Om de opwarming van de aarde af te remmen is het op de eerste plaats nodig dat er minder fossiele brandstoffen worden gebruikt. Die zorgen namelijk voor een hogere concentratie van broeikasgas CO2 in de atmosfeer.
Naast de vereiste daling van de uitstoot van CO2 is ook van belang dat historische emissies die deels in de atmosfeer zijn blijven hangen, worden verwijderd. In dit verband kunnen technieken om CO2 uit de lucht te filteren een belangrijke rol gaan spelen.
Direct air capture (DAC) kampt nu nog met een aantal grote uitdagingen: de kosten zijn relatief hoog en het is de vraag of er snel genoeg opgeschaald kan worden om de komende decennia al een significante bijdrage te leveren aan het beperken van de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer.
Dit vergt een industrie die op jaarbasis miljarden tonnen CO2 uit de lucht kan halen, terwijl dat nu op het niveau van enkele duizenden tonnen gebeurt. Exponentiële groei is dus hard nodig en dat is afhankelijk van een combinatie van technologische doorbraken en economische prikkels.
CO2 uit de lucht filteren en opslaan is nog relatief duur
Internationaal bekend zijn de inspanningen van het bedrijf Climeworks in IJsland. Deze scaleup werkt momenteel met een proces voor het afvangen en permanent vastleggen van CO2 in gesteente, dat in totaal tegen de duizend dollar per ton kost. Met technologische innovatie en verder opschalen wil Climeworks dit in 2030 terugbrengen tot 250 à 350 dollar voor het afvangen van CO2 en 400 à 600 dollar voor het totale proces, inclusief het vastleggen van afgevangen CO2.
De inspanningen van Climeworks worden ondersteund door klimaatbewuste bedrijven die bijvoorbeeld bereid zijn om tegen relatief hoge CO2-prijzen compensatierechten te kopen voor hun emissies. Maar economisch vormen kosten van 350 dollar per ton nog altijd een forse barrière voor opschaling van direct air capture.
Ter vergelijking: in de meest ontwikkelde handelsmarkt voor CO2, het Europese ETS-systeem, bereikten CO2-prijzen in maart 2023 het hoogste niveau ooit, op iets meer dan 100 euro per ton. Daarna zijn de prijzen weer iets gezakt naar huidige niveaus van zo’n 75 euro per ton (ofwel iets minder dan 90 dollar).
CO2 inzetten als industriële grondstof biedt kansen
CO2 afvangen uit de atmosfeer en chemisch binden aan gesteente is slechts één van de mogelijke toepassingen van DAC-technologie. Het broeikasgas kan ook op andere manieren worden ingezet.
Zo geldt bijvoorbeeld voor de luchtvaart dat er mogelijkheden liggen om afgevangen CO2 te verwerken tot vliegtuigbrandstof. Koolstofdioxide belandt dan bij verbranding weer in de atmosfeer, maar aangezien het om eerder uit de lucht gefilterde CO2 gaat, komt er netto geen CO2 bij. Je kunt hiermee dus voorkomen dat de concentratie van CO2 in de atmosfeer verder toeneemt.
Spinoff van ruimtevaartorganisatie ESA
Nederland telt diverse startups die zich op de markt voor direct air capture hebben gestort. Tijdens een recente bijeenkomst over dit onderwerp van SustainaLab op het Science Park in Amsterdam, bleek dat er technologisch en op het kostenvlak interessante ontwikkelingen zijn.
Zo heeft startup SkyTree, een spinoff van de ruimtevaartorganisatie ESA, een modulair systeem ontwikkeld, waarbij een materiaal dat andere stoffen kan opnemen (sorbent) de CO2 filtert uit luchtstromen. De sorbents worden vervolgens verwarmd, waarbij de CO2 als een aparte luchtstroom wordt gescheiden en verder kan worden verwerkt voor permanente opslag of voor andere toepassingen.
Credits: screenshot illustratie SkyTree Stratus
SkyTree heeft met de modulaire aanpak van zijn technologie specifiek gekeken naar het vermijden van hoge initiële opstartkosten die vaak een barrière vormen voor investeringen in DAC-projecten. Daarnaast heeft de startup zijn modules zo ontworpen dat je, afhankelijk van waar ze geplaatst worden, energiekosten kunt optimaliseren. Het stroomverbruik van de machines kan bijvoorbeeld beperkt worden, als voor de benodigde warme lucht een beroep kan worden gedaan op geothermie of industriële restwarmte.
Ceo Rob van Straten geeft aan dat er veel mogelijkheden liggen voor kostenreductie met massaproductie, effectievere sorbents en een leercurve waarbij je relatief snel verbeterde versies van je product ontwikkelt: ‘We hebben binnen drie jaar al acht vernieuwde versies van onze Skytree Stratus-module uitgebracht met forse efficiëntieverbeteringen.’
Kansen voor glastuinbouw en duurzame luchtvaartbrandstof
Die snelle leercurve van kleinere modules maakt het volgens Van Straten ook mogelijk om kosten sneller te laten dalen dan bij DAC-installaties zoals die van Climeworks, die zijn opgezet als een grootschalige fabriek. ‘We denken de kosten te kunnen verlagen naar minder dan 150 dollar per ton in 2027 voor het afvangen en filteren van CO2, exclusief volgende stappen in het proces zoals ondergrondse opslag. Onze technologie biedt zowel kansen voor permanente opslag van historische CO2-emissies als voor partijen die CO2 nodig hebben voor industrieel gebruik, zoals de glastuinbouw, of voor duurzame luchtvaartbrandstof.’
Van Straten geeft verder aan dat het bij grootschalige toepassing onder meer interessant is om in te zetten op zonneparken in de Sahara. ‘Je kunt dan DAC-modules integreren met electrolysers en hernieuwbare energiebronnen om bijvoorbeeld methanol te maken met afgevangen CO2 en water. De methanol kan dan relatief makkelijk vervoerd worden om elders verwerkt te worden tot e-fuels voor bijvoorbeeld vliegtuigen.’
SkyTree werd afgelopen mei geselecteerd als leverancier van DAC-modules door het Duitse onderzoeksinstituut Jülich voor een project op basis van zonne-energie in woestijnomgevingen. Dat moet een schaalbaar model opleveren voor de verwerking van afgevangen CO2 tot e-fuels. In 2026 wordt in eerste instantie een testsysteem opgezet in Duitsland, om dit vervolgens in woestijngebieden verder te ontwikkelen.
CO2 afvangen en tegelijk waterstof produceren
De in Amsterdam gevestigde startup Brineworks heeft een andere route voor direct air capture gekozen waarbij zout water als basis dient om via elektrolyse zuren en basen te produceren. De basische vloeistof wordt vervolgens gebruikt om via contact met de lucht CO2 te absorberen. Met de zuurcomponent kan CO2 weer uit water worden gefilterd voor opslag of verder gebruik. Bij dit proces wordt tegelijk waterstof geproduceerd.
Credits: Brineworks
Vice-president engineering Jan Vaes van Brineworks geeft aan dat het voordeel van de aanpak van de Amsterdamse startup is dat de kapitaalkosten relatief laag zijn. De benodigde materialen zijn goedkoop en ruim beschikbaar. Het systeem kan overal ingezet worden en helemaal functioneren op basis van elektriciteit uit zonnepanelen. ‘Je zou dit DAC 3.0 kunnen noemen.’
Vaes ziet duurzame brandstoffen voor de luchtvaart of scheepvaart, maar ook voor de productie van bioplastics, als voor de hand liggende toepassingen. Wat de kosten betreft, denkt Brineworks in 2030 op 200 dollar per ton afgevangen CO2 te zitten en voor de langere termijn onder de 100 dollar per ton te kunnen zakken, als je rekening houdt met de waarde die de co-productie van waterstof oplevert.
Zon uit Zuid-Europa
Aangezien Brineworks werkt met een elektrolyser, zijn stroomkosten een belangrijke factor. Daarvoor geldt volgens Vaes dat zonne-energie nodig is die minder dan 30 euro per megawattuur kost. ‘Dit maakt West-Europa momenteel minder geschikt, maar in Zuid-Europa is dat wel haalbaar.’
De in 2023 opgerichte startup laat momenteel een proefinstallatie bouwen in Rotterdam die elders in Nederland in gebruik wordt genomen. ‘Daarmee kun je het hele proces op kleine schaal draaien’, aldus Vaes.
Als dat naar tevredenheid verloopt, kan Brineworks in 2026 aanspraak maken op een Europese co-investering van 8 miljoen euro. ‘Uiteindelijk willen we opschalen naar commerciële installaties die 100.000 tot 400.000 ton CO2 per jaar uit de lucht kunnen filteren. Daarmee kunnen we aan marktpartijen laten zien dat ons systeem schaalbaar is.’
Carbyon: van prototype naar krachtig opschalen
De Eindhovense startup Carbyon presenteerde afgelopen woensdag de nieuwste versie van zijn DAC-machine: de Carbyon GO, een prototype dat buiten op de High Tech Campus draait. Het gaat om een apparaat met een omvang van ongeveer 2 x 2 x 2 meter, dat als een soort legoblokje functioneert.
‘Onze modulaire filosofie lijkt op die van zonnepanelen, met relatief kleine, makkelijk transporteerbare units. Die kunnen in serie worden geplaatst. Zo’n park kan dan in omvang variëren, naargelang de behoefte van de klant’, vertelt oprichter en ceo Hans de Neve aan Change Inc.
De Carbyon Go op de High Tech Campus in Eindhoven. Credits: Carbyon / Bart van Overbeeke & Bart Geerts
De machines van Carbyon zijn all-electric en moeten dus gekoppeld worden aan duurzame stroomvoorzieningen. Het huidige prototype zit qua energieverbruik nog boven de 2.500 kilowattuur per ton afgevangen CO2, maar Carbyon ziet nog veel mogelijkheden voor optimalisatie, onder meer bij het recupereren van thermische energie. De Neve: ‘Onze energiemodellen geven aan dat een energieverbruik van 2.500 kilowatuur per ton met de nodige aanpassingen haalbaar is.’
Ook de topman van Carbyon bevestigt dat de modulaire aanpak het bedrijf in staat stelt om een steile leercurve te doorlopen. ‘We kunnen hierdoor zowel de aanschafprijs van de machines als de operationele kosten nog verder omlaag brengen.’
Met de totale kosten per ton afgevangen CO2 zit Carbyon momenteel nog iets boven de 200 euro, geeft De Neve aan. ‘Dit is als je rekent met stroomprijzen van zo’n 40 euro per megawattuur. Het doel om naar een total cost of ownership van minder dan 100 euro per ton te komen, is nog steeds realistisch. Dat proberen we zeker in de komende tien jaar te halen.’
De vraag is groot genoeg
Eén van de belangrijkste competitieve voordelen van Carbyon is volgens De Neve de zelfstandig ontwikkelde sorbent, ofwel het materiaal waaraan atmosferische CO2 zich bindt. ‘Daar hebben we jaren onderzoek naar gedaan en het materiaal waar we nu mee werken, is in ongeveer één minuut verzadigd, vele malen sneller dan wat concurrenten realiseren. Één machine kan daardoor op jaarbasis 75 ton CO2 uit de lucht filteren.’
Met een extra verbeterslag op het woensdag gepresenteerde model wil Carbyon vanaf het vierde kwartaal van 2026 de eerste commerciële leveringen aan klanten gaan verzorgen. Het doel is nog steeds om bij verdere opschaling in 2031 zo’n 50.000 machines per jaar te kunnen afleveren. Op jaarbasis zou je daarmee bijna 4 miljoen ton CO2 kunnen afvangen.
‘De vraag vanuit de markt is groot genoeg, daar maken we ons geen zorgen over’, zegt De Neve. ‘De uitdaging zit vooral aan de productiekant. We moeten snel genoeg voldoende machines kunnen leveren. Daarover zijn we nu in gesprek met partners.’
Lees ook:
- Met investering van 100 miljoen kan het Brits-Nederlandse CuspAI sneller nieuwe materialen ontwikkelen voor CO2-opslag en batterijen
- Kosten van CO2 uit de lucht filteren kunnen de komende 5 jaar halveren, maar het moet nog harder gaan
- Deloitte: Groeipotentieel CCS groot, maar infrastructuur en marktwerking blijven achter
