CO2 als grondstof voor chemie en polymeren

Zou het niet fantastisch zijn als we de opwarming van de aarde tegen kunnen gaan door CO2 als grondstof te gebruiken? Of onze afhankelijkheid van olie-import te reduceren, de transitie naar duurzame energie te versnellen en de schaarsheid van grondstoffen te verminderen? Door CO2 te recyclen tot nieuwe grondstoffen wordt het delven van primaire grondstoffen voor diverse producten gereduceerd. Deze nieuwe grondstoffen vervangen immers dan de gedolven primaire grondstoffen. Dit draagt bij aan een circulaire koolstof economie en een duurzamere samenleving.

Volgens de experts op de conferentie “CO2 as a feedstock for polymers and chemicals” (oktober, 2013) in Essen is de opwarming van de aarde onomkeerbaar in 2050. De voorwaarde is wel dat er dan 350 Gt koolstof extra koolstof wordt uitgestoten ten opzichte van de koolstofuitstoot die vanaf 2011 al in de planning staat door operationele of te bouwen infrastructuur.  Het verminderen van het percentage CO2 in de lucht is dan ook de hoogste prioriteit bij de meeste onderzoekers. Deze oplossing realiteit maken met behulp van koolstof afvang, opslag (CCS: Carbon Capture and Storage) en/of gebruik (CCU: Carbon Capture and Utilization)  is precies waar vele sprekers op de conferentie “CO2 as  feedstock for chemistry and polymers” zich al jaren mee bezig houden. In dit stuk leest u meer over het beleid in Duitsland, bestaande toepassingen en ontwikkelingen, kansen en belemmeringen op het gebied van CO2 als grondstof voor chemie en polymeren.

De focus

Katalysatoren zijn een sleuteltechnologie bij het afvangen en gebruiken van CO2. Veel van de presentaties tijdens het congres focusten daarom op het ontwikkelen van efficiënte katalysatoren of het produceren van hoogwaardige polymeren. Andere presentaties gingen in op de potentie van CO2 gebruik om  het onregelmatige overschot van duurzame energie in het elektriciteitsnet als gevolg van de Duitse energiewende op te slaan. Het voordeel van het omzetten van waterstof en CO2 in onder meer methaan of methanol is dat de bestaande infrastructuur gebruikt kan worden en deze chemicaliën efficiënte energie grondstoffen zijn. Het combineren van de chemie- en de energiesector speelt hierbij een belangrijke rol. De chemiesector kan bijdragen aan de energietransitie en hier zelf de vruchten van plukken door meer (lokaal) te recyclen en nieuwe producten te ontwikkelen. Tegelijkertijd kan de duurzame energie zo minder plaatsafhankelijk worden en daarmee op meer publieke acceptatie rekenen.

Bedrijven focussen om te beginnen op businesscases in niches waarbij de prijs voor CO2 relatief hoog ligt zoals de glastuinbouw en de frisdrankindustrie. Experts wijzen er op dat deze toepassingen niet bijdragen aan permanente opslag van CO2. Wel voorkomt het CO2 gebruik in deze niches een deel van het gebruik van fossiele brandstoffen en dragen deze cases bij aan een technologisch leerproces. Het uitvoeren van Life-Cycle Assesments (LCAs) en met name carbon footprint analysis, speelden daarom ook een belangrijke rol op deze conferentie. Deze analyses zijn noodzakelijk om te garanderen dat nieuwe methodes ook echt duurzamer zijn dan conventionele.

State of the art toepassingen en de toekomst

Momenteel wordt CO2 onder andere al als grondstof voor glastuinbouwproducten, frisdrankindustrie (8Mt/jr), verbeterde oliewinning (EOR, CO2 wordt in een olieveld geïnjecteerd wat leidt tot meer oliewinning) (12 Mt/jr) en chemische producten (chemische grondstof urea 5-30 Mt/jr) gebruikt. Daarnaast wordt CO2 opgeslagen (1,7 Mt/jr) en zijn er al 8 power-to-gas installaties in gebruik. Deze installaties zetten CO2 om in methaan met behulp van elektrolyse. Naar verwachting zal CO2 als een economische grondstof in de toekomst belangrijk worden voor de chemische en biotechnologie industrie. Technologieën zoals Power-to-gas, CCU (voor het produceren van chemicaliën en polymeren), artificiële fotosynthese en directe CO2 herwinning uit de lucht hebben nog niet bewezen op grote schaal concurrerend te zijn met prijzen die momenteel voor CO2 of grondstoffen worden betaald. De meeste experts denken dat het 5 jaar tot decennia zal duren totdat (een van) deze technieken ver genoeg zijn ontwikkeld om concurrerend te zijn. De prijsontwikkeling is uiteraard ook sterk afhankelijk van onzekere ontwikkelingen in de (klimaat)politiek.

Beleid en onderzoeksprojecten in Duitsland

Het ministerie van onderwijs en onderzoek in Duitsland gelooft dat het reduceren van CO2 uitstoot en meer CO2-afvang en -gebruik  belangrijk zijn in de transitie naar een duurzame toekomst. Daarom investeert het ministerie in de periode 2010 tot 2016 100 miljoen euro in 33 publiekprivate R&D projecten. Het bedrijfsleven draagt hier nog eens 50 miljoen aan bij. Daarnaast zijn er 10 projecten op het gebied van chemische energieopslag met behulp van CO2 die door het Energie Opslag initiatief (budget van 200 miljoen euro) vanuit de ministeries Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) en Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) worden gefinancierd.  De meeste van deze onderzoeksprojecten focussen op basisproducten voor de chemische industrie. Enkele andere onderzoeksprojecten houden zich bezig met energieopslag door CO2 en het converteren van groene waterstof naar syngas of brandstoffen.

Enkele voorbeelden uit Zwitserland en Duitsland

De resultaten van alle inspanningen van de onderzoekers en ondernemers zijn wisselend. Zo heeft het bedrijf Climeworks een oplossing ontwikkeld om CO2 efficiënt te vangen uit de buitenlucht. Wel kost het  zo’n 1500-2000 kWh warmte en 200-300 kWh elektriciteit aan energie om een ton CO2 uit de lucht te halen. Het Leibniz-Institut für Katalyse aan de Universität Rostockdoet onderzoek naar waterstofopslag met CO2 en het bedrijf Bayer brengt matrassen van polyurethaan met CO2 van een kolencentrale op de markt. De verlaagde carbon footprint is berekend door RWTH Aachen en wordt veroorzaakt doordat de CO2 een deel van de petroleum vervangt die vroeger bij productie werd gebruikt. Chemiebedrijf Evonik heeft een manier ontwikkeld om CO2 als grondstof te gebruiken als weekmaker en smeermiddel. Daarnaast is het project INTERACT afgelopen september van start gegaan met een budget van 6,2 miljoen gecoördineerd vanuit de TU Dortmund. Zij proberen kosten van CO2 adsorptie door polymeren drastisch te reduceren en enzymen als biokatalysatoren in te zetten. Natuurlijk kon ook BASF niet ontbreken op deze conferentie. BASF probeert momenteel in samenwerking met onder andere het Catalyst research laboratory (CaRLa) (labaratorium van de universiteit Heidelberg en BASF) een nieuwe chemische reactie te ontwikkelen die hen in staat stelt belangrijke acrylaten voor de chemie te maken met CO2. Ze verwachten een pilot over 5-10 jaar te kunnen draaien. Ten slotte heeft prof. Michael Sterner (Technische Universiteit Regensburg) een futuristische methode bedacht om ook de mobiliteitssector duurzamer te maken door op CO2 gebaseerde methaan te produceren met behulp van energie van schepen met windturbines die continue energie leveren. Op de conferentie “Energiespeicher” (IRES) die van 18-20 2013 november plaats vindt in Berlijn worden meer resultaten met betrekking tot dit laatste onderzoek gepresenteerd.

 

De belangrijkste belemmeringen

Over de belangrijkste belemmeringen van grootschalig CO2 gebruik zijn de sprekers het niet geheel eens. Volgens veel sprekers zouden CO2–afvang en waterstof goedkoper moeten worden en is betere samenwerking een voorwaarde. Daarnaast moet de  techniek zich nog verder ontwikkelingen, is publieke acceptatie  van belangen zijn netwerken belangrijk voor efficiënt onderzoek naar CO2. Een enkeling wijst er ook op dat processen gebaseerd op CO2 meer de voorkeur krijgen wanneer de processen dichtbij de bron van de CO2 plaatsvinden. Michael Carus beweert dat het aan een goed politiek raamwerk ontbreekt. Hiermee bedoelt hij dat er geen Level-playing-field is, omdat voor fossiele brandstoffen CO2 als grondstof verschillende normen gelden.  Ook worden op CO2 gebaseerde materialen en brandstoffen per definitie als niet duurzaam beschouwd en zijn termen zoals CCU, CCR, CDU, CCS etc. nog onvoldoende gestandaardiseerd. Een ander probleem is dat  in de wetboeken CO2 niet genoemd of enkel in de vorm van CO2 afvang en opslag. De focus in wetgeving ligt nu op de bron van waar de CO2 vandaan komt, terwijl de focus volgens LCA expert Alexander Lozanovski van de universiteit van Stuttgart op het proces moet liggen. Bijna iedereen is van mening dat het potentieel van CO2 gebruik (maximaal 10% van alle antropogene CO2 uitstoot volgens bijna alle sprekers) veel te klein is om het klimaatprobleem tegen te gaan. CO2 heeft wel een zeer groot potentieel een belangrijke grondstof voor de chemie sector worden. Alle aanwezigen op de derde dag van de conferentie zijn het erover eens dat de oplossing zit dat degene die grondstoffen uit de grond haalt hier de ware prijs voor moet betalen. Deze afspraak heeft enkel zin wanneer deze op wereldwijde schaal gemaakt wordt. De vraag is of deze oplossing op tijd komt en met welke andere oplossingen deze wordt vergezeld. Immers iedereen is het erover eens dat CCS en CCU alleen niet genoeg zijn om de opwarming van de aarde in voldoende mate tegen te gaan.  We zullen op meerdere duurzame oplossingen in moeten zetten en deze kunnen vaak ook prima naast elkaar bestaan.

Bronnen

Conferentie Carbon Dioxide as Feedstock for Chemistry and Polymers 7-9 oktober 2013 in Essen

http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/TechnologyRoadmapCarbonCaptureandStorage.pdf

http://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/#.Ume_gFNLqJl


Comments Off on CO2 als grondstof voor chemie en polymeren

Filed under Chemie, Energie

Comments are closed.