Bouwen aan negatieve CO₂-emissies
Over decennia moet de wereld CO₂-neutraal zijn. En ooit zelfs CO₂-negatief. Om dat te bereiken, zijn negatieve emissietechnologieën zoals direct air capture and storage nodig. Onderzoek, innovaties ondersteunen, kennis delen, beleidsadvies: de TU Delft zet – in lijn met het Climate Action-programma – alles op alles om onderzoek en innovatie op het gebied van negatieve CO₂-emissie te versnellen.
Door Emiel van Dongen • 30 januari 2024
© Pixabay
Titanische inspanning
Netto nul CO₂-emissies in 2050 en de helft minder uitstoot in 2030: de internationale klimaatdoelstellingen liegen er niet om. Uiteindelijk moet de wereld zelfs emissienegatief worden. Reductie blijft prioriteit nummer één, daarnaast moeten we dus ook op grote schaal carbon dioxide removal (CDR) inzetten. Bij deze processen wordt méér CO₂ uit de atmosfeer of zee verwijderd dan uitgestoten.
Negatieve emissies zijn nodig omdat naar schatting 20 procent van alle uitstoot noodzakelijk blijft voor bepaalde processen. Daarnaast moet CDR compenseren voor de hoge emissies van de afgelopen decennia.
Dat vergt een titanische inspanning. Behalve natuurlijke methodes als bebossing, die maar zeer beperkt kunnen worden ingezet, zijn er namelijk nog geen technologieën waarmee we op grote schaal actief CO₂ uit de lucht of het water kunnen halen. Het afvangen en opslaan van CO₂ uit de industrie (carbon capture and storage, CCS), dat momenteel al beperkt wordt ingezet, leidt hooguit tot nul uitstoot (zie hieronder voor een overzicht van de belangrijkste technologieën).
-
- Carbon dioxide removal (CDR): CO₂ uit de atmosfeer of oceanen wordt verwijderd en opgeslagen, wat resulteert in negatieve emissies.
- Direct air capture and storage (DACS): negatieve emissietechnologie om CO₂ uit de lucht te filteren en op te slaan.
- Direct ocean capture (DOC): zie DACS, alleen dan wordt de CO₂ verwijderd uit zeewater. Handig op papier: de CO₂-concentratie daarin is namelijk 150 keer hoger dan in de lucht.
- BECCS: biomassa (dat CO₂ heeft opgenomen) wordt verbrand voor energieproductie. CCS vangt de CO₂ af, waardoor negatieve emissies kunnen worden gerealiseerd.
- Biokool: door een houtskoolachtig materiaal in de bodem te stoppen wordt de CO₂ opgeslagen en neemt de kwaliteit van de bodem toe.
- Carbon capture and storage (CCS): CO₂ wordt afgevangen uit fabrieken en permanent opgeslagen, bijvoorbeeld in lege gasvelden of mijnafval. Dit is geen negatieve emissie, hooguit is de uitstoot nul.
- Carbon capture and utilization (CCU): van afgevangen of gefilterde CO₂ worden nuttige materialen gemaakt. Dit resulteert alleen in negatieve emissies als de koolstofdioxide gedurende langere tijd wordt opgeslagen.
- Mineralisatie: het omzetten van CO₂ in vaste mineralen, dat vooral wordt gebruikt om CO₂ in gesteente op te slaan. Natuurlijke processen worden versneld door de gesteenten te extraheren en verfijnen zodat de reacties tussen de gesteenten en de atmosfeer sneller gaan.
- Systeemanalyse: een holistische analyse van CO₂-technologieën die kijkt naar de gehele levenscyclus. Ook factoren als beleid, economische haalbaarheid, ethiek en de grenzen van natuurlijke systemen worden meegenomen.
Prof.dr.ir. Andrea Ramírez Ramírez © TU Delft
Dr.ir. David Vermaas © TU Delft
Drie-eenheid wetenschap, overheden en bedrijven
“Er is nu gelukkig veel aandacht voor het afvangen, opslaan, omzetten en verwijderen van CO₂. Op veel vlakken moeten er echter nog wat scheppen bovenop voordat negatieve emissietechnologieën effectief en betaalbaar genoeg zijn”, aldus universitair hoofddocent David Vermaas, die onderzoek doet naar CO₂-technologieën en coördinator is van het thema Climate Change Mitigation binnen het Climate Action-programma.
Wereldwijd dienen (internationale) overheden, het bedrijfsleven en kennisinstellingen de handen ineen te slaan om de ontwikkeling en inzet van deze technologieën te bevorderen. De wetenschap moet technologieën ontwikkelen, de effectiviteit testen en de economische, ecologische en sociale gevolgen in kaart brengen. Bedrijven zijn verantwoordelijk voor investeren, vermarkten en opschalen. Overheden tot slot dienen onder meer beleid en regels op te stellen en financiële prikkels te bieden.
Er zijn al wat initiatieven om zulke samenwerkingen van de grond te krijgen. Een Nederlands consortium van overheden, bedrijven, maatschappelijke organisaties en kennisinstellingen – waaronder de TU Delft – ontwikkelt momenteel bijvoorbeeld onder de naam van broeikaseffectontdekker Arrhenius een onderzoeksprogramma voor CO₂-verwijdering.
Kennis opdoen en zoveel mogelijk delen
“De toekomst vereist dat wij als universiteit alles uit de kast halen. De TU Delft onderschrijft dit ook. Negatieve emissie is een speerpunt binnen Climate Action, waardoor we extra mensen konden aantrekken”, vertelt hoogleraar Low Carbon Systems and Technologies Andrea Ramírez Ramírez.
De focus binnen het Delftse CDR-onderzoek ligt op direct air capture (DAC), direct ocean capture (DOC) en systeemanalyse (zie hieronder). De opgedane kennis wordt zoveel mogelijk gedeeld met overheden, bedrijven en andere onderzoekers, vertelt de hoogleraar: “Tegelijk moeten we ook veel informatie en input terugkrijgen. Voor systeemanalyse, waarin ik ben gespecialiseerd, is het bijvoorbeeld belangrijk dat we de dialoog aangaan om te begrijpen wat mensen bezighoudt.”
De Delftse onderzoekers bezoeken en organiseren veel relevante evenementen en treden geregeld op in de media. Ook geven ze presentaties en workshops, recent bijvoorbeeld aan het ministerie van Economische Zaken en Klimaat en het Europees Parlement. Vermaas: “Iedere week ontvangen we wel een uitnodiging, helaas kunnen we niet overal op ingaan.”
-
Onderzoekers van de TU Delft richten zich vooral op de thema’s direct air capture (waar twee mensen fulltime mee bezig zijn), direct ocean capture (drie personen, waaronder David Vermaas) en systeemanalyse (vier onderzoekers, waaronder Andrea Ramírez Ramírez). ‘Inorganic capture and mineralization of CO₂: Looking beyond Amines’, een onderzoek dat is gericht op nieuwe scheidingstechnologieën, is één van de flagship-projecten van het Climate Action-programma.
Andere onderzoeksthema’s zijn bijvoorbeeld:
- Correcte kostenberamingen voor CCS-projecten.
- Het inzetten van elektrochemische technieken voor CO₂-afvang, in plaats van chemische oplosmiddelen.
- De potentie voor grootschalige verwijdering van CDR-methodes.
- Het omzetten van CO₂ naar nuttige materialen, zoals bouwmaterialen.
- Technologie voor langdurig vasthouden van biologische koolstof.
Overheden voeden met informatie en adviezen
(Internationale) overheden zijn een belangrijk publiek, aangezien ze de informatie en adviezen meenemen bij onder meer het opstellen van beleid en het verstrekken van subsidies. Ramírez Ramírez heeft bijvoorbeeld meegeschreven aan een adviesrapport voor Europese beleidsmakers. Eén van de adviezen: er moet een goede rekenmethode voor CDR komen die de héle levenscyclus omvat.
“Er is namelijk geen duidelijke definitie van CDR. Daardoor gebeurt het dat projecten subsidie krijgen die per saldo geen CO₂ verwijderen. Een rekenmethode moet de volledige levenscyclus bestrijken, inclusief bijvoorbeeld de energie die wordt verbruikt bij het afvangen en opslaan van CO₂. Wil je negatieve emissies meenemen in het verplichte Europese carbon credits-systeem? Dan heb je een goede CDR-definitie nodig, maar ook een toezichthouder met voldoende kennis daarover”, aldus de hoogleraar.
Enorme subsidies
Voor het ontwikkelen en grootschalig inzetten van CO₂-technologieën zijn gigantische investeringen nodig. Bijvoorbeeld via overheidssubsidies. Vaak wordt de parallel getrokken met zonnepanelen en windmolens: subsidies hebben geholpen bij het opschalen en betaalbaar maken van deze technologieën. In Nederland zijn de subsidies voor negatieve emissies, zo vinden een hoop experts, veel te beperkt.
Wel wordt (maximaal) 2 miljard euro gesubsidieerd voor het Porthos-project. Vanaf 2026 gaan vier petrochemische bedrijven in de Rotterdamse haven CO₂ afvangen en opslaan in lege gasvelden voor de kust. Vermaas: “Dit is een ideale oplossing voor de korte termijn. Je kunt de uitstoot er aanzienlijk mee verminderen, daarnaast is het veilig en heeft het weinig sociale impact. Als ook het soortgelijke project Aramis doorgaat, is er voldoende opslagcapaciteit voor twintig jaar. Maar om deze opslag ook te gebruiken voor negatieve emissies, moet er nog flink worden opgeschaald in het afvangen uit de lucht en het water.”
Samenwerken met bedrijfsleven voor versnelling
De afgelopen jaren was er een enorme toename van het aantal CO₂-startups, mede dankzij initiatieven als de Carbon XPrize (die miljoenen toekent aan veelbelovende startups) en het EIT Climate-KIC accelerator programme. Dit publiek-private partnerschap van de EU – waar ook de TU Delft aan deelneemt – ondersteunt startups en innovaties via onder meer financiering, kennisdeling en coaching.
De TU Delft stimuleert ook de oprichting van spin-offs. Zoals SeaO2, waar Vermaas medeoprichter van en adviseur voor is. Het bedrijf wil met duurzame elektriciteit gigatonnen CO₂ filteren uit zeewater, waarna het kan worden opgeslagen of omgezet.
Ramírez Ramírez: “Het startup-landschap bloeit en er is veel vraag, want we weten 100 procent zeker dat deze technologieën nodig zijn. Maar voor het afvangen en verwijderen van gigatonnen per jaar, zijn er veel meer bedrijven en investeringen nodig. Vooral voor prille technologieën als DACS.”
De TU Delft werkt intensief samen met het bedrijfsleven om versnelling te realiseren. Voor de haven van Rotterdam kijken onderzoekers bijvoorbeeld naar technologieën die geen fossiele brandstoffen nodig hebben voor het produceren van chemicaliën en materialen. Ramírez Ramírez: “De kennis, ervaring en logistiek van deze bedrijven is nodig om snel op grote schaal een verschil te maken. Als academici kijken wij natuurlijk ook kritisch naar het ontwikkelproces, vervuilende aspecten en mogelijke duurzamere alternatieven.”
Reductie heeft altijd prioriteit
CDR is momenteel een hot topic, maar Ramírez Ramírez en Vermaas kunnen niet vaak genoeg benadrukken dat reductie van CO₂ altijd prioriteit heeft boven verwijdering. Vermaas: “Eerst moet je de kraan dichtdoen voordat je de afvoer vergroot. CDR, dat altijd een beperkte capaciteit zal hebben, is uitsluitend bedoeld om onvermijdelijke uitstoot en historische emissies te compenseren.”
