Tag: CO2

Iets meer dan honderd jaar geleden verzamelde de Duitse wetenschapper Carl Bosch in Ludwigshafen een team technici om zich heen om te werken aan een nieuwe scheikundige techniek. Een andere Duitse scheikundige, Fritz Haber, had een jaar daarvoor een methode ontdekt om stikstof (N), uit de lucht te halen en te combineren met waterstof (H), en was er zo in geslaagd kleine hoeveelheden ammoniak (NH3) te produceren. Maar Habers methode was uiterst gevoelig, en vereiste hoge temperaturen en hoge druk. Bosch wilde een manier vinden om Habers ontdekking commercieel toepasbaar te maken – ‘op te schalen’, zoals we tegenwoordig zouden zeggen. Iedereen die de stand van de Europese industrie kende, kon zien dat dit een lastige opgave was: de technologie bestond gewoonweg niet.

In de volgende tien jaar wisten Bosch en zijn team echter een groot aantal technische en metallurgische obstakels te overwinnen. Hij noemde ze op in zijn aanvaardingstoespraak voor de Nobelprijs voor Scheikunde – die hij won omdat het Haber-Bosch-proces, zoals zijn onderzoek uiteindelijk heette, de wereld veranderde. Zijn doorbraak maakte het mogelijk om op industriële schaal ammoniak te produceren, en zo de wereld te voorzien van een overvloed aan goedkope kunstmest.

Wetenschapper en historicus Vaclav Smnil heeft Haber-Bosch ‘de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw’ genoemd. Bosch was erin geslaagd om de beperkingen voor graanoogsten weg te nemen, en hij werd dan ook algemeen gezien als de man die ‘brood uit lucht’ maakte. Naar schatting heeft het werk van Bosch de afgelopen honderd jaar het leven van meer dan twee miljard mensen mogelijk gemaakt.

Van het begin af aan was het grote voordeel voor het Haber-Bosch-proces dat er al een markt voor bestond. Er was al veel vraag naar kunstmest, maar die moest voornamelijk komen uit beperkte natuurlijke hulpbronnen op afgelegen plekken – vogelpoep die van verre eilanden in de buurt van Peru werd geschraapt, bijvoorbeeld, of minerale stikstofafzettingen die uit de Chileense woestijn werden opgegraven. Synthetische ammoniak ging de concurrentie aan met bestaande producten en kon daardoor een bestaand innovatietraject volgen. Zoals ledlampen de tl- en gloeilampen hebben verdrongen (die op hun beurt weer de plaats van kerosinelampen en waskaarsen hadden ingenomen), neemt een nieuw product of proces vaak de plaats in van iets waar al vraag naar is. Als het beter of goedkoper is – en vooral als het beter én goedkoper is – komt het meestal als overwinnaar uit de concurrentiestrijd. Dat gold ook voor Haber-Bosch.

Het zou zomaar kunnen dat er nu opnieuw een gas, namelijk koolstofdioxide (CO2), uit de lucht kan worden gehaald voor commerciële doeleinden, en dat de verwijdering van dat gas grote gevolgen kan hebben voor de toekomst van de mensheid. Maar het is misschien nog te vroeg om dat met zekerheid te zeggen.

Direct air capture

Op een zonnige dag in oktober klim ik met technici van een Zwitsers bedrijf, Climeworks, naar het dak van een afval verbrandende energiecentrale in Hinwil, een dorp op zo’n halfuur rijden van Zürich. Voor ons zien we twaalf grote apparaten die lijken op uit hun krachten gegroeide voorlaadwasdrogers, opgestapeld in twee rijen van zes. Dit is een installatie voor een techniek die ‘direct air capture’ wordt genoemd, en die binnenkort moet gaan functioneren. Dan gaan deze apparaten via hun luchtfilter koolstofdioxide uit de lucht zuigen. Eenmaal afgevangen wordt de CO2 overgeheveld in grote tanks en per truck naar een plaatselijke bottelfabriek van Coca-Cola gebracht, waar het de prik in de limonade moet worden.

De apparaten verbruiken een grote hoeveelheid energie. Ze hebben elektrische ventilatoren die lucht naar binnen zuigen over speciale absorberende korrels die een verbinding aangaan met CO2; vervolgens wordt er bij tussenpozen hete lucht in geblazen, waardoor het gevangen gas weer vrijkomt uit het absorberende materiaal. De hele cyclus van afvangen en vrijgeven wordt geregeld door speciaal hiervoor ontworpen software. Climeworks heeft de apparaten op het dak van een energiecentrale geïnstalleerd om gebruik te kunnen maken van de CO2-neutrale elektriciteit en de warmte van de vuilverbranding. Enkele tientallen meters van de nieuwe installatie bevindt zich nog een oudere stapel van acht Climeworks-apparaten, die al meer dan een jaar op dit zelfde dak staan te zoemen. In dat jaar hebben ze zo’n duizend ton koolstofdioxide uit de lucht gevangen en die via een pijpleiding geleverd aan een enorme kas in de buurt, waar de CO2 dient om tomaten, avocado’s en veldsla te kweken. Tijdens een rondleiding door de kas laat bedrijfsleider Paul Ruser mij de proef op de som nemen. ‘Hier, probeer maar eens,’ zegt hij, terwijl hij me een knapperige, rijpe komkommer voorhoudt die hij van een plant naast zich heeft geplukt. Het is de lekkerste direct-air-capture-komkommer die ik ooit heb geproefd.

Deze dakinstallatie vertegenwoordigt een noviteit: Climeworks is de eerste direct-air-capture-onderneming in de geschiedenis die CO2 per ton wil gaan verkopen. Toen de oprichters van het bedrijf, Christoph Gebald en Jan Wurzbacher, een aantal jaren geleden de plannen voor hun bedrijf openbaarden, kregen ze een stortvloed van scepsis over zich heen. ‘Ik denk dat negen van de tien mensen kritisch reageerden,’ vertelt Gebald. ‘Eerst zei iedereen: “Dit gaat technisch nooit werken.” Nadat we in 2017 de grote installatie in Hinwil hadden gebouwd, konden we laten zien dat het technisch wél werkt. Maar toen zeiden ze: “Nou, economisch gaat het niet werken.”’

Voorlopig hebben deze sceptici gelijk: het bedrijf maakt geen winst. De kosten voor de bouw en installatie van de achttien collectoren in Hinwil, die in de eigen werkplaats in Zürich met de hand zijn geassembleerd, liggen tussen de 3 en 4 miljoen dollar, en dat is de belangrijkste reden waarom het de onderneming tussen de 500 en 600 dollar kost om een ton CO2 uit de lucht te halen. Ook al heeft Climeworks bij particuliere investeerders en via subsidies zo’n 50 miljoen dollar opgehaald, het bedrijf staat voor een even lastige opgave als Carl Bosch een eeuw geleden: hoe ver kan het de kosten omlaag brengen? En hoe snel kan het opschalen?

Gebald en Wurzbacher zijn ervan overtuigd dat ze commercieel voet aan de grond kunnen krijgen door hun dure CO2 te verkopen aan bedrijven in de landbouw- of drankensector. Niet alleen hebben deze bedrijven toch al CO2 nodig, maar bovendien willen sommige er kennelijk ook extra voor betalen, om zo hun producten als milieuvriendelijk te kunnen etaleren.

Toch vormen kassen en limonadeprik samen wereldwijd maar een kleine markt – waar misschien 6 miljoen ton CO2 per jaar valt af te zetten. En Gebald en Wurzbacher zijn niet aan het CO2-vangen begonnen met als doel om veldsla te verbouwen of prik in Fanta te stoppen. Ze verwachten de komende zeven jaar de kosten zo ver omlaag te kunnen brengen dat ze hun CO2 ook op lucratievere markten kunnen afzetten. Uit de lucht gevangen CO2 kan gecombineerd worden met waterstof en dan kun je er elke soort vervanging voor fossiele brandstof van maken die je maar wilt: geen brood uit lucht, maar brandstof uit lucht. Climeworks en een Canadees bedrijf, Carbon Engineering, werken nu al hard aan dit idee; de Canadezen hebben zelfs investeerders (onder wie Bill Gates) gevonden voor de productie in grote industriële complexen van synthetische brandstof uit in de lucht gevangen CO2.

Het uiteindelijk doel van direct air capture is echter niet om er een product van te maken – tenminste niet in de traditionele betekenis van het woord. Wat Gebald en Wurzbacher eigenlijk willen is grote hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer halen en voorgoed diep onder de grond stoppen, en deze service verkopen aan andere bedrijven en instellingen die hun uitstoot moeten verminderen. Door Climeworks gevangen CO2 is inmiddels al diep in rotsformaties onder IJsland geïnjecteerd; eind dit jaar wil de firma vijftig installaties in de buurt van Reykjavik in werking hebben om de operatie uit te breiden. Maar wanneer het zover is, betreedt het bedrijf onontgonnen economisch terrein – als leverancier van een dienst die wel dringend nodig lijkt als bijdrage aan een oplossing voor de klimaatverandering, maar die op dit moment geen vervanging biedt voor iets anders in het consumenten- of industriële landschap. Om het nog ingewikkelder te maken: een ton CO2 onder de grond is niet iets waar bij mensen of overheden veel vraag naar is. En dus bevinden bedrijven als Climeworks zich in een lastig parket: hoe verkoop je iets wat nooit eerder heeft bestaan, wat misschien nooit goedkoop zal worden, op een markt die er nog niet is?

‘Als je zou uitrekenen hoeveel de investeringen in wind- en zonne-energie hebben opgeleverd, zou de rest van je aandelenportefeuille daarbij in het niet vallen. Het is alsof je hebt geïnvesteerd in een vroege Apple’

Zelfs de grootste adepten zullen direct air capture geen wondertechnologie noemen. Vaker ziet men het als een oud idee dat nu radicaal wordt verbeterd voor nieuwe toepassingen: in onderzeeërs gebruikt men al minstens sinds de jaren vijftig van de vorige eeuw ‘scrubbers’ om CO2 te verwijderen. Zeker is zelfs dat direct air capture beschouwd zal worden als een te dure mogelijkheid met een te bescheiden effect voor het verminderen van onze koolstofuitstoot. ‘Direct air capture kan alleen zinnig zijn als we alle andere dingen die we moeten doen, meteen doen,’ zegt de Californische energiedeskundige Hal Harvey, die onderzoek doet naar klimaatvriendelijke technologieën en beleidsmaatregelen. Harvey en anderen stellen dat we de grootste, snelste en goedkoopste vooruitgang in het uit de atmosfeer halen van koolstof kunnen boeken door geheel over te schakelen op hernieuwbare energie of stroom waarvoor weinig koolstof wordt verbruikt; door te kiezen voor elektrische voertuigen en door strengere regelgeving voor toegestane rijafstanden van auto’s en vrachtwagens die op gas rijden; en door meer energie-efficiënte gebouwen en apparaten verplicht te stellen. Kortom, miljoenen direct air capture-apparaten bouwen is op dit moment niet hét middel om vooruitgang te boeken op weg naar een wereld zonder CO2. Daarvoor moeten we in de eerste plaats stoppen met CO2 in de atmosfeer blazen.

Maar er is niet veel tijd meer om die koolstofuitstoot terug te dringen, de CO2-concentraties in de atmosfeer nemen nog steeds toe. Als alle landen van de wereld op dezelfde weg voort gaan, wordt het onmogelijk om de doelen uit de Parijse klimaatakkoorden van 2016 te halen, waarin is afgesproken dat de aarde niet meer dan 2 graden Celsius, of liever nog 1,5, mag opwarmen. En dat brengt een wereld vol ellende en economische problemen met zich. Nu al zijn de temperaturen in bepaalde regio’s met meer dan 1 graad Celsius gestegen, volgens een rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Deze temperatuurstijgingen hebben geleid tot een toename van droogteperiodes, hittegolven, overstromingen en verlies van biodiversiteit en maken de chaos die zou ontstaan bij een opwarming van nog 2 of 3 graden onvoorstelbaar. Nog een probleem is dat te lang voortgaan op het huidige emissiepad het risico meebrengt dat de ecosystemen van de aarde onherstelbare schade oplopen – een schade die met geen enkele technologische innovatie meer te herstellen is. ‘Natuurlijke systemen hebben geen achteruit,’ zegt Harvey. ‘Als ze gaan, gaan ze. Als we de toendra ontdooien, is het einde verhaal.’

Hetzelfde kun je zeggen voor de ijsplaten van Groenland en westelijk Antarctica, of van de koraalriffen. Deze natuurlijke hulpbronnen hebben een asymmetrie in hun opbouw: ze hebben zich in duizenden of miljoenen jaren gevormd, maar de afname kan binnen een paar decennia catastrofaal zijn.

Op dit moment ligt de wereldwijde CO2-uitstoot rond de 37 miljard ton per jaar en koersen we af op een temperatuurstijging van 3 graden Celsius in 2100. Willen we een klimaat behouden waarin mensen kunnen leven, dan zullen de landen van de hele wereld de CO2-uitstoot waarschijnlijk drastisch moeten verlagen ten opzichte van het huidige niveau – tot misschien 15 miljard of 20 miljard ton per jaar in 2030. Vervolgens moeten we, middels een ongekende inspanning van politiek en bedrijfsleven, zorgen dat de koolstofemissies rond 2050 zijn teruggebracht tot nul. Als je het zo bekijkt, lijkt wat Climeworks doet – duizend ton CO2 verzamelen op een dak in de buurt van Zürich – misschien op een poging om met één emmertje de oceaan leeg te scheppen.

Toch is het idee wel degelijk belangrijk. In het IPCC-rapport van vorig jaar stond dat een beperking van de opwarming tot 1,5 graden in 2100 misschien onhaalbaar is met alleen een snelle overschakeling op schone energie, elektrische auto’s en dergelijke. Misschien moeten we, om een leefbaar milieu te behouden, wel CO2 uit de atmosfeer halen. Zoals Wurzbacher het formuleert: ‘Tel je al die cijfers van het IPCC bij elkaar op, dan kom je uit op zo’n acht tot tien miljard ton – gigaton – CO2 die per jaar uit de atmosfeer gehaald moet worden, als we die 1,5 of 2 graden echt serieus nemen.’

Nu is het zo dat er al een naam is voor manieren waarop dit soort werk, het uit de atmosfeer halen van CO2, wordt gedaan: negatieve-emissie-technologieën, oftewel NET’s. Sommige NET’s, zoals bomen en planten, waren er al eerder dan wij, en verdienen dit etiket waarschijnlijk niet. Via fotosynthese halen onze bossen buitengewoon grote hoeveelheden koolstofdioxide uit de atmosfeer, en als we meer ons best zouden doen om leeggekapte gebieden te herbebossen, zouden we in de toekomst miljarden tonnen meer koolstof kunnen opnemen. Daarbij zouden we ook speciale gewassen kunnen telen om CO2 op te nemen en die dan verbranden om energie op te wekken, waarbij we de uitstoot van de energiecentrales afvangen en die onder de grond pompen, een proces dat bekendstaat als ‘Bioenergy with carbon capture and storage’, oftewel BECCS. Andere negatieve-emissietechnologieën zijn het zo manipuleren van akkerland of moerassige kustgebieden dat die meer koolstof uit de atmosfeer vasthouden en het vergruizen van minerale formaties zodat die sneller CO2 opnemen, een proces dat ‘versnelde verwering’ wordt genoemd.

Een miljard bomen planten

Negatieve emissies kun je zien als een vorm van tijdreizen. Al sinds de Industriële Revolutie produceren menselijke samenlevingen een overschot aan CO2: ze nemen koolstofvoorraden uit het binnenste van de aarde – in de vorm van kolen, olie en gas – en van boven de grond (voornamelijk hout) en sturen die dan de atmosfeer in door ze te verbranden. Nu is het noodzakelijk geworden om dat proces om te keren, dus om de CO2 uit de lucht te halen en die ofwel weer diep in de aarde op te slaan, ofwel vast te houden binnen nieuwe ecosystemen aan het aardoppervlak. Dit is natuurlijk gemakkelijker gezegd dan gedaan. ‘Alle negatieve emissie is moeilijk – zelfs bebossing of herbebossing,’ legt Sally Benson, hoogleraar in energiebronnentechniek aan Stanford, uit. ‘Het is geen kwestie van zeggen “Ik wil een boom planten.” Het gaat erom dat je zegt: “We willen een miljard bomen planten.”’ Niettemin bieden dit soort praktijken een glimpje hoop dat de toekomstige emissiedoelen haalbaar zijn. ‘We moeten erkennen dat we te lang hebben gewacht en daardoor bepaalde mogelijkheden hebben uitgesloten,’ zegt Princeton-wetenschapper Michael Oppenheimer, die onderzoek doet naar klimaat en beleid. Vandaar dat NET’s niet langer alleen maar interessante ideeën lijken; ze lijken noodzakelijk. De apparaten van Climeworks op dat dak doen per jaar wel het werk van zo’n 36 duizend bomen.

Afgelopen najaar publiceerden de National Academies of Sciences, Engineering and Medicine een uitgebreide studie over het verwijderen van koolstof. Volgens Princeton-hoogleraar Stephen Pacala, die de leiding had over het team van auteurs, hebben de diverse negatieve-emissietechnologieën allemaal eigen voor- en nadelen, en is een ‘portfolio-benadering’ – zet ze allemaal in en kijk dan welke de beste zijn – misschien de beste optie. Kunnen de kosten van direct air capture omlaag gebracht worden, dan ziet Pacala grote mogelijkheden in die techniek, zeker als de CO2-collectoren de emissies kunnen opvangen van economische sectoren die om technologische redenen langzamer de transitie naar koolstofneutraal kunnen maken dan andere. De commerciële luchtvaart, bijvoorbeeld, zal niet binnen afzienbare tijd op zonne-energie kunnen overstappen. Volgens Jennifer Wilcox, hoogleraar chemische techniek aan Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts, zal direct air capture zo ook kunnen helpen de impact van verscheidene belangrijke industriële sectoren te verkleinen. ‘Bij het maken van ijzer en staal, cement en glas komen proces-emissies vrij,’ zegt ze. ‘Altijd als je die materialen maakt, is er een chemische reactie die CO2 uitstoot.’ Direct air capture zou zelfs de impact van de Haber-Bosch-processen voor het maken van kunstmest kunnen verkleinen; volgens schattingen neemt die industrie nu 3 procent van alle CO2-uitstoot voor haar rekening.

Pacala vergelijkt de uitdagingen waar Climeworks en Carbon Engineering nu voor staan met die van de industrieën van wind- en zonne-energie in de jaren zeventig en tachtig van de vorige eeuw, toen die producten duur waren vergeleken met fossiele brandstoffen. Die industrieën konden niet overleven op alleen de vraag uit de private sector. Maar bepaalde beleidsmakers zagen grote voordelen voor het milieu en voor de maatschappij als deze sector over die horde wist te komen. Dankzij overheidsinvesteringen in onderzoek en belastingvoordelen konden de jonge industrieën uitbreiden. ‘Wind en zon zijn nu de goedkoopste vormen van energie op de juiste plekken,’ zegt Pacala. ‘Als je zou uitrekenen hoeveel die investeringen hebben opgeleverd, zou de rest van je aandelenportefeuille daarbij in het niet vallen. Het is alsof je hebt geïnvesteerd in een vroege Apple. Dus het is een spectaculair succesverhaal. En direct air capture is net zo’n soort verhaal, met als enige barrière dat het proces te duur is.’

De zestig medewerkers van Climeworks werken voor het merendeel op een groot industrieterrein in Zürich, in een laag gebouw waarvan het bedrijf twee verdiepingen huurt van een Duits luchtvaartbedrijf. De productiewerkzaamheden vinden plaats op de begane grond; boven bevinden zich de onderzoekslaboratoria, een kleine verzameling gedeelde kantoren, een keukentje in een gang en een zitruimte. Er hangt de sobere, nonchalante sfeer van een tech-start-up, afgezien van één ding: de muren zijn behangen met bovenmaatse foto’s van sleutelmomenten in de korte geschiedenis van Climeworks: de lompe vroege prototypes, de opening van de eerste fabriek in Hinwil die CO2 verzamelde voor de kas.

‘Het is een beetje bij toeval dat we in Zwitserland zijn gevestigd,’ zegt Wurzbacher. Hij en Gebald zijn allebei opgegroeid in Duitsland en hebben elkaar leren kennen toen ze allebei studeerden aan de E.T.H, de technische hogeschool in Zürich. ‘Op dag één, 20 oktober 2003, leerden we elkaar kennen,’ vertelt Gebald. ‘En op dag één besloten we dat we een bedrijf zouden beginnen.’ Hun ambitie was om ondernemer te worden, niet per se om een direct air capture-bedrijf te beginnen, maar allebei hadden ze belangstelling voor onderzoek naar hernieuwbare energie en het reduceren van emissies.

Nadat ze allebei hun masterproject hadden afgerond, besloten ze om een prototype van een direct air capture-apparaat te maken en een onderneming te starten. Allebei noemden ze zich directeur. Met steun van een aantal kleine subsidies werd Climeworks in 2009 officieel opgericht.

Zij waren niet de enigen die wilden proberen iets af te knabbelen van tientallen jaren CO2-uitstoot. Een Amerikaanse start-up, Global Thermostat, die op dit moment de laatste hand legt aan een eerste commerciële fabriek in Alabama, begon in 2010 met het ontwerpen van direct air capture-apparaten. En al vrijwel vanaf het begin zijn Gebald en Wurzbacher in een vriendschappelijke concurrentieslag verwikkeld met David Keith, de hoogleraar techniek van Harvard die rond dezelfde tijd in Canada zijn bedrijf Carbon Engineering is begonnen.

Het bedrijf van Keith richt zich op een andere direct air capture-technologie; hij gebruikt een proces met grotere hitte en een vloeibare oplossing om CO2 te vangen, waarvan hij vervolgens synthetische brandstoffen wil maken. Het grote voordeel van Climeworks is dat het al vroeg kleinere fabrieken kan bouwen, zegt Keith. ‘Daar ben ik stikjaloers op. Het komt doordat zij een modulair model gebruiken en wij niet.’

Aan de andere kant denkt Keith dat zijn bedrijf dichter bij de bouw van een grote fabriek is, die tegen lagere kosten koolstof kan vangen en substantiële hoeveelheden brandstof kan produceren. ‘Ik zie niet hoe zij daar tegenop kunnen.’ Gebald zegt te denken dat beide bedrijven succes zullen hebben, elk met hun eigen benadering. Voorlopig hebben de oprichters één ding gemeen: ze zijn ervan overtuigd dat de kosten om een ton koolstof te vangen binnenkort sterk zullen dalen.

Geen revolutie

Sommige buitenstaanders denken daar anders over. Howard Herzog van het Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.), die jaren heeft gekeken naar de mogelijkheden voor deze apparaten, denkt bijvoorbeeld dat de kosten tussen de 600 en 1000 dollar per ton blijven liggen. De redenen waarom hij zo sceptisch is, zijn voor een deel zeer technisch en hebben te maken met de natuurkundige kant van het scheiden van gassen. Andere zijn makkelijker te begrijpen. Om een ton CO2 te verzamelen, moeten direct air capture-apparaten enorme hoeveelheden lucht door een filter of een oplossing laten stromen. Want hoe groot de mondiale impact van dat gas ook is, het maakt maar zo’n 0,04 procent van onze atmosfeer uit. Dat betekent dat voor dit proces heel veel energie en grote apparaten nodig zijn. Bij vergelijkbare industrieën die gassen scheiden heeft Herzog gezien dat bij de vertaling van de papieren plannen voor het vangen van CO2 naar concrete toepassingen veel verborgen kosten naar boven komen. ‘Hier is veel publiciteit over geweest, maar ik denk niet dat het een revolutie teweeg zal brengen,’ zegt hij. ‘Andere negatieve-emissietechnologieën zullen waarschijnlijk goedkoper blijken. Op zijn best kan direct air capture een bijrolletje spelen.’

Volgens de cijfers die David Keith en zijn collega’s bij Carbon Engineering vorig jaar naar buiten brachten, zou hun technologie voor het vangen van koolstof de kosten omlaag kunnen brengen tot slechts 94 dollar per ton, maar Herzog is niet overtuigd. Toch betoogt Keith tegenover mij dat twee investeerders in Carbon Engineering – Chevron Technology Ventures en een dochteronderneming van Occidental Petroleum – zijn cijfers uitputtend onder de loep hebben genomen en het erover eens waren dat het ondernemingsplan solide genoeg was om er aanzienlijke bedragen in te steken bij een investeringsronde van 60 miljoen dollar. De beide oprichters van Climeworks zeggen dat zij het eens zijn met de kosteninschattingen van Keith en voor hun eigen technologie een vergelijkbare dalende lijn voorzien.

Op dit moment streeft Climeworks ernaar om halverwege de jaren twintig 1 procent van de mondiale jaarlijkse CO2-uitstoot te kunnen verwijderen. Maar om dat doel te kunnen halen, als het al mogelijk is, moeten ze de kosten van direct air capture bijna met een factor tien terugbrengen en tegelijkertijd hun klantenkring behouden en zelfs substantieel uitbreiden. Wurzbacher en Gebald hebben plannen voor verscheidene generaties Climeworks-apparaten, waarin elk nieuw model een verlaging van de kosten belooft. ‘We hebben een routekaart – van 600 dollar omlaag naar 400 dollar, omlaag naar 300 en 200 dollar per ton,’ zei Wurzbacher. ‘Dit geldt voor de komende vijf jaar. Tot 200 dollar per ton weten we vrij goed wat we doen.’ Voorbij die 200 dollar wordt de route minder duidelijk, bedoelt hij. Of de kosten nog lager kunnen, hangt af van ‘nieuwe ontwikkelingen’ in technologie of fabricage.

De beide Climeworks-oprichters zeggen dat ze enorme kostenbesparingen verwachten te kunnen halen uit het opschalen van de productie – waardoor ze materialen goedkoper in het groot kunnen inkopen en geautomatiseerd apparaten kunnen bouwen met behulp van lopende banden in plaats van met de hand, zoals nu gebeurt. Verbeteringen in het ontwerp van de apparaten kunnen verdere kostenreductie opleveren.

‘Onderhoud is erg duur,’ zegt Wurzbacher. ‘Als we nu de filters in de collectoren willen vervangen, moeten we een kraan huren, en dat kost veel manuren. Bij de volgende generatie apparaten hebben we daarin veel verbetering gebracht: relatief kleine veranderingen in ontwerp zouden de kosten van onderhoud met een factor drie kunnen terugbrengen.’ Climeworks wil ook besparingen realiseren door verbeteringen van essentiële onderdelen, zoals het materiaal dat CO2 aan zich bindt. Op dit moment vereist de technologie van het bedrijf dat de temperatuur in de apparaten regelmatig wordt verhoogd naar zo’n 1000 graden Celsius, om de CO2 uit de absorberende stof te laten vrijkomen zodat die afgezogen en opgeslagen kan worden. Als dat te bereiken is bij een lagere temperatuur, zullen de collectoren minder energie gebruiken en kan de levensduur van de materialen langer worden, wat de kosten nog verder omlaag brengt.

De ambities voor massaproductie van het bedrijf lijken nog steeds erg hoog gegrepen. Om daadwerkelijk 1 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot te kunnen vangen zou Climeworks 250.000 direct air capture-installaties zoals die op het dak in Hinwil moeten bouwen. Dat zouden in totaal zo’n 4,5 miljoen CO2-collectoren zijn. Voor een bedrijf dat nog maar honderd collectoren heeft gebouwd (en veertien kleine installaties verspreid over Europa heeft staan), is dat een onthutsend groot aantal. De Climeworks-oprichters proberen hun product dan ook te zien zoals de auto-industrie dat zou doen – als een stuk in massa geproduceerde technologie en metaal, niet als de CO2 die ze hopen te verzamelen. ‘Wat wij doen is het scheiden van gassen,’ zei Wurzbacher, ‘en dat hoort traditioneel thuis in de procesindustrie, zoals olie en gas. Maar wij zien onszelf daar niet echt.’

De twee oprichters wijzen erop dat Toyota meer dan tien miljoen auto’s per jaar maakt. ‘Elke CO2-collector heeft ongeveer hetzelfde gewicht en dezelfde afmetingen als een auto – ruwweg twee ton, en ruwweg twee bij twee bij twee meter,’ zei Gebald. ‘En alle methoden die worden gebruikt om de CO2-collectoren te bouwen zijn heel goed te automatiseren. Dus hebben wij de auto-industrie voor ogen als voorbeeld voor hoe je dingen in grote hoeveelheden tegen lage kosten produceert.’ De twee mannen hebben al advies gevraagd bij Audi. Ze zijn zich er ook van bewust dat de auto-industrie haar methoden in de loop van honderd jaar heeft geperfectioneerd. Wil Climeworks ook maar enige impact hebben, dan heeft het bij lange na niet zo veel tijd.

Publieke goederen

In 1954 kwam econoom Paul Samuelson met een theorie waarin hij onderscheid maakte tussen ‘particuliere consumptiegoederen’ – brood, auto’s, huizen en dergelijke – en goederen die buiten de gebruikelijke wetten van vraag en aanbod bestaan. De moderne mondiale markten slagen er goed in een prijskaartje te hangen aan de particuliere goederen die we nodig hebben en willen. Maar het andere type goederen dat Samuelson beschreef en dat we nu ‘publieke goederen’ noemen, is iets waarvan iedereen profiteert maar dat niet op die manier wordt gekocht, verkocht of geconsumeerd. De definities van publieke goederen lopen uiteen, maar vaak gebruikte voorbeelden zijn vuurtorens, defensie en schone lucht.

Direct air capture kan ongetwijfeld particuliere consumptiegoederen opleveren, zoals koolzuur voor alcoholvrije dranken of brandstoffen. Wat de waarde van deze techniek zo moeilijk in te schatten maakt, is dat de leveranciers ervan met het begraven van CO2 voor een betere atmosfeer – en vrijwel zeker voor een betere toekomst – ook een publiek goed zouden creëren. ‘Als je alleen CO2 verzamelt en begraaft, is het probleem dat er nog geen markt is,’ zegt Julio Friedmann, een voormalig functionaris op het Amerikaanse ministerie van Energie, die nu aan de Columbia University werkt. ‘Waar het echt om gaat is dat je tegen betaling milieudienstverlening aanbiedt.’ En dat betekent, kort gezegd, dat het succes van direct air capture beperkt zou blijven tot de afmetingen van de markt voor particuliere goederen – prik in limonade, broeikasgas – tenzij overheden zouden besluiten om zich ermee te bemoeien en bij te dragen aan de financiering van het equivalent van verscheidene miljoenen (of meer) vuurtorens.

Die bemoeienis kan verschillende vormen hebben. Te denken valt bijvoorbeeld aan ruime subsidies voor onderzoek naar betere absorberende materialen, wat te vergelijken zou zijn met de overheidsinvesteringen waarmee lang geleden de industrieën voor zonne- en windenergie zijn gevoed. Maar hulp kan ook komen door uitbreiding van de al bestaande regelgeving. Een nieuwe en onduidelijke Amerikaanse belastingmaatregel, die bekendstaat als 45Q en vorig jaar is ondertekend door president Trump, biedt lastenverlichting voor bedrijven die CO2 opslaan in geologische formaties. Die verlichting komt ten goede aan olie- en gasmaatschappijen die CO2 de grond in pompen bij boorwerkzaamheden, en aan energiecentrales die uitstoot rechtstreeks afvangen uit hun schoorsteenpijp. Ook Climeworks zou ervan kunnen profiteren, mocht het bedrijf installaties openen in de Verenigde Staten, maar alleen als het erin slaagt om honderdduizend ton CO2 per jaar te verwijderen en begraven.

Ook kunnen overheden CO2 duurder maken. De oprichters van Climeworks geloven dat hun bedrijf alleen kan slagen op ‘klimaatimpact-schaal’, zoals zij het noemen, als de wereld aanzienlijke prijzen gaat rekenen voor emissies, in de vorm van een CO2-belasting of CO2-tarief. ‘Ons doel is het mogelijk te maken CO2 uit de lucht te vangen voor minder dan 100 dollar per ton,’ zegt Wurzbacher. ‘Niemand heeft een glazen bol, maar wij denken – en zijn er vrij zeker van – dat we zo tegen 2030 een mondiale gemiddelde prijs voor CO2 zullen hebben in de orde van 100 tot 150 dollar per ton.’ Dat is optimistisch gedacht, geeft hij toe; op dit moment hebben alleen nog maar enkele Europese landen vooruitgang geboekt met het vaststellen van een prijs voor CO2, en in de Verenigde Staten is de CO2-belasting onlangs in verkiezingen verworpen. Maar toch, als dat soort prijzen werkelijkheid zouden worden, zou dat op verschillende manieren de markt voor CO2-extractie stimuleren. Een bedrijf dat een product verkoopt of een proces gebruikt dat veel uitstoot oplevert – een luchtvaartmaatschappij bijvoorbeeld of een staalfabrikant – zou dan verplicht worden om bedrijven die CO2 verwijderen 100 dollar of meer per ton te betalen om hun uitstoot van CO2 te compenseren. Of een overheid zou de opbrengsten van de CO2-belasting kunnen gebruiken om bedrijven rechtstreeks te betalen voor het verzamelen en begraven van CO2. Bij gebrek aan een overheidsoptreden van betekenis, zou een miljardair die goed wil doen misschien al zijn geld kunnen stoppen in het vangen en begraven van CO2.

Als koolstof een fatsoenlijke prijs zou hebben, zouden toezichthouders wereldwijd een CO2-boekhouding moeten bijhouden om erop toe te zien dat direct air capture-apparaten evenveel CO2 opzuigen en begraven als uitstoters produceren. Omdat CO2-emissies zich snel met de atmosfeer vermengen, zou de locatie van de installaties er weinig toe doen, afgezien van de noodzaak om ze in de buurt van schone energiebronnen en geschikte gebieden voor onderaardse opslag te plaatsen. Met andere woorden: een direct air capture-installatie in IJsland zou evenveel CO2 kunnen opnemen als een Boeing 747 in Australië uitstoot, en zo de impact daarvan op het milieu teniet kunnen doen. En het proces van onderaards opslaan levert geen beperkingen op. ‘Het kost niet zo veel om CO2 de grond in te pompen,’ zegt Sally Benson van Stanford. Bedrijven slaan per jaar al zo’n 34 miljoen ton CO2 op in de bodem, op een aantal plekken over de hele wereld, meestal ten behoeve van het olieboorproces. ‘De kosten lopen uiteen van 2 tot 15 dollar per ton. Dus de grootste kostenpost hiervoor zijn de kosten van het vangen van CO2.’

‘Je vliegt naar Europa en de app vertelt je dat je zojuist 1,7 ton CO2 hebt verbrand. Wil je die verwijderen? Nou, dat kan Climeworks voor je doen. Klik hier’

In een denkbeeldige CO2-vrije toekomst, zouden de te verwachte inkomsten voor direct air capture-bedrijven enorm zijn. ‘Als we 100 tot 150 dollar per ton krijgen, zegt Wurzbacher, ‘dan is de markt vrijwel oneindig.’ Zo groot dat hij betwijfelt of zijn bedrijf alle potentiële klanten zou kunnen bedienen, zelfs al zou het een exponentiële expansie doormaken. Bij zulke lage prijzen zouden bedrijven mogelijk CO2-verwijdering in hun prijsstelling kunnen doorberekenen – of gedwongen kunnen worden om dat te doen – en dat zou leiden tot een explosie op de markt. ‘Christoph en ik zeggen altijd: als dit zich zo ontwikkelt als wij denken, zijn wij niet bezig met het oprichten van een bedrijf, maar van een hele bedrijfstak,’ zegt Wurzbacher. Hij noemt het werk in IJsland – een gezamenlijke inspanning die gedeeltelijk wordt gefinancierd door de Europese Unie – de eerste stap in de richting van die bedrijfstak. Op het ogenblik zuigt een enkele Climeworks-collector op een geothermisch veld in Reykjavik lucht binnen en haalt daar de CO2 uit; nadat het gas uit de filter van het apparaat is gespoeld, wordt het gemengd met water, waarbij het in feite warm prikwater vormt. Dan wordt de vloeistof geïnjecteerd in een basaltsteenlaag diep onder de grond. In zo’n twee jaar tijd mineraliseert de CO2, zodat het gas voorgoed ingesloten raakt.

Op het hoofdkantoor van Climeworks in Zürich vraag ik Valentin Gutknecht, manager business development, of hij de uitstoot waarvoor ik verantwoordelijk ben door mijn vlucht van de VS naar Zürich, in IJsland kan begraven. Hij heeft daarvoor een geschreven overeenkomst die hij kan uitprinten en aan mij kan geven. Maar dat is niet goedkoop, waarschuwt hij. De prijs ligt nu op zo’n 600 dollar per ton, wat inhoudt dat mijn vlucht zo’n 700 dollar extra gaat kosten. Maar ik ben bepaald niet de eerste die dit aan hem vraagt. Vorig weekend, zo vertelt Gutknecht, heeft hij negenhonderd e-mails met verzoeken om informatie binnengekregen. Veel daarvan zijn van potentiële klanten die willen weten hoe snel Climeworks hun CO2-uitstoot kan begraven, of hoeveel een collector hun zou kosten. Ik heb het gevoel dat ik hier een glimp opvang van wat eraan komt: een hele gemeenschap – niet groot genoeg om een verschil te maken, maar daarom niet minder gemotiveerd – die kennelijk bereid is extra te betalen om haar CO2-uitstoot te terug te draaien.

Later vertelt Wurzbacher me dat hij een ‘one click’-consumentenservice wil aanbieden, misschien over een jaar of twee, waarmee ze zouden uitbreiden wat ze nu al in IJsland doen voor individuele klanten en bedrijven. Op mijn telefoon zou ik dan een Climeworks-app kunnen installeren, legt hij uit, die wordt geactiveerd door de locatieservices op mijn mobiel. ‘Je vliegt naar Europa en de app vertelt je dat je zojuist 1,7 ton CO2 hebt verbrand. Wil je die verwijderen? Nou, dat kan Climeworks voor je doen. Klik hier. We verrekenen het met je creditcard. En dan krijg jij voor elke ton die je opslaat een steen van CO2.’ Hij leunt achterover en slaakt een zucht. ‘Dat is mijn droom.’

Hoe paradoxaal het ook klinkt, waarschijnlijk bieden synthetische brandstoffen een praktischere weg naar een zakelijke toekomst voor direct air capture. De enorme en constante vraag van de markt naar brandstof is de reden waarom Carbon Engineering zijn kaarten voor de toekomst op synthetische brandstoffen heeft gezet. Op dit moment verbrandt de wereld zo’n honderd miljoen vaten olie per dag. David Keith denkt dat de vraag naar brandstoffen voor transport in 2050 vrijwel zeker zal zijn veranderd door de overschakeling naar elektrische voertuigen. ‘Dus laten we zeggen dat je in 2050 nog zo’n vijftig miljoen vaten brandstof per dag moet leveren,’ zegt hij. ‘Dat is nog steeds een megamarkt.’

Volgens Steve Oldham, algemeen directeur van Carbon Engineering, hebben synthetische brandstoffen die worden gewonnen uit direct air capture een voordeel boven traditionele fossiele brandstoffen: ze kosten geen cent aan exploratie. ‘Wil je nu als splinternieuw bedrijf brandstof gaan produceren, dan krijg je te maken met enorme kosten voor het zoeken naar en winnen van fossiele brandstof,’ zegt hij. ‘Terwijl je onze installaties zo midden in Californië kunt bouwen, overal waar lucht en water is.’ Hij vertelt dat de eerste grootschalige fabriek van Carbon Engineering in 2022 in bedrijf moet zijn, en dan minstens vijfhonderd vaten brandstofgrondstof – het ruwe materiaal dat naar raffinaderijen gaat – per dag zal produceren.

Lees hier de toelichting bij de illustratie.

Ook Climeworks voorziet een grote markt voor brandstoffen. In een stad vlak bij Zürich, Rapperswil-Jona, heeft het bedrijf in een kleine fabriek op de lokale technische universiteit een collector geïnstalleerd om methaan te produceren. In een ruimte met ongeveer het formaat van een scheepscontainer zuigt het Climeworks-apparaat via een luchtfilter CO2 binnen en stuurt die door een netwerk van leidingen, om het gas te combineren met waterstof, die met behulp van zonne-energie uit water is gehaald. Als ik er ben, zal het nog een paar weken duren voor de fabriek operationeel wordt, maar het methaan uit de installatie kan als vervanging voor benzine dienen in zo’n beetje elke auto, bus of vrachtwagen die toegerust is om op aardgas te rijden. Bij een grotere fabriek in Italië is Climeworks ingestapt in een consortium van Europese landen om synthetische methaan te produceren, die gebruikt zal worden door een lokale vrachtwagenvloot. Met een paar veranderingen en verfijningen kan dit proces aangepast worden voor diesel, benzine of vliegtuigbrandstof of het methaan zou rechtstreeks via pijpleidingen naar plaatselijke wijken kunnen worden getransporteerd als brandstof voor de fornuizen in particuliere woningen.

Vanuit economisch standpunt bekeken zouden producenten met deze synthetische brandstoffen gebruik kunnen maken van een enorme bestaande infrastructuur – raffinaderijen, benzinestations, auto’s, vliegtuigen, vrachtwagens, huizen, schepen – en zouden ze zo een product waar al vraag naar is, kunnen vervangen door iets wat duidelijk beter is. Maar de nieuwe brandstoffen zijn niet per se goedkoper. Carbon Engineering streeft ernaar om zijn product te leveren tegen een uiterste retailprijs van 1 dollar per liter, of 3,75 dollar per gallon (3,785 liter). Wat het product toch concurrerend zou maken zijn is de regelgeving in Californië, die nu bepaalt dat brandstofleveranciers brandstoffen moeten produceren met een lagere ‘koolstof-intensiteit’. Tot nu toe hield dit in dat benzine en diesel werden vermengd met een biobrandstof als ethanol, maar dat zou snel ook een synthetische brandstof uit opgevangen CO2 kunnen worden.

In een zich uitbreidende markt zouden synthetische brandstoffen vreemde effecten kunnen hebben. Aangezien ze worden gemaakt van uit de lucht gevangen CO2 en waterstof en bijna overal te fabriceren zijn, zouden ze kunnen zorgen voor een herschikking van de geopolitieke orde – door de macht te verkleinen van het handjevol landen dat nu de markten voor aardgas en olie beheerst. Het methaanproject in Rapperswil-Jona is met name toegesneden op de behoeften van Zwitserland, vertelt Markus Friedl, hoogleraar thermodynamica, die de leiding heeft over het project. Dat land moet nu bijna al zijn aardgas importeren en kan in de koudere maanden slechts beperkt energie opwekken uit hernieuwbare bronnen. Brandstoffen van opgevangen CO2 zouden, als ze goedkoop genoeg worden, een vorm van energieopslag kunnen zijn – geproduceerd in de zomer met behulp van zonne- of windenergie, en gebruikt in de winter – die minder kost (en een langere levensduur heeft) dan batterijen.

CO2-neutraal

Vanuit milieu-oogpunt bekeken zijn brandstoffen uit direct air capture niet de utopische oplossing. Deze brandstoffen zijn CO2-neutraal, niet CO2-negatief. Ze kunnen geen CO2 van ons industriële verleden wegnemen en die dan weer terugstoppen in de aarde. Als alle auto’s, vrachtwagens en vliegtuigen van het jaar 2050 op deze synthetische brandstoffen draaien in plaats van op traditionele fossiele brandstoffen, moeten hun CO2-emissies uit de lucht worden gehaald, gerecycled tot hetzelfde product dat ze oorspronkelijk hebben opgebrand, en die cyclus zou zich tot in het oneindige moeten herhalen, wil de uitstoot niet groter worden. Toch zouden deze brandstoffen wel voor een enorme verbetering kunnen zorgen. Transport – op dit moment de grootste bron van uitstoot in de Verenigde Staten – zou niet langer een netto CO2-uitstoter zijn. Even belangrijk is dat de techniek van de direct air capture zou kunnen opschalen en zo beter en goedkoper zou worden.

Een enorme uitbreiding kan ook enorme complicaties meebrengen. ‘Je zult echt heel grote uitdagingen tegenkomen als je op zo’n grote schaal gaat werken,’ zegt Glen Peters, onderzoeksdirecteur bij het internationaal centrum voor klimaatonderzoek Cicero in Oslo. ‘Als je één faciliteit voor CO2-opvang kunt inrichten, waar Carbon Engineering of Climeworks een grote fabriek kan bouwen, geweldig. Dat moet je vijfduizend keer doen. En wil je met direct air capture een miljoen ton CO2 vangen, dan heb je, alleen om die fabriek te laten draaien, een kleine energiecentrale nodig. Dus als je de komende dertig jaar één direct air capture-faciliteit per dag gaat bouwen om zo’n scenario uit te voeren, dan moet je daarbij ook elke dag een mini-energiecentrale bouwen.’ Het is ook zo dat je twee buitengewone problemen tegelijkertijd moet zien op te lossen, voegt Peters toe. ‘Om de 1,5 graden te halen, moeten we elke tien jaar onze uitstoot halveren.’ Dat zou betekenen dat landen als China en de Verenigde Staten overgehaald moeten worden om van het verbranden van kolen over te schakelen op het gebruik van hernieuwbare bronnen, juist op het moment dat we immense investeringen doen in negatieve-emissietechnologieën. En Peters wijst erop dat dit toch gedaan moet worden, ook als overheden een keus moeten maken die ten koste gaat van andere prioriteiten: gezondheidszorg, onderwijs, enzovoort.

Het streven om direct air capture halverwege deze eeuw of later te verhogen tot 10 miljard ton is zo’n herculische opgave dat er een industriële opschaling voor nodig is die de wereld nooit eerder heeft gezien,’ zegt Stephen Pacala van Princeton. En toch staat hij er niet pessimistisch tegenover. Blijkbaar vindt hij het nodig dat de federale overheid een begin maakt met substantieel onderzoek en investeringen in de technologie – om te zien hoe ver en snel daarin vooruitgang kan worden geboekt, zodat ze zo snel mogelijk klaar is. Bij Climeworks zeggen Gebald en Wurzbacher iets dergelijks. Zij benadrukken dat de discussie rond klimaatuitdagingen verder gaat dan de keus tussen schone energie en CO2-verwijdering. Ze zijn allebei nodig.

Auteur: Jon Gertner
Vertaler: Annemie de Vries

The New York Times