Bekroonde prestatie: CO2-afvang toegepast

Chief Scientific Officer van TNO, Peter Werkhoven, in gesprek met  gastwetenschapper Juliana Monteiro, winnaar van TNO's Young Excellent Researcher Award 2020. Haar motto is 'Capturing CO2 for a better world'. Wat houdt dat precies in en aan wat voor projecten werkt ze?

Juliana, vertel eens wat over jezelf en je onderzoek.

Ik ben chemisch technoloog en kom uit Brazilië, maar woon al sinds 2010 in Europa. Dat jaar verhuisde ik naar Noorwegen voor mijn PhD. In 2016 werd ik aangenomen als wetenschapper bij TNO. Mijn expertise ligt op het gebied van gasbehandeling. Mijn collega’s en ik hebben methoden ontwikkeld om CO₂ uit industriële emissies af te vangen voordat deze de atmosfeer bereikt.

Klinkt interessant. Hoe werkt dat?

Iedereen weet dat een groot aandeel van de CO₂-uitstoot afkomstig is van de verbranding van fossiele brandstoffen. Voor elektriciteit, warmte en vervoer, maar ook voor verschillende industrieën. Voor het opwekken van energie proberen we fossiele brandstoffen momenteel te vervangen door hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- en zonne-energie. Deze groene elektriciteit kan worden gebruikt voor elektrische auto’s. Maar sommige industrieën, bijvoorbeeld de cementindustrie, kunnen niet volledig koolstofvrij worden gemaakt.

Cement wordt gemaakt van natuurlijke stenen. Om daar cement van te maken worden ze verwarmd, en daarbij komt CO₂ vrij. Zelfs bij elektriciteit geldt dat er niet altijd genoeg zon en wind is om een hele regio van stroom te voorzien. Daarom blijven fossiele brandstoffen, in elk geval voorlopig, een bron van energie, om te voorkomen dat we zonder stroom komen te zitten.

Mijn team en ik proberen een oplossing te bedenken voor de CO₂ die deze bronnen uitstoten. Specifieker gezegd: we ontwikkelen chemische installaties en oplosmiddelen om CO₂ te scheiden van andere gassen, oftewel af te vangen. Dit staaltje chemische technologie kan in fabrieken of elektriciteitscentrales worden geïnstalleerd om tot meer dan 99 procent van de CO₂-uitstoot af te vangen voor deze de atmosfeer bereikt. Een klein deel van de afgevangen CO₂ kan worden hergebruikt in kassen of als grondstof voor chemicaliën en brandstoffen. De rest slaan we ondergronds op. We zijn ervan overtuigd dat deze methode, als die op grote schaal wordt toegepast, sterk zal bijdragen aan het terugdringen van de uitstoot.

Wauw! En welke rol speelt TNO hierbij?

Om die rol te illustreren wil ik graag een persoonlijk verhaal delen. In Brazilië, tegen het einde van mijn bacheloropleiding, wist ik niet goed wat ik met mijn studie aan moest. Ik had geen idee wat mijn volgende stap moest zijn. Toen zag ik Al Gores documentaire An Inconvenient Truth uit 2006. Die inspireerde me om iets te gaan studeren dat zou helpen om de opwarming van de aarde tegen te gaan. Na mijn master in Rio de Janeiro wist ik een PhD-plaats te bemachtigen in de groep van professor Hallvard Svendsen aan de Technisch-natuurwetenschappelijke Universiteit van Noorwegen (NTNU).

Hallvard was een van de voornaamste deskundigen op het gebied van CO₂-afvang. Hij coördineerde toen een internationaal project voor de ontwikkeling van nieuwe oplosmiddelen voor CO₂-afvang, en TNO was een van de partners. Het idee van werken aan onderzoek, maar tegelijk veel dichter bij de industrie staan dan aan de universiteit, sprak me wel aan. En dat is precies wat TNO doet: we werken samen met de industrie om impact te genereren. Dat was een van de redenen dat ik in 2016 bij TNO ben gaan werken.

Mijn eerste project was bij Afvalverwerking Rijnmond (AVR). Zij zetten afval om in energie. Met andere woorden, ze verbranden afval om energie en warmte op te wekken. Wij hebben AVR geholpen verschillende opties voor CO₂-afvangtechnologie te evalueren, en we hebben zelfs een miniatuurversie van een installatie opgezet om CO₂ af te vangen uit het schoorsteengas van AVR in Duiven. We noemen die opstelling “de mini-plant”.

Op basis van de projectresultaten besloot AVR een grootschalig systeem te bouwen. Daarmee werd AVR het eerste bedrijf ter wereld met een installatie die op grote schaal (12.000 kilo per uur) CO₂ afvangt uit gassen die in afvalverbrandingsovens worden gegenereerd. Ik houd van onderzoek en ontwikkeling, maar als het ook nog in het echt wordt toegepast, dat vind ik helemáál geweldig! TNO heeft heel veel bereikt in mijn werkgebied.

Cool, maar dat was 2016. Wat is er sinds die tijd gebeurd?

We blijven nauw met AVR samenwerken: we komen wekelijks bij elkaar om samen naar de prestaties van de installatie te kijken. Zij sturen ons monsters van oplosmiddelen, zodat we die bij TNO kunnen analyseren. Wij leren van hun ervaring, en die kennis brengen we weer over op andere bedrijven die installaties voor CO₂-afvanging opzetten. Tegelijkertijd profiteren zij van onze expertise.

Toen ik bij TNO aan de slag ging, beschikte het team al over een grote hoeveelheid kennis en ervaring waarop ik voort kon bouwen. Sinds 2016 hebben we de mini-plant sterk verbeterd. We zijn er zoveel gebruik van gaan maken dat we in 2020 hebben besloten een tweede mini-plant te bouwen. Momenteel gebruiken we deze tweede mini-plant om de ontwikkeling van een nóg beter oplosmiddel te ondersteunen. Oplosmiddelen voor CO₂-afvang werken op cyclische basis: de absorptiekant vangt de CO₂ af, terwijl de desorptiekant energie gebruikt om de CO₂ in pure vorm af te geven, zodat wij deze ergens anders naartoe kunnen vervoeren. Die energie is, bij toepassing op grote schaal, een grote kostenpost.

Het oplosmiddel dat we testen met de tweede mini-plant is gemaakt door de NTNU en heeft minder energie nodig om de CO₂ af te geven dan de bestaande oplosmiddelen. We werken met hen samen om een brug te slaan tussen wat er in het lab gebeurt en hoe dit door de industrie wordt toegepast. Tegelijkertijd proberen we de kosten van het gebruik van het oplosmiddel terug te dringen door zelf ook upgrades door te voeren. Dat doen we in het kader van onze projectgroep REALISE-CCUS, waar een groot aantal partners bij betrokken is. We proberen het oplosmiddel efficiënter en stabieler te maken en zo de kosten van deze technologie terug te dringen, zodat die in de toekomst door zoveel mogelijk industrieën kan worden gebruikt.

Na deze uitleg is het volkomen logisch dat jij – en indirect ook je collega’s – de YER Award hebt gewonnen. Wat betekent deze erkenning voor jou?

Aan de dagelijkse gang van zaken is niet echt iets veranderd. Wel heeft de prijs heeft me wat nieuwe kansen opgeleverd binnen TNO. Dat is fijn, maar het belangrijkste is dat meer mensen te weten komen wat onze groep doet op het gebied van CO₂-afvang. Tien, vijftien jaar geleden stonden mensen niet positief tegenover afvang en opslag van CO₂.

We kregen veel tegenstand van milieuorganisaties die vonden dat we de implementatie van hernieuwbare energiebronnen probeerden te vertragen. Dat is absoluut niet zo: we zijn ervan overtuigd dat deze technologieën juist samengaan, aangezien ze bijdragen aan een betrouwbaar stroomnet. Inmiddels zien vrijwel alle ngo’s de noodzaak van CO₂-afvang in, maar het zal nog even duren voor we alle negativiteit van jaren geleden hebben geneutraliseerd. En alle publiciteit komt daarbij van pas!

Tot slot willen we graag weten of je nog toekomstplannen hebt.

Momenteel wordt de afgevangen CO₂ door kassen in Nederland gebruikt om gewassen te verbouwen. Meer bedrijven op het gebied van omzetting van afval in energie volgen het voorbeeld van AVR, en wij ondersteunen ze daarbij. In de nabije toekomst zal het mogelijk worden om CO₂ in de grond te injecteren in de Noordzee.

Het Porthos-project in de haven van Rotterdam zal die mogelijkheid bieden vanaf 2024. Dat is een milieuveilige manier om grote hoeveelheden afgevangen CO₂ te verwerken. Voor ons vormen dat soort projecten een mogelijkheid om te helpen meer industrieën koolstofvrij te maken, op een hoger tempo. Dat betekent ook het toepassen van afvang en opslag van CO₂ op schepen.

We hebben net, samen met een groot aantal industriële partners, een project toegekend gekregen om aan te tonen dat dit mogelijk is – tegen lage kosten en met hoge efficiëntie. We gaan de mini-plant voor het eerst aan boord van een schip gebruiken. En natuurlijk kunnen we voor schepen en vliegtuigen ook proberen synthetische brandstof te maken van de afgevangen CO₂. Daar is onze groep ook al mee bezig. Volgens mij heb ik op zijn minst de komende twee decennia nog genoeg te doen.