Meer CO₂ in zee benutten

Het borrelt van de initiatieven om wat te doen aan de ongewenste hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer. Dat broeikasgas is een belangrijke oorzaak van de klimaatveranderingen. Diverse oplossingen gaan uit van het afvangen in zee. Zeeën en oceanen herbergen 39.000 gigaton aan CO₂, de atmosfeer slechts een fractie daarvan, 750 gigaton.

Oceanische Thermische Energieconversie oftewel OTEC
CO₂ in zeeën en oceanen is op te slaan en nuttig te gebruiken. Indirect scheelt dat CO₂ in de lucht door de aanzuigende werking van oceanen op dit gas in de atmosfeer. Atmosferisch CO₂ lost namelijk op in zeewater volgens de wet van Henry, net zolang tot er een evenwicht is bereikt. Door CO₂ weg te halen uit zee kun je dat gas dus ook weghalen uit de lucht. 

Paul Straatman en professor Wilfried van Sark (Copernicus Instituut van de Universiteit Utrecht) hopen een steentje bij te dragen aan CO₂-afvang uit zeewater. Straatman werkt voor het chemieconcern Indorama in het Rotterdams havengebied. Straatman houdt zich bezig met kringprocessen en CO₂-reductietechnologieën. Hij stuitte 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", aldus Straatman.

 

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 inzetten van elektrische technieken op die manier heeft twee voordelen. Ten eerste haal je met CO₂ afvangen het problematische kalk uit die installaties. In de tweede plaats scheelt het aan 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.

Lees het oorspronkelijke bericht hier

Bron: Innovation Origins