10 vragen over Direct Air Capture: het verwijderen van CO2 uit de lucht

Hans de Neve (werkzaam bij TNO) is de oprichter van Carbyon. De startup werkt aan een nieuwe vorm van Direct Air Capture, die in staat moet zijn om veel meer CO2 uit de lucht te halen dan huidige technologieën. “Eén van de grote uitdagingen van DAC-technologie is dat het proces van CO2-opname bijzonder traag verloopt. Wij verwachten veel meer CO2 te kunnen ‘vangen’ in een veel korter tijdsbestek”, aldus De Neve. Carbyon werkt momenteel aan een prototype, dat begin volgend jaar klaar moet zijn.

Maarten Steinbuch is hoogleraar systeem- en regeltechniek aan de TU Eindhoven en wetenschappelijk directeur van de accelerator Eindhoven Engine. In zijn werk komt hij regelmatig in aanraking met DAC-technologieën en hij helpt en adviseert startups zoals Carbyon. Change Inc. stelt beide experts tien vragen over Direct Air Capture.

Lees ook: Deze installatie haalt CO2 uit de lucht en wordt de grootste in zijn soort

1. Wat is Direct Air Capture?

Steinbuch: “Kort gezegd: het verwijderen van CO2 uit de lucht. Dat is de grote belofte van DAC-technologie. Door gewone omgevingslucht met grote ventilatoren door een membraan te zuigen, wordt de CO2 eruit gefilterd.”

2. Hoe werkt het precies?

De Neve: “Er zijn verschillende materialen die reageren met CO2, zoals bepaalde amines en kaliumcarbonaat. De membranen in DAC-installaties worden van die materialen gemaakt. Grote ventilatoren zuigen de omgevingslucht vervolgens langs de membranen. Op die manier wordt het broeikasgas uit de lucht gefilterd. Als het membraan zich vol heeft gezogen, wordt het verwarmd waardoor de CO2 loslaat. Zo kun je het ‘oogsten’ en opslaan in tijdelijke opslagtanks. Vervolgens kun je ermee doen wat je wilt.”

3. Wat zijn de mogelijke businesscases?

Steinbuch: “Ik verwacht de komende twintig jaar veel van solar fuels, zoals SAF (Sustainable Aviation Fuel, red.). Om die duurzame brandstoffen te maken, heb je niet alleen groene waterstof nodig maar ook groene CO2. De meest duurzame bron van CO2 is de atmosfeer. Brandstoffen die daarvan gemaakt zijn, stoten bij verbranding immers alleen CO2 uit die eerder al in de atmosfeer zat.”

De Neve: “Als we hernieuwbare waterstof én koolstof kunnen maken, zijn we er gewoon. Dan hebben we fossiele brandstoffen niet meer nodig en liggen een duurzame luchtvaart, scheepvaart en vrachtverkeer binnen handbereik. DAC kan voor de hernieuwbare bron van koolstof zorgen.

Daarnaast hebben we nu al teveel CO2 in de atmosfeer gebracht. Als we de opwarming van de aarde willen stoppen, moet dat er vroeg of laat uit. Ook daar kan DAC een belangrijke rol in spelen.”

4. Is het een duur grapje?

Steinbuch: “Ja, nu nog wel. Dat is het grote probleem. De CO2-concentratie in de lucht is pakweg 0,04 procent. Daarom zijn de DAC-installaties die nu al draaien zo groot, ze moeten ontzettend grote hoeveelheden lucht verplaatsen voor een héél klein beetje CO2. Mede door de omvang van de installaties, is DAC momenteel veel te duur.”

De Neve: “Energiegebruik is ook een probleem. Momenteel hebben we ongeveer 3.000 kilowattuur nodig voor de winning van één ton CO2. Dat moet sowieso richting de 1.000 kilowattuur per ton om de businesscase interessant te maken.

Het is de grote uitdaging waar we nu voor staan: hoe kunnen we dit doen met beduidend goedkopere installaties én beduidend minder energieverbruik? Daarin hebben we nog een lange weg te gaan. Momenteel kost het 500 tot 700 euro om één ton CO2 af te vangen. Dat zou naar 50 tot 100 per ton moeten om het grote schaal te kunnen toepassen.”

Lees ook: Nederlandse start-up gaat CO2 uit de Ierse lucht verwijderen

5. Wat kunnen we al en wat kunnen we nog niet?

Steinbuch: “We kunnen hele grote installaties bouwen die daadwerkelijk CO2 uit de lucht verwijderen. Het gaat vooralsnog om kleine hoeveelheden en het is te duur, maar we kúnnen het wel. Het principe werkt. Voorbij de kinderschoenen dus, maar nog ver verwijderd van industriële schaal. Op verschillende plekken in de wereld onderzoeken wetenschappers hoe we dit efficiënter en goedkoper kunnen doen.”

De Neve: “Het is inderdaad een bewezen technologie, ook op een zekere schaalgrootte. Maar kunnen we de kosten ook naar beneden krijgen? Dát is nog niet bewezen. Veel startups (zoals Carbyon) proberen die noot te kraken, maar het lukt nog niet. Het is ook niet gemakkelijk, we werken op de rand van wat er thermodynamisch mogelijk is. Niemand weet of we er uiteindelijk in slagen. Daarom zien beleidsmakers de technologie vooralsnog als onbewezen en ik ben het daar eigenlijk wel mee eens. We weten simpelweg nog niet of het ook kostenefficiënt kan. Maar ik ben daar wel positief over.”

6. Waar kunnen we Direct Air Capture het beste toepassen?

De Neve: “In principe overal, want de CO2-concentratie in de atmosfeer is overal hetzelfde. Maar idealiter doe je dit op plekken waar veel zonne- en windenergiepotentieel is. Denk aan plekken als Australië, Tasmanië en het zuiden van Chili. Daar waar je goedkoop hernieuwbare elektriciteit kan produceren, is de businesscase voor duurzame brandstoffen (die je met CO2 uit de lucht kan maken, red.) het beste.”

7. Heeft Direct Air Capture ook nadelen of onwenselijke neveneffecten?

De Neve: “Nee, eigenlijk niet. Natuurlijk gaat er CO2-uitstoot gepaard met de bouw en ontmanteling van de installaties en ze verbruiken behoorlijk wat elektriciteit, maar dat weegt niet op tegen de positieve impact die je ermee maakt. We gebruiken geen rare earths of andere schaarse grondstoffen en de installaties hebben nauwelijks impact op de omgeving waar ze staan. De ventilatoren draaien in ieder geval niet hard genoeg om insecten of vogels op te zuigen; om het energieverbruik laag te houden, heeft een zachte luchtstroom juist de voorkeur.”

8. Hoe verhoudt dit zich tot andere manieren van carbon removal, zoals het planten van bomen?

De Neve: “Om je een idee te geven: een DAC-installatie zoals wij die voor ogen hebben, heeft tienduizend keer minder oppervlakte nodig dan bossen om dezelfde hoeveelheid CO2 uit de lucht halen.”

Steinbuch: “Het planten van bomen is ook goed, dat moeten we zeker doen. Maar het duurt erg lang voordat het effect heeft. Daarnaast kunnen we de CO2 die bomen opslaan niet gebruiken, bij DAC kan dat wel. Wat DAC-technologie daarnaast interessant maakt, is dat het ons op den duur in staat kan stellen om de CO2-concentratie in de atmosfeer te reguleren. Maar dat is nog echt toekomstmuziek.”

9. Kan dit een wezenlijke bijdrage leveren aan de strijd tegen klimaatverandering?

De Neve: “We hebben miljoenen installaties nodig om impact te maken. Dat is niet niks. Maar vergeet niet: er worden jaarlijks tientallen miljoenen nieuwe auto’s geproduceerd, dus het is zeker niet onmogelijk. Stel dat we op den duur 50 miljoen DAC-installaties per jaar kunnen produceren, die ieder 100 ton CO2 per jaar uit de lucht halen… Dan praat je over een capaciteit van 5 miljard ton CO2, die je er ieder jaar bij kan bouwen. Dat gebeurt natuurlijk niet overnight. In tegendeel zelfs, want de technologie is nog niet rijp voor opschaling. Maar ik geloof wel dat het kan, want een DAC-installatie is echt niet complexer dan een auto.”

Steinbuch: “Direct Air Capture gaat een essentiële rol spelen in het behalen van de klimaatambities. Dat kan niet anders, want we hebben het keihard nodig. Of het goedkoop en op schaal kan, is afwachten. Maar ik ben een techno-optimist. Over vijf jaar is dit uitgegroeid tot een serieus en kosteneffectief product, verwacht ik. En met een beetje geluk kunnen we het over tien jaar op industriële schaal toepassen.”

10. Als we op een keer daadwerkelijk significante hoeveelheden CO2 uit de lucht halen op deze manier, wat doen we er dan vervolgens mee?

De Neve: “Ik denk dat de afzetmarkt voor duurzame brandstoffen een grote wordt. En die blijft ook bestaan, want brandstoffen hebben we altijd en op constante basis nodig. Het opruimen van de atmosfeer, ofwel het permanent verwijderen van CO2 uit de lucht, is daarnaast een eenmalige operatie. Daar kunnen we bijvoorbeeld lege olie- en gasvelden voor gebruiken; die kunnen ingezet worden als reservoirs om de CO2 op te slaan.”