Experts over... CO2 opslag

“Wanneer het een aantal dagen stormt heb je genoeg energie voor een week, maar dan moet je die wel kunnen opslaan. Er is daarom grote interesse voor grootschalige opslag van duurzame energie uit zon en wind. In Delft kijken we naar verschillende methoden om elektronen vast te leggen in chemische bindingen, indirect of direct van waterstof met CO₂ of N₂. We kunnen indirect chemische stoffen maken via elektrolyse van water. Het waterstofgas dat daarbij ontstaat laten we vervolgens reageren met CO₂. De directe route verloopt via een elektrochemisch proces. De elektronen die je met zon- en windenergie opwekt, dragen we via elektroden direct over aan CO₂. Dat kan ook CO₂ in zeewater zijn, in de vorm van carbonaat. In de zee zit meer CO₂ in die vorm dan er CO₂ in gasvorm in de lucht zit.

De grootse uitdaging is reactoren te ontwikkelen die eenvoudig uit en aan kunnen om de op dat moment overtollige energie direct op te slaan. Katalysatoren kunnen daar in het algemeen niet goed tegen, maar als reacties bij lage temperatuur en druk kunnen worden uitgevoerd zal dat minder problemen opleveren. Als we duurzame energie grootschaliger implementeren, verdwijnen de elektriciteitscentrales vanzelf en daarmee de CO₂-uitstoot. Maar zolang CO₂-uitstoot bijna gratis is, zal het nog wel even duren. Alleen de CO₂-prijs opschroeven in Nederland is niet genoeg, dan zijn er nog genoeg uitwijkmogelijkheden. Pas als het wereldwijd geregeld is, kan niemand zich meer verstoppen.”

“Het liefst wil je hernieuwbare elektriciteit vastleggen in duurzame bronnen met grondstoffen als water, CO₂ en stikstof. Wij kijken of we CO₂ met duurzame elektriciteit en katalysatoren kunnen omzetten in nuttige chemicaliën of brandstof. Met metaalkatalysatoren van palladium hebben we al laten zien dat het mogelijk is om selectief mierenzuur te maken. Deze stof kun je gebruiken als brandstof en als grondstof voor veel andere organische stoffen. Met koperelektrodes is het gelukt om bij kamertemperatuur koolstof-koolstofverbindingen te maken, dus twee CO₂ moleculen aan elkaar te koppelen. Dat is een route die je kunt volgen om ethanol te maken. Dat het bij kamertemperatuur verloopt, maakt het heel interessant. Dat wil niet zeggen dat het direct toepasbaar en kostenefficiënt is. Uitstoot van CO₂ is op dit moment praktisch gratis, daar kunnen we niet tegen op. 

De komende jaren gaan we onderzoeken of we de C2-verbinding verder kunnen laten reageren naar C3- en C4-componenten. Verder willen we kijken of we met gebruik van elektriciteit CO₂ direct met een ander molecuul kunnen laten reageren. Deze methode heeft ook de interesse van polymerenproducenten. Zij hebben al een grondstof voor polyurethaan op de markt gebracht dat 20 procent CO₂ bevat. Ook het Amerikaanse Joint Center for Artificial Photosynthesis, een onderzoeksinstituut dat werkt aan een kosteneffectieve methode om brandstof te produceren uit alleen zonlicht, water en CO₂, gaat zich nu volledig richten op elektrochemische CO₂ –omzetting.”

“In feite gaat het om het omzetten van elektrische energie in chemische energie. Wij zijn bezig om met de combinatie van plasmatechnologie en katalyse te kijken of je CO₂ kunt omzetten in moleculen die energie bevatten, brandstoffen dus. De meest eenvoudige methode daarvoor is CO₂ eerst te ontleden naar CO en zuurstof. Dit concept werken we verder uit met natuurkundigen van DIFFER, het Dutch Institute for Fundamental Energy Research. Het charmante van plasma’s is dat je heel gericht energie kunt stoppen in bindingen die je uiteindelijk wilt verbreken, zoals een C-O binding in CO₂. Dit veroorzaakt een temperatuursverhoging van slechts 50 tot 100 graden, waardoor we CO₂ bij lage temperatuur kunnen omzetten met plasmatechnologie. Dat heeft het belangrijke voordeel dat je nauwelijks warmtewisseling nodig hebt om de energie-efficiency te optimaliseren waardoor de investeringen veel lager zijn.

We kijken ook naar de plasma-activering van water, mocht het voor CO₂ te lastig blijken. Dan maken we waterstof direct uit water en laten het vervolgens met CO₂ reageren tot methaan. Dat is op labschaal al aangetoond, maar om dat efficiënt te doen en met katalysatoren die niet al te duur zijn, is nog een mooie uitdaging. Plasmatechnologie is een techniek die geschikt is voor grote schaal. Bovendien kan een plasmareactor ook nog eens eenvoudig worden opgestart en uitgezet, in tegenstelling tot traditionele chemische installaties. Ook werken we aan tijdelijke opslag van CO₂ in calciumcarbonaat. Dit kan worden gebruikt voor CO₂-afvang en opslag, maar ook om een plotseling te groot aanbod van elektrische energie op te slaan als chemische energie. Zo kan je snel anticiperen op capaciteitsveranderingen in het geval van zonne- en windenergie."