Voor CO2-intensieve industrieën kan zogeheten CCU(S), wat staat voor ‘carbon capture and utilisation (and storage)’, soelaas bieden om koolstofneutraal te worden. Waar hergebruik, afvang en zuivering van CO2 meestal als aparte begrippen worden beschouwd, kunnen ze ook gecombineerd worden in een geïntegreerde oplossing. Daarvoor is dan wel een fysische integratie van technologie nodig die al deze stappen omvat. VITO heeft hiervoor twee verschillende concepten ontwikkeld, die bovendien mooi aansluiten bij de Vlaamse industriële noden. De ambitie is nu om beide concepten snel op te schalen naar demonstratieniveau.
VITO is goed onderlegd in het onderzoek naar innovatieve technologieën en concepten om CO2 uit rookgassen of uit de lucht te halen, en om het broeikasgas vervolgens te behandelen voor hergebruik. Vooral de laatste jaren boomt dit onderzoek. Dat VITO momenteel betrokken is bij meer dan tien verschillende projecten rond CCU, is hier een illustratie van.
Die CCU-projecten lopen inhoudelijk sterk uiteen. In sommige wordt bijvoorbeeld enkel gefocust op de elektrochemische omzetting van CO2 naar synthetische brandstoffen en basischemicaliën, terwijl in andere met innovatieve geïntegreerde concepten ook de CO2-afvang efficiënter wordt gemaakt. Wat deze projecten bindt, is dat ze zich nog op labo- of pilootschaal bevinden, waardoor ze nog relatief ver verwijderd zijn van marktrealisatie. Ook behelzen de projecten vaak slechts een specifiek onderdeel van de CCS- of CCU-technologie.
CO2-intensieve industrie helpen verduurzamen
Daar wil VITO nu echter verandering in brengen. Twee concrete geïntegreerde technologieconcepten, die betrekking kunnen hebben op zowel CCU als CCS, zullen van laboniveau opgeschaald worden naar demonstratieniveau. ‘We willen aantonen dat onze technologie rijp is om te worden opgepikt door de industrie, zodat die ermee aan de slag kan om haar processen te verduurzamen’, zegt Metin Bulut van VITO. Het geïntegreerde aspect kan helpen de industrie over de streep te trekken, zo omvatten beide concepten bijvoorbeeld grotendeels de technologische waardeketen van CCU, van de bron van de CO2 (rookgassen of de lucht) tot het hergebruik als grondstof voor producten.
De geïntegreerde aanpak heeft ook een economisch voordeel. Bulut: ‘Hierdoor krijgt de industrie toegang tot opportune toepassingen van de technologie, met een interessant kostenplaatje.’ Voor VITO is het opschalen van de twee concepttechnologieën dan weer een mooie kans om haar patentenportefeuille te valoriseren. ‘Maar bovenal ondersteunen we hiermee de ontwikkeling van CCU(S) in Vlaanderen, en dus de verduurzaming van de CO2-intensieve industrie.’ Dat is uiteindelijk ook de bedoeling van het Vlaamse Moonshot-programma, van waaruit het VITO-onderzoek deels wordt ondersteund.
In het eerste concept gebeurt de integratie van de afvang van CO2 met de verwerking ervan door het gebruik van een simpele alkalische (basische) oplossing. Deze absorbeert niet alleen de CO2 maar fungeert ook als medium voor een elektrolyseproces waarin de CO2-moleculen, in de vorm van bicarbonaat, worden omgezet – uiteraard liefst met elektrische stroom afkomstig van koolstofarme bronnen. Met deze koolstofbron kunnen nuttige basischemicaliën aangemaakt worden zoals methanol, maar evengoed synthetische brandstoffen. Een handige eigenschap van het procedé is dat het snel aan en uit kan worden gezet. Het is, kortom, een mooi voorbeeld van flexibele CCU.
De technologie achter dit concept, dat ‘integrated alkaline capture and conversion’ werd gedoopt, werd volledig door VITO ontwikkeld – ze bezit er ook een patent op. Het concept is vooral beloftevol omdat de CO2-afvang een stuk goedkoper zou zijn dan met de beschikbare technologieën van vandaag. ‘Voor afvang uit de lucht, zogeheten direct air capture of DAC, oogt het beloofde plaatje rooskleurig’, zegt Bulut. Daarbij zou de CO2-afvang met de VITO-technologie maximaal 70 à 90 euro per ton gaan kosten, terwijl er vandaag meer dan 200 euro zou voor betaald worden.
Ook in het tweede concept komen CO2-afvang en -omzetting samen, al leent dit concept zich in de eerste plaats voor de afzondering van de afgevangen CO2 – eventueel tijdelijk zodat het broeikasgas elders kan worden opgeslagen of omgezet en hergebruikt. De technologie is voor een stuk gelijkaardig aan die van het eerste concept: ook hier wordt gebruikgemaakt van een bicarbonaatoplossing en van elektrolyse. Het verschil is dat er ook waterstofgas wordt geproduceerd (een zeer nuttig gas) alsook een zuiver mengsel van CO2 en zuurstofgas. ‘Dit mengsel kan vervolgens worden gescheiden, waardoor we dus drie gassen overhouden’, vervolgt Bulut. De zuurstof kan worden gebruikt in verbrandingsprocessen, waardoor die primair minder brandstof verbruiken en CO2 produceren, en ook minder stikstofoxides. Ook hier is het procedé volledig geëlektrificeerd en kan het makkelijk aan en uit worden geschakeld. ‘De voordelen ervan zijn een goedkope CO2-afvang, namelijk rond de 50 in plaats van 85 euro per ton CO2 uit rookgassen via bestaande technologie, en een productie van nuttige moleculen.’ De CO2 kan zoals gezegd worden opgeslagen, maar ze kan ook al meteen worden gebruikt, bijvoorbeeld in combinatie met de geproduceerde waterstof om tot brandstof te komen.
Voor de ontwikkeling van dit tweede concept werkte VITO nauw samen met haar vertrouwde partners imec, KU Leuven en Vrije Universiteit Brussel (VUB). De focus van imec lag daarbij vooral op de ontwikkeling van nieuwe materialen, bij VUB en KU Leuven lag die voornamelijk op respectievelijk de afscheiding en de verbranding van het zuurstofgas. Bij VITO concentreerde het onderzoek zich voornamelijk op de membraan- en elektrolyse-technologie.
Plannen in Antwerpen en Gent
Om beide concepten naar het demonstratieniveau te kunnen brengen, moeten de technologische componenten worden opgeschaald. VITO is daarvoor nog op zoek naar partners, zowel voor het ontwerp en de ontwikkeling van de componenten als voor de commercialisatie van de technologie, eens die succesvol is gedemonstreerd.
Een demonstratie van een geïntegreerde CCUS-technologie zou trouwens een primeur zijn in Vlaanderen. En het zou een belangrijke mijlpaal zijn in de uitrol van de technologie in ons land, want beide concepten sluiten mooi aan bij al bestaande plannen. Zo wordt er zowel in de haven van Antwerpen als die van Gent gewerkt aan een heus CCUS-netwerk. Binnen het Antwerpse Kairos@C-initiatief werken Air Liquide en BASF samen om de CO2 van vijf fabrieken (van BASF) af te vangen, te verzamelen en vervolgens in vloeibare vorm te verschepen – mogelijk om later permanent te worden gestockeerd onder de Noordzee maar evengoed voor hergebruik elders. De Ghent Carbon Hub brengt dan weer Fluxys, ArcelorMittal Belgium en North Sea Port in een vergelijkbaar initiatief samen. ‘Het grote voordeel van beide concepten is dat de stoffen die ermee worden geproduceerd, kunnen worden geïnjecteerd in pijpleidingen, in bestaande of toekomstige. Die kunnen bijvoorbeeld naar een haventerminal lopen, maar evengoed naar een fabriek. Bedrijven hoeven daarvoor niet verantwoordelijk te zijn voor de volledige waardeketen. Ook dat houdt de toepassing van onze geïntegreerde concepten heel breed’, aldus Bulut.
