CO2 is de chemische formule voor de kooldioxidemolecule bestaande uit koolstof en zuurstof, die naast stikstof, zuurstof en zogenaamde edelgassen in de lucht voorkomt. Het wordt geproduceerd als bijproduct van de celademhaling bij mens en dier en ook bij de verbranding van fossiele grondstoffen zoals hout, kolen, olie of gas. Hoewel CO2 slechts 0,038 procent van de lucht uitmaakt, is het een van de belangrijkste broeikasgassen – het absorbeert een deel van de warmte die door de aarde in de ruimte wordt uitgestraald en straalt het terug naar de aarde.

Hierdoor is koolstofdioxide, of simpelweg kooldioxide, de belangrijkste boosdoener van de klimaatverandering. Klimaatbeschermers en -activisten zetten zich in om dit zo snel mogelijk te verminderen. Teveel CO2 is schadelijk voor mens, dier en plant en als de aarde wil overleven zoals ze is, moeten we iets bedenken.

Europese onderzoekers hebben iets bedacht. Als het al mogelijk is om papier, plaatwerk en glas te recyclen, waarom dan niet CO2? Helemaal zonder CO2 zullen we voorlopig niet kunnen zijn, aangezien brandstoffen op basis van koolstof waarschijnlijk nog geruime tijd een rol zullen spelen. CO2 kan dus maar beter verstandig worden gebruikt.

Luister nu naar De IO Show!

Elke week het nieuws van Innovation Origins in je oren!

Solar Islands

© Pixabay

Wereldwijde CO2-neutrale mobiliteit

De wetenschappers van de UZH, de ETH Zürich, de PSI van de Universiteit van Bern en de Noorse Universiteit voor Onderzoek en Technologie (NTNU) en een team van Empa kwamen met het idee van grote drijvende methanoleilanden op zee. Deze zouden “zoveel elektriciteit moeten produceren dat op lange termijn wereldwijd de gehele mobiliteit CO2-neutraal wordt”.

Op deze eilanden moet waterstof (H2) worden geproduceerd uit zonne-energie (en water) in het midden van de oceanen. De waterstof wordt vervolgens lokaal omgezet in methanol met behulp van CO2 uit zeewater. Tot nu toe is dit scenario, dat op sciencefiction lijkt, nog steeds puur hypothetisch, maar er zijn al planningsgrondslagen voor een mogelijke implementatie.

De zon wordt elektriciteit – wordt waterstof – wordt methanol

De geplande zonne-eilanden zijn uitgerust met fotovoltaïsche systemen die elektriciteit produceren, maar het is niet de bedoeling die electriciteit vervolgens op te slaan in batterijen of via kabels te transporteren. Een gewone zonnecentrale op zee zou zinloos zijn. Uit kooldioxide en waterstof kunnen echter vloeibaar methanol (CH3OH) en gasvormig methaan (CH4) worden geproduceerd. De onderzoekers hadden daarom het idee om die grondstoffen rechtstreeks uit de oceaan te halen of ter plekke te produceren.

Er bestaan al elektriciteitscentrales die waterstof en CO2 omzetten in brandstof. Een daarvan is het demonstratieplatform “move” op de Empa-campus in Dübendorf. Maar fabrieken zoals die in Dübendorf, die CO2 uit de lucht halen, zijn veel te klein om brandstof te produceren voor de wereldwijde bevoorrading van het vrachtverkeer.

“Een oppervlakte van ongeveer 170.000 vierkante kilometer zou nodig zijn om de jaarlijkse vraag voor wereldwijd vrachtvervoer te produceren”, legt Andreas Borgschulte, docent aan het UZH en medewerker van de afdeling Advanced Analytical Technologies van Empa, uit. Zulke grote zonnecentrales zouden op zee kunnen worden gebouwd en daar kan ook CO2 aan de lucht op zee worden onttrokken. Daarnaast is het ook mogelijk om de ongeveer 125 keer hogere CO2-concentratie van het zeewater te benutten voor de “kooldioxide-oogst”.

Solarinseln

In plaats van een dak van een huis, zou de oceaan binnenkort kunnen dienen als de locatie voor zonnepanelen © Empa

Meer mogelijkheden voor Methanol

Bestaande elektriciteit-naar-gas centrales gebruiken meestal CO2 uit de lucht om methaan te produceren. Dit zou ook mogelijk zijn op zonne-eilanden. De onderzoekers vinden het echter verstandiger om vloeibare brandstof te produceren omdat deze gemakkelijker te vervoeren is. “Bovendien kan methanol niet alleen als brandstof worden gebruikt, maar ook voor de vervaardiging van andere chemische producten,” zeggen ze. De mogelijkheden voor het gebruik ervan – en de winst die ermee kan worden behaald – zijn dus veel groter.

Maar zo’n “methanol-eiland” op de oceaan zou niet goedkoop zijn. Het zou ongeveer 80 miljoen dollar kosten, zo is de verwachting. Het zou bestaan uit ongeveer 70 fotovoltaïsche eilanden en een schip met de elektrolyse- en synthese-installaties. De totale oppervlakte zou ongeveer 550.000 vierkante meter bedragen.

Om echter het vereiste oppervlak van 170.000 vierkante kilometer te bereiken om evenveel CO2 te recyclen als nu wordt uitgestoten, zijn meer dan 300.000 van dergelijke eilanden nodig. En dat dus maal 80 miljoen dollar. Voorlopig zijn we nog niet gered.

De onderzoekers hebben onlangs de resultaten van de studie gepresenteerd in het tijdschrift “Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).