Stoppen met fossiele brandstoffen is één manier om broeikasgassen uit de atmosfeer te houden. Uitstoot afvangen en ondergronds opslaan kan ook. Carbon capture and storage, CCS, heet dit. Op de klimaattop in Dubai, van 30 november tot en met 12 december, zal het er zeker over gaan. De technieken voor CCS zijn niet nieuw, maar worden nog maar mondjesmaat toegepast. Toch is dit een nieuwe, grote industrie in wording.
Want velen, ook grote uitstoters, zeggen huiverig te zijn voor te snelle uitstootvermindering. Minderen is weliswaar belangrijk voor het klimaat, maar het moet wel op een ‘verantwoorde manier’, is de teneur. Anders ligt energieschaarste en economische schade op de loer. Uitstoot opvangen en opslaan geeft de nodige ademruimte om zonder de atmosfeer verder te schaden fossiele brandstoffen met beleid af te bouwen.
Veel anderen horen dit sceptisch aan. Is de belofte van afvang en opslag na ontkenning van klimaatverandering en twijfel zaaien over klimaatwetenschap de volgende strategie van oliebazen om door te kunnen gaan met fossiele brandstoffen?
Die discussie gaat soms voorbij aan een andere wezenlijke vraag: kán het wel, zoveel afvangen en opslaan? Hoe staan de technieken voor afvang en opslag er eigenlijk voor?
Het idee van CCS is niet nieuw. „In de jaren 80 werd voor het eerst bekeken of het kon”, zegt Andrea Ramirez Ramirez, hoogleraar low carbon systems and technologies aan de TU Delft, die sinds 2005 onderzoek doet naar CCS. „Nederland was daar een voorloper in. In 2001 begon het [VN-klimaatpanel] IPCC er voor het eerst over.”
In ontwikkeling
„Vooral de schaal waarop het moet gebeuren is nieuw”, zegt Oreane Edelenbosch, universitair docent aan de Universiteit Utrecht. Ze werkt aan mondiale klimaatmitigatiescenario’s. „CCS is een belangrijk element in het halen van de klimaatdoelen. Er is nog ongeveer 250.000 megaton carbon budget voor de grens van anderhalve graad opwarming is overschreden. Daar zijn we al in zo’n zes tot zeven jaar. Door het korte tijdsbestek en doordat niet in alle sectoren nul uitstoot gehaald kan worden, is het onrealistisch dat we zonder CSS onder die grens kunnen blijven.”
Ook het IPCC rekent daarom op CCS. Deze eeuw moet er 350.000 tot 1,2 miljoen megaton CO2 onder de grond verdwijnen, becijferde het VN-klimaatpanel in zijn laatste rapport, afhankelijk van welk 1,5 graden-uitstootscenario gevolgd wordt.
Ter context: wereldwijd wordt nu jaarlijks zo’n 37.000 megaton ‘CO2-equivalent’ uitgestoten. De energiesector is verantwoordelijk voor 14.500 megaton daarvan. In 2022 stootte Nederland 158 megaton uit.
Een fractie daarvan wordt op dit moment afgevangen. Het Global CCS Institute houdt nauwgezet bij hoeveel CCS-faciliteiten er wereldwijd in gebruik en in ontwikkeling zijn. Afgelopen juli telde het 41 actieve CCS-faciliteiten, waar samen 49 megaton per jaar in omging. Daarnaast zijn er 26 in aanbouw, met een jaarlijks capaciteit van 32 megaton. Nog eens 325 voorzieningen zijn in ontwikkeling.
In Nederland gaan vier bedrijven per 2026 in de Rotterdamse haven 2,5 megaton afvangen dat wordt opgeslagen onder de Noordzee, en deze week werd bekend dat jaarlijks 0,8 megaton CO2 van een kustmestfabriek van Yara in Zeeland naar Noorwegen getransporteerd zal worden.
Twee groepen technologieën
Bij de internationale cijfers lopen afvang- en opslagfaciliteiten overigens door elkaar heen. Dat vertroebelt het beeld van de hoeveelheid broeikasgassen die uit de atmosfeer wordt weggehouden, het kan dat CO2 nu dubbel meetelt. Want CCS gaat over twee verschillende groepen van technologieën.
Aan de ene kant is er het opvangen van CO2 – de twee C’s van CCS. Dit gebeurt ‘aan de schoorsteen’ van fabrieken en energiecentrales die anders broeikasgassen zouden uitstoten. Aan de andere kant is er de opslag – de S van CCS. Dit gebeurt doorgaans in ondergrondse steenformaties. Deze twee groepen technologieën hebben alles met elkaar te maken, maar het zijn heel verschillende activiteiten met eigen uitdagingen.
Om te beginnen stroomt door de ene schoorsteenpijp totaal iets anders dan door de andere. Bij de productie van ammonia is 100 procent van wat uit de schoorsteen komt CO2, net als bij de verwerking van aardgas. Bij cementproductie is dat 15 tot 30 procent, en bij olieraffinaderijen 3 tot 13 procent.
Als er puur CO2 uit de schoorsteen komt, hoeft het gas alleen gecomprimeerd en getransporteerd te worden. In alle andere gevallen moet de CO2 eerst uit de stroom gefilterd worden. Dat is ingewikkelder en het kost veel energie. „Toch is het de moeite waard, want in de buitenlucht zit maar 0,04 procent CO2, dat is er nog veel moeilijker uit te halen”, zegt Ramirez.
Om de CO2 te scheiden, wordt de afvoerstroom, rookgas, meestal in contact gebracht met een vloeistof. In die vloeistof zitten chemicaliën – veelgebruikt is mono-ethanolamine – waar CO2 aan bindt. De rest van de gassen vervolgt de weg door de schoorsteen. Om de CO2 weer te scheiden van de vloeistof, wordt de vloeistof verhit, tot zo’n 100 graden Celsius.
Economische grens
„Het afvangen heeft zich technisch wel bewezen”, zegt Ramirez. „Afvanginstallaties zijn commercieel verkrijgbaar, er zijn genoeg plekken waar het al werkt. Maar het is duur. Vooral verhitten vraagt energie.”
Op dit moment kost het afvangproces zo’n 2,5 tot 4 gigajoule per ton CO2. „Ooit was dat 11 gigajoule, dus het is al een stuk verbeterd”, zegt Ramirez. In prijs gaat het om zo’n 30 euro per ton CO2 bij hoge concentraties en 35 tot 110 euro per ton CO2 bij lagere concentraties. Filteren uit de buitenlucht kost 8 tot 11 gigajoule per ton CO2 – 200 tot 1.000 euro.
Niet alle CO2 wordt gevangen in de vloeistof. Uit een afvoerstroom 90 procent van de CO2 afvangen geldt als een prima score, 95 procent als goed. Nog steeds vliegt dan heel wat CO2 de atmosfeer in.
Is 100 procent afvangen mogelijk?
„Die 90 procent is geen technische grens, het is een economische”, zegt Ramirez. „De laatste procenten kosten het meest. Vergelijk het met hardlopen: je kunt prima trainen om snel te worden, maar de laatste paar honderdste seconden sneller worden voor het wereldrecord, kosten enorm veel moeite.”
Om de energievraag omlaag te krijgen, is volop onderzoek gaande, zegt Ramirez. „Aan de vloeistoffen die de CO2 binden wordt gesleuteld met het idee dat die minder warmte vragen. Een andere benadering is de CO2 te vangen met membranen. Ook wordt naar andere dingen gekeken, zoals de CO2 meteen in de installatie met iets anders te laten reageren, zodat een nieuw product ontstaat. Twee dingen tegelijk doen maakt het ook kostenefficiënter.”
:format(webp)/s3/static.nrc.nl/wp-content/uploads/2023/11/24155334/data108383667-5a4488.jpg)
Financiële prikkel
Het kostenaspect is cruciaal. „Een fabriek of elektriciteitscentrale zal CCS alleen implementeren als er een financiële prikkel is”, zegt Edelenbosch. „Ethiek is niet genoeg, er moet geconcurreerd worden. Om deze technologie in de markt te krijgen, moet ófwel de techniek veel goedkoper worden, ófwel de prijs van CO2 moet omhoog en de wetgeving scherper.”
In 2017 kostte een ton CO2 uitstoten nog geen 5 euro, blijkt uit Europese cijfers. Dat is in de jaren daarna rap gestegen, naar ongeveer 80 euro per ton. De prijs ligt sinds begin 2022 rond dat niveau. In veel gevallen is uitstoten dus nog altijd goedkoper dan afvangen.
Opslaan van afgevangen broeikasgassen kent eigen uitdagingen. Op kaarten van (mogelijk) geschikte ondergrond ziet de ‘opslagkant’ van het verhaal er hoopvol uit. De Noordzee is ‘zeer geschikt’, net als een groot gebied voor de kust van Noorwegen, de ondergrond onder het Saoedisch schiereiland, grote delen van Canada en de VS, de Golf van Mexico en stukken rond Australië. Nog veel meer plekken zijn ‘geschikt’ of ‘mogelijk geschikt’, volgens het Global CCS Institute. Naar schatting zou in de ondergrond ruimte zijn voor 14.000 gigaton CO2.
Het gaat om aardlagen waar nu zout water in zit, lege olie- en gasvelden of specifieke typen gesteenten die reageren met CO2. Een miniem deel daarvan – met een capaciteit van 253 megaton – wordt beschouwd als direct ‘commercieel inzetbaar’. Die zijn nu klaar om CO2 te ontvangen, met vergunningen en al.
Afsluitende laag
„Het succes van opslag hangt helemaal af van de locatie”, zegt Ramirez. „Het gas moet worden opgesloten in de poriën van gesteenten. Voorwaarde is een afsluitende steenlaag erboven, zodat het gas niet kan ontsnappen. En je moet garanties hebben dat die cap rock niet kapot is of kan gaan. Je moet dus veel kennis van de ondergrond hebben.”
Er ís ook best veel kennis. Ook aardgas heeft zo’n afsluitende laag gesteente nodig, en daar is over de hele wereld uitgebreid naar gezocht. „Er is veel geld gestoken in onderzoek naar de ondergrond, maar wel met een ander doel”, zegt Ramirez. „Om locaties die nu op de kaart staan als ‘mogelijk geschikt’ naar ‘zeer geschikt’ te krijgen, is opnieuw veel geld nodig.”
Dankzij een techniek die carbon dioxide enhanced recovery heet, is er ook al enige kennis over hoe de CO2 in de grond te krijgen. Dat gebeurt om olie uit een olieveld te persen, door CO2 in de poriën van het gesteente te spuiten. In de VS wordt dit veelvuldig toegepast – in Europa niet.
Het Nederlandse project Porthos gaat CO2 opslaan in een gasveld in de Noordzee. Begin volgend jaar gaat de bouw van opslagruimte voor in totaal 37 megaton CO2 van start. Die capaciteit is berekend op basis van de druk die in het gasveld opgebouwd kan worden. Voor de gaswinning was de druk daar 350 bar. Door verdwijnen van het gas is dat nu nog minder dan 20 bar; het idee is CO2 toe te voegen tot de druk 300 bar is.
De CO2 neemt daar dus de plek in van het aardgas dat er ooit zat. Door de gaswinning is er al veel kennis van het veld, en de omstandigheden zijn goed, zeggen experts van Porthos. Zo is de afsluitende steenlaag gemiddeld 600 meter dik. Het vervoer ernaartoe, via een pijpleiding, vinden zij het spannendste deel van het project.
Witte brokjes
Bij enkele andere projecten voor CO2-opslag in gasvelden zijn rooskleurige verwachtingen niet uitgekomen. In Australië was de stroom CO2 bij een project niet puur genoeg, waardoor de pijpleiding corrodeerde. Een groot project in Noorwegen kende problemen doordat een klein compartiment in de ondergrond aangeboord bleek, waardoor de druk veel sneller opliep dan verwacht. Een ander groot CCS-project in Noorwegen loopt wel grotendeels volgens plan, al sinds 1996.
Opslaan in de ondergrond kan ook op andere manieren. Op IJsland wordt de CO2 opgelost in water en dan geïnjecteerd in een ondergrond van basalt. Dat poreuze vulkanische gesteente reageert met de CO2, waardoor het verandert in kalksteen. Na twee jaar is ruim 90 procent van de CO2 als witte brokjes ‘vastgelegd’ in het zwarte gesteente. IJslandse onderzoekers denken dat deze manier van opslaan geschikt is voor alle plekken waar vulkanisch gesteente voorkomt, maar vooralsnog wordt het alleen op IJsland toegepast.
Vastleggen klinkt aantrekkelijk, want risico op ontsnappen van de CO2 is er dan niet. Lekkage – door een gebroken cap rock of een slecht afgesloten put – is het belangrijkste risico waar tegenstanders van CCS zich zorgen over maken.
„De CO2 zit minstens 3 kilometer onder de grond, het komt dus niet zomaar aan het oppervlak”, zegt Ramirez. „Maar het kan ook onder de grond al problemen geven, als het mengt met grondwater bijvoorbeeld. Er is langdurige monitoring nodig om dit te voorkomen.”
Gebrek aan vertrouwen
„Het grootste probleem als het gaat om opslag is wederom niet de techniek of de monitoring”, denkt Ramirez. „Het is gebrek aan vertrouwen. Stel: het gaat mis, wie zegt dan dat injectie wordt gestopt of dat het goed wordt opgelost? Historisch gezien zijn de bedrijven die hierin actief zijn niet de bedrijven die uitblinken in betrouwbaarheid.”
De discussie rond het toepassen van CCS concentreert zich nu rond de interesse die fossiele bedrijven hebben in CO2-opslag. Maar eigenlijk zou het daar niet over moeten gaan, vindt zowel Ramirez als Edelenbosch. Ramirez: „Veel mensen beseffen niet dat CCS voor veel meer sectoren wordt ingezet, en de context verschilt sterk per sector.”
Terugdringen van de uitstoot bij cementproductie is bijvoorbeeld lastig. „Er komt CO2 vrij bij de reactie van het kalksteen om tot cement te komen”, zegt Ramirez. „Wil je dat voorkomen, dan moet je op een heel andere manier cement maken. Dat is moeilijk.” Zo spelen in meer sectoren technische obstakels.
„Voor fossiele bedrijven zijn wel alternatieven”, zegt Edelenbosch. „Gezien de beperkingen zou CCS eigenlijk vooral ingezet moeten worden waar dit het hardst nodig is, ter compensatie van zulke moeilijk terug te dringen uitstoot.”
Edelenbosch is bezorgd over grootschalige toepassing van CCS. „Uitstoot compenseren kan via de aanleg van bossen die CO2 opnemen, maar ook CCS wordt daarvoor als belangrijke techniek gezien, in de vorm van afvang bij biomassacentrales. In beide gevallen kom je bij grootschalige inzet echter in de knel met landgebruik.”
Dat fossiele bedrijven nu vooraan staan om CCS toe te passen, is misschien niet wenselijk, maar het kan de technologie wel verder brengen. Edelenbosch: „Of het gaat lukken, hangt voor een belangrijk deel af van hoeveel erin wordt geïnvesteerd – naast maatschappelijke acceptatie. Veel ervaring is nodig, en veel onderzoek. Dan kan CCS wellicht op een optimistisch pad terechtkomen. Het probleem nu is dat veel nog onzeker is, en hoe langer we wachten met klimaatbeleid, hoe afhankelijker we van CCS worden. Dat is een groot risico.”
