Om de klimaatdoelen van 2050 te halen moeten we naast fossiele brandstoffen ook van fossiele grondstoffen afstappen. Op naar circulaire koolstof dus. ‘Het uitwerken van de details vergt nog veel tijd en aandacht,’ zeggen de Delftse hoogleraren  Wiebren de Jong (Large-Scale Energy Storage) en Earl Goetheer (Electrochemical Transformation of CO2). ‘Maar zeker is dat de chemische industrie zoals we die nu kennen er over dertig jaar heel anders uit zal zien.’

Het afvangen van CO2, uit rookgassen en in de niet zo verre toekomst ook direct uit de atmosfeer, is een belangrijke strategie om onze klimaatdoelen te halen. Waar we nu ook al de technologie voor hebben, is de ondergrondse opslag van deze afgevangen CO2, bijvoorbeeld in lege gasvelden in de Noordzee. ‘Maar het is veel interessanter om CO2 niet als een soort afvalproduct te zien, maar als een herbruikbare, en daarmee duurzame, grondstof,’ zegt Earl Goetheer. ‘Koolstof is en blijft de basis van brandstoffen, plastics, oplosmiddelen, noem maar op. Waar we naartoe moeten, is een kringloop van grondstoffen, van materialen.’ Nu is CO2 thermodynamisch gezien wel degelijk een afvoerputje – er moet altijd energie bij om er iets nuttigs van te kunnen maken. ‘De energietransitie en de grondstoffentransitie gaan hand in hand,’ zegt Wiebren de Jong. ‘De chemische processen die ten grondslag liggen aan Carbon Capture and Utilisation zullen gebruik moeten maken van duurzame energie. En die is schaars, duur en niet altijd in gelijke mate beschikbaar.’

Het is veel interessanter om CO2 niet als een soort afvalproduct te zien, maar als een herbruikbare, en daarmee duurzame grondstof.

Technologie van hier, energie van elders

Groene elektriciteit zal in Nederland altijd relatief duur zijn. Niet genoeg plek, een mager zonnetje, geen waterkracht, hoewel met name offshore windenergie wel interessant is voor ons land. ‘Hoogenergetische processen moeten we dan ook niet allemaal hier willen doen, maar met name ook in de Sahara, Chili of het Midden-Oosten,’ zegt De Jong. Met het duurzaam produceren van een paar bulkchemicaliën – zoals syngas, methanol en ethyleen – is al een groot deel van de fossiele brand- en grondstoffen af te vangen. De productie van fine en specialty chemicals uit die bulkchemicaliën kan dan vervolgens misschien meer in landen zoals Nederland plaatsvinden. Goetheer: ‘We moeten dus niet alles hier in Nederland willen doen. Wat we hier heel goed kunnen maken, en exporteren, is de technologie die ten grondslag ligt aan die duurzame processen. Met de universiteiten, onderzoeksinstituten als TNO, en de bedrijven, zit die kennis in ons DNA opgesloten.’

Chemische processen zullen veel dynamischer ingericht moeten worden.

Een dynamische keten

Zo is De Jong gespecialiseerd in het duurzaam omzetten van CO2 via de zogenoemde indirecte route – naast groene elektriciteit ook met behulp van groene waterstof. Samen met andere (technische) universiteiten heeft hij recent een NWO Perspectief-programmavoorstel ingediend (COURAGE). Daarin willen ze samen met de industrie het procesontwerp zo inrichten dat het veel dynamischer kan opereren, rekening houdend met fluctuaties in de hoeveelheid beschikbare groene elektriciteit, groene waterstof en, soms, de CO2 kwaliteit. De Jong: ‘Selectiviteit wordt heel belangrijk. Als je al dynamisch gaat opereren wil je eigenlijk alleen dat ene gewenste eindproduct produceren, zodat je er niet ook nog tientallen (energetisch) dure scheidingsstappen achteraan moet doen.’ Voor het verwezenlijken van de energie- en grondstoffentransitie is het bovendien belangrijk om te voorkomen dat opschalen in één deel van de keten tot problemen downstream (of upstream) leidt. ‘Binnen COURAGE werken we daarom samen met partijen die de gehele waardeketen vertegenwoordigen. Om diezelfde reden werken we bij de TU Delft binnen de context van het e-Refinery instituut over de grenzen van de faculteiten heen.’

Capture en conversie ineen

Het onderzoek van Goetheer ligt iets meer naar voren in de waardeketen, op het grensvlak van CO2 afvangst en de conversie daarvan. Normaal gesproken wordt CO2 eerst met een absorptievloeistof afgevangen, vervolgens hieruit verwijderd en tot een puur product gemaakt, om dan pas gebruikt te worden voor conversie. Goetheer: ‘Aan de universiteit hebben we de fundamentele kennis om deze processen in elkaar te schuiven, waardoor we een efficiëntievoordeel kunnen behalen. Op dit moment zijn we al tot kleine reactoren gekomen, op laboratoriumschaal. Dat willen we gaan opschalen.’ De uitdagingen liggen hierbij voornamelijk op het gebied van stabiliteit van de materialen en de reactor als geheel. ‘We willen niet elke dag of week een membraan of een elektrode moeten vervangen.’

We kunnen een efficiëntie- en kostenvoordelen behalen door chemische processen in elkaar te schuiven.

Dertig jaar is krap aan

Het jaar 2050 lijkt nog zo ver weg, maar het duurt al gauw zo’n twintig tot dertig jaar om van een goed idee naar grootschalige implementatie daarvan te komen. Dat we in Nederland, en Noorwegen, wel al kunnen beginnen met CO2 opslag is omdat de overheid kort na de millenniumwisseling de universiteiten en de industrie aanspoorde dit samen op te pakken. ‘Het is nu een kwestie van uitrollen en nog wat verder optimaliseren,’ zegt Goetheer. ‘Daar mogen we echt trots op zijn.’ In vergelijking hierbij staat het omzetten van CO2 nog in de kinderschoenen. De Jong: ‘Men denkt wel eens dat de processen voor het omzetten van CO2 al vercommercialiseerd kunnen worden. Dat is niet zo. De indirecte route met waterstof loopt wel voor op de directe elektrocatalyse van CO2, maar beide processen en benodigde technologie moeten nog grotendeels heruitgevonden worden.’

De jeugd heeft de toekomst

De slimme ideeën moeten er dus nu al liggen en achteroverleunen is er voorlopig niet bij. ‘De echte antwoorden zullen komen van de generatie die nu opgeleid wordt,’ zegt de Jong. ‘Hun opleiding en de daarbij behorende infrastructuur zijn heel belangrijk. Dat is een kernelement van waar wij als TU mee bezig zijn.’ Ook Goetheer beaamt het belang van de jeugd: ‘Niks is leuker dan een student die naar je toekomt omdat die ergens over heeft nagedacht en zegt: “Misschien is dit slimmer.”’ De overheid speelt daarnaast een belangrijke rol als spelverdeler. Goetheer: ‘Die zet de richting uit, met investeringen en middels het emissiehandelssysteem. Heel belangrijk ook dat er een level playing field is met een lange-termijn strategie. Dan gaan de bedrijven wel om.’

Totaalplaatje

Hoe belangrijk Carbon Capture en Utilisation ook is, het is slechts een onderdeel van een integrale aanpak om tot de benodigde grondstoffentransitie te komen. ‘Duurzaam transport en de grootschalige opslag van duurzame energie, zelfs voor hele seizoenen, horen hier bijvoorbeeld ook bij,’ zegt De Jong. ‘Net zoals het mechanisch en chemisch recyclen van plastic.’ Wat betreft Goetheer gaan we als Nederland een hele industrie optuigen die hightech systemen levert waarmee al die processen zowel ecologisch als economisch haalbaar zijn. Getraind als procestechnoloog gaat hij die mooie raffinaderijen langs de Botlek wel missen. ‘We gaan ze allemaal moeten slopen en er iets totaal nieuws voor neerzetten. Een gigantische opgave.’

De echte antwoorden zullen komen van de generatie die nu opgeleid wordt, zegt de Jong. Ook Goetheer beaamt het belang van de jeugd: ‘Niks is leuker dan een student die naar je toekomt omdat die ergens over heeft nagedacht en zegt: “Misschien is dit slimmer.”

/* */