De media besteden veel te weinig aandacht aan de ontwikkelingen rond CO2-afvang en -opslag, vindt prof.dr.ir. Martin van Sint Annaland. “En dan komt het ook vaak nog negatief in het nieuws, zoals in de discussie over ondergrondse opslag onder een woonwijk in Barendrecht. Je kunt je natuurlijk afvragen of het verstandig was om zo’n eerste proef direct onder een woonwijk uit te voeren. Maar aan de andere kant: op diezelfde plek heeft miljoenen jaren een explosief gas gezeten en op het moment dat je dat wilt vervangen door een inert gas is het opeens een probleem.”

Die discussie leidt volgens Van Sint Annaland af van de omvang van het werkelijke probleem: de komende decennia zijn we voor onze energiebehoefte nog grotendeels afhankelijk van fossiele brandstoffen. En er is een brede consensus over de kwalijke rol die het daarbij vrijkomende broeikasgas CO2 speelt bij de opwarming van de aarde. Maar dat leidt tot onvoldoende actie, vindt de chemisch technoloog. “De ambitieuze doelstellingen die de overheid heeft om in 2020 twintig procent minder CO2 uit te stoten, gaan we lang niet halen.” Dat komt volgens hem doordat er veel te weinig geld wordt geïnvesteerd in onderzoek, en doordat de overheid niet bereid is om effectieve maatregelen te nemen. “Als je er voor zorgt dat de uitstoot van CO2 duurder wordt dan het afvangen en opslaan, zul je zien dat de nieuwe initiatieven op dit vlak als paddenstoelen uit de grond schieten. Het huidige systeem van emissierechten is echt onvoldoende.”

Hier spreekt een bevlogen man. Van Sint Annaland leidt binnen de capaciteitsgroep Multiphase Reactor Technology (vorig jaar in zijn geheel uit Twente overgekomen) het onderzoek dat onder zijn leerstoel Chemical Process Intensification valt. Samen met universitair docent dr. Fausto Gallucci, en binnenkort een tweede UD, ontwikkelt Van Sint Annaland onder meer nieuwe reactorconcepten die de afvang van CO2 al binnenin de reactor mogelijk moeten maken.

In conventionele gascentrales wordt aardgas verbrand in de aanwezigheid van lucht: het gas reageert met de in de lucht aanwezige zuurstof en hierbij komt warmte vrij die wordt gebruikt om met turbines elektriciteit te genereren. Lucht bestaat echter voor het grootste deel uit stikstof, zodat je na de verbranding zit opgescheept met een mengsel van voornamelijk CO2 , waterdamp en stikstof. “Bij de bestaande technieken vang je de afgasstroom op die ontstaat bij de verbranding. De waterdamp kun je hieruit eenvoudig verwijderen, maar om de CO2 effectief op te kunnen slaan, moet je het eerst ook scheiden van het stikstofgas. Dat scheidingsproces kost echter veel energie en is dus een belangrijke kostenpost.” Als je daarentegen zuiver zuurstof gebruikt voor de verbranding in plaats van lucht, levert dat ook zuivere CO2 op als reactieproduct. Het afvalgas hoeft dan dus niet meer gescheiden te worden.

Vorige week nog werd een Europees project goedgekeurd, DEMOCLOCK, waarin Van Sint Annaland en Gallucci met diverse internationale partners een zogeheten gepakt-bedreactor gaan ontwikkelen. Hierin reageert aardgas niet direct met lucht, zoals in conventionele gascentrales, maar wordt een ‘vast bed’ van zuurstofdragende korreltjes gebruikt. Zulke gepakt-bedreactoren zijn nog allemaal in het onderzoeksstadium, maar ze lijken CO2-afvang in de reactor rendabel te maken. Gallucci: “De Europese Unie pompt ruim vijf miljoen euro in dit project. Wij zelf kunnen vanuit het DEMOCLOCK-project twee postdocs aanstellen. Voor deze nieuwe reactor gaan we eerst op zoek naar de beste zuurstofdrager. Daarna wordt in Spanje een demonstratiemodel gebouwd. Ook daar zullen onze postdocs nauw bij betrokken zijn.”

De gepakt-bedreactor die het DEMOCLOCK-project voor ogen heeft, werkt in twee fasen: eerst wordt lucht door het bed met de korreltjes geleid. Deze korreltjes binden de zuurstof uit de lucht (oxidatie), waarbij de lucht zo sterk wordt opgewarmd dat hiermee elektriciteit opgewekt kan worden. In de volgende stap wordt aardgas door het gepakte bed gestuurd. Dat gas reageert met de in de korreltjes opgeslagen zuurstof (reductie), zodat na condensatie van de waterdamp zuivere CO2 overblijft - die zonder nabewerking kan worden afgevoerd voor opslag. “Overall heb je dus een gecontroleerde verbranding van aardgas met lucht via de zuurstofdragers, waarbij menging van de gevormde CO2 met stikstof uit de lucht wordt voorkomen”, zegt Van Sint Annaland.

Door zuurstofdragende korreltjes te gebruiken, vermijd je dus het gebruik van zuiver zuurstofgas. Dat heeft als voordeel dat je dit gas niet ter plekke hoeft te maken of hoeft in te kopen. En zuurstofgas is ook nog gevaarlijk; zo ontplofte in 1997 een gasinstallatie van Shell in Maleisië waar met zuiver zuurstofgas werd gewerkt.

Volgens Van Sint Annaland is al aangetoond dat reactoren zoals in het DEMOCLOCK-project de zuinigste elektriciteitscentrales opleveren - als je ervan uitgaat dat CO2-afvang een harde eis is. “Het werkt natuurlijk alleen voor nieuw te bouwen centrales, voor bestaande centrales blijven we afhankelijk van CO2-scheiding achteraf. Maar in China wordt elke week een centrale opgeleverd; het zou mooi zijn als dit concept straks standaard in nieuwe centrales wordt toegepast.” (TJ)

Een schematische weergave van de ‘chemical looping combustion’ die plaatsvindt in de vaste-bedreactor. De zuurstofdragende stof (Me)onttrekt in een oxidatiestap zuurstof uit lucht. Vervolgens wordt aardgas over het bed geleid, waarbij de zuurstofdrager weer naar zijn begintoestand wordt gebracht en waterdamp en CO2 wordt gevormd. De waterdamp kan door condensatie eenvoudig worden verwijderd, zodat pure CO2 overblijft.