Wetenschap Wat je allemaal kunt met CO2

CO2 kan óók een nuttige grondstof zijn. Vijf toepassingen

Het is industrieel afval, de belangrijkste veroorzaker van klimaatverandering en… een grondstof die geld waard is. Afgevangen CO2 bewijst zich steeds vaker als bouwsteen voor allerlei nuttigs, van paprika’s tot medicijnen. Vijf toepassingen met potentie op een rij.

‘Om gewassen harder te laten groeien, voeren veel kassenbouwers daarom de CO2-concentratie in hun kas op. Die extra CO2 produceren ze doorgaans door fossiele brandstoffen te stoken.’ Beeld Pauline Niks

Flesjes en T-shirts

Flesjes en T-shirts uit fabriekswalmen. Klinkt misschien gek, vies zelfs, maar dat valt reuze mee. De kunststof in petflessen, vershoudfolie en nylonkleding wordt nu gemaakt door koolstofrijke moleculen uit aardolie aan elkaar te kitten. Je kunt datzelfde kunststof ook in elkaar zetten met CO2-moleculen die eerder uit schoorsteendamp zijn gefilterd.

Het is een van de manieren om het broeikasgas te transformeren van afval in een waardevolle grondstof. Je stopt het niet in de grond, zoals bij ‘koolstofafvang en -opslag’ het idee is, maar doet er iets nuttigs mee. Dit kan helpen om de uitstoot van het broeikasgas te verminderen, zegt Earl Goetheer, die de mogelijkheden van CO2-afvang onderzoekt bij TNO en de TU Delft.

CO2-moleculen klik je niet moeiteloos even in elkaar om er een nieuw materiaal van te maken, legt hij uit: er moet altijd energie worden ingestopt in de vorm van hitte, licht of elektriciteit. Neem plastic uit CO2, daarbij zitten de energiekosten voor een belangrijk deel in het tweede benodigde basisingrediënt: waterstof. Dat maak je weer door watermoleculen uit elkaar te trekken, zodat je waterstof en zuurstof overhoudt, en dat kost een hoop stroom. Met waterstof en CO2 is vervolgens methanol te maken, wat weer verder aan elkaar te plakken is tot verschillende soorten kunststof.

Producten waarin CO2 op deze manier zit verwerkt, liggen al in de schappen. Zo heeft kunststoffabrikant Covestro matrassen met een flexibel schuim dat naar eigen zeggen voor maximaal 20 procent uit hergebruikt CO2 bestaat.

Afgezet tegen de tientallen gigatonnen broeikasgassen die de mens wereldwijd uitstoot, zijn die paar matrassen druppels op een gestaag opwarmende plaat. Tussen 2030 en 2040 verwacht Goetheer dat in Nederland hergebruik van 6 megaton CO2 per jaar mogelijk is. Nederland stoot jaarlijks zo’n 200 megaton uit, een hoeveelheid die de komende jaren flink moet teruglopen. Daarmee kan hergebruik van het broeikasgas een substantiële, zij het beperkte bijdrage leveren, aldus Goetheer. Dan gaat het niet alleen om plastic.

Medicijnen

Er is een industrie waar CO2 als grondstof gebruiken allang gebruikelijk is: de chemische. Met vergelijkbare processen als hierboven beschreven wordt het aan andere moleculen geplakt om chemische bouwstoffen als methanol te maken. Zo is het mogelijk om onder meer ingrediënten voor medicijnen uit CO2 te maken, zoals Deense wetenschappers in 2014 lieten zien in de Journal of the American Chemical Society. Je zou de CO2 ook in dit geval kunnen afvangen uit een fabriekspijp.

Waarom doen we dit dan niet massaal? Dat heeft een paar redenen, zegt Bert Weckhuysen, hoogleraar anorganische chemie en katalyse aan de Universiteit Utrecht. Het is economisch niet rendabel, aangezien fossiele grondstoffen voor dezelfde chemische producten, zoals aardgas en –olie, ‘spotgoedkoop’ zijn. Bovendien zijn alle apparatuur en productieprocessen ingesteld op de huidige methoden. Dit aanpassen vergt kostbare investeringen en tijd.

Rozen en paprika’s

Voor planten is CO2 al honderden miljoenen jaren een grondstof. Stiekem doen ze niet zo gek veel anders dan de kunststoffabriek: met CO2, water en energie uit licht bouwen ze hun bladeren, bloemen, wortels en vruchten.

Om gewassen harder te laten groeien, voeren veel kassenbouwers daarom de CO2-concentratie in hun kas op. Die extra CO2 produceren ze doorgaans door fossiele brandstoffen te stoken.

Dit is de sector in Nederland waar de vraag naar CO2 het grootst is, zegt Earl Goetheer. Hier worden ook flinke stappen gezet met het hergebruik. Bijvoorbeeld door afvalenergiecentrale AVR, dat afval verbrandt om uit de hitte energie te halen. Het bedrijf wil ongeveer een kwart van de CO2 die hierbij vrijkomt afvangen en deze met vrachtwagens naar kassen in de buurt transporteren, zodat zij niet langer aardgas hoeven te stoken. Op de vestiging in Duiven is een afvanginstallatie en opslagplek in aanbouw, laat een woordvoerder weten. ‘Vorige week zijn net een aantal metersgrote opslagtanks gearriveerd. We hopen in de zomer te gaan leveren.’ Op hun centrale in Rozenburg doet AVR een haalbaarheidsonderzoek om te kijken of hier hetzelfde mogelijk is.

Let wel: eet je de paprika of aubergine uit de kas op, dan gaat de CO2 die ooit opsteeg uit brandend afval alsnog de lucht in. Mensen stoten immers ook CO2 uit na verbranding van calorieën uit voedsel. Kassenbouw is daarmee een manier om uitstoot van broeikasgassen te verminderen doordat de kassen minder gas stoken, niet om hem naar nul te brengen.

Huizen

Als je CO2 echt vast wil leggen in een bruikbaar product, dan zou je dat eigenlijk moeten doen in steen. Ook dat kan. De eerste huizen die het broeikasgas uit de lucht hebben gehaald, staan al. Zo heeft het Amerikaanse bedrijf CarbonCure naar eigen zeggen meer dan een miljoen kubieke meter beton geleverd dat CO2 opneemt als onderdeel van het uithardingsproces. Tegen 2030 zou deze methode tussen de 0,6 en 1,4 gigaton CO2 kunnen besparen, berekende The Global CO2 Initiative, een onderzoeksproject van onder meer de Universiteit van Michigan

Zo zijn er meer manieren om CO2 te vangen in steen, aldus Goetheer. Slakken, overblijfselen uit de staalproductie, zijn tot CO2-opslurpend gruis te verwerken dat bijvoorbeeld bruikbaar is bij de fundering van wegen.

Dat dit soort innovatieve projecten niet eenvoudig zijn, ervoer de Ruwbouwgroep. Het bedrijf haalde in 2017 het Journaal met blokken ‘compensatiesteen’ die CO2 uit de lucht opnemen tijdens het uithardingsproces. Inmiddels is de productie gestaakt en zit het project weer in de ontwikkelingsfase, aldus een woordvoerder. Het bedrijf wil niet kwijt wat hiervan de reden is.

Hiernaast wijst Goetheer op het belang van zorgvuldige analyses van het complete proces bij CO2-toepassingen. ‘In het verleden is dit weleens fout gegaan.’ Hij noemt palmolie als voorbeeld, het goudgelen goedje uit de oliepalm dat een geschikte biobrandstof leek. De boom neemt CO2 op uit de lucht, de auto stoot het weer uit, netto belandt er geen extra CO2 in de lucht, was het idee. In de praktijk blijkt dat in landen als Indonesië en Maleisië grote lappen oerwoud worden gekapt voor palmolieplantages, wat netto wel degelijk tot meer uitstoot van broeikasgassen leidt.

‘Als je de sommetjes niet goed maakt, kan blijken dat je duurzame oplossing zo duurzaam niet is’, waarschuwt Goetheer daarom. Het maken van die sommetjes is ook bij hergebruik van CO2 essentieel.

Vliegtuigbrandstof

Het is een grote horde op weg naar een duurzame toekomst: vliegreizen. Boeings en Airbussen in de lucht houden met duurzaam opgewekte elektriciteit? Schier onmogelijk, de komende tijd. Accu’s bevatten per kilo weinig energie, waardoor de benodigde accu’s om een groot vliegtuig in de lucht te houden simpelweg veel te zwaar zouden zijn.

Een duurzamer alternatief is kerosine maken van CO2. Wederom geldt dat de uitstoot niet naar nul gaat; uit het vliegtuig walmen gewoon broeikasgassen, maar de uitstoot van de fabriek spaar je uit. Scheelt toch. Het voornaamste probleem is – alweer – dat nog niet valt niet te concurreren met klassieke kerosine uit olie, zegt Bert Weckhuysen.

Naast de vliegtuigtank zijn er meer plekken waar brandstoffen zich niet zomaar laten verdrijven door groene stroom vanwege de relatief lage energiedichtheid van accu’s, vervolgt hij. Zware scheepvaart en industriële processen waarvoor extreme hitte nodig is, zoals het maken van staal, bijvoorbeeld. Weckhuysen: ‘Een volledig koolstofvrije samenleving creëren kan niet.’

Om toch de uitstoot terug te brengen, moeten we volgens hem daarom meer gaan denken in cycli. Vooral bij de industrie, bijvoorbeeld staalproductie, ziet hij dit als goede optie: verbrand een brandstof, vang de CO2 af, maak er weer brandstof van, enzovoorts. De energie die dit kost moet dan wel uit duurzame bronnen komen.

Want als je op de ene plek CO2 zit uit te stoten voor energie om ergens anders CO2 vast te leggen, schiet dat natuurlijk niet op. Dat terwijl de vraag naar duurzame elektriciteit naar verwachting hoe dan ook enorm zal toenemen, voor auto’s, verwarming, inductieplaten en noem maar op. Dit is volgens Goetheer een van de grootste uitdagingen voor het recyclen van CO2: houden we wel genoeg duurzame stroom over om massaal materialen te kunnen bouwen met het broeikasgas?

Olie-airco

Airco’s die niet alleen de lucht koelen, maar tegelijkertijd CO2 en water omzetten in olieachtige brandstof. Duitse en Canadese onderzoekers opperen in vakblad Nature Communications om dit soort apparaten wereldwijd op te hangen. Ieder zijn zonnepaneel op het dak, ieder zijn olievaatje aan de muur, dat is het idee. Een flat met zes appartementen zou ongeveer 5 kilogram brandstof per dag kunnen produceren, berekenen de wetenschappers. Ze zien zelfs een ‘duurzaam olienet’ voor zich, waar mensen overgebleven olie in kwijt kunnen. ‘Toegegeven, dit klinkt erg futuristisch’, geven ze toe in hun studie. Of het economisch haalbaar is om op massale schaal hightech airco’s te bouwen en installeren, en of mensen hier wel op zitten te wachten, hebben ze niet onderzocht. De onderzoekers wilden een blik in de verre toekomst werpen en laten zien dat hun visie theoretisch haalbaar is.

Meer lezen

Op groene stroom naar New York vliegen? Reken daar voorlopig maar niet op. Ondertussen wordt de luchtvaart een steeds groter klimaatprobleem.

Leiden kelderende olieprijzen binnen twintig jaar tot financiële malaise? Of verdient bijvoorbeeld Shell nog honderd jaar goed geld met olie? Twee scenario's.

Elk land in Europa pakt de energietransitie anders aan. Wat typeert de Nederlandse aanpak, en wat doen onze buurlanden anders? Lees het hier.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.