CO2 uit zee scheelt broeikasgas in de lucht

Tekst: Paul Smits van Innovation Origins 

CO2 uit de zee halen kan een belangrijke stap zijn om wat te doen aan het broeikaseffect. Een voorbeeld is een initiatief van energiewetenschapper Paul Straatman. Zijn voorstel is relatief goedkoop, omdat het gebruik maakt van een bestaande techniek. De crux is daarbij het benutten van temperatuurverschillen in oceanen waarbij CO2 vrijkomt.

Het borrelt van de initiatieven om wat te doen aan de ongewenste hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. Want het broeikasgas is een belangrijke oorzaak van opwarming van de aarde en klimaatverandering. 

Diverse oplossingen gaan uit van het afvangen in zeewater. Simpelweg omdat er in de oceanen meer valt te halen dan in de lucht. Ze herbergen 39.000 gigaton aan CO2, terwijl dat in de atmosfeer een fractie daarvan is: 750 gigaton.

Evenwicht

De CO2 uit zee kan dan worden opgeslagen of nuttig worden gebruikt. Indirect scheelt dat veel CO2 in de lucht door de aanzuigende werking van oceanen op dit gas in de atmosfeer. Weggehaald CO2 uit zee biedt ruimte voor absorptie uit de lucht. Want atmosferische CO2 lost op in zeewater volgens de wet van Henry, net zolang tot er een evenwicht is bereikt.

Paul Straatman en professor Wilfried van Sark (Copernicus Instituut van de Universiteit Utrecht) hopen een steentje bij te dragen aan CO2 uit zeewater halen. Straatman is werkzaam voor Indorama in Rotterdams havengebied, een chemieconcern. Professioneel houdt Straatman zich bezig met kringprocessen en CO2-reductietechnologieën. Zodoende stuitte hij op een mogelijk interessante oplossing om de ophoping van CO2 in zeewater en atmosfeer af te remmen.

"Denk bij kringprocessen aan stoomturbines of een koelkast. Wat we voorstellen is een stap toevoegen aan een bestaand kringproces. Dat heet Oceanische Thermische Energieconversie, afgekort OTEC, om energie op te wekken uit zeewater."

Temperatuurverschil zorgt voor elektriciteit

Bij OTEC wordt gebruik gemaakt van temperatuurverschillen tussen diepzeewater en de laag aan de oppervlakte om energie op te wekken. Op grote diepte is zeewater veel koeler dan de door de zon opgewarmde bovenlaag. 

In bijvoorbeeld een vacuümvat wordt warm zeewater gedaan, in een ander vat koud water van een kilometer diep. De vaten worden verbonden met een turbine om te kunnen profiteren van het verschil in dampspanning. Want het warme vat kent een hogere druk dan het koele vat. Door het drukverschil gaat de turbine draaien en zo wordt elektriciteit opgewekt. 

En hier komt het idee van Straatman aan de orde. "Want bij dit proces komt CO2 vrij. In zeewater zijn het weliswaar kleine concentraties. Maar omdat bij OTEC iedere seconde vele tonnen zeewater passeren gaat het toch om grote hoeveelheden.”

Benutten afvalgasstroom met zuivering

"Dit CO2 zit in het water opgelost en komt door drukverlaging als gas uit de opgeloste vorm. Dat wordt tot nu toe beschouwd als afvalgasstroom. Terwijl je dat door een aanpassing vrij efficiënt kunt gebruiken.”
De aanpassing bestaat uit een gewijzigde CO2-zuiveringsmethode met dezelfde bewezen technologie als gebruikelijk voor deze zuivering in biogasinstallaties. Die zuiveringsstap is geoptimaliseerd op energieverbruik en geschatte uitgaven. 
 
Op deze manier CO2 afvangen kan relatief goedkoop zijn, ook omdat dit gas kosteloos wordt verkregen. "We komen uit op een bedrag van 15 tot 35 euro per ton wat het zou kosten. Zet dat eens af tegen bestaande ‘direct air capture’ technieken, waarbij CO2 wordt afgevangen in gewone lucht of bij een schoorsteen. Dan gaat het om honderden euro per ton, een gigantisch dure techniek.”

CO2 gebruiken voor methanol

De hoogte van de kosten van het binden van CO2 hangt logischerwijs samen met de concentratie. In de lucht zit zo’n 0,04 procent CO2. In rookgassen uit industriële processen zo’n 7-13 procent en het CO2-gehalte wordt op 14 procent berekend in koud water bij een OTEC-installatie.  Hoe hoger de startconcentratie hoe lager de kosten van zuivering zullen zijn. Doordat water CO2 aanzuigt functioneert de oceaan eigenlijk als eerste ruwe concentratiestap. 

Wat te doen met de zo afgevangen CO2 uit zeewater? "Je kunt er bijvoorbeeld methanol van maken. Dat is schone brandstof. Daarmee belast je de biosfeer niet zoals met fossiele brandstoffen.”

Bijproduct zoetwater voor droog gebied

Voor publicatie van zijn bevindingen was grote belangstelling, vertelt Straatman. Onder leiding van professor Van Sark wil Straatman in vier jaar op het onderwerp promoveren.

Hij maakt de kanttekening dat een OTEC-installatie een voorwaarde is voor de haalbaarheid. Hoewel de technologie nog niet op grote schaal wordt toegepast. "Ideale locaties ervoor zijn afgelegen, maar daarvan is weer het nadeel dat je dan de elektriciteit niet makkelijk kwijt kunt", licht hij toe.

De energie vastleggen in een energiedrager als methanol kan deze locatiebeperking tegemoet komen en zorgen voor opschalen van OTEC-CO2 techniek wereldwijd. Omdat de zeewaterdamp na de turbine wordt gecondenseerd, kan dit als bron van zoetwater dienen. Dit kan op droge locaties een welkom bijproduct zijn. 

Elektrochemische techniek ook geschikt

Een deel van de CO2 komt vrij uit het zeewater bij OTEC, maar om het resterende deel te verwijderen, is er meer nodig. Dat kan onder andere met elektrochemische technieken, waar de onderzoeksgroep van David Vermaas (TU Delft) mee bezig is geweest. Hij komt ook uit op de oceaan als kansrijk werkterrein. 

CO2 kan met de elektrochemische methode worden opgevangen door de pH van een vloeistof te veranderen. Als het water zuur wordt, ontstaat hetzelfde effect als een fles mineraalwater met koolzuur wordt geopend: er ontsnappen gasbellen, oftewel CO2 scheidt zich van water. Dat kan vervolgens worden opgeslagen (ondergronds) of hergebruikt. De schommeling in pH wordt bereikt met behulp van onder meer elektrolyse en bipolaire membraanelektrodialyse.

Vermaas heeft de elektrochemische methode nader bestudeerd als alternatief voor de conventionele afvang uit schoorstenen van fabrieken, of uit de lucht. Hierbij wordt CO2 gebonden aan materialen, chemische absorptiemiddelen. Deze methode heeft als nadeel dat het veel warmte kost om de gebonden CO2 vrij te maken.

Combinatie met ontzoutingsinstallaties

In theorie werkt de elektrische route efficiënter en duurzamer. De TU Delft kwam erachter dat in de praktijk diverse elektrochemische manieren veel meer energie kosten dan gedacht. Een haalbare aanpak zou kunnen zijn zeewater te gebruiken en net als bij Straatman mee te liften op bestaande installaties. In het geval van de elektrochemische methode is gekeken naar combinaties met ontzoutingsinstallaties voor de bereiding van drinkwater.

"Neem de blauwe energiecentrale bij de Afsluitdijk", zegt Vermaas. "Het op die manier inzetten van elektrische technieken heeft twee voordelen. Ten eerste haal je met CO2 afvangen kalk uit die installaties, want dat is een probleem. In de tweede plaats scheelt het aan te maken kosten voor voorzuivering en infrastructuur.” Maar in de toekomst zou ook een combinatie met OTEC denkbaar zijn, stelt Vermaas.

Na de elektrochemische behandeling zou het verkregen CO2 volgens Vermaas net als bij OTEC kunnen dienen als grondstof voor methanol, maar hij noemt ook kerosine of kalksteen, te verwerken in bijvoorbeeld cement.

Dat artikel werd oorpronkelijk gepubliceerd bij Innovation Origins, partner van Change Inc. Innovation Origins is een onafhankelijk nieuwsplatform, dat een onconventioneel verdienmodel heeft. Het wordt gesponsord door bedrijven die de missie van Innovation Origins steunen: het verhaal van innovatie verspreiden.