CO2

Climeworks is één van de bedrijven die nu sterk inzet op CO2-winning uit de lucht. Bron: Climeworks

Direct air capture: de CO2 economie gaat nu echt doorbreken

1 reactie / Ideeën, natuurkunde, Scheikunde, Techniek, Visionaire projecten, Wereld, Wetenschap / Door / 1 september 2019

Kooldioxide is een omstreden broeikasgas en wordt vaak gedemoniseerd. Steeds vaker wordt CO2 nu benut als koolstofbron. Lost direct air capture (DAC) zowel het fossiele-brandstofprobleem als de door de mens veroorzaakte opwarming op?

Kooldioxide, een gas met twee kanten
Kooldioxide is een gevreesd broeikasgas, maar afgezien hiervan is kooldioxide een waardevol en onlosmakelijk onderdeel van het aardse ecosysteem. Vanuit plantaardig standpunt heeft de mensheid een welkom einde gemaakt aan een nijpende CO2-hongersnood. Koolstof is in levende organismen en de industrie een onmisbaar element. Koolstofatomen kunnen namelijk vier stabiele covalente bindingen aangaan, zowel met sterk elektronegatieve elementen als zuurstof, als met elektropositieve elementen. Koolstof kent van alle elementen de rijkste chemie. Koolstofketens vormen daarom de ruggengraat van vetten, van koolhydraten en zijn ook in aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, onmisbaar.

De belangrijkste tak van chemie, organische chemie, houdt zich alleen met koolstofverbindingen bezig. Op dit moment is de voornaamste bron van koolstof aardolie. Tot op heden was aardolie, met aardgas en de lastig handelbare steenkool, het goedkoopste alternatief. Daar lijkt nu verandering in te komen. De reden: DAC.

Wat is direct air capture?
Onze atmosfeer bestaat uit 78% stikstof, 21% zuurstof en 1% argon, een edelgas. Kooldioxide maakt 0,04% van onze atmosfeer uit. Direct air capture distilleert kooldioxide uit de lucht. De traditionele, maar veel energie vergende methode is lucht samen te persen en af te koelen tot het sublimatiepunt van kooldioxide: -78 graden bij atmosferische druk. Op dit moment wordt veel onderzoek gedaan naar speciale filters en chemicaliën om hiermee selectief kooldioxide uit de lucht te filteren. De theoretisch maximale efficiency voor dit proces is 250 kilowattuur per ton gewonnen CO2. Dat is extreem veel energie: de energierekening van een gemiddeld gezin voor een seizoen, of, anders uitgedrukt: om deze 250 kWh op te wekken, komt 125 kg CO2 vrij bij grijze stroom. En we spreken hier over een theoretisch optimum: in de praktijk is meer energie nodig. Tot voor kort was dit een onoverkomelijke barrière voor DAC, maar het oprukken van goedkope zonne-energie en slimmere scheidingstechnieken maakt DAC nu interessant.[1]

Climeworks is één van de bedrijven die nu sterk inzet op CO2-winning uit de lucht. Bron: Climeworks
Climeworks is één van de bedrijven die nu sterk inzet op CO2-winning uit de lucht. Bron: Climeworks

Wat doen we met deze CO2?
Sommige bedrijven pompen water met deze CO2 in een onderaardse CO2-absorberende laag, zoals poreus basalt, waarin de kooldioxide mineraliseert. Hiermee wordt de CO2 inderdaad effectief opgeborgen. Anderen gebruiken de CO2 als meststof voor tuinders (onder hoge CO2-concentraties stijgen de opbrengsten met 25% of meer) of voor het carboniseren van frisdrank.
Maar in feite is dit maar het begin van de mogelijkheden. In principe kan kooldioxide om worden omgezet in eenvoudige organische moleculen zoals methanol[2] of ethanol. Grafeen. Diamant. Of wellicht biochar, poederkool die de bodem beter water en voedingsstoffen vast laat houden.Hebben we eenmaal overvloedig energie, dan zijn de mogelijkheden bijna eindeloos.

Bronnen
1. M. Fasihi et al., Techno-economic assessment of CO2 direct air capture plants, Journal of Cleaner Production
Volume 224, 1 July 2019, Pages 957-980, DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.03.086
2. Xiaowa Nie, Xiao Jiang, Haozhi Wang, Wenjia Luo, Michael J. Janik, Yonggang Chen, Xinwen Guo, Chunshan Song. Mechanistic Understanding of Alloy Effect and Water Promotion for Pd-Cu Bimetallic Catalysts in CO2 Hydrogenation to Methanol. ACS Catalysis, 2018; 8 (6): 4873 DOI: 10.1021/acscatal.7b04150

Welkom in het lieflijke Nunavut, met een winter van negen maanden. Wordt het straks leefbaarder?

Aarde verandert steeds meer in oerwoudplaneet

7 reacties / Analyses, Mensheid, Wereld / Door / 14 oktober 2013

De klimaatverandering heeft naast de nodige rampspoed, ook enkele prettige gevolgen. Gebieden die ooit dorre woestenijen waren, worden steeds groener, blijkt uit satellietwaarnemingen. Hoe wordt het leven op de toekomstige aarde?

Welkom in het lieflijke Nunavut, met een winter van negen maanden. Wordt het straks leefbaarder?
Welkom in het lieflijke Nunavut, met een winter van negen maanden. Wordt het straks leefbaarder? Bron: Ministerie van Toerisme, Nunavut

CO2 kunstmest voor planten
Op de Mercatorprojectie van Noord Amerika nemen ze een prominente plaats in. Barre pooleilanden als Baffinland (sorry: á•¿á‘­á–…á‘–á“—á’ƒ oftewel Qiqiktaaluk), Ellismere Eiland en het van de Russen gekochte schiereiland Alaska, waar ijskoude poolwinden over een kale vlakte loeien. In werkelijkheid zijn ze wat kleiner dan ze op de kaart lijken, maar toch vertegenwoordigen ze een enorme oppervlakte. Qiqiktaaluk, onderdeel van de Canadese provincie Nunavut, alleen al is 12-13 maal zo groot als Nederland en er wonen maar 11.000 mensen.
Door de structurele stijging in jaartemperatuur wordt het leven hier steeds prettiger voor planten. Als je bedenkt dat ongeveer de helft van alle bladeiwit in C3-planten (de meeste plantensoorten) uit één enkel enzym bestaat, rubisco, dat maar één taak heeft: CO2 vangen, begrijp je dat planten uitermate veel profiteren van de snelle stijging van de hoeveelheid atmosferische kooldioxide.

Meer groen aan de pool…
De vijftien miljoen jaar durende CO2-hongersnood, die planten dwingt zo veel rubisco te maken, lijkt dankzij de mens nu eindelijk voorbij. Hierdoor schuift de vegetatiegrens steeds verder naar het noorden. Gebieden waar eerst toendra lag, veranderen nu in naaldwoud, terwijl de poolwoestijn in toendra verandert. Een steeds verder toenemende groene deken kruipt steeds verder noordwaarts over de poolcirkel. Dit is bijvoorbeeld ook de reden waarom de Russen zich helemaal geen zorgen maken over het broeikaseffect. Voor hen betekent een temperatuurstijging, dat een groot deel van het nu door permafrost en barre winters onleefbare Siberië een stuk aangenamer wordt en dat er een enorme landbouwoppervlakte bijkomt.


De hoogste boom in het grootste deel van Nunavut is de centimeters hoge kruipwilg, die zo overleeft onder het beschermende sneeuwdek.

Voor woestijnschildpadden is de verhoogde plantengroei in de woestijn goed nieuws.
Voor woestijnschildpadden is de verhoogde plantengroei in de woestijn goed nieuws. Bron: Wikimedia Commons

En in de woestijn
Ook woestijnplanten vallen in de prijzen. De hoeveelheid vegetatie in veel woestijngebieden blijkt namelijk flink toe te nemen. De reden: omdat er meer CO2 in de lucht zit, hoeven woestijnplanten hun huidmondjes, waardoor veel waterdamp weglekt, minder open te zetten om CO2 in te vangen en kunnen ze overleven, daar waar eerst dorre woestijn was. De gevolgen zijn dat er steeds meer CO2 wordt vastgelegd in de vegetatie en ook, dat een steeds groter deel van de aardoppervlakte bewoonbaar wordt. Naar schatting hebben deze effecten tot gevolg gehad dat de totale hoeveelheid bladerdek in poolwoestijnen  en tropische woestijnen op het land met zo’n 11% is toegenomen. [1] Deze vegetatie zorgt ervoor dat er per saldo meer water verdampt en het klimaat vochtiger wordt. In de poolstreken absorbeert het donkere geboomte en toendrabegroeiing meer zonnestraling, waardoor de bodem warmer wordt en gastvrijer voor plantaardig leven. Het smelten van de permafrost betekent dat ook diepwortelende gewassen (zoals bomen) meer kansen krijgen en de bodem in de zomer minder moerassig wordt.

Onderlopen van kuststreken en aantasting zeeleven
In zee is het CO2 gehalte bepaald niet beperkend. Enkele procenten van het zeewater bestaan uit opgeloste carbonaten. Dit verklaart overigens ook waarom bepaalde soorten zeewier onder gunstige omstandigheden zo extreem snel kunnen groeien. Zeewier zal blijven gedijen in een verzuurde oceaan, maar voor schaal- en schelpdieren, koraal en micro-organismen met een kalkskelet zijn de gevolgen minder plezierig. Ook zal het onderlopen van vruchtbare kustvlaktes, zoals in Nederland, uiteraard het landbioom verkleinen, al lijken de netto gevolgen voor de hoeveelheid vegetatie op aarde positief.

Bronnen
1. Donohue, R. J., M. L. Roderick, T. R. McVicar, and G. D. Farquhar (2013), Impact of CO2 fertilization on maximum foliage cover across the globe’s warm, arid environments, Geophys. Res. Lett., 40, 3031–3035, doi:10.1002/grl.50563.

De gastornis, een enorme lopende roofvogel van 2,2 m hoog, teisterde het Eoceense oerwoud.

‘Oerwoud tot vlak bij de noordpool’

10 reacties / Analyses, Wetenschap / Door / 24 november 2011

Klimaat-doemprofeten stellen dat we het zo bont maken met de uitstoot van broeikasgassen, dat extreme wereldwijde opwarming zal toeslaan en oerwouden oprukken tot vlak bij de noordpool. Hebben ze gelijk?

‘Oerwoud in Duitsland en Nederland onder water’
Een tijdperk met ijsafzettingen die de aarde sinds 35 miljoen jaar in haar greep houdt, kan tot zijn einde komen als extreme opwarming inderdaad toeslaat. Tot nu toe onbekende vormen van positieve feedback – waaronder hyperopwarming zoals in het vroege Eoceen plaatsvond – zouden de balans helemaal door kunnen laten slaan, aldus een groepje onderzoekers. De gevolgen: oerwouden tot in Duitsland en wouden tot aan de oevers van de Noordelijke IJszee.  Als de opwarming echt toeslaat ontstaat een ‘hothouse Earth’ met tropische wouden tot vlak bij de geografische noordpool (de noordpool zelf ligt in de Noordelijke IJszee). Het goede nieuws: dit duurt nog tot 2300, aldus klimaatwetenschappers die hun modellen deze keer twee eeuwen langer dan gebruikelijk hebben doorgerekend.

De gastornis, een enorme lopende roofvogel van 2,2 m hoog, teisterde het Eoceense oerwoud.
De gastornis, een enorme lopende roofvogel van 2,2 m hoog, teisterde het wereldwijde Eoceense oerwoud.

Hierbij volgen ze vier mogelijke toekomsten. In één toekomst verlagen we onze CO2-uitstoot op een draconische manier; in een ander toekomstscenario verbranden we fossiele brandstoffen tot ver in de 22e eeuw[1].  In zeer extreme scenario’s die worden bestudeerd, stijgt door een plotselinge omslag het CO2 gehalte tot 2000 ppm (ongeveer 0,2 procent CO2 dus). Ter vergelijking:  het CO2 gehalte is nu rond de 388 ppm, meer dan vijf keer zo laag dus. In theorie zou dit moeten leiden tot een gemiddelde temperatuurstijging op aarde met tien graden. De temperatuur in het vroege Eoceen, toen er oerwouden tot in Duitsland groeiden (Nederland was toen zee) en de Canadese toendra’s tot de hoogte van Spitsbergen begroeid waren met planten uit het zuiden van de VS.[2] De polen zullen ook veel meer opwarmen dan de tropen.

Antarctica blijft gespaard, omdat het zuidpoolcontinent wordt omringd door een koude zeestroom die het continent afschermt van de rest van de wereld. Althans, als het methaan dat nu massaal vrijkomt uit de arctische toendra niet meegerekend wordt.

‘Clathrate gun’ ontploft
Methaan is een zeer sterk broeikasgas, maar wordt snel afgebroken door het zeer reactieve hydroxyl (OH). Komt er teveel methaan tegelijk vrij, dan kan het hydroxyl het niet meer aan en hoopt methaan zich op, met als gevolg een enorme temperatuurstijging. Doemprofeten wijzen dan ook graag op methaanijs op de zeebodem, een bom die ‘ontploft’ als het diepzeewater te warm wordt.Volgens sommige onderzoekers is deze ‘clathrate gun’ verantwoordelijk voor de extreem hoge temperaturen tijdens het Eoceen.

Koolstof blijft in omloop
Ook dreigt de koolstofcyclus in de oceanen tot stilstand te komen. Nu dwarrelt veel calciumcarbonaat naar de zeebodem, maar dat proces trad niet op in het Eoceen[3]. Klaarblijkelijk werkt deze veiligheidsklep niet bij zeer hoge temperaturen. Forams, de reuzenamoeben die op de zeebodem leven, kwamen in het Eoceen alleen op kleinere diepte voor waar het zeewater veel productiever is, waarschijnlijk omdat er onvoldoende voedsel in de diepte was. Bacteriën worden bij hoge temperatuur razend actief en maakten vermoedelijk korte metten met het voedsel voor de forams, aldus de Britse auteur van [3] Pearson.

Inderdaad waren het geen algen, maar drijvende waterplantjes, azolla-varens, die een einde maken aan de hoge temperaturen van het Eoceen. Er ontstond een Azolla-bloei in de Noordelijke IJszee, die zoveel CO2 aan de lucht onttrok dat de temperaturen daalden[5].

Donkere vegetatie en hyperwarming
Hoe warmer het wordt, hoe meer donkere bossen richting noorden oprukken. Als het effect van de donkere vegetatie wordt meegerekend, betekent dat nog drie graden extra opwarming.
Het griezeligste effect is hyperwarming, voor het eerst beschreven door Landing. Hoe warmer het wordt, hoe meer land overstroomt dus hoe groter de zeeoppervlakte. Dit gebeurde in het Cambrium van een half miljard jaar geleden. Zee absorbeert meer warmte dan land, dus warmt de aarde zelfs nog meer op. Het zeewater bereikte temperaturen tot veertig graden, waardoor het water nauwelijks zuurstof meer vast kon houden[4]. De reden overigens dat sommige tropische vissoorten kunnen luchthappen. Tijdens het Cambrium waren er overigens nog geen landplanten, dus land weerkaatste in die tijd veel meer licht dan nu. Daardoor was het effect ook veel groter dan nu.

Zin of onzin?
Het scenario gaat er vanuit dat onze fossiele brandstofconsumptie stijgt. Of dat zo blijft, is de vraag. Aardolie is schaars en duur, dat geldt ook voor makkelijk winbare steenkoolvoorraden. Zonne-energie is nu al lonend in woestijnachtige landen en de verwachting is dat de komende jaren de zonnegrens onverbiddelijk naar het noorden zal oprukken. Ook komen er steeds betere accu’s, waardoor elektrische auto’s steeds meer binnen bereik komen. Het kost tegelijkertijd steeds meer moeite om de brandbare drab uit de aarde los te weken. Net zoals het stenen tijdperk niet eindigde door een gebrek aan stenen, denk ik ook niet dat het fossiele tijdperk eindigt door een gebrek aan olie, gas en steenkool. We zullen domweg betere alternatieven vinden, zoals de zon en geothermische energie. Al te bang voor deze doemverhalen ben ik persoonlijk dus niet. CO2 heeft namelijk ook zijn goede kanten. Sterker nog: onze planten verhongeren bijna door het lage CO2 gehalte in de lucht.

Maar toch. Mensen zijn dom, oliedom. Zo kregen ze het voor elkaar, alle bomen van Paaseiland om te kappen om de monsterlijke moai te bouwen waardoor ze niet meer van het eiland weg konden. We hebben tegenwoordig ook van die moai, staten en multinationals genaamd. Als nietsontziende kolossen walsen deze organisaties over alles en iedereen heen als dat op korte termijn meer winst voor de aandeelhouders of de ambtenaren oplevert. Het levert meer winst op om de laatste olie en steenkool tegen woekerwinsten op uiterst vervuilende wijze te winnen, dan om alternatieven te zoeken. Als we ze hun gang laten gaan zonder maatregelen kan het wel eens net zo met ons aflopen als met de bewoners van Paaseiland.

Bronnen
1. D. van Vuuren et al., A special list of teh RCP’s (met subartikelen), Climate Change,2011
2. GJ Harrington, Arctic plant diversity in the Early Eocene greenhouse, Proceedings of the Royal Society B, 2011
3. Annette en Mitchell Lyle, Missing organic carbon in Eocene marine sediments: Is metabolism the biological feedback that maintains end-member climates?, Paleoceanography, 2006
4. Ed Landing, Time-specific black mudstones and global hyperwarming on the Cambrian–Ordovician slope and shelf of the Laurentia palaeocontinent, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2011
5. The Azolla Event (Dramatic Bloom 49 Million Years Ago), Ole Nielsen

Koud asfalt beperkt CO2-emissie

Laat een reactie achter / Techniek / Door / 13 november 2011

In Dordrecht is een proefstuk weg aangelegd van Ecopave-C asfalt. Dit wordt bij omgevingstemperatuur gemaakt en verwerkt, waardoor de CO2-uitstoot zo’n 40 % lager is dan van conventioneel asfalt.

Het geheim van Ecopave-C (C staat voor cold) is een bitumenemulsie, zeer kleine bolletjes in water. In de asfaltcentrale en bij de wegaanleg scheelt dit mengsel 80 tot 90 % in energie en CO2-uitstoot.

Maar omdat in dit mengsel cement is toegevoegd als bindmiddel, is de CO2-besparing uiteindelijk maar 40 à 50 %. Dit asfaltmengsel is bij een buitentemperatuur vanaf 10 °C te verwerken. Naast energiebesparing is Ecopave-C ook gunstig voor de luchtkwaliteit en de arbeidsomstandigheden.

De weg is aangelegd door Dura Vermeer, welke al sinds 2004 onderzoek doet naar hoe de asfaltproductie en –verwerking met minder energie toe kan. Voor standaardasfalt is nog een temperatuur nodig van 170 °C, maar met de Ecopave-W (‘warm’) werd dat al terug gebracht tot 135 °C. In dit materiaal zat een paraffinewas bijgemengd.

‘We konden vervolgens onder 100 °C komen door schuimbitumen als bindmiddel toe te passen’, aldus ir. Robbert Naus, innovatiemanager. Dit asfaltmengsel reduceerde de CO2-emissie met zo’n 25 %.

Bron: De Technologiekrant

Ook mega-vervuiler Australië aan de CO2-belasting

1 reactie / Geopolitiek / Door / 11 juli 2011

Ook Australië doet waar vele landen over de hele wereld in verschillende mate mee zijn begonnen: het heffen van CO2-belasting.

De zogenaamde ‘price on carbon’ of ‘carbon-tax’ is uiteraard niet populair onder vele ondernemers, omdat het aan de ene kant betekent dat ze wederom ergens belasting voor moeten betalen en aan de andere kant daarmee ook hun concurrentie positie tegenover internationale concurrenten verzwakken. Als gevolg hiervan wordt het ook minder gunstig voor een land om deze belasting te heffen, omdat dit een uitloop van ondernemers kan betekenen.

Toch is het een logische stap. Groen denken is in en deze belasting past goed in de trend van het groene denken thuis. Het zat er dan ook al een tijd aan te komen en ook in Nederland is emissiehandel al jaren een feit. Wel is het de vraag of de huidige regelgeving voldoende is om daadwerkelijk effect te hebben. Ook is er nog geen algemene Europese regelgeving, maar dit zal waarschijnlijk ook niet lang meer op zich laten wachten. Tot die tijd doen bedrijven er goed aan zich alvast voor te bereiden op zwaardere belasting op CO2-uitstoot. Bedrijven als Akzo Nobel zijn dan ook al geruime tijd bezig hun productielijnen zo veel mogelijk CO2-vrij te maken.

In Australië, dat per hoofd van de bevolking de grootste luchtvervuiling kent, zal de maatregel ook een verschuiving bij de instelling van grote bedrijven bewerkstelligen. In productieprocessen valt er veel te verbeteren zodat er minder schadelijke stoffen voor het milieu vrij komen. Door maatregelen als de CO2-belasting worden bedrijven gestimuleerd naar dergelijke verbeteringen te zoeken.