Vlaanderen
OVAM Toon navigatie menu

CO2PERATE: van CO2 naar mierenzuur als brandstof

donderdag 29 november 2018

Met het Frontrunnersproject brengen we boeiende verhalen van innovatieprojecten op het kruispunt van circulaire economie, energie en industrie 4.0 in beeld. We selecteerden ze uit de projecten van de vijf 'speerpuntclusters' in Vlaanderen. In het zog van onze journaliste Isabelle maak je kennis met het volgende project: CO2PERATE, ondersteund door Catalisti.

CO2PERATE powered by Catalisti

Isabelle Vanhoutte

Isabelle trekt op pad

Meestal is het op een zondag, terwijl ik mijn kindjes in mijn dieselauto vastklik om naar oma en opa te rijden, dat mijn gedachten afdwalen en ik droom van een blinkende elektrische auto. Eentje die geruisloos door het land zoeft, zonder vervuilend uitlaatspoor. Mijn eigen milieubewust, technologisch verfijnd statussymbool.

Maar die droom duurt nooit lang. Elektrische auto’s zijn duur, en zonder garage om ze beschut in op te laden wordt het toch niets. Dan bedenk ik me dat er veel is dat ik niet weet over elektrische auto’s. Is het écht zo dat elektrische auto’s op dit moment al milieuvriendelijker zijn dan diesel- of benzineexemplaren, met hun zware batterij vol waardevolle metalen?

Misschien is er wel iemand, ergens op de wereld, een brandstof aan het uitvinden die mijn dieselauto niet meer zo vervuilend zou maken? En zou dat dan kunnen voorkomen dat we met z’n allen een duur, nieuw wagenpark moeten aanschaffen? En zou dat dan betekenen dat ik een allereerste keer met mijn oude bak het land kan doorkruisen, zonder schadelijke CO2-voetafdruk?

Prof. Steven P. Nolan en prof. Mark Saeys

Ik besluit mijn licht op te steken in het Technologiepark van de UGent, waar onderzoekers vandaag nieuwe, klimaatneutrale brandstoffen bestuderen op basis van CO2 en zonlicht. Twee internationale autoriteiten binnen de chemie, professor Mark Saeys, expert koolstofomzetting en katalyse, en professor Steven P. Nolan, expert organometaalchemie en katalyse, staan samen aan het hoofd van een multidisciplinair project, CO2PERATE.

Professoren, leg eens uit, wat gebeurt er binnen het CO2PERATE-project?

“Vaak vertel ik een anekdote,” gaat professor Saeys van start, “die voor mij helemaal duidelijk maakt waar dit project over gaat. De anekdote gaat zo: aan het begin van de jaren 1980 circuleerden over de hele wereld foto’s van afgestorven bossen en meren waarvan de vispopulatie aan het uitsterven was. De oorzaak? Zure regen. Die was het resultaat van brandstoffen met een te hoge concentratie van onder andere zwavel. Die zwavel vermengde zich - bijvoorbeeld via uitlaatgassen - met regenwolken tot zwavelzuur, en kwam zo opnieuw in de natuur terecht. Met verstoorde ecosystemen en ecologische drama’s tot gevolg.”

“Vóór de schokkende berichten over zure regen de wereld rondgingen, was het toegestaan dat er tot één procent zwavel in benzine zat. Naar aanleiding van de zure regens zette de overheid een nieuwe standaard: een maximum van vijftig deeltjes per miljoen tegen 2005. Waarop de industrie moord en brand schreeuwde. Hier en daar claimden wetenschappers dat het technisch en financieel onhaalbaar was om zwavel efficiënt uit brandstoffen te halen.”

“Maar andere wetenschappers gingen aan het werk en slaagden er uiteindelijk in die strenge standaarden te bereiken met behulp van een katalysator,” vervolgt Saeys. “Katalyse is een proces waarbij een chemische reactie sneller of efficiënter verloopt dankzij een toegevoegde hulpstof, die zelf niet verbruikt wordt.”

“Binnen het CO2PERATE-project brengen we state-of-the-art wetenschappelijke expertise samen van de Universiteit Gent, Universiteit Antwerpen en KU Leuven. De deelnemende vakgroepen ontwikkelen onafhankelijk, op basis van hun eigen sterktes, katalysetechnologieën waarmee ze CO2 naar mierenzuur en methanol omzetten. Met als energiebron hernieuwbare zonne-energie. We ontwikkelen dus verschillende wegen of technologieën die leiden naar een niet-fossiele, circulaire brandstof.”

Mierenzuur en methanol zijn volgens jullie brandstoffen met een groot potentieel als milieuvriendelijk alternatief voor fossiele brandstoffen. Mierenzuur wordt ook ‘waterstof 2.0’ genoemd.

Saeys: “Klopt. Mierenzuur is een schone, klimaatneutrale energiedrager - net als waterstof, maar dan makkelijker in gebruik. Want mierenzuur is ook bij kamertemperatuur vloeibaar en hoeft niet onder extreme druk te worden opgeslagen, zoals waterstof. Een andere troef: mierenzuur is niet ontvlambaar en kan niet ontploffen.”

“Mierenzuur is een schone, klimaatneutrale energiedrager - net als waterstof, maar dan makkelijker in gebruik”

“Mierenzuur (HCOOH) ontstaat door waterstof (H2) te laten reageren met CO2. De CO2 die bij de verbranding vrijkomt, werd eerder uit de lucht - of uit de industrie - gehaald. Je gebruikt dus niet minder, maar ook niet méér CO2 dan er al in de atmosfeer aanwezig is. En de energie die het hele proces doet draaien, komt rechtstreeks van de zon.”

De grondstof voor dat mierenzuur is koolstofdioxide - bekend als ‘s werelds notoirste oorzaak van de opwarming van de aarde, wanneer het in de atmosfeer of de oceanen terechtkomt. Waar is CO2 te vinden, en op welke manier maken jullie er een grondstof van?

“Koolstof is overal - mensen ademen het uit, het maakt deel uit van elektronica, voeding, auto’s, textiel, bouwmaterialen, verpakkingen.” vertelt Saeys. “We leven in een koolstofgebaseerde samenleving. En die laat overal sporen van CO2 na.”

“In Vlaanderen wordt de meeste CO2 uitgestoten door het opbranden van fossiele brandstoffen. Die CO2 komt vrij bij diffuse bronnen, zoals auto’s of kachels, en bij puntbronnen - bijvoorbeeld raffinaderijen, elektriciteitscentrales of hoogovens. De puntbronnen zorgen voor de helft van de hele Vlaamse uitstoot, en die uitstoot is relatief makkelijk op te vangen en te controleren. Met CO2PERATE werken we met CO2 uit puntbronnen,” legt Nolan uit.

“CO2 wordt door de natuur wel terug opgenomen via groene planten en oceanen, maar dat gebeurt erg langzaam. Met CO2PERATE proberen we een manier te ontwikkelen om die CO2 om te zetten in brandstoffen en chemische bouwstenen, even snel als we hem uitstoten. Zo kunnen we die CO2 in een cirkel blijven hergebruiken en verdwijnt de nood aan onaangeroerde fossiele energiebronnen. Ondertussen doet de natuur haar werk en verdwijnt CO2 traag maar gestaag uit de lucht, waardoor de totale CO2-balans afneemt met de tijd.”

Wat zijn volgens jullie de voordelen van een CO2-gebaseerde brandstof in vergelijking met elektrische auto’s?

“Vandaag is het zo dat elektrische auto’s heel wat elektrische capaciteit vergen om snel opgeladen te worden. Traag opladen duurt nu zo’n acht à tien uur, da’s een duidelijk nadeel tegenover tanken aan de pomp. Een elektrische laadpaal die een autobatterij even snel zou opladen, zou een vermogen nodig hebben gelijk aan het elektriciteitsverbruik van 70 woningen - ontzettend veel dus, dat kunnen we met ons huidige elektriciteitsnetwerk niet bolwerken,” legt Saeys uit.

“De auto’s van een hele wijk snel opladen met het nu beschikbare elektriciteitsnetwerk, ligt niet voor de hand. Als het ons lukt om zonne-energie efficiënt te ‘vangen’ in CO2-brandstoffen, zou dat ervoor zorgen dat we onze huidige standaard kunnen aanhouden - brandstoffen tanken aan de pomp. Dan hoeven we ons huidige wagenpark inderdaad niet te vervangen door elektrische exemplaren - wat toch een hele investering én een grote milieubelasting is.”

“Het voordeel van een alternatieve brandstof voor onze benzine- of dieselwagens, is ook dat het grote infrastructuurwerken uitspaart - zoals een aangepast elektriciteitsnet, of wegen die voorzien zijn op de zwaardere elektrische auto’s. Als onze huidige infrastructuur ook binnen 20 of 30 jaar nog (deels) inzetbaar is, zou dat inderdaad een grote winst kunnen zijn,” stelt Saeys.

En het verhaal over de zure regens?

“De reden waarom ik die anekdote graag vertel, is omdat ze twee dingen duidelijk maakt,” zegt Saeys. “Als wetenschappers doorzetten vinden ze uiteindelijk wel een oplossing voor ontzettend veel problemen - zolang ze de wetten van de thermodynamica maar respecteren. (lacht) Daarnaast is het geen ramp om standaarden aan te passen aan de noden van het milieu. De impact van het CO2-probleem gaat nog veel verder dan die van zure regens. Belangrijk is ook dat de overheid bij het zure regens-probleem geen keuze maakte voor één bepaalde technologie - de nieuwe standaard moest gewoon gehaald worden, punt.”

“Als wetenschappers doorzetten vinden ze uiteindelijk wel een oplossing voor ontzettend veel problemen”

Nolan: “Met CO2PERATE proberen we het mogelijk te maken om in bepaalde (economische) contexten de best beschikbare technologie te selecteren. Ons idee is trouwens dat er niet één oplossing is voor het CO2-probleem, maar vele kleintjes. Daarom is het zo interessant dat in dit project verschillende mogelijkheden naast elkaar tot ontwikkeling komen, die elkaar kunnen bestuiven en waarbij de wetenschappers van elkaar bij kunnen leren. Voorbij de competitie, naar samenwerking. CO2PERATE, what’s in a name.” (lacht)

Er is hoop dat ik mijn dieselauto ooit milieuvriendelijk door het land kan laten rijden. Mierenzuur is een brandstof met heel wat mogelijkheden, zoveel blijkt uit de praktijk. In Eindhoven rijdt er vandaag al een testbus rond op de brandstof. De vraag is misschien eerder hoe láng het gaat duren voor de brandstof technisch op punt staat om op grote schaal in te zetten.

Misschien helpt een drastische beperking van de maximaal toegestane fossiele CO2 uitstoot wel - net als bij die zure regens toen. Met een taks, of via strengere uitstootnormen. Dat zou de samenleving voor een fikse uitdaging stellen. In het Technologiepark in Gent ontmoette ik alvast twee wetenschappers die die uitdaging ontzettend graag aangaan.

CO2PERATE is een samenwerking tussen de drie grote Vlaamse universiteiten, onderzoeksorganisatie VITO en de pilootfabriek Bio Base Europe Pilot Plant. Powered by Catalisti.

Frederik LoeckxExpertencommentaar

Frederik Loeckx

Managing director Flux50

“Van de totale energieconsumptie in Vlaanderen, is mobiliteit vandaag één van de belangrijkste energievreters. Het aandeel van transport ligt rond de 30 procent van ons totaalverbruik. En de sector slaagt er helaas niet in om zijn totale uitstoot onder controle te krijgen, ook omdat er steeds meer wagens op de weg verschijnen. Dus we zitten momenteel met een groot probleem.

Ook de industriële uitstoot van CO2 blijft hoog en valt vaak moeilijk tot niet te vermijden. Vroeger dacht men voor dat probleem aan Carbon Capture and Storage (CCS): de CO2 in de grond steken. Maar dat proces vraagt veel energie, dus waarom niet er iets nuttigs mee doen? Via Carbon Capture and Utilisation (CCU) proberen we nu CO2 om te zetten in iets bruikbaars, via een snellere route dan het natuurlijke proces. Bij CO2PERATE wordt CO2 omgezet in onder andere mierenzuur, dat energetisch benut kan worden.

Vandaag worden elektrische auto’s naar voren geschoven als dé mobiliteitsoplossing, omdat ze het mogelijk maken om af te stappen van vervuilende fossiele brandstoffen. Maar op energievlak is dat eigenlijk niet zo vanzelfsprekend. Als in Vlaanderen het hele wagenpark elektrisch zou worden, heb je 20 procent meer elektriciteitsproductie nodig. Da’s een significant cijfer. En de vraag naar energie loopt ook niet de hele dag stabiel door. Op die hoge verbruikspieken is ons huidige netwerk eenvoudigweg niet voorzien.

De beste manier om het mobiliteitsprobleem op te lossen blijft evenwel vermijden dat we met z’n allen de auto blijven nemen. Want of je nu een wagen hebt op mierenzuur of elektriciteit: als je stilstaat in de file, sta je stil. En de kilometers die we toch rijden, kunnen we efficiënter afleggen. Zoveel mogelijk collectiviseren en delen is de boodschap. Eigenlijk is er op dat vlak een grote mindshift nodig, die we deels wel al kunnen opmerken in hoe we nadenken over zelfrijdende auto’s.

Wagens op mierenzuur kunnen dus een technisch onderdeel van de oplossing worden voor ons uitstootprobleem (door de koolstofcirkel sneller te sluiten), maar niet voor ons mobiliteitsprobleem. Waarschijnlijk zullen ze het meest rendabel blijken voor specifieke toepassingen als langeafstandsritten. Maar het staat vast dat de energieproblematiek rond mobiliteit zo complex en groot is, dat je er met één technologie niet zal geraken.”

Frontrunners

Download de publicatie

Met het Frontrunnersproject brengen we boeiende verhalen van innovatieprojecten op het kruispunt van circulaire economie, energie en industrie 4.0 in beeld. We selecteerden ze uit de projecten van de vijf 'speerpuntclusters' in Vlaanderen.

DOWNLOADEN >

BESTEL GEDRUKTE EXEMPLAREN >

Share article

CATEGORIEEN

Frontrunners