De mens heeft de afgelopen tweehonderd jaar meer dan 2.000 miljard ton CO2 uitgestoten, waarvan een flink deel in de atmosfeer is blijven hangen. Dit is de basis van het zogenoemde versterkte broeikaseffect dat zorgt voor de relatief snelle opwarming van de aarde. Om dat proces te keren zal er flink wat CO2 uit de atmosfeer moeten worden gehaald.
Het filteren van CO2 uit de lucht lukt al op bescheiden schaal. De grote uitdaging ligt bij het kosteneffectief opschalen van dit proces.
Direct air capture
Direct air capture (DAC) haalt regelmatig het nieuws met tot de verbeelding sprekende projecten, zoals de luchtstofzuigers van startup Climeworks in IJsland, of door berichten over wetenschappelijke doorbraken met nieuwe supermaterialen die CO2 kunnen absorberen. Maar het is nog altijd een open vraag of het filteren van CO2 uit de lucht snel genoeg kan opschalen om een significante bijdrage te leveren aan het beperken van negatieve gevolgen van CO2-uitstoot.
Kosten spelen hierbij een cruciale rol. Het goede nieuws is dat volgens recente schattingen flinke kostendalingen worden verwacht in de komende vijf jaar. Maar gezien de hoge absolute kostenniveaus voor het uit de lucht filteren van CO2 – die kunnen oplopen tot meer dan 1.000 dollar per ton afgevangen CO2 – zijn nieuwe technologische doorbraken hard nodig om DAC echt tractie te geven.
Waarom CO2 uit de lucht filteren?
Wereldwijd wordt er jaarlijks zo’n 40 miljard ton CO2 uitgestoten als gevolg van menselijk activiteiten. Om de opwarming van de aarde beperkt te houden tot pakweg 2 graden Celsius boven het pre-industriële tijdperk moet de jaarlijkse CO2-uitstoot fors omlaag. Dat kan door minder fossiele brandstoffen te verbruiken. Aanvullend daarop helpt het ook om CO2 die al in de atmosfeer zit, er weer uit te halen.
Bedrijven als het Nederlandse Carbyon stellen dat DAC-installaties in eerste instantie vooral een nuttige rol kunnen vervullen in het CO2-neutraal maken van sectoren die nog geen goede alternatieven hebben voor fossiele brandstoffen. Zo is kerosine voor langeafstandsvluchten vanwege de hoge energiedichtheid en het relatief lage gewicht vooralsnog lastig vervangbaar.
De meeste kerosine wordt gemaakt op basis van ruwe olie en zorgt bij verbranding voor nieuwe CO2-uitstoot. Als alternatief kun je vliegtuigbrandstof ook op synthetische basis maken, met CO2 die eerst uit de lucht is gefilterd. Dat biedt de mogelijkheid om een gesloten cyclus creëren. Hoewel vliegtuigen dus wel CO2 blijven uitstoten, komt er bij het verbranden van synthetische vliegtuigbrandstof netto geen CO2 in de atmosfeer, omdat de CO2 eerder al is afgevangen.
Op de langere termijn kan het filteren van CO2 uit de atmosfeer ook een bijdrage leveren aan het verlagen van de concentratie van CO2 in de atmosfeer, zodat het versterkte broeikaseffect wordt afgeremd.
Opschalen DAC is een enorme uitdaging
Er zijn momenteel iets minder dan 30 projecten voor direct air capture operationeel in de wereld. Die halen volgens gegevens van het Internationaal Energieagentschap (IEA) bij elkaar minder dan 50.000 ton CO2 uit de atmosfeer op jaarbasis. Dat is extreem weinig, als je kijkt naar de rol van DAC in scenario’s om de netto-uitstoot van CO2 in 2050 naar nul te brengen.
Volgens net Net Zero Emissions-scenario van de IEA moeten DAC-installaties tegen 2030 per jaar tegen de 80 miljoen ton CO2 uit de lucht filteren en vervolgens opschalen naar zo’n 600 miljoen ton CO2 in 2050. Daar zijn we nog mijlenver van verwijderd.
Onderstaande grafiek van de IEA spreekt wat dit betreft boekdelen. In de meest rechtse balk voor het jaar 2030 weerspiegelt het dunne, lichtgroene vlak projecten die in een vergevorderd stadium van ontwikkeling zijn. Het donkergroene vlak betreft projecten die nog in de conceptfase zijn en onderworpen worden aan haalbaarheidstudies. Deze projecten zouden dus in theorie al over vijf jaar operationeel moeten zijn. Het gele vlak geeft het gat weer met de scenario’s die in lijn zijn met netto nul CO2-uitstoot in 2050.
Technologische uitdagingen voor CO2 filteren uit de lucht
Het opschalen van DAC is technologisch uitdagend, mede omdat er in een liter lucht relatief weinig CO2-deeltjes zitten. Het gros ervan bestaat uit stikstof en zuurstof, slechts 0,042 procent is CO2. Je moet dus grote hoeveelheden lucht door CO2-filters jagen om significante hoeveelheden van het broeikasgas uit de atmosfeer te filteren.
Dat brengt uitdagingen mee voor het energieverbruik van installaties voor DAC. Om het hele proces effectief te maken moet je beschikken over duurzame energiebronnen om te voorkomen dat het energieverbruik van DAC te veel nieuwe CO2-uitstoot veroorzaakt. Van belang is verder dat de chemische stoffen die worden gebruikt in membranen om CO2 te filteren zo efficiënt mogelijk werken.
Aangezien de huidige installaties voor direct air capture vrij kleinschalig zijn en in verhouding weinig CO2 uit de atmosfeer filteren, zijn de kosten per ton CO2 relatief hoog. De eerder genoemde kosten van tegen de 1.000 dollar per ton voor direct air capture zijn bijvoorbeeld veel hoger dan de kosten van projecten waarbij CO2 wordt afgevangen bij fabrieken en wordt opgeslagen in lege gasvelden. Dat heeft mede te maken met de hogere concentratie van CO2 in industriële installaties, waardoor de geschatte kosten van carbon capture and storage (CCS) in Europa op gemiddeld 150 euro per ton liggen.
Halvering kosten DAC in 2030 is pas het begin
Als bestaande technieken voor direct air capture op grotere schaal worden ingezet, zijn er flinke eenmalige investeringen nodig, maar kunnen de kosten per ton gefilterde CO2 wel flink dalen. Uit een deze week verschenen rapport van onderzoeksbureau Bloomberg NEF blijkt dat de gemiddelde kosten voor DAC binnen vijf jaar kunnen halveren tot iets minder dan 500 dollar per ton.
De grote uitdaging zit in de volgende stappen. Om echte versnelling in gang te zetten moeten de kosten van DAC nog flink verder zakken, richting de 100 dollar per ton. Volgens de analyse van Bloomberg NEF is het twijfelachtig of dat in de komende decennia al gaat lukken.
De Nederlandse startup Carbyon is optimistischer en denkt dat een kostendaling richting de 50 euro per ton CO2 haalbaar is. Voorlopig is het vooral wachten op nieuwe doorbraken die een dergelijke kostendaling echt handen en voeten kunnen geven.
Lees ook:
- 10 vragen over Direct Air Capture: het verwijderen van CO2 uit de lucht
- Wereldprimeur: Nederlandse bedrijven halen CO2 uit de lucht met behulp van windenergie
- Deep Sky Labs wordt ‘s werelds eerste proeftuin voor directe afvang van CO2 uit de atmosfeer
