Verminder kooldioxide-emissies met industrieel koolstofbeheer

Door de noodzaak van het aanpakken van de klimaatverandering is de focus op de industriële kooldioxide-emissies in de wereld komen te liggen. Hoewel noodzakelijk voor het leven op aarde, is de overmatige aanwezigheid van dit broeikasgas in de atmosfeer voor een groot gedeelte te wijten aan menselijke activiteit die bijdraagt aan de globale opwarming.

Daarom zoekt de industrie naar mogelijkheden ter compensatie, wat is toe te schrijven aan veranderende voorschriften, toenemend kritische houding van de belanghebbenden en het groeiend besef dat verantwoordelijkheid voor het milieu een ethische component van het zakendoen is.

De impuls voor koolstofemissiebeheer wordt versterkt door de collectieve menselijke missie om de klimaatverandering tegen te gaan. Hierdoor komen de overheden met steeds striktere voorschriften voor zwaarbelastende processen. Het historische Akkoord van Parijs, geratificeerd door 196 partijen in 2015, heeft een wereldwijd doel gesteld om de opwarming te beperken tot 1,5 °C (34,7 °F) boven pre-industriële niveaus. Om de temperaturen binnen dit bereik te houden moet er in 2030 een broeikasgas uitstootvermindering van naar verwachting 45% en veel netto-nulbewerkingen in 2050 worden gerealiseerd.

Om deze wereldwijde ambitie te ondersteunen komt er wetgeving op gang om voor koolstof te laten betalen, zoals de Amerikaanse Clean Air Act en de Inflation Reduction Act alsmede de Europese klimaatwet en het emissiehandelssysteem van de EU. Deze maatregelen verplichten of stimuleren industrieën om hun CO2-voetafdruk te reduceren, door de bedrijven te overtuigen dat ze bij het nemen van beslissingen rekening moeten houden met de effecten van de emissies.

Behalve de voorschriften zijn er een aantal andere aanjagers die de focus op koolstofbeheer-technologieën in de industrie richten, waaronder:

• Bedrijfs-netto-nul-emissiedoelen: veel bedrijven willen graag voldoen aan de wereldwijde doelstellingen en verwachtingen van belanghebbenden door ambitieuze interne netto-nuldoelen te stellen. Het realiseren van deze mijlpalen vereist nauwkeurig meten, bijhouden en rapporteren van emissiegegevens.
• Toeleveringsketen-compliance: toonaangevende bedrijven die zich inzetten voor duurzaamheid stellen dezelfde voorwaarden aan hun toeleveringsketens, waarbij de leveranciers hun eigen koolstofreductie-inspanningen moeten aantonen. De noodzakelijke maatregelen omvatten het definiëren en rapporteren van doelstellingen om het risico van het verlies van waardevolle zakelijke samenwerkingen te verminderen.
• De koolstofmarkt: de vrijwillige koolstofmarkt biedt een financiële prikkel voor koolstofreductie, doordat bedrijven hun emissies compenseren door de aankoop van koolstofkredieten waarmee andere koolstofafvangprojecten worden gefinancierd.
• ESG: investeerders worden zich steeds meer bewust van de financiële risico's die samenhangen met klimaatverandering en sommige eisen transparantie en actie van de bedrijven waarin ze investeren. ESG-factoren zijn de afgelopen tien jaar normaler geworden en duurzaamheids-inspanningen van bedrijven wordt vaak gezien als een belangrijke indicator voor de waarde en veerkracht van het bedrijf op de lange termijn. Organisaties met een robuuste koolstofbeheerstrategie hebben een gunstigere positie voor het aantrekken van investeringskapitaal, het behoud van hun reputatie en hebben een concurrentievoordeel in een wereld waar milieubeheer steeds zwaarder weegt.

In tegenstelling tot traditionele mitigatiestrategieën, die zich richten op het rechtstreeks verminderen van emissies, wordt bij inspanningen voor de afvang, het gebruik en de opslag van koolstof (CCUS) uit een ander vaatje getapt. Hier richt men zich op de afvang van kooldioxidegas van grote bronnen, het gebruik voor het creëren van waardevolle producten of het veilig opslaan, om milieuschade door het vrijkomen te voorkomen. Deze drie componenten ontwikkelen zich snel, waarbij methoden voor een betere efficiëntie geregeld voorkomen.

Bij de koolstofafvang wordt CO₂ uit het rookgas van een processtroom verwijderd, zodat het niet in de atmosfeer terechtkomt. Dit kan op verschillende manieren plaatsvinden, elke met verschillende voordelen en nadelen, en in verschillende stadia van technologische ontwikkeling.

Afvang na verbranding is de verst ontwikkelde en wijd verbreide methode, waarbij men zich richt op de afvang van kooldioxide van het rookgas zoals geproduceerd door elektriciteitscentrales en industriële installaties downstream van de verbranding van fossiele brandstoffen. Aminen worden doorgaans als oplosmiddel gebruikt voor het absorberen van kooldioxide in de gasstroom.

Hoewel deze methode een groot gedeelte van het kooldioxide effectief afvangt, is deze energie-intensief omdat er veel warmte nodig voor de regeneratie van het amine-oplosmiddel. Dit heeft een negatief effect op de totale installatie- en proces-efficiëntie. Als de elektriciteit wordt opgewekt door de verbranding van fossiele brandstoffen, is het nadeel nog groter.

Bij afvang vóór verbranding wordt het kooldioxide upstream in het proces onderschept. Afhankelijk van de concentratie CO₂ kan afvang op amine-basis of een andere technologie worden gebruikt.

De nuttig-gebruikcomponent van CCUS biedt de kans om afgevangen kooldioxide te herbestemmen van een afvalproduct in een nuttig product.

Verbeterde oliewinning (EOR) is een voorbeeld. Afgevangen kooldioxide wordt geïnjecteerd in lege olie- en gasreservoirs om de olieproductie te verhogen en tevens CO₂ ondergronds op te slaan. Voor deze methode is echter een zorgvuldige bewaking noodzakelijk om mogelijke risico's voor het milieu te verminderen als gevolg van kooldioxide-lekkage of een verhoogde seismische activiteit.

CO₂ kan ook worden gebruikt als basismateriaal voor de productie van een breed spectrum aan waardevolle materialen, zoals beton, kunststoffen en brandstoffen. Deze aanpak biedt een duurzaam alternatief voor de traditionele productie met fossiele brandstoffen. Het succes is echter afhankelijk van de vraag van de markt, verlaagde kosten en de totale milieu-effecten van het product.

Afgevangen koolstof kan ook helpen bij de decarbonisatie van de chemische industrie door het creëren van waardevolle producten zoals polyurethaan. Deze aanpak voor een circulaire economie is veelbelovend, maar door de kosten blijft de concurrentie met de traditionele productie met fossiele brandstoffen moeilijk.

Als kooldioxide niet kan worden hergebruikt als gevolg van technologische of financiële beperkingen, moet dit permanent ondergronds worden opgeslagen om ontsnappen in de atmosfeer te voorkomen. Geologische opslag is de meest ontwikkelde en wijd verbreide methode voor de afscheiding van kooldioxide. Hiervoor wordt het gas diep onder de grond geïnjecteerd in zorgvuldig geselecteerde geologische formaties. Lege olie- en gasreservoirs, diepliggende watervoerende zoutlagen en zoutkoepels zijn bekende mogelijkheden voor langdurige koolstofopslag. Deze geologische formaties vormen een uitgebreide en veilige opslag door de ondoordringbare afdichtende lagen die voorkomen dat er CO₂ in de atmosfeer ontsnapt.

Een veilige en permanente koolstofopslag vereist een grondige locatiebeoordeling, geavanceerde bewakingssystemen en strikte voorschriften. Deze maatregelen helpen om de potentiële risico's van kooldioxide-lekkages, toename van de seismische activiteit en grondwaterverontreiniging aan te pakken. Hoewel geologische opslag de meest rendabele oplossing in de nabije toekomst blijft, gaan onderzoekers verder met hun zoektocht naar alternatieve opslagmethoden.

Minerale carbonisatie, bijvoorbeeld, simuleert natuurlijke geologische processen door CO₂ te laten reageren met elementen in de aarde voor de vorming van stabiele carbonaatmineralen, waarbij koolstof voor een lange tijd effectief wordt opgeborgen. Hoewel langdurige opslag veel potentie heeft, vraagt dit proces nogal veel energie en vormen de kosten, de schaalbaarheid en de beschikbaarheid van hulpbronnen een uitdaging.

Hoewel CCUS steeds rendabeler wordt, wordt de brede acceptatie ervan nog steeds gehinderd door verschillende factoren. Bovendien vergen de CCUS-technologieën aanzienlijke investeringskosten. Het opschalen van CCUS naar een zinvolle impact op wereldwijde emissies vereist wereldwijde samenwerking alsmede substantiële investeringen in een nieuwe infrastructuur, zoals pijpleidingen, opslag en transportnetwerken.

Het afvangen en comprimeren van CO₂ vereist de nodige energie, waardoor enkele voordelen van de emissiereductie wellicht teniet worden gedaan. Daarom is een verbetering van de energie-efficiëntie van CCUS-technologieën belangrijk voor het vergroten van de totale milieuvoordelen.

Bovendien zijn er zorgen over de publieke perceptie ten aanzien van CCUS die moeten worden aangepakt, met name wat betreft de mogelijke kooldioxide-lekkage uit de geologische opslag. Het ontwikkelen van een robuuste infrastructuur en het toepassen van strikte voorschriften zijn essentieel voor het indammen van risico's die samenhangen met industriële emissies voor het winnen van het publieke vertrouwen.

Het beheren van CO₂-emissies brengt zijn eigen uitdagingen met zich mee, maar door niets te doen zouden er eventueel nog meer obstakels moeten worden overwonnen. Als een broeikasgas dat vrijkomt in de atmosfeer draagt kooldioxide bij aan het klimaatprobleem. CCUS-technologieën bieden een manier om de gevolgen te elimineren of te beperken. Ondanks het potentieel moet er nog een hoop worden gedaan om efficiënte afvangmethoden en effectieve gebruiksstrategieën te implementeren.

De ontwikkeling van usecases vereist een doorlopende samenwerking tussen overheid en industrie, maar doordat koolstofbeheertechnologieën zich ontwikkelen en schaalvoordelen worden bereikt, zullen de kosten naar verwachting aanzienlijk dalen. Dit vergroot de economische haalbaarheid van een circulaire koolstofeconomie.

Het onderzoeken van innovatieve technologieën zoals CCUS, het optimaliseren van bestaande processen voor energie-efficiëntie en het investeren in hernieuwbare energiebronnen zijn essentiële stappen voor elke industriële organisatie voor het verminderen van koolstofemissies. Bij de toenemende vraag naar koolstofarme oplossingen kunnen bedrijven die de uitstoot van kooldioxide effectief beheren een concurrentievoordeel behalen. Ze zijn dan aantrekkelijker voor investeerders en bouwen aan een sterke reputatie op het gebied van duurzaamheid.