Vliegtuigen die vliegen op CO2, is dat de toekomst?

Groot nieuws in februari: Shell en KLM maakten voor het eerst een vlucht met passagiers met (een deel) synthetische brandstof, in plaats van fossiele kerosine. Een mijlpaal voor de luchtvaartsector én voor de oliewereld, want het liet zien dat er een milieuvriendelijkere toekomst voor vliegtuigen in het verschiet lag.

De brandstof is gemaakt van waterstof en CO2, via een proces dat de industrie al veel langer gebruikt. Normaal gebruikt men aardgas om syngas te maken, en dat werken bedrijven zoals Shell in grote fabrieken op tot kerosine. Maar als je in plaats van aardgas CO2 en waterstof gebruikt, en die waterstof produceert uit water en groene stroom, dan heb je plotseling een milieuvriendelijke proces.

Betaalbare synthetische brandstof

Met dat idee ging Shell aan de slag. Maar ook onderzoeksinstituut TNO werkt er aan, samen met een hoop Europese instituten en bedrijven. Waar Shell het voordeel van schaal en ervaring heeft (de grote fabrieken om syngas te maken zijn er al) pakt TNO het anders aan: zij ontwikkelen een nieuwe reactortechnologie, die een groot deel van het hele proces in één keer kan doen, in plaats van in stapjes.

Dat heeft voordelen, vooral in de uiteindelijke prijs van de kerosine. Die kan volgens Jan-Willem Könemann, business developer bij TNO, significant lager zijn dan die van andere synthetische kerosine. “Ons systeem is gerichter dan wat de olie- en gasindustrie gebruikt. Het heeft een veel hogere conversie en maakt alleen het beoogde kerosinemengsel; daardoor is het efficiënter in de productie. Dat betekent dat we geen grote stromen hoeven te recyclen die niet omgezet zijn, we geen koolwaterstofketens hoeven te kraken die te lang zijn, en de kerosine niet hoeven af te scheiden uit een mengsel met allerlei bijproducten,” vertelt hij.

CO2 en waterstof

Daardoor kunnen de fabrieken voor productie ook minder groot zijn en is een kleinschalige toepassing mogelijk al betaalbaar. Terwijl je voor de andere methode gigantische fabrieken nodig hebt, zoals je bijvoorbeeld ziet bij raffinaderijen van de Shell-installatie in Pernis.

TNO ontwikkelde het apparaat, dat ze Sienna noemen. Het is een alles-in-een-reactor, en de integratie van alle processen om van CO2 en waterstof duurzame olefinen te maken is gepatenteerd door het onderzoeksbureau. Uit die olefinen kan TNO kerosine produceren. “Technisch is die ene stap iets ingewikkelder dan wat oliebedrijven doen”, zegt Könemann. “Maar de voordelen, vooral in kosten, wegen uiteindelijk op tegen de technische complexiteit.”

Project Takeoff

Dat laatste is alleen waar als er noemenswaardige hoeveelheden kerosine geproduceerd kunnen worden. Met het Europese Project Takeoff wil TNO een pilot-fabriek bouwen en laten zien dat de techniek werkt en goedkopere duurzame vliegtuigbrandstof oplevert. Daarbij werken ze samen met een heleboel bedrijven, die onder andere de CO2 en de waterstof leveren. Könemann hoopt dat de fabriek de industrie inspireert. “Wij zijn er om te laten zien hoe iets van een onderzoeksfase naar een klaar-voor-de-industriefase kan gaan. Daarna moet de sector het zelf oppakken, opschalen en doorontwikkelen.” In vier jaar tijd moet een proeffabriek in een ‘industrieel relevante omgeving’, zoals Project Takeoff het omschrijft’, worden getest.

Concurreren met fossiele brandstof

Volgens Könemann is er technisch weinig dat het project in de weg staat. “De grondstoffen, CO2 en waterstof zijn er al. Het afvangen van uitlaatgassen bij schoorstenen van fabrieken, levert de nodige CO2. En groene waterstofprojecten springen als paddenstoelen uit de grond.” De CO2 uit industriële processen lijkt echter wel een semi-eindige bron; in 2050 moeten we immers klimaatneutraal zijn. Of toch niet? “Ik denk niet dat we ooit helemaal geen CO2 meer uitstoten. In de toekomst zal wel meer CO2 een biogene oorsprong hebben, dus afkomstig zijn van bomen en andere bio-bronnen. Er zal steeds minder CO2 uitgestoten worden, maar CO2 kan ook direct uit de lucht gevangen worden waardoor er een eindeloze hoeveelheid CO2 beschikbaar is.” De groene waterstof moet nog goedkoper worden om het project tot een succes te maken. Hoewel het Sienna-proces minder waterstof vraagt dan andere manieren om duurzame kerosine te maken, blijft de prijs nu veel te hoog om te concurreren met fossiele brandstof. “Maar als men grootschaliger groene waterstof maakt, daalt de prijs ook.”

Delen van kennis en techniek

Zal de techniek van het onderzoeksbureau uiteindelijk winnen van de methode die Shell gebruikt? “De olie-industrie wil maar al te graag het marktaandeel behouden, waarin men veel heeft geïnvesteerd. Er is op dit moment een spannend samenspel van samenwerking enerzijds en gezonde concurrentie anderzijds. De grote industrie zal er dus alles aan doen om ‘hun’ synthetische kerosine de strijd te laten winnen.”

Könemann is echter zelfverzekerd over de voordelen van Sienna. “Ons proces is nauwkeuriger en efficiënter en heeft uiteindelijk minder apparaten nodig - ook al is het apparaat dat we gebruiken wel technisch ingewikkelder. Maar die simpelere opzet zorgt voor lagere kosten. En, niet onbelangrijk: je kan hiermee decentraal, op veel plekken, kerosine produceren. Dat kan belangrijk zijn, want je moet de machines neerzetten op plekken waar veel duurzame stroom aanwezig is.”

Uiteindelijk is het voor Könemann echter niet zo dat er een strijd is tussen verschillende productiemethodes. “Ze kunnen naast elkaar bestaan, want er is een enorm grote vraag naar synthetische kerosine, wat voldoende ruimte geeft voor verschillende processen.  Uiteindelijk zal de tijd leren wat de dominante maakmethode wordt. Maar dat delen van de techniek die wij nu ontwikkelen een belangrijke rol gaan spelen, daar ben ik van overtuigd.”