2 nog efficiënter kan worden losgemaakt. "Het doel is om de combinatie te vinden die het beste effect sorteert", aldus Gleeson

Het onderzoek van DIFFER moet uiteindelijk leiden tot sluitend bewijs dat gerichte verwarming met microgolven het energieverbruik en dus de kosten drastisch vermindert. Gleeson hoopt dat commerciële partijen de technologie omarmen zodra ze zien dat het relatief goedkoop is in gebruik.

Klimaatverandering aanpakken

De onderzoeker gelooft dat de technologie die hij mede ontwikkelt slechts een van de vele gereedschappen is om klimaatverandering aan te pakken, naast bijvoorbeeld de doorontwikkeling van elektriciteit en waterstof als volwaardige energiedragers voor vliegtuigen, vrachtschepen en zware transportvoertuigen.

"Door brandstof te maken van CO2 creëer je op z’n best een emissieloze cyclus: je haalt het uit de lucht om het vervolgens weer uit te stoten. Willen we verdere milieuproblemen op de lange termijn voorkomen, dan zullen we CO2 op grote schaal moeten gaan opslaan." Dat opslaan gebeurt nu al, onder andere in hermetisch gesloten aardlagen en in lege gasvelden onder de zeebodem.

Stel je vraag aan de wetenschap

Wat zijn de gevolgen van klimaatverandering? Hoe ziet Nederland er over 20 jaar uit? De Nationale Wetenschapsagenda organiseert donderdag 8 oktober een live-sessie op Instagram, waarin meteoroloog en weervrouw Helga van Leur vragen beantwoordt over de verschillende scenario’s van klimaatverandering. Kijk voor meer informatie op de website van de Nationale Wetenschapsagenda.