Van bakstenen tot cornflakes: CO2 recycleren om de klimaatopwarming te bestrijden

We kunnen de klimaatopwarming alleen efficiënt bestrijden als we massaal CO2 uit circulatie halen. Zover staan we helaas nog niet.

Elk jaar evalueren meer dan honderd wetenschappers van het Global Carbon Project de evolutie van de uitstoot van het belangrijke broeikasgas CO2 (koolstofdioxide). Voor 2022 klokte het rapport af op een niet onverwacht, maar beangstigend resultaat: ondanks alle commotie over de klimaatopwarming blijft de uitstoot van CO2 wereldwijd stijgen. In 2022 was er een toename met 1 procent in vergelijking met 2021, deels een gevolg van meer verbranding van fossiele brandstoffen, deels van meer ontbossing waardoor minder CO2 op natuurlijke wijze uit de atmosfeer wordt gehaald.

In Europa en China – het reuzegrote land is goed voor een derde van de globale CO2-uitstoot – daalden de emissies licht, maar in bijvoorbeeld India en de Verenigde Staten namen ze toe. Er zijn geen aanwijzingen dat er beterschap op komst is: voor 2023 wordt opnieuw een toename verwacht. Voor wie er nog aan zou twijfelen: we zijn niet goed bezig met onze strijd tegen de klimaatopwarming.

Er is meer verbranding van zowel steenkool als olie – het laatste vooral door het internationale luchtverkeer. Steenkool is met voorsprong de meest klimaatontregelende fossiele brandstof, maar het uitdoven van het gebruik ervan verloopt tergend traag. Uit een overzicht in het wetenschappelijke tijdschrift Nature blijkt dat er wereldwijd nog altijd bijna 2500 steenkoolcentrales actief zijn.

In 2019 waren die verantwoordelijk voor meer dan een kwart van de globale broeikasgasuitstoot. Als alle plannen voor de bouw van nieuwe steenkoolcentrales die nog in de pijplijn zitten effectief gerealiseerd worden, stelt Nature, zullen ze tot driekwart van het budget opsouperen dat nu beschikbaar is om de klimaatopwarming beheersbaar te houden. Dat is geen optie: die plannen moeten eruit. Alleen is de vraag of dat een realistisch uitgangspunt is. De ‘markten’ zijn soms weerbarstig tegen broodnodige transities.

CO2 afvangen in fabrieksschouwen is minder efficiënt dan vaak wordt beweerd.

Natte droom

Een andere analyse in Nature wijst op de noodzakelijke vergroening van de productie van cement en staal, respectievelijk goed voor 6,5 en 7 procent van de globale CO2-emissies. Voor de bouw van een wolkenkrabber van dertig verdiepingen zijn 5400 ton cement en 1400 ton staal nodig, waarvan de productie bijna 6000 ton CO2 uitstoot. Om dat naar een nuluitstoot terug te brengen – de bedoeling is om dat tegen 2050 te realiseren – zijn vier belangrijke stappen nodig: een aangepast design van gebouwen, aangepaste technieken om de productie van bouwmaterialen te vergroenen, CO2-vrije verhittingsprocessen tijdens die productie en – de natte droom van elke vooruitgangsoptimist in de strijd tegen de globale opwarming – het afvangen en opslaan van CO2, zodat het geen verdere temperatuurstijging kan veroorzaken.

Aan elk van die stappen wordt gewerkt, met pioniers bij zowel wetenschappers als ondernemers die de duurzame weg volgen. Wat de laatste stap betreft, zet de Europese Unie in op het CLEANKER-project: daarbij worden chemische stoffen op basis van calciumoxide ingezet om het CO2 dat vrijkomt bij de productie van cement op te vangen, waarna het zou kunnen worden opgeslagen in uitgeputte steenkoollagen of lege olie- en gasreservoirs. Een andere aanpak is het Carbon4PUR-project, waarbij het opgevangen CO2 gerecycleerd wordt in chemicaliën voor isolatie- of andere coatings. In het CatASus-project wordt CO2 omgezet in amines (koolstofverbindingen) voor de farmaceutische en agrochemische sector.

Maar de vraag rijst in welke mate die ontwikkelingen snel genoeg beschikbaar zullen zijn om een verschil te maken. ‘De veronderstelling dat we het probleem van de klimaatopwarming op een economisch aantrekkelijke en gemakkelijke manier zullen kunnen oplossen, is op zijn best naïef en op zijn slechtst misleidend’, zei een wetenschapper daarover in Nature. Want er zijn hinderpalen, niet zelden te wijten aan de onvoorspelbaarheid van het menselijk gedrag. Er wordt nu al voor gewaarschuwd dat het terugdringen van de uitstoot in een bepaalde sector tot een verhoogd gebruik van die sector zou kunnen leiden, omdat consumenten ervan uit zullen gaan dat ze goed bezig zijn. Het is niet onlogisch te veronderstellen dat het gebruik van privévliegtuigen, die per capita erg zware vervuilers zijn, na vergroening van hun brandstof zal toenemen.

Het effect van CO2-recyclage wordt groter als het wordt hergebruikt in producten met een lange levensduur, zoals cement, in plaats van producten waarbij het snel opnieuw in circulatie komt, zoals brandstoffen. Er is eveneens meer winst te halen uit het uit de atmosfeer plukken van CO2 dan uit het (louter) zuiveren van industriële uitstoten. Een pilootfabriek in Noorwegen speelt dubbelspel: ze haalt CO2 uit de atmosfeer, maar zet het via een tussenstap van ‘syngas’ (een mengeling van koolstofmonoxide en waterstof) om in groene brandstof voor straalvliegtuigen. Beter zou zijn het in bakstenen te pompen. Vergroenen is een ingewikkelde materie.

Nanodiamantjes

In de wetenschappelijke vakliteratuur worden de laatste jaren aan de lopende band innovaties bekendgemaakt om de omzetting van CO2 in andere stoffen te vergemakkelijken of te versnellen door het gebruik van aangepaste katalysatoren: technische ingrepen die chemische reacties een stevige duw in de rug geven. Nanopartikels zijn een nieuwigheid in deze context. Het gaat om deeltjes die onder meer de conversie van CO2 in syngas versnellen. Nanodiamantjes kunnen CO2 omzetten in mierenzuur, onder meer nuttig als schoonmaak- en bewaarmiddel.

Elektrolyse (het inzetten van elektrische stroom om scheikundige componenten te scheiden) kan nuttig zijn voor het omzetten van CO2 in ethyleen: een bouwblok voor plastic. Een nieuwe chemische katalysator is op koper gebaseerd en recycleert CO2 tot ethanol, zowel een brandstof als een basisproduct voor de chemische industrie. Biologisch afbreekbare ‘pseudopeptiden’ converteren CO2 in cyclische koolwaterstofverbindingen, die kunnen fungeren als bestanddeel van verf en batterijen.

Oesterbedden

Een andere methode is bioconversie: CO2 in bioreactoren door bacteriën laten omzetten in ethanol en andere herbruikbare stoffen. Het blad New Scientist beschrijft een Finse onderneming die bacteriën gebruikt om CO2 dat ze uit de atmosfeer plukt om te zetten in een stof die kan dienen als ingrediënt van voedingsproducten, zoals vlees en cornflakes. Wieren kunnen ingeschakeld worden om van CO2 koolstofvezels met tal van industriële toepassingen te maken. Schotse whiskyproducenten pompen CO2-houdende afvalproducten in bioreactoren vol algen, die vervolgens als voedsel voor oesters gebruikt worden – oesterbedden zijn natuurlijke consumenten van CO2 in de vorm van calciumcarbonaat dat in hun schelpen gaat.

De enige methode die écht impact heeft, is CO2 opslaan in cement of baksteen.

Maar die initiatieven, hoe goedbedoeld ook, lijden aan hetzelfde euvel als een groot aantal andere innovaties: hun precieze impact op de CO2-cyclus is dikwijls niet goed in kaart gebracht, waardoor niet bekend is wat hun netto-effect op de klimaatopwarming op lange termijn zal zijn. Nederlandse wetenschappers publiceerden een ontnuchterend verslag in het vakblad One Earth. Na een grondige analyse van tientallen technieken om producten te puren uit de recyclage van CO2 konden ze niet anders dan besluiten dat de meeste geen betekenisvol effect zouden hebben op de strijd tegen de klimaatopwarming. De enige methode die echt effect zou hebben, is – niet verrassend – een permanente opslag van CO2 in harde stoffen, zoals cement of baksteen. Van de 74 industriële processen die de onderzoekers onder de loep namen, waren er slechts 8 die een significant effect op de uitstoot zouden hebben en amper vier die de nuluitstoot tegen 2050 zouden halen.

Dromen zijn bedrog

De cruciale factor die in de analysen het verschil maakte, was het in rekening brengen van de effecten van de producten die met het gerecycleerde CO2 gemaakt worden. Als die na verloop van tijd hun CO2 weer loslaten, heb je niet veel gewonnen. De onderzoekers suggereren dat het verstandig kan zijn om de subsidies voor dat soort pionierswerk concreter te richten op nieuwe technologieën die een doorbraak kunnen betekenen, in plaats van op technologieën zonder substantieel voordeel op langere termijn. Ook de studie zelf kwam er niet zonder misschien wat te optimistische uitgangspunten, bijvoorbeeld dat alle elektriciteitsproductie tegen 2050 op hernieuwbare energiebronnen zal zijn gebaseerd. Zelfs wetenschappers hebben recht op hun dromen.

De harde realiteit is dat ook in deze context dromen vaak bedrog zijn. Net als luchtwassers in de landbouw doorgaans veel minder ammoniak uit de stalluchten halen dan hun producenten beloven, stelt een studie in Environmental Science & Technology dat het afvangen van CO2 in fabrieksschouwen dikwijls minder efficiënt is dan gebruikers poneren. Ze zouden de recyclagecapaciteit met iets tussen 19 en 30 procent overschatten. Dat is veel.

Een ander euvel werd in New Scientist aangekaart: er zijn vooralsnog weinig goede incentives om zwaar te investeren in het afvangen en recycleren of opslaan van CO2. Het kost te veel en het brengt te weinig op. De ‘markt’ voor deze technologie is klein. Maar als overheden een zelfs maar bescheiden deel van de massa subsidies die ze in de eindeloze stroom van fossiele brandstoffen pompen zouden overhevelen naar de hernieuwbare sector, zouden die incentives er wel kunnen komen. Want zonder steun zullen de pioniers er nooit in slagen om tijdig goede alternatieve routes voor CO2-producerende activiteiten mainstream te maken. De wil is er, maar de middelen zijn er niet of niet genoeg.