Tegenwoordig komt CO2 vooral negatief in het nieuws. Het zit in het verdomhoekje, hoewel we steeds beter beginnen te begrijpen welke vitale rol CO2 heeft gespeeld bij het ontstaan van leven op aarde. Thans zullen we de uitstoot moeten stoppen. Dat kan door van de natuur te leren en CO2 te recyclen met dezelfde chemie als in de schone schoorstenen van ‘Lost City’ waar ooit het leven op aarde begon.
Vier miljard jaar geleden was ‘Aarde’ geen goede naam voor onze planeet. ‘Zee’, ‘Oceaan’ of ‘Water’ ware beter geweest, zelfs vandaag bestaat het aardoppervlak voor tweederde uit oceanen. Toen stond de aarde vrijwel geheel onder water met hier en daar een enkele vulkaan die er bovenuit stak. Dit was de wereld waarin leven ontstond, waarschijnlijk gestimuleerd door de rusteloosheid van de planeet zelf.
Begin van de eenentwintigste eeuw ontdekten Amerikaanse marine-biologen en geologen een soort schoorstenen, die zich bevinden bij de scheidingszones van de platentektoniek midden in de Atlantische Oceaan. Bovenop het Atlantis gebergte staan over een afstand van enkele tientallen kilometers spierwitte niet-rokende schoorstenen. Vandaar de naam Lost City.
Met onbemande duikboten, onderwater drones, is Lost City onderzocht, http://www.lostcity.washington.edu
Dat niet-rokende schoorstenen niets zouden doen is maar schijn. Lost City is geen spookstad, het krioelt er van leven. Door de beweging van het platentektoniek komen verse gesteenten tevoorschijn die reageren met zeewater. Er vormt zich een omgekeerde druipsteenachtige structuur vele tientallen meters hoog. De chemische reacties die hier plaatsvinden hebben niets te maken met vulkanisme maar met waterstof dat uit de mantel van de aarde omhoog borrelt. Met dat waterstof wordt CO2 omgezet in methaan; stikstof in ammonia; en sulfaat in waterstofsulfide.
Maar, en dit is geen kleine maar, waterstof reageert niet zomaar met CO2. Ook al komt er energie bij vrij, de reactie is exotherm, toch is er een activeringsbarrière die overwonnen moet worden. Waterstof en kooldioxide reageren alleen als ze daartoe worden aangezet. Hoe doet de natuur dat? We weten dat het gebeurt want primitieve bacteriën leven ervan. Inmiddels heeft Nick Lane (The Vital Question, Profile Books, 2015) samen met zijn collega’s in University College London een simulator van de schone schoorstenen in Lost City gebouwd. In deze ‘origin-of-life-reactor’ reageert een basische waterstofoplossing met CO2 houdend zeewater via een ijzersulfide katalysator. En inderdaad produceren ze formaldehyde en andere eenvoudige koolwaterstoffen als ribose en deoxyribose. Dit fascinerende experiment vormt het hart van The Vital Question, dat daarmee een legendarisch boek kan worden. In de New York Times is het al vergeleken met Darwins On the origin of Species en Dawkins The Selfish Gene.
Van de natuur kunnen we leren hoe met CO2 om te gaan. Degenen die zich serieus zorgen maken over het klimaatprobleem, dat is ontstaan door ons gebruik van fossiele brandstoffen, willen CO2 afvangen en begraven. Het is zelfs kabinetsbeleid geworden van Rutte III. Met ‘Carbon Capture and Sequestration’ (CCS) hopen zij dat we voorlopig fossiele brandstoffen kunnen blijven verstoken in onze economie. Maar dat is ijdele hoop.
Carbon Capture and Sequestration is een extra kostenpost in geld en in energie, er is over de hele wereld niet genoeg plaats om alle CO2 op te slaan en CCS ontmoet grote maatschappelijke weerstand. Het lijdt, net als radioactief afval, aan het NIMBY-effect (Not In My Back Yard). En terecht want niemand kan garanderen dat ondergrondse CO2 voor onbepaalde tijd onder de grond blijft.
Er zijn nog vele andere manieren om CO2 op te slaan of te benutten: in koolzuurhoudende dranken, in spuitbussen en koelkasten, in plastics en brandblussers, in bouwmaterialen. Het wordt ook gebruikt om meer olie en gas uit de aarde te persen. Het lijkt mij het meest aantrekkelijk om CO2 te recyclen in transportbrandstoffen en chemicaliën. CO2 recycling, Carbon Capture and Utilization (CCU), staat nog in de kinderschoenen. In principe komt er energie bij vrij en kan het gebruikt worden ter vervanging van een groot aantal grondstoffen.
Groningen beeft en wil zo snel mogelijk de gaskraan dicht. Maar Nederland is verslaafd aan het gas. Zonder gas bevriezen en verhongeren wij, onze economie komt tot stilstand en onze staatskas en die van Shell en Exxon worden niet meer gespekt. Minister Wiebes van Economische Zaken en Klimaat zet actief in op het versneld verduurzamen van onze warmtevoorziening maar onderkent ook dat dit een traject is met een verre tijdshorizon. Bovendien stuurde de minister alle industriële grootverbruikers van Gronings aardgas een brief dat hij hun verbruik versneld wil uitfaseren. Maar ook dit gaat nog jaren duren. Daarom is de minister van plan op korte termijn Poetin-gas in te voeren.
Wat de minister niet noemt is de productie van synthetisch gas door middel van CO2 recycling. We recyclen al metalen, plastics en papier, waarom geen koolstof ? Met windparken op zee kunnen we waterstof maken en dat laten reageren met CO2 uit de lucht voor de productie van methaan. Gas niet uit de grond maar uit de lucht. We halen nu al stikstof uit de lucht om er kunstmest van te maken, waarom geen CO2? Ik denk dat het op den duur veel eenvoudiger en ook economischer is om CO2 uit de lucht te halen dan fossiele olie of gas uit de grond.
Om te beginnen kunnen we alle CO2-uitstoot van de elektriciteitscentrales en van de industrie opvangen en omzetten in synthetisch gas. De jaarlijkse CO2-uitstoot van de energiebedrijven en industrie samen is bijna 100 miljoen ton/jaar. Die moeten we niet begraven, die CO2 kunnen we met waterstof recyclen tot 50 miljard m3 methaan, meer dan genoeg voor onze huishoudens, de economie en de export. Dus kan de Groninger gaskraan helemaal dicht en hebben we Poetingas niet nodig.
Bij Carbon Recycling International, op IJsland, staat een methanol-fabriek voor de recycling van 5500 ton CO2 per jaar. Alle elektriciteit die de fabriek nodig heeft komt van duurzame energie op IJsland. De fabriek gebruikt elektrische stroom voor het maken van H2 (waterstof) dat reageert met CO2 tot methanol (CH3OH, methylalcohol). De CO2 komt van de geothermische elektriciteitscentrale die er naast staat. De methanol-fabriek is vernoemd naar Nobelprijswinnaar in de chemie George Olah (1927 – 2017), die een groot deel van zijn leven besteedde aan het ontwikkelen van koolstofrecycling en daarover het boek schreef Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy (2009). De methanol wordt op IJsland gebruikt als grondstof voor de chemische industrie en in plaats van diesel voor auto’s, vrachtwagens en schepen.
Vliegtuigen kunnen nauwelijks vliegen op zonne-energie, daarvoor is de energiedichtheid van zonlicht te gering. Toch is er meer dan genoeg zonne-energie om waterstof mee te maken. Met waterstof kunnen we CO2 recyclen tot kerosine en zo klimaatneutraal vliegen. Recente studies van Quintel Intelligence B.V. hebben uitgewezen dat de totale hoeveelheid CO2 die de hoogovens in IJmuiden uitstoten voldoende is om daarmee, samen met waterstof van windparken op de Noordzee, kerosine te maken voor meer dan de helft van alle vliegtuigen op Schiphol. Het vliegticket zal daarvan nauwelijks duurder worden. En er is hoop gezien de recente aankondiging van Tata Steel over een proeffabriek in IJmuiden en de motie van de Tweede Kamerleden Amhaouch (CDA) en Paternotte (D66) waarin ze vragen de productie van synthetische kerosine te stimuleren.
CCU kunnen we ook gebruiken om duurzame energie op te slaan en op het gewenste moment te transporteren naar plaatsen waar daaraan behoefte is. Door met duurzame energie CO2 te recyclen uit de lucht en zo methanol, methaan, benzine, diesel of andere transportbrandstoffen te synthetiseren, kunnen we duurzame energie voor iedereen op aarde beschikbaar maken.
De contouren van een duurzame-energievoorziening voor iedereen beginnen zich af te tekenen. Woningen, mits optimaal geïsoleerd, worden duurzame-energieproducenten, zoals de ‘Stad van de Zon’ in Heerhugowaard – bepaald niet het zonnigste plekje op aarde – demonstreert. De prijs van zonnepanelen is inmiddels zo ver gedaald dat zonnestroom kan concurreren met stroom uit kolen, gas of kernenergie. Voor 5000 euro heeft een gemiddeld gezin al voldoende zonnepanelen op het dak om volledig in de stroombehoefte te kunnen voorzien voor het hele huis, inclusief een elektrische auto, en voor de rest van hun leven. De verwarming wordt verzorgd door een elektrische warmtepomp waarmee zomers de warmte uit het huis in het grondwater wordt opgeslagen, en in de winter wordt die warmte benut om het huis op de gewenste temperatuur te brengen. Dit werkt ook voor kantoorgebouwen en voor woningen in de stad. Maar megasteden met veel hoogbouw zullen nog veel energie moeten ‘importeren’, zie hieronder.
Elektriciteitscentrales zullen ook in de toekomst nodig zijn. Al wordt veel stroom decentraal opgewekt met zonnepanelen en windturbines, de behoefte aan elektriciteit zal wereldwijd toenemen, door de economische groei van ontwikkelingslanden, door elektrisch vervoer van mensen en goederen en door de groei van de informatie- en communicatietechnologie. Langzaam maar zeker verdwijnen elektriciteitscentrales gestookt op fossiele brandstof en kernenergie. Zon, wind, biomassa en synthetische brandstoffen nemen het over, ook in de bedrijven en de zware industrie.
Naarmate ons wagenpark elektrificeert, vormen onze auto’s ook een buffer waarin duurzame energie tijdelijk kan worden opgeslagen. Zolang we nog privé-auto’s bezitten staan de meeste auto’s het grootste deel van de dag stil en kunnen ze worden opgeladen met overtollige duurzame energie.
Een wereldwijd web van energie (wwe) zal toch nodig zijn voor een duurzame energievoorziening voor iedereen. In dichtbevolkte gebieden worden de nationale hoogspanningsnetten met elkaar verbonden en geïnternationaliseerd. Zo wordt duurzame stroom uit waterkrachtcentrales in Noorwegen reeds helemaal naar Nederland getransporteerd via een kabel op de Noordzeebodem. Binnen Europa is zo’n wwe in de maak, toch geloof ik niet dat het mogelijk noch rendabel is een wereldwijd elektriciteitsnetwerk te maken dat alle continenten met elkaar verbindt.
Het idee van een wereldwijd elektriciteitsnetwerk is al heel oud, wijlen R. Buckminster Fuller stelde dit in 1938 al voor (www.geni.org). Zijn droom is in tachtig jaar nog niet gerealiseerd hoewel het worldwide web slechts twintig jaar nodig had. Transport van elektriciteit via kabels is kostbaar en verkwistend. Ook waterstof voor energieopslag is al bijna een eeuw oud (Haldane, Daedelus,1923). Het vereist een geheel nieuwe infrastructuur, en de onveiligheid en grote omvang van waterstofopslagtanks zijn andere bezwaren.
Veel aannemelijker lijkt het mij voor het wereldwijde energieweb gebruik te maken van de bestaande infrastructuur die door de olie- en gasindustrie is opgebouwd. In de bestaande olie- en gasleidingen kunnen we ‘groen gas’ en synthetische brandstoffen transporteren die geproduceerd worden door recycling van CO2. Door met duurzame energie CO2 uit de lucht te recyclen met waterstof en zo ‘groene’ methanol, methaan, benzine, diesel, kerosine of andere transportbrandstoffen te synthetiseren, kunnen we gebruikmaken van de bestaande infrastructuur van olie- en gaspijpleidingen, tankwagens, schepen en opslagtanks. Zo kan duurzame energie bewaard, getransporteerd en beschikbaar gemaakt worden voor iedereen over de hele wereld. Bijkomend voordeel van CO2 recycling is dat het overal ter wereld uit de atmosfeer gehaald kan worden zodat niemand meer afhankelijk hoeft te zijn van Poetin of arabische oliesjeiks. Als we alle koolstof recyclen en geen fossiele brandstoffen meer gebruiken zorgt de wereldwijde economische groei zelfs voor reductie van CO2 in de atmosfeer.
Frans W. Saris